氧化鋯（zirconia）

氧化鋯是二氧化鋯 ZrO2，是常見工程陶瓷中最韌的一種，你大概也戴過它：陶瓷刀刃、白色牙冠、冒充鑽石的「方晶鋯石」都用它。它和其他陶瓷不同之處在於，它可以做得出人意料地抗裂，韌性比任何其他氧化物陶瓷都更接近金屬，卻不犧牲陶瓷的硬度與耐熱。

秘密在一次相變。純氧化鋯冷卻時會改變晶體結構，約 1000 度 C 時它想從正方晶（tetragonal）轉成單斜晶（monoclinic），伴隨 3 到 5% 的體積膨脹。放著不管，這股膨脹會在冷卻時把零件脹裂，使純氧化鋯毫無用處。解法是加入百分之幾的另一種氧化物，通常是氧化釔（Y2O3），它把正方晶穩定住，讓它在室溫下被困在介穩狀態、隨時準備轉變。這種部分穩定氧化鋯就是好用的材料；全為立方晶的版本則是那閃亮的仿寶石。

那個被困住、隨時準備轉變的正方晶相正是關鍵，因為它驅動了相變韌化：當裂縫想擴展時，裂尖的應力會觸發那裡的正方晶粒爆成較大的單斜晶，它們的膨脹把裂縫擠合、使之鈍化。這讓氧化鋯的斷裂韌性達到氧化鋁的數倍。誠實的提醒是：這種魔法在高溫會消退（約 200 到 300 度 C 以上相變便不再幫忙），並可能在溫熱潮濕的環境中歷經數年而劣化，所以氧化鋯珍貴於中低溫下的韌性，而非極端高溫；在高溫下反而是它的低熱傳導率使它成為隔熱塗層。