非金属工艺学课件：chap6-Ceramics microstructures-A.pdf

第六章 陶瓷显微结构 Ceramics Microstructures 内容提要 • 陶瓷显微结构 • 表面与界面 • 晶界 • Microstructures • Surface and interface *Crystal boundary §6.1陶瓷显微结构 陶瓷显微结构 • 特征：晶相、玻璃相、气相的聚集体 或晶粒、晶界、气孔、杂质形成的一定的 几何分布。 晶相－陶瓷体的骨架 • 主晶相及晶界性质决定了材料的性能。 • 其形成取决于适宜的配料组成点和合理的工艺。 普通陶瓷：晶相45 ％ 特种陶瓷：高，一般大于90 ％，如透明 Al O , PLZT铁电陶瓷 2 3 • 晶界：多晶材料重要组成部分。晶界体积几乎占 总体积的一半。动向之一：细晶粒，高纯度。陶 瓷体的骨架 晶相对性能的影响 例如：高铝氧陶瓷 • 性能、强度、硬度与α －Al O 刚玉相含量含量关 2 3 系极大 • 晶粒尺寸对强度影响极大 粒径mm级，冷却中晶界自行开裂 µm级，热应力适当分散，微裂纹长度受限 通常刚玉瓷抗折强度为200 －300MPa 微晶2～3 µm，强度为350－450MPa • 改进陶瓷热处理工艺 • 采用粒径均匀尺度小 的原料粉末 玻璃相：非晶态固体，易熔相 • 作用： 1、粘结晶粒，填充间隙，促进致密化 2、降低烧结温度 3、抑制晶粒长大，阻止或延缓多晶转变 玻璃相：非晶态固体，易熔相 • 来源：瓷坯起始化合物在加热中形成的低 共熔物，杂质、添加剂有影响 • 含量：日用瓷、电工瓷多，高纯氧化物陶 瓷少 • 影响：易吸收杂质粒子，增大材料应力 例如：降低氧化铝瓷中的玻璃相含量，在 强度、电性质、热稳定性方面改善。 玻璃相：非晶态固体，易熔相 • 举例 ※一价阳离子填充到玻璃网络结构中，与 O2-结合力弱，移动速度快，故导电性强 ※二价阳离子填充到玻璃网络结构中，与 O2-结合力强，移动速度慢，故抑制导电能 力 + + + 2+ 2+ 2+ 导电能力：Li Na K ; Mg Zn Ca Pb2+ Ba2+ 气相－开口或闭口气孔 • 成因复杂：制备工艺、原料分解物、添加 剂、重结晶速度、气氛 • 通常为有害因素，降低机械强度、绝缘 性、透光率，增大介电损耗 陶瓷显微结构 • 表征 G = G + G + G S A mi ma G -陶瓷结构 G －组成中粒子构造 S A Gmi －显微组织 Gma －宏观结构 例如：CuO, FeO, MnO等掺杂入BaTiO3 陶瓷，改善 其热敏电阻性能的定性、半定量解释。 陶瓷显微结构 • 陶瓷性能很大程度上取决于显微结构。 • 由于显微结构有特征，目前研究较多，但 重复性不好。 • 研究手段，AFM, SEM, TEM, HTEM. Si N 的HRTEM照片 3 4 玻璃相 热等静压烧结，无玻璃相 无压烧结，有玻璃相