工程材料第五章 陶瓷材料 (2).ppt

第五章 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。 陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 第一节 概述 一、陶瓷材料的分类 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。按用途可分为日用陶瓷和工业陶瓷。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。 导电玻璃 玻璃幕墙 二、陶瓷的制造工艺 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。 1. 坯料制备 2. 成型 ● 可塑法 ● 注浆法 ● 压制法 3. 烧结 陶瓷零件 第二节 常用工程结构陶瓷材料 一、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。 景德镇瓷器 绝缘子 二、特种陶瓷 1. 氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。 Al2O3化工、耐磨陶瓷配件 Al2O3密封、气动陶瓷配件 单相Al2O3陶瓷组织 根据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). 95瓷纺织件 99瓷纺织件 氧化铝耐高温喷嘴 2. 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。 ZrO2 氧化锆单相陶瓷 部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。 部分稳定氧化锆制品 3. 氧化镁/钙陶瓷 通常是用热白云石矿石除去CO2而制成的。 4. 氧化铍陶瓷 除具有一般陶瓷的性能特点外，氧化铍陶瓷最大的特点是导热性好。 5. 氧化钍/铀陶瓷 是一类具有放射性的陶瓷。 （二）氮化物陶瓷 1. 氮化硅（Si3N4）陶瓷 氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。 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。 烧结工艺 优点 缺点 反应烧结 烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状 密度低，强度低，耐蚀性差 热压烧结 用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好 只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低 2. 氮化硼陶瓷 氮化硼陶瓷的主晶相是BN，属于共价键晶体。其晶体结构与石墨相仿，为六方晶格，故有白石墨之称。此类陶瓷具有良好的导热性和耐热性；热膨胀系数小；绝缘性好；化学稳定性高；有自润性。 热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。 Si3N4轴承 （三）碳化物陶瓷 1. 碳化硅（SiC）陶瓷 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。 碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。 常压烧结碳化硅 碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。 SiC陶瓷件 SiC陶瓷件 SiC轴承 2. 碳化物陶瓷 碳化物陶瓷的硬度极高，抗磨粒磨损能力很强，熔点高达2450℃左右。但在高温下会氧化，其使用温度限定在900 ℃以下。主要用途是制作磨料。 3. 其它碳化物陶瓷 碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钨等陶瓷的熔点和硬度都很高，所以通常作高温材料。 （四）硼化物陶瓷 ● 最常见的硼化物陶瓷包括硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨等。特点是硬度高，耐蚀性好。