论材料强度与韧性之间的矛盾

主要观点总结

本文介绍了工程结构材料对强度和韧性的要求，指出两者在日常表达中的误解。文章详细阐述了强度和韧性的定义及测量方法，通过案例解释了内部和外部增韧机制，并探讨了如何在材料中实现强度和韧性的结合。最后，文章提到了一些具有强韧性能的新型材料的应用领域。

关键观点总结

关键观点1: 强度和韧性的定义及关系

强度是材料抵抗不可逆变形的能力，而韧性是材料抵抗断裂的能力，可以用断裂能量来衡量。在日常表达中，这两个术语常被误解为同义词。在工程结构材料中，强度和韧性通常是互斥的性能，但通过在材料的不同尺度上引入多种塑性和韧性机制，仍可在单一材料中实现两者结合。

关键观点2: 内部和外部增韧机制

内部增韧主要源于材料的塑性变形，通过促进裂纹起始和扩展的韧性来提高材料的韧性。外部增韧则通过降低裂尖处的局部应力和应变场来发挥作用，依赖于裂纹的存在，只影响裂纹扩展韧性。材料的变形机制多样化，除了晶体材料中位错运动引起的塑性形变，还可能有其他过程发生，如某些金属和陶瓷中的相变、牙齿牙本质和骨骼中矿化胶原纤维的滑动、贝壳中矿物片层的摩擦运动等。

关键观点3: 新型强韧材料的例子及其应用

文章举了金属玻璃、单晶陶瓷、骨骼和贝壳等天然材料的例子，说明了如何在这些材料中结合内部和外部增韧机制实现强韧性。这些新型强韧材料可能在航空航天、交通运输、发电等安全关键领域得到应用。然而，其实际应用还受到其他因素的制约，如成本、制造工艺和密度等。