第九章 陶瓷材料.ppt

第九章 陶瓷材料 内容提要： ?? 本章介绍陶瓷材料的结构与性能。介绍现今意义上陶瓷材料的分类，简述工程陶瓷的基本工艺过程，介绍普通陶瓷（包括日用陶瓷和工业陶瓷）、特种陶瓷（氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷）的组成、性能特点和应用。 学习目标： ??? 了解陶瓷材料的结构与性能。熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和应用。对其它陶瓷材料作一般了解。 二、陶瓷的分类 化学成分：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷 性能和用途：结构陶瓷-结构件（力学性能） 功能陶瓷-功能器件（物理性能） 三、陶瓷材料的特点 性能特点 结合键：离子键和共价键，有方向性 1.高硬度：耐磨性高 2.高熔点：耐热性高 3.高化学稳定性：耐蚀性高 现代陶瓷与传统陶瓷的比较 见表11.2 第二节 陶瓷材料的制备工艺 ?工艺特点： 粉末冶金；材料和零件一体化 工艺的重要性：原料的制备工艺、性质、成型对烧结时的微结构和性能影响较大；材料和零件的一体化，材料的性能即是制品的性能，不能后续处理 1.粉末的制备? 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。 机械研磨法：固相反应+机械球磨（机械粉碎-煅烧，固相反应-球磨） 化学法：通过化学反应使颗粒（粉末）从液体、气体、固相中析出 a液相法 溶液中通过溶剂的蒸发或各组分之间的反应沉淀析出溶 质颗粒，适合氧化物陶瓷粉末的制备 b气相法 气相反应过程使颗粒从气体中析出，适合非氧化物陶瓷 粉末的制备 c固相法 固相反应得到，适合单组分氧化物陶瓷粉末的制备 2.坯料成形? ??? 将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的半成品。 干压成型 单轴受压 成型工艺过程 图11.1 成型质量 冷等静压成型 各方向受压，适用范围广，长棒料，复杂件 4.陶瓷烧结的后处理 组成 晶相、玻璃相、气相 晶相是陶瓷中主要组成相， 玻璃相是一种非晶态的固体 气相是陶瓷孔隙中的气体即气孔 1.晶相 主要有硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。硅酸盐是是陶瓷组织中重要的晶体相，结合为离子键与共价键的混合键。 硅酸盐结构的规律： ① 构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体；?? ② 硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结； ③ Si4+离子通过O2-结合, Si-O-Si的结合键在氧上的键角接近于145°； ④ 稳定的硅酸盐结构中, 硅氧四面体采取最高空间维数互相结合； ⑤ 硅氧四面体采取比较紧密的结构连结； ⑥ 同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原子。 氧化物?????????????????? 氧化物的结构及特点： ??? 氧离子作紧密立方或紧密六方排列； ??? 金属离子规则地分布在四面体和八面体的间隙之中 非氧化合物????????????????? ??? ●金属碳化物：共价键和金属键之间的过渡键, 以共价键为主。 ●氮化物：与碳化物相似, 金属性弱些, 有一定的离子键。●硼化物和硅化物：较强的共价健，连成链、网和骨架，构成独立结构单元。 2.玻璃相 玻璃相作用 ??? ① 粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度； ??? ② 降低烧成温度，加快烧结； ??? ③ 阻止晶体转变，抑制其长大； ??? ④ 获得透光性等玻璃特性； ??? ⑤ 不能成为陶瓷的主导相：对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火性等不利。  玻璃相产生过程? a 熔融液相冷却时在玻璃转变温度粘度增大到一定程度时, 熔体硬化，转变为玻璃。玻璃物质的粘度随温度而变化。?? B 玻璃物质的粘度随温度的变化 玻璃相结构特点?? ??? 玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物组成。硅氧四面体组成不规则的空间网, 形成玻璃的骨架。 3. 气相 ??? 气相是陶瓷组织内部残留下来的孔洞 形成原因比较复杂，与原料和生产工艺有密切的联系，影响因素也比较多。 ??? 根据气孔情况，陶瓷分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。 ??? 除了多孔陶瓷外，气孔的存在对陶瓷的性能不利，降低陶瓷的强度，造成裂纹的根源。尽量使其含量降低。 ??? ●普通陶瓷的气孔率为5%～10%； ??? ●特种陶瓷的在5%以下； ??? ●金属陶瓷则要求低于0.5%。 第四节 陶瓷材料的性能 一、陶瓷的机械性能 1. 刚度 ??? 陶瓷刚度