與其他材料相比，陶瓷具有高的熱穩定性、耐磨性和優(yōu)異的拉伸特性。這些特性使其成為尖端結構和功能應用的首選材料，如高速銑削設備、醫療儀器和系統、汽油部件、航空部件和高壓電池。陶瓷還用于公共交通系統和電力儲存。
然而，市售陶瓷的質(zhì)量與下一代應用所需的屬性之間仍然存在不匹配。陶瓷由于其離子鍵和共價(jià)鍵可能開(kāi)裂，導致高缺陷敏感性和低耐久性。因此，陶瓷行業(yè)需要更多的抗損傷材料，因此開(kāi)發(fā)先進(jìn)的陶瓷材料至關(guān)重要。
對于先進(jìn)的陶瓷基復合材料，通常需要增韌來(lái)提高效率和耐久性。增韌技術(shù)可分為兩類(lèi)：內部增韌和外部增韌。內部過(guò)程對斷裂起始韌性的影響最為顯著(zhù)，因為它們在裂紋尖端之前起作用。相反，外部機制對裂紋擴展阻力影響很大，因為它們在裂紋尖端后部起作用。
傳統陶瓷增韌技術(shù)
顆粒分散增韌、相變增韌、晶須增韌和協(xié)同增韌是工業(yè)中使用的一些傳統陶瓷增韌技術(shù)。顆粒分散增韌是通過(guò)第二相納米顆粒（包括金屬基體相和陶瓷相顆粒）的適當分布來(lái)抑制裂紋的萌生和擴展。
相變增韌通過(guò)微調陶瓷結構以在環(huán)境溫度下產(chǎn)生應力誘導轉變來(lái)提高陶瓷材料的硬度。晶須/纖維增韌通過(guò)將高模量晶須加入陶瓷相來(lái)增加基體的韌性。
通過(guò)使用幾種增強材料，協(xié)同增韌也可以提高基體韌性，因為多種增韌技術(shù)的結合比單一方法產(chǎn)生更好的效果。
新型陶瓷增韌技術(shù)
雖然顆粒分布、相變和片狀硬化等傳統技術(shù)可用于陶瓷增韌，但這些方法通常會(huì )對復合材料的耐久性和強度產(chǎn)生不利影響。因此新型陶瓷增韌技術(shù)應運而生。
納米纖維增強、碳納米管增韌、原位自增韌和層狀結構增韌是新型增韌工藝的典型案例。納米纖維增強通過(guò)在納米尺度上引入第二相，極大地提高了陶瓷復合材料的韌性。
碳納米管增韌是一種利用碳納米管作為增強材料來(lái)提高陶瓷基體韌性的技術(shù)。碳納米管具有較大的長(cháng)徑比和顯著(zhù)的熱物理特性，從而顯著(zhù)提高了韌性。原位自增韌方法試圖使用自增韌元素（如擴展晶粒、分形晶粒和纖維）來(lái)增加陶瓷相的硬度。
層狀結構增韌通過(guò)在頂層產(chǎn)生壓縮力和利用陶瓷顆粒相鄰層之間的膨脹系數差改變層間分散來(lái)增加陶瓷相的強度。
隨著(zhù)納米材料和相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，強韌陶瓷的研究已經(jīng)從傳統的增韌發(fā)展到新概念的增韌。石墨烯由于其微小的尺寸、固有的二維薄片組成、高豐度和環(huán)境友好性，已成為最有潛力的陶瓷強化材料。
最近發(fā)表在《今日材料物理學(xué)》雜志上的一項研究側重于開(kāi)發(fā)仿生、極硬的四元納米復合材料，來(lái)提高陶瓷基復合材料的韌性。在這項研究中，研究人員使用石墨烯，采用自下而上的結構策略，在陶瓷相內部設計和開(kāi)發(fā)跨越多個(gè)尺寸的復雜設計。通過(guò)組合成分和層壓結構方法建立了多階段增韌方法，以實(shí)現先進(jìn)陶瓷復合材料的最高性能。
結論與展望
在不同的時(shí)間和空間尺度上，所有建議的宏觀(guān)-微觀(guān)-納米多級增韌過(guò)程成功地分散了能量，轉移了施加的載荷，減輕了局部高壓，在不損失納米復合材料剛度的情況下提高了斷裂韌性。
為了生產(chǎn)一種改進(jìn)的陶瓷納米復合材料，這些發(fā)現集中于仔細設計和選擇材料的重要性，以發(fā)現導致機械效率提高的重要過(guò)程。高性能石墨烯增韌陶瓷基復合材料研究通過(guò)成功開(kāi)發(fā)從納米尺度到宏觀(guān)尺度的增韌方法，為開(kāi)發(fā)用于光電子、信息技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、航運、醫療保健、國防和太空旅行的硬質(zhì)陶瓷材料提供了合適的方法。
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