強度

強度是材料在斷裂前能承受的應力，對陶瓷而言，它既是陶瓷被需要的原因，也是陶瓷令人畏懼的原因。陶瓷可以強得驚人：某些氮化矽能撐過 1000 MPa 以上，比許多鋼還高。然而，替陶瓷報一個單一強度是會誤導人的，因為陶瓷不像金屬那樣有一個可靠的強度。它的強度由其最糟的瑕疵決定，於是在零件之間散布、在拉與壓之間不同、並隨零件變大而縮小。強度是一個分布，不是一個數字。

由於陶瓷很難在不從夾持處斷裂的情況下被夾住拉伸，其強度通常是用彎曲而非純拉伸來量測的。把一根試棒以三點或四點加載直到折斷，破裂時表面的峰值應力就作為撓曲強度或破裂模數報出。破裂力學把強度直接與韌性和瑕疵尺寸綁在一起：sigma_f = K_IC / (Y times sqrt(pi times c))，其中 K_IC 是破裂韌性、Y 是接近 1 的幾何因子、c 是最糟瑕疵的尺寸。這就是為什麼強度取決於瑕疵、而非鍵結。由鍵結決定的理論強度約為 E/10，但真實陶瓷只達到其約百分之一，因為既有的瑕疵總是先失效。

拉壓不對稱是善用陶瓷的核心。在拉伸下，瑕疵被拉開成奔跑的裂縫，所以抗拉強度低；在壓縮下，瑕疵被擠合，所以抗壓強度通常高出十到十五倍。這就是為什麼陶瓷活在壓縮裡：磚拱、預應力結構、模具。因為強度由瑕疵控制又散布，設計者從不信任單一量測值；他們用韋伯統計刻畫整個分布、施加尺寸修正，並常對關鍵零件做保證試驗以確保一個下限。對任何報出的陶瓷強度都要問：怎麼量的、在多大體積下量的、是拉伸還是彎曲？