《第十一课结构陶瓷材料》.ppt

第四章 无机非金属材料 第一节 陶瓷概述 第二节 普通陶瓷材料 第三节 结构陶瓷材料 第四节 功能陶瓷材料 第五节 无机建筑材料 结构陶瓷材料 结构陶瓷的生产工艺特点 氧化铝陶瓷的生产工艺、性能特点及应用 氧化锆陶瓷的性能特点及应用（相变增韧原理） 耐火材料的性能特点及应用 结构陶瓷的生产工艺 特种陶瓷：结构陶瓷 功能陶瓷 特种陶瓷的特点：原料：高纯化工原料和合成矿物烧结：真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段性质：特殊的性质和功能 特种陶瓷的生产工艺 粉末制备要求：纯度高，粒度小方法：固相法 气相法 液相法 机械法 溶剂蒸发法 特种陶瓷的成形特点 粉末预处理：预烧、粉碎、分级、净化等 成形方法：普通陶瓷的成形方法冷等静压成形注射成形爆炸成形 特种陶瓷的烧结特点 特种陶瓷的烧结一般是在容量较小的高温炉中进行的，其烧成温度很高，须精确控制，有时需在保护气氛中进行。 烧结方法常压烧结：氧化物陶瓷气氛烧结：非氧化物陶瓷热压烧结：共价键非氧化物陶瓷热等静压烧结反应烧结：非氧化物陶瓷（SiC, Si3N4)电火花烧结：碳化物、氮化物、金刚石制品自扩散高温合成 氧化物陶瓷——氧化铝（Al2O3）陶瓷 成分：以Al2O3为主要成分（45wt%）， 含有少量的SiO2，α-Al2O3（刚玉）为主晶相 Al2O3有多种结晶形态：α-Al2O3：简单六方点阵，氧离子的密排六方结构，结构最紧密，活性低，高温稳定，存在于自然界中（天然刚玉、红宝石、蓝宝石等）β-Al2O3：质量分数很高的多铝酸盐矿物，MeO·6Al2O3和M2O·11Al2O3，具有明显的离子导电和松弛极化现象，介质损耗大，电绝缘性不好，在自然界不存在γ-Al2O3：属尖晶石结构，高温不稳定，机电性能差，在自然界不存在 尖晶石结构 尖晶石结构 Mg2+离子形成金刚石结构 在每个四面体间隙中有4个密堆的氧离子，形成四面体（或连成小立方体），其中心即为四面体间隙的中心，且各四面体（或小立方体）的位向都相同 在中心没有Mg2+离子的氧离子小立方体的其余4个顶点上分布有Al3+离子Mg2+: Al3+: 4×4=16O2-:4×8=32 尖晶石结构 氧化铝（Al2O3）陶瓷 Al2O3的质量分数较高的瓷坯中，主要晶相是刚玉（ α-Al2O3 ），随着SiO2的质量分数的增加，还出现了莫来石晶相及玻璃相 分类：根据Al2O3含量的不同分为：75瓷（75% Al2O3），又称刚玉-莫来石瓷；95瓷（95% Al2O3）和99瓷（99% Al2O3）。后两者又称刚玉瓷 氧化铝（Al2O3）陶瓷 氧化铝陶瓷中Al2O3的含量越高，玻璃相越少，气孔也越少，其性能也越好，因此刚玉瓷的性能最佳，但工艺复杂，成本高 性能特点： 氧化铝（Al2O3）陶瓷 应用： 内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩； 用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等； 用于冶炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等 用于制造钠蒸汽灯管、微波整流罩红窗口、激光振荡器原件等 氧化铝粉末制备 生产氧化铝陶瓷的原料有两种：工业氧化铝 和 电熔刚玉 工业氧化铝碱法处理[NaOH或Na2CO3处理铝矾土，煅烧Al(OH)3]白色松散的结晶粉末，颗粒是由许多粒径小于0.1μm的γ-Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体 电熔刚玉（人造刚玉） α-Al2O3 ，质量分数高达99% 氧化铝陶瓷工艺特点——以用工业氧化铝粉末生产刚玉瓷为例 预烧减少烧成收缩，保证产品性能，提高原料纯度 细磨采用钢球将原料磨洗，以利于烧结致密 酸洗盐酸与铁生成FeCl2或FeCl3而溶解，可以用水洗达到除铁的目的 氧化铝陶瓷工艺特点 刚玉瓷生产的关键： 化学组成要合适，没有或很少有害的物质 在尽可能低的温度、玻璃相很少的情况下，烧结致密 全部转变为α-Al2O3 相，要求晶粒细小而分布均匀 人工配比（氧化铝+添加剂）一是与Al2O3 能够生成固溶体的，增加刚玉晶体缺陷，活化晶格，促进烧结；但是，因为晶格中缺陷较多，会增加电导和松弛化，降低材料的电阻率及提高了介质损耗，对陶瓷的电气性能不利TiO2, Cr2O3, Fe2O3, Mn2O3等二是能生成液相的，可以大大降低烧结温度，促进烧结过程，减少气孔率，提高致密度，对陶瓷的力学、电气性能有利；但是也像不利于材料的高温强度高岭土（Al2[(OH)4/Si2O5]），硼镁石（2MgO·B2O3·H2O），SiO2, MgO, CaO, Sr