第13章 精细陶瓷.ppt

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第13章 精细陶瓷

第13章 精细陶瓷 第一节  概 述 一、定义和分类 一般认为:采用高度精选原料、具有精确的化学组成、按照便于进行结构设计及控制的制造方法进行制造加工的、具有优异特性的陶瓷称精细陶瓷。 精细陶瓷主要有以下特点: (1)产品原料全都是在原子、分子水平上分离、精制的高纯度的人造原料。 (2)在制备工艺上,精细陶瓷要有精密的成型工艺,制品的成型与烧结等加工过程均需精确的控制。 (3)产品具有完全可控制的显微结构,以确保产品应用于高技术领域。精细陶瓷具有多种特殊的性质,如高强度、高硬度、耐磨耐蚀,同时在磁、电、热、声光、生物工程等各方面有特殊功能,因而使其在高温、机械、电子、计算机、航天、医学工程各方面得到广泛应用。 分类 1.结构陶瓷 (1)耐高温、高强度、耐磨损陶瓷 (2)耐高温、高强度、高韧性陶瓷 (3)耐高温、耐腐蚀的透明陶瓷 (4)生物陶瓷 2.功能陶瓷 (1)导电陶瓷 (2)介电陶瓷 (3)压电陶瓷 (4)半导体陶瓷 第二节 精细陶瓷的制备工艺 一、精细陶瓷的粉体制备 精细陶瓷的粉体制备方法一般可分为机械法和合成法两种,前一种方法是采用机械粉碎方式将机械能转化为颗粒的表面能,使粗颗粒破碎为细粉;后一种方法是由离子、原子、分子通过反应、成核和成长、收集、后处理等手段获得微细粉末。这种方法的特点是纯度、粒度可控,均匀性好,颗粒细微,并可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。 1.机械法 2.合成法 化学合成法包括固相法、液相法和气相法三种。 二、精细陶瓷成型方法 (1)粉料成型法:包括钢模压制,等静压制。 (2)浆料成型方法: (3)可塑成型方法: (4)注射成型方法: 三、精细陶瓷的烧结方法 烧结的实质是粉末坯块在适当环境或气氛中受热,通过一系列物理、化学变化,使粉末颗粒间的粘结发生质的变化,坯块强度和密度迅速增加,其它物理、力学性能也得到明显的改善。精细陶瓷常用的烧结方法如下: 1.普通烧结 2.热压烧结 3.其它烧结方法 电场烧结 超高压烧结 活化烧结 反应烧结 自蔓延高温合成(SHS)致密化 一、高温结构陶瓷 氮化硅陶瓷 氮化硅可用多种方法合成,工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应后获得。 3Si + 2N2 → Si3N4 也可用化学气相沉积法,使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应,产物沉积在石墨基体上。形成一层致密的层。此法得到的氮化硅纯度较高,其反应如下: 3 SiCl4 + 2 N2 + 6 H2 → Si3N4 +12HCl 高熔点氧化物陶瓷 高熔点氧化物陶瓷通常是指熔点超过SiO2熔点(1728℃)的氧化物,大致有60多种,其中最常用的有Al2O3、ZrO2、MgO、BeO、CaO和SiO2等六种。这些氧化物在高温下具有优良的力学性能,耐化学腐蚀,特别是具有优良的抗氧化性,好的电绝缘性,所以得到广泛的应用。 2、透明陶瓷 二、光导纤维 高纯度的二氧化硅或称石英玻璃熔融体中,拉出直径约100μm的细丝,称为石英玻璃纤维。 三、生物陶瓷 四、电子陶瓷 五、金属陶瓷 金属陶瓷是由金属和陶瓷性非金属组成的烧结材料。广义的金属陶瓷包括难熔化合物合金、硬质合金、弥散型核燃料元件和控制棒材料、金属粘结的金刚石工具材料等。狭义的金属陶瓷是指难熔化合物钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钨、钼等和碳、硼、氮、硅等形成的化合物与金属的烧结材料。。 金属陶瓷既有陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀等特性,又具有金属所有的韧性、耐冲击性和易加工性能,所以广泛被用来制作工件的耐磨、耐蚀、耐高温表层,还可用作一些特殊用途。例如,用高温烧结的多层多孔的碳化钛,由于在高温烧结过程其表面形成了氧化钛膜,使其耐高温的熔点温度高达3000摄氏度,因此可作为耐高温材料以及用来制作过滤器和光催化材料;高分子聚合金属陶瓷的应用涉及船舶、海洋工程、石油、化工、冶金、机械、电力、水利、矿山、航空以及军事装备等领域;TiN、TiC金属陶瓷刀具具有优良的力学性能,是一种高技术含量和高附加值的刀具 六、超导陶瓷 富勒烯家族 C60是由60个碳原子组成的空心笼状分子,由于形状酷似足球而被称为“布基球”。1990年科学家首次观察到C60材料的超导性,并发现掺杂一些钾金属等物质能够使其超导临界温度有所提高。但在临界温度达到40K左右之后,有关研究便停滞不前。 往C60材料中掺入杂质,把C60分子彼此推得更开,也可以提高材料的超导临界温度。贝尔实验室的科学家认为,利用类似机理,向含有大量自由空穴的C60材料中掺入适当杂质,有可能将临界温度提高到100K。 七、其它精细陶瓷 1.可贮存核废料的陶瓷 2.对CO2具有高吸收能力的锂硅酸盐 3.超塑性陶瓷 4.抗菌抗霉陶瓷 5.超塑性陶瓷 * * *

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