陶瓷的分类及性能.docx

陶瓷材料的力学性能 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键） 范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 玻璃 工业玻璃 （光学，电工，仪表，实验室用 ）；建筑玻璃；日用玻璃 陶瓷 —普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘） ，化工，多孔 ,, 特种陶瓷 -电容器，压电，磁性，电光，高温 J J 金属陶瓷 结构陶瓷，工具（硬质合金） ，耐热，电工 J J 玻璃陶瓷 耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷 J 2. 陶瓷的生产 （1）原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种 陶瓷(人工的化学或化工原料 --- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物) (2) 坯料的成形 (可塑成形，注浆成形，压制成形) (3)烧成或烧结 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 (高聚物 20HV ，淬火钢 500-800HV ，陶瓷 1000-5000HV ) 刚度是各类材料中最高的(塑料 1380MN/m2 ，钢 207000MN/m2) 强度理论强度很高( E/10--E/5 )；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 2 (E/1000--E/100 )。耐压(抗压强度高) ，抗弯(抗弯强度高) ，不耐拉(抗拉强度很低比 抗压强度低一个数量级)较高的高温强度。 塑性：在室温几乎没有塑性。 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料( 入=10-2?10-5w/m ? K) 热稳定性 抗热振性 (在不同温度范围波动时的寿命) 急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。 陶瓷的 抗热振性很低(比金属低的多，日用陶瓷 220 C) 化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀(抗液体金属、酸、碱、盐) (9) 导电性 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体( NiO Fe3O4 等) (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷 传统陶瓷 原料 长石，石英，粘土，高龄土，绢云母，滑石，石灰。 加入（ MgO ZnO BaO Cr2O3 等）提高强度；加入（ Al2O3 ， ZrO2 等）提高强度和热稳定性；加入（ SiC 等）提高导热 性。 1. 日用陶瓷 性能要求： 白度，光洁度，热稳定性，机械强度，热稳定性 用途： 日用器皿，工艺品艺术品等 2. 建筑陶瓷 性能要求： 强度，热稳定性 用途： 地面，墙壁，管道，卫生洁具等 3. 电工陶瓷（高压瓷） 性能要求： 强度，介电性能和热稳定性 用途： 隔电，支持及连接，绝缘器件 4. 化工陶瓷 性能要求： 耐蚀性 用途： 实验器皿，耐热容器，管道，设备。 特种陶瓷 1. 氧化物陶瓷： ※ Al2O3 高的强度和高温强度（抗压 2493MN/m2） ，高化学稳定性和介电性能 以 Al 2 O 3 为主要成分，含少量 SiO 2 的陶瓷。 根据 Al 3 含量不同，分为 75 Al 含量为 75% ）又称刚玉 莫来石瓷； 95 瓷、 99 瓷，又称刚玉瓷。 Al 2 O 3 含量愈高，玻璃相愈少，气孔愈少，陶瓷的性能愈好，但工艺愈复杂，成本愈 优势： 氧化铝陶瓷的强度高，是普通陶瓷的 2 6 倍，抗拉强度可达 250MPa 耐磨性好，硬度次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，居第 5 耐高温性能好，刚玉陶瓷可在 1600 C下长期工作，在空气中的最高使用温度达 1980 C； 耐蚀性和绝缘性好； 脆性大，抗热振性差，不能承受环境温度的突然变化。 3 用途： 工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。 微晶刚玉(弯曲强度 5000MN/m2 HRA92-93 红硬性 1200 C) 工具 J 刀具。 ※ BeO 导热性好 ( 180 kcal/m h ? C) 热稳定性较高， 消散高能辐射的能力强， 强度低 (抗 压强度( 785MN/m2 ) 用途： 熔化某些纯金属的