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材料工艺学(第五章).ppt

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材料工艺学(第五章)

材料工艺学 第五章 第五章 无机非金属材料与工艺 第五章 无机非金属材料与工艺 5-1 陶瓷材料概述 5-2 陶瓷的性能 5-3 工业陶瓷的成型方法 5-4 产品设计中常用的工业陶瓷 第五章 无机非金属材料与工艺 5-1 陶瓷材料概述 5.1.1陶瓷的概念 陶瓷是人们熟悉的一种材料,在产品造型中也作为重要的造型材料被广泛使用。常把金属、工程塑料和工业陶瓷作为工业产品造型的三大材料。 陶瓷为所有无机非金属材料的简称。其定义为:陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物,经过成型和高温烧结制成的、由金属元素和非金属元素的无机化合物构成的多相固体材料,包括陶器和瓷器,也包括玻璃、搪瓷、石膏、水泥、石灰、砖瓦、耐火材料等人造无机非金属材料。 由于这些材料都是用天然的硅酸盐矿物(即含有二氧化硅的化合物),如粘土、石灰石、长石、石英、砂子等原料生产的,所以陶瓷材料也常称为硅盐材料。 第五章 无机非金属材料与工艺 近20年来,陶瓷材料有巨大的发展,许多新型陶瓷的成分远超出硅酸盐的范畴,陶瓷的性能面临重大的突破,陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。 陶瓷的共同特征是: ①耐热性优良; ②绝缘性、半导体性,还具有磁性、介电性等多种功能 ③不易变形,断裂时属于脆性破坏 ④韧性低。 第五章 无机非金属材料与工艺 5.1.2 陶瓷的特点 工业陶瓷区别于其他工业造型材料,其特点主要为以下三个方面: 1.在陶瓷结构中,离子键和共价键是主要的结合键。完全由一种键组成的陶瓷是不多的;大多为离子键和共价键的混合。 键的性质与材料的结构和性能有密切关系,如离子键性强的无机材料常呈结晶态,如某些共价键性强的无机材料则容易形成非晶结构。 2.陶瓷的生产工艺是先成型后烧结成制品,工艺流程一般都很复杂。对已经烧成的陶瓷进行再加工一般较困难,这是陶瓷与其他材料的主要差别之一。 生产可归纳为三个步骤:坯料制备、成型、烧结。坯料制备将直接影响成型加工性能和陶瓷制品的使用性能。 第五章 无机非金属材料与工艺 3.工业陶瓷具有一系列优良的物理、化学性能和独特的质感。 陶瓷按使用性能可分为: 功能陶瓷和结构陶瓷两大类。前者具有能量转换等功能。结构陶瓷主要作为工业造型材料和高温结构材料,它们的熔点高、强度高、化学稳定性好。在产品设计中,应用较为广泛的是结构陶瓷,特别是工业玻璃。 第五章 无机非金属材料与工艺 5.1.3 陶瓷的分类 陶瓷材料的分类很复杂,可以按照性能,用途和化学组成来分类。 作为工业产品造型材料的工业陶瓷的分类主要包括: 工业玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷三大类。 工业陶瓷材料的分类如图: 工业玻璃:光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃、实验室用玻璃、器皿玻璃、建筑玻璃、日用玻璃 陶瓷 普通陶瓷:日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶 瓷、多孔陶瓷 特种陶瓷:按性能包括:高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷等。 按化学组成包括:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶 瓷、 复合陶瓷、金属陶瓷、纤维增强陶瓷等。 玻璃陶瓷:耐热耐蚀微晶玻璃、光学玻璃陶瓷、无线电透明微晶玻璃、熔渣玻璃陶瓷。 第五章 无机非金属材料与工艺 5-2 陶瓷的性能 陶瓷的性能受许多因素影响,波动范围很大,但还是存在一些共同的特性。 5.2.1 陶瓷的机械性能 1.刚度 刚度由弹性模量衡量,弹性模量反映结合键的强度,所以具有强大化学键的陶瓷都有很高的弹性模量。陶瓷的刚度是各类材料中最高的,比金属高若干倍。 2.硬度 陶瓷也是各类材料中硬度最高的,这是陶瓷的最大特点。陶瓷的硬度随温度的升高而降低,但在高温下仍有较高的数值。 第五章 无机非金属材料与工艺 3.强度 抗拉强度很低,抗弯强度较高,抗压强度很高。在产品造型中应用陶瓷时,应对意这种承载能力的特点。 4.塑性 塑性变形是在切应力作用下,由位错运动所引起的密排原子面间的滑移变形。 陶瓷位错运动所需要的切应力很大,比较接近于晶体的理论剪切强度。陶瓷的塑性很差,在室温下几乎没有塑性。不过,在高温慢速加载的条件下,陶瓷也能表现出一定的塑性。 第五章 无机非金属材料与工艺 5.韧性或

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