韌化機制

陶瓷天生脆，但不必永遠無可救藥地脆。韌化機制（toughening mechanism）是任何內建於顯微組織中、讓天生脆的陶瓷對前進的裂縫奮力抵抗、從而提高其破裂韌性的技巧。想像裂縫尖端試圖橫越材料，再想像在它的路上布下一座障礙賽道，每一步都消耗它的能量。每種機制是一種不同的障礙，合起來把陶瓷從易碎的實驗室珍玩，變成噴射引擎、人體植入物、裝甲都信賴的材料。

這些機制以兩大方式運作：它們要麼耗散原本會驅動裂縫的能量，要麼遮蔽裂縫尖端、使它感受到的應力小於外加荷載所暗示的。主要角色有：相變韌化，氧化鋯中一個受應力觸發的相變膨脹並把裂縫夾合；裂縫橋接，完整的晶粒或晶鬚在尖端後方橫跨裂縫兩面、把它們拉在一起；纖維強化，嵌入的纖維脫黏並拔出、耗散巨量能量；微裂紋韌化，一團微小裂縫在主裂縫周圍吸收能量；以及裂縫偏折，裂縫被迫繞著堅硬的第二相顆粒曲折前進、拉長其路徑。這些許多都在尖端後方的尾流中作用，因而產生上升的 R 曲線行為，把韌性從脆的 3 抬升到 6 至 20 MPa sqrt(m)。

韌化之所以重要，是因為較韌的陶瓷能在相同強度下容忍更大的瑕疵，這讓它可靠得多、並收窄其強度散布。這就是把氧化鋯送進刀刃與牙冠、把碳化矽纖維複合材料送進渦輪最熱部位的原因。但誠實地說，天下沒有白吃的午餐。韌化通常要付出別的代價：它可能降低硬度或剛性，而且它極常倚賴一個亞穩相或一個弱介面，而那在服役中會劣化，所以韌化的陶瓷可能老化、氧化、或在高溫下失去韌性。選擇一種機制，就是選擇你能接受哪一種取捨。