陶瓷材料简要介绍.ppt

陶瓷材料;§1 陶瓷的基本相 §2 陶瓷的基本性能 §3 陶瓷力学性能的检测方法 §4 常见陶瓷 §5 产品分析 ;§1 陶瓷的基本相;气孔;1.1 晶相 主要组成相，一般由离子键（MgO和Al2O3）或共价键（SiC、Si3N4）结合而成，其种类、数量、晶粒大小等对陶瓷的性能起决定性作用。;晶相种类及含量对陶瓷抗折强度的影响;b.晶粒大小对陶瓷强度的影响：; 晶粒直径/um;1.2 玻璃相 非晶态固体，陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生一系列物理化学反应后，形成液相，冷却凝固而成。;1.3 气相：;高强度陶瓷的组织要求： ;§2 陶瓷的基本性能;2.1 力学性能:;2.2 物理及化学性能：;§3 陶瓷力学性能的检测方法; 3.1 硬度 硬度是材料抵抗局部压力而产生变形能力的表征。通常采用的是维氏硬度与莫氏硬度。;维氏硬度的测量 将一个相对夹角为136°的正四棱锥金刚石压头在一定的负荷下压入试样表面，经过一定时间的保持后卸载，测定压痕两对角线的长度并取其平均值（d）计算压痕的实际面积，负荷和所测面积的比值就是维氏硬度，用HV表示。经几何换算后得到：;莫氏硬度表;3.2 弯曲强度; 应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，常用的方法有单边切口梁法、压痕法、双扭法和双悬臂梁法。本节只简要介绍压痕法测定方法。; 用维氏或显微硬度压头，压入抛光的陶瓷试样表面，在压痕对角线延长方向出现四条裂纹，测定裂纹长度，根据载荷与裂纹长度的关系，求得KIc值。 ;压痕法;§4 常见陶瓷;原材料; 特种陶瓷，又称精细陶瓷，采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN），经配料、成型、烧结而制得。按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷。; 4.2.1 氧化物陶瓷： 1）氧化铝陶瓷 以α- Al2O3为主晶相，根据Al2O3含量和添加剂的不同，有不同系列。如根据Al2O3含量不同可分为75瓷，85瓷，95瓷，99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。 ;牌号;应用;高硬度和耐磨性：在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零件、刀具。各种发动机中还大量使用A12O3陶瓷火花塞。 电绝缘性能和较低的介质损耗：氧化铝的含量高于95%的Al2O3陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等特点，因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。 ; 2）氧化锆陶瓷 ZrO2有立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。根据所含相的成分不同，ZrO2陶瓷可分为稳定ZrO2陶瓷材料、部分稳定ZrO2陶瓷。 ;稳定ZrO2陶瓷：主要由立方相组成 ; 强度，断裂韧性和抗热冲击性能非常高：被称为“陶瓷钢”。同时其热传导系数小，隔热效果好，而热膨胀系数又比较大，比较容易与金属部件匹配，在日前所研制的陶瓷发动机中用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件。;足够高的强度和耐磨性，又与光纤材料相似的线膨胀系数（5*10-6/℃），当环境温度发生变化时候，氧化锆陶瓷的收缩和膨胀和光纤基本相同，以保证光纤端面的紧密接触，防止光信号的损失。 ; 3）氧化铍陶瓷 氧化铍陶瓷最大的特点是高导热率、高熔点（2530℃)、高强度、高绝缘性、高化学和热稳定性、高抗热冲击性，经常用于制造坩埚和真空陶瓷等。 ; 按制造工艺分：热压烧结氮化硅（β- Si3N4）陶瓷； 反应烧结氮化硅（α- Si3N4）陶瓷。 热压烧结氮化硅陶瓷组织致密，气孔率接近于零，强度高。反应烧结氮化硅陶瓷有20%～30%气孔. ;烧结工艺;特点： （1）硬度高：氮化硅的硬度高，HV=18GPa~21GPa，仅次于金刚石、立方BN、B4C等少数几种超硬材料。 （2）摩擦因子小：只有0.1～0.2，具有自润滑性； （3）化学稳定性好：抗氢氟酸以外的各种无机酸和 碱溶液的侵蚀，也能抵抗熔融非 铁金属的侵蚀； （4）较高的室温抗弯强度和断裂韧性:室温抗弯强度通常在800-1050MPa，断裂韧性为6-7MPa?m1/2 ;Si3N4轴承;2） 氮化铝AlN陶瓷 ; 包括：碳化硅、碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钛、 碳化钨、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化铪等。 特点 具有很高的熔点（3000℃以上） 高硬度（硬度B4C的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼） 耐高温氧化能力差，脆性极大 ;碳化硅陶瓷 碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中应用最广泛。其密度为3.2×103kg·m-3，弯曲强