陶瓷材料--微观结构与力学性能.ppt

①氧化物陶瓷 氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，一般都在2000oC附近。 氧化铝陶瓷 SiO2 添加SiO2作为助烧剂，在1600度形成液相，有利于烧结 Al2O3 与氧化铝形成液相的物质及出现液相的最低温度 形成液相的物质 出现液相的最低温度(oC) BeO 1900 CaO 1400 CeO2 1750 MgO 1930 ThO2 1750 TiO2 1720 ZrO2 1700 氧化铝陶瓷 以Al2O3为主成分。 氧化铝陶瓷为结构陶瓷中典型材料。通常应用于需要承受机械应力的结果用零件，尤其是利用其高熔点、高硬度、耐腐蚀、电绝缘性好等特性，作为苛刻条件下使用的结构件。 氧化铝陶瓷 透明氧化铝陶瓷 α- Al2O3单晶体是良好的对红外线、可见光透明的材料。但是以α - Al2O3为主晶相的多晶陶瓷通常并非如此。原因是材料中存在尺度与红外线、可见光波长相当的缺陷（如玻璃相、气孔、杂质相等）、晶界，引起透入光被不断地被散射、反射、折射、干涉甚至被吸收，最后基本被消耗在材料内部。 氧化铝陶瓷 通过以下方法可改善氧化铝的透光性： 提高密度，以减少气孔； 限制气孔的尺寸，使其不与透过光干涉； 限制晶粒尺寸（减少晶粒尺寸），从而提高均匀性。 提高材料的纯度，以减少玻璃相和杂质相。 具体措施：采用高纯、细的Al2O3粉为原料(一般用硫酸铝氨热分解法生产的高纯Al2O3粉体为原料)，掺杂MgO(0.5wt%),在氢气氛下烧结。 MgO作为助烧剂的作用机制 MgO的作用与其加入量有关： 当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（0.3wt%）时，固溶反应： 2MgO →2MgAl +2O0x+V0?? 生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结 当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应： MgO +Al2O3→MgO?Al2O3(尖晶石) 尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al 2O3主晶相的晶界上，阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于晶界移动过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。 气孔在晶界上通过晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果还可以细化晶粒。 烧结气氛 气氛对99瓷烧结的影响(1650 ℃烧结) 还原气氛或原子尺寸小的气氛对烧结更有利。还原气氛的影响机理是增加了氧空位，促进了扩散过程。 又有实验表明，氨分解气氛、氢气氛会加速晶粒的异常长大，故建议最好的气氛为氩气或空气。 这些实验结果有些矛盾，说明实际情况有些复杂。如果没有晶粒的异常长大，可以认为采用还原气氛烧结还是有利的。 陶瓷材料 一、陶瓷材料的微观结构 ①玻璃 ②陶瓷 ③是玻璃还是陶瓷？ 二、结构陶瓷 ①氧化物陶瓷 ②氮化物陶瓷 ③碳化物陶瓷 三、电功能陶瓷 四、铁氧体 一、陶瓷材料的微观结构 ①、玻璃 晶体 玻璃 冷却速度 须使金属不产生晶核也不发生晶核长大 晶体形成温度与时间的关系 冷却速度高于临界冷却速度以上时，金属不再发生结晶 C曲线 ①、玻璃 ※非晶态合金块材制备方法 大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成能力。Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律： ⑴合金系由三个以上组元组成； ⑵主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差； ⑶各组元间有大的负混合热； 为了控制冷却过程中的非均匀形核：一要提高合金的纯度，减少杂质；二要采用高纯惰性气体保护，尽量减少含氧量。 ①、玻璃 腓尼基人 生活在今天地中海东岸 Na2CO3·NaHCO3·2H2O ①、玻璃 原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分 Na2O·CaO·6SiO2 3000多年前，洲腓尼商船载着块状的Na2CO3·NaHCO3·2H2O。由于海水落潮，商船搁浅了，于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块“天然苏打”作为大锅的支架，在沙滩（碳酸钙、二氧化硅）上做饭。 ①、玻璃 公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶器。用陶土烧制的器皿叫陶器，用瓷土烧制的器皿叫瓷器。陶瓷则是陶器，炻器和瓷器的总称。 ②、陶瓷 黏土 ②、陶瓷 高岭土 高岭土（即观音土）是富含高岭石这一矿物的土壤的名称，而高岭石的主要成分是Al203·2Si02·2H20 ②、陶瓷 地壳中元素含量 ②、陶瓷 黏土的主要成分 ②、陶瓷 ②、陶瓷 ②、陶瓷 1） 晶粒? 是陶瓷材料的主要组成相 ①硅酸盐 ?硅酸盐是传统陶瓷的主要晶相。 ② 氧化