5-陶瓷材料.ppt

陶瓷材料指所有无机非金属材料。是用天然或人工合成的粉状化合物，经成型和高温烧结而制成的多晶固体材料。 2.2.1 概述 按原料来源分：普通陶瓷、特种陶瓷 高强度陶瓷 高温陶瓷 压电陶瓷 磁性陶瓷 半导体陶瓷 生物陶瓷 特种陶瓷可按化学组成分为 氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 碳化物陶瓷 金属陶瓷（硬质合金） 坯料制备 通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团。 成型 将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。 烧结 生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。 二、陶瓷材料的结构与性能特点 （一）陶瓷材料的结构 有些陶瓷中的晶相也存在同素异构转变。 实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体缺陷，这些缺陷可加速陶瓷的烧结扩散过程，还影响陶瓷性能。 晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸为200μm时，抗弯强度为74MPa，1.8μm时抗弯强度可高达570MPa。 陶瓷材料中往往同时存在多种晶相，对陶瓷性能起决定作用的晶相称主晶相，其余为次晶相。 玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的。 玻璃相的作用 将分散的晶相粘结在一起； 降低烧结温度； 抑制晶相的晶粒长大 填充气孔。 玻璃相熔点低、热稳定性差，在较低温度下开始软化，导致陶瓷在高温下发生蠕变，且其中常有一些金属离子而降低陶瓷的绝缘性。 故工业陶瓷中玻璃相的数量要予以控制，一 般20~40%。 气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常为5~10%，要力求使其呈球状，均匀分布。 气孔对陶瓷的性能有显著影响，使陶瓷强度降低、介电损耗增大，电击穿强度下降，绝缘性降低。 气相可使陶瓷的密度减小，并能吸收振动； 用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要增加气孔率，有时气孔率可高达60％。 （二）陶瓷的性能 硬度高、耐磨性好; 1500Hv （淬火钢500~800Hv，高聚物20Hv） 抗拉强度低，抗压强度较高； 因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷，实际强度仅为理论强度的1/100~1/200。但抗压强度高，为抗拉强度的10~40倍。 高弹性模量，高脆性。 E=100~400GPa （金属210） 在拉伸时几乎没有塑性，在拉力作用下产生一定的弹性变形后直接断裂。 冲击韧性、断裂韧性低 KIC 约为金属的1/60~1/100 熔点高 一般在2000℃以上，故陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属。 热胀系数小、热导率低 随气孔率增加，陶瓷的热胀系数、热导率降低，故多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料。 热振性差。 有些陶瓷具有特殊的光学性能 红宝石（α-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自控元件的光敏电阻材料。 磁性 磁性陶瓷又名铁氧体或铁淦氧，主要是Fe2O3和Mn、Zn等的氧化物组成的陶瓷材料，为磁性陶瓷材料，可用作磁芯、磁带、磁头等。 结构稳定 化学稳定性高，抗氧化性优良，在1000℃高温下不会氧化，并对酸、碱、盐有良好的抗蚀性。故在化工工业中广泛应用。 2.2.2 工程结构陶瓷材料 硬度高，不会氧化生锈，不导电，耐1200℃高温，加工成型性好，成本低廉。 玻璃相较多，强度较低，在较高温度下易软化，故耐高温及绝缘性不及其它陶瓷。 日用陶瓷 工业上主要用作绝缘的电瓷绝缘子和耐酸、碱的容器、反应塔管道等，还可用于受力不大，工作温度在200℃以下的结构零件。 二、特种陶瓷 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（ ）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。 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。 主要用于制作内燃机火花塞，火箭、导弹的导流罩，