陶瓷材料的分类及性能.doc

陶瓷材料的力学性能 高分子091 项 淼 学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※ 玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 ※ 陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔…… 特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※ 玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料） 特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物20HV500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度 是各类材料中最高的 （塑料1380MN/m2207000MN/m2) (3)强度 理论强度很高（E/10--E/5E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4) 塑性： 在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K (7) 热稳定性—抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220℃） (8) 化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性—大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等） (10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷 一. 传统陶瓷 原料— 长石，石英，粘土，高龄土，绢云母，滑石，石灰。 加入（MgO，ZnO，BaO，Cr2O3等）提高强度；加入（Al2O3 ，ZrO2等）提高强度和热稳定性； 加入（SiC等）提高导热性。 1. 日用陶瓷 性能要求： 用途： 2. 建筑陶瓷 性能要求： 用途：. 3. 电工陶瓷（高压瓷） 性能要求：. 用途：隔电，支持及连接，绝缘器件 4. 化工陶瓷 性能要求：. 用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。 特种陶瓷 1.氧化物陶瓷： ※Al2O3 — 高的强度和高温强度（抗压2493MN/m2)，高化学稳定性和介电性能 以Al2O3为主要成分，含少量SiO2的陶瓷。 根据Al2O3含量不同，分为75瓷（Al2O3 含量为75%）又称刚玉-莫来石瓷； 　95瓷、99瓷，又称刚玉瓷。 Al2O3含量愈高，玻璃相愈少，气孔愈少，陶瓷的性能愈好，但工艺愈复杂，成本愈高。 优势：氧化铝陶瓷的强度高，是普通陶瓷的2～6倍，抗拉强度可达250MPa； 耐磨性好，硬度次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，居第5； 耐高温性能好，刚玉陶瓷可在1600℃下长期工作，在空气中的最高使用温度达1980℃； 耐蚀性和绝缘性好； 脆性大，抗热振性差，不能承受环境温度的突然变化。 用途：工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。 微晶刚玉（弯曲强度5000MN/m2 ，HRA92-93 红硬性1200℃）---工具,刀具。 ※ BeO —导热性好（180 kcal/m·h·℃），热稳定性较高，消散高能辐射的能力强，强度低（抗压强度（785MN/m2） 用途： 熔化某些纯金属的坩埚