第十二章 陶瓷材料.ppt

第十二章 陶瓷材料 工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展，出现了许多性能优良的新型陶瓷。 陶瓷材料的性能特点 陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。 陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。 功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。 陶瓷材料的工艺特点 陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。 烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在的问题是其存在一定的气孔率。 陶瓷材料的分类 1、按化学成分分类 可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。 按使用的原材料分类 可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。 陶瓷材料的结合键特点 陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。 12.3 陶瓷的显微结构 陶瓷材料的特点 材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大. 气相是在工艺过程中形成并保留下来的。 12.4 陶瓷材料制造工艺 一般都要经历三个阶段：坯料制备、成型与烧结。 坯料制备： 采用天然岩石、矿物、粘土等作为原料时，经过原料粉碎—精选—磨细—配料—脱水—炼坯、陈腐等过程 采用高纯度可控的人工合成粉末化合物作原料时，在坯料制备之前如何获得成分、纯度和粒度均达到粉状化合物是坯料制备的关键。 12.5陶瓷材料的脆性及增韧 12.5.1陶瓷材料的脆性 脆性是陶瓷材料的特征，在外力作用下，断裂无先兆。直观表现是抗机械冲击性差，抗温度急变性差。脆性的本质与陶瓷材料主要是共价键、离子键有关。陶瓷的理论屈服强度虽然很高，但实际断裂强度都很低，这与陶瓷内存在大量微裂纹，引起应力集中有关。 12.5.2改善陶瓷脆性的途径 因为陶瓷材料有很高的脆性,所以不能广泛运用于各个领域. 提高了陶瓷的裂韧性,也就提高了陶瓷的抗拉强度. 为了提高陶瓷的裂韧性,工程上有三种方法:降低陶瓷的微裂纹尺寸，相变增韧和纤维增韧 12.6 工程陶瓷材料简介 1、普通陶瓷 普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、长石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。 其组织中主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，气相占1~3%。 普通陶瓷加工成型性好,成本低，产量大。 除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门. 2 现代陶瓷材料 随着世界范围内电子信息技术的高速发展和新材料技术在更广泛领域的应用，将会为包括现代陶瓷材料在内的新材料提供更多的发展空间。 在焊接技术领域中，特殊性能的陶瓷材料起到了关键性的作用。人们开发研制了陶瓷衬垫来应用于环形焊缝的焊接。采用CO2焊和埋弧焊等焊接工艺轻松地实现了单面焊双面成型，提高了焊缝的成型质量，促进了生产效率的提高。 3 金属陶瓷 金属陶瓷金属的塑性及抗热震性好，但容易氧化，高温强度不高；陶瓷的耐热性及耐蚀性强，但脆性大。金属陶瓷就是将二者结合起来制成的优异新材料。金属陶瓷的陶瓷相是氧化物、碳化物、硼化物、氮化物 据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷. 氧化铝陶瓷耐高温性能好，可使用到1950℃,。具有良好的电绝缘性能及耐磨性。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石). 氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩 氧化锆陶瓷 氧化锆的晶型转变：立方相?四方相?单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速， 引起很大的体积变化，易使制品开裂。 在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ)，其力学性能低，抗热冲击性差. 氧化锆制品 ⑵ 氮化硅（Si3N4）陶瓷 氮化硅是由Si3N4四面体组成的共 价键固体。 ① 氮化硅的制备与烧结工艺 工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4 二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO ③ 性能特点及应用 氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。 反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。 ⑶ 碳化硅（SiC）陶瓷 碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。 碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。 碳化硅的最大特点是高