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不同材料具有不同的塑性變形能力，例如我們小時候玩的泥巴，小孩只需要用很小的力，就能隨心所欲改變泥巴的形狀，而裝飲料的塑料瓶，要改變其形狀卻沒那么容易，于是我們認為，泥巴的塑性比塑料瓶更好。在材料加工過程中，我們理所當然地希望材料的塑性能夠盡量地好，這樣我們易于獲得各種復(fù)雜形狀的材料。金屬材料一般都具有良好的塑性，因此可以采用諸如鍛造、沖壓等塑性加工方法實現(xiàn)材料的成形。

圖1塑性加工方法可以實現(xiàn)金屬的異形件生產(chǎn)，作為脆性材料的陶瓷若能實現(xiàn)塑性加工，那么可以方便制造出各種復(fù)雜形狀的零件，在實現(xiàn)近凈成形的同時提高力學性能

 

【東莞精密陶瓷】陶瓷材料在傳統(tǒng)意義上被認為是和磚、巖石等建筑材料一樣的脆性材料，其塑性變形的能力很差，但是由于陶瓷熱穩(wěn)定性好、硬度高、耐磨耐腐蝕等特性，人們一直試圖突破千百年來陶瓷材料自身塑性的限制，希望能夠利用陶瓷的超塑性變形特性，使其像金屬一樣可以采用塑性加工手段制成精密尺寸的陶瓷零件。

布加迪威龍推動著陶瓷在汽車工業(yè)上的應(yīng)用，其推出了一款大量采用陶瓷材料的豪車，售價高達4500萬元。陶瓷材制相對于傳統(tǒng)的金屬材料，顯然更輕，這樣必然實現(xiàn)了汽車輕量化。對于這種豪車級別的買主，車身輕量化顯然不是為了節(jié)能減排，而是在追求華麗外表的同時，突破速度的極限。據(jù)悉，該款布加迪威龍百公里的加速度只有2.5秒。不過，陶瓷材料勢必帶來汽車安全性的隱患。塑性差的陶瓷車身簡直就是高速奔跑著的“瓷娃娃”，斷然經(jīng)不起劇烈的碰撞，因此，我們更應(yīng)該用藝術(shù)品的眼光去看待這輛飛奔的陶瓷車。

圖2布加迪威龍推出的全球限量版陶瓷車身跑車

 

當然，陶瓷車身以目前的技術(shù)，想要有更多應(yīng)用空間，仍是鏡花水月。但是，以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯材料(Y-TZP) 為代表，超塑性陶瓷表現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。

【深圳精密陶瓷】早在60年代，人們曾經(jīng)利用傳統(tǒng)的塑性加工手段，如擠壓、鍛壓等，對陶瓷部件的制備進行嘗試，但是，由于需要在很高溫度下進行（如熱鍛氧化鋁陶瓷需要在1900℃下進行），這一思路被放棄了。圖3展示了陶瓷材料的超塑性沖壓，研究人員對氧化鋯、氧化鋁以及氧化鋯/莫來石復(fù)合材料進行實驗，發(fā)現(xiàn)陶瓷材料的塑性要在高溫、低速條件下才能實現(xiàn)大的變形。

圖3 陶瓷材料的超塑性沖壓

直到1985年，日本名古屋國家工業(yè)研究所材料工作者Wakai等人采用氧化鋯基陶瓷材料（含5wt%SiO2的2.5Y-TZP）制作了最大拉伸形變量高達1038%的陶瓷“拉面”?？梢韵胂?，這就好比將一塊長度為10厘米的面團拉成長1米的拉面，而且還是使用的是脆性的陶瓷材料，這是多么的神奇!

【陶瓷工業(yè)】自從氧化鋯陶瓷的超塑性被發(fā)現(xiàn)以來，學者們不斷探究其變形機制和根本原因。但是，目前對于陶瓷超塑性的變形機制尚沒有統(tǒng)一的認識，大多數(shù)模型都認為晶界滑動是超塑性的重要變形機制，但對晶界滑動的協(xié)調(diào)機制還未能完全闡明。

大連理工大學材料學院陳國清教授課題組對氧化鋯的超塑性變形行為進行研究，認為3Y-TZP陶瓷的超塑性材料變形的主要機制為晶界滑移和擴散蠕變的疊加(伴隨擴散的晶界滑動機制)。當晶粒尺寸較小時，前者占主導地位；當晶粒尺寸增大時，后者變得越來越重要。

除了陶瓷變形機理的研究，研究人員還著力于實現(xiàn)陶瓷的超塑性變形。目前，普遍認為，引入晶界玻璃相和細晶化是改善成型性能的兩種有效措施。而納米材料由于晶粒非常細小、晶界所占體積分數(shù)很大,很可能會在較低的溫度下表現(xiàn)出高應(yīng)變速率或低應(yīng)力超塑性,使這類陶瓷材料的超塑性加工成為現(xiàn)實。

例如，武漢科技大學的傅綠平利用納米氧化鋁超塑性，成功制備了輕量微孔剛玉材料。研究發(fā)現(xiàn)，與普通氧化鋁微粉相比，納米氧化鋁表現(xiàn)出更好的高溫超塑性，其超塑性可使材料閉口氣孔率增加，體積密度降低，晶內(nèi)氣孔數(shù)量增加。制備出的輕量微孔剛玉材料具有顯氣孔率較低、閉口氣孔率較高、平均孔徑較小的優(yōu)點，在高溫工業(yè)爐襯耐火材料輕量化中具有廣泛前景。

陶瓷材料由于其共價鍵性強，高脆性，低的晶界擴散系數(shù)等特點，其應(yīng)用受到很大的限制。陶瓷超塑性的研究克服了傳統(tǒng)陶瓷在加工以及應(yīng)用的一些缺陷，使陶瓷如同金屬一樣，可以用鍛造、擠壓、拉伸、彎曲和氣壓脹形等成形方法直接制成精密尺寸的陶瓷零件，實現(xiàn)了陶瓷的超塑性成形。目前，對于超塑性陶瓷的研究仍處于實驗室階段。要使其實用化，還有很多問題需要解決,如提高應(yīng)變速率、降低成型溫度和成型應(yīng)力、避免孔穴的形成以及進一步弄清形變機理和擴散過程等。但是,由于超塑性加工方法具有傳統(tǒng)加工方法難以比擬的優(yōu)點,極有希望成為未來陶瓷工業(yè)的重要加工方法之一。