陶瓷材料的力学性能.ppt

*§10.2陶瓷材料的变形与断裂一、弹性变形特点：1）弹性模量大；2）成型与烧结工艺对弹性模量影响大；3）压缩弹性模量高于拉伸弹性模量。第23页，共37页，星期日，2025年，2月5日*二、塑性变形室温下，绝大多数陶瓷材料塑性变形极小。1000℃以上，大多数陶瓷材料可发生塑性变形（主滑移系运动）。陶瓷的高温超塑性

是微晶超塑性------晶界滑动，晶界液相流动。存在条件：超细等轴晶，第二相弥散分布，晶粒间存在液相或无定形相。

如含化学共沉淀法制备的含Y2O3的ZrO2粉体，在1250℃烧结后，3.5×10-2S-1应变速率ε=400%。

利用陶瓷的超塑性，可以对陶瓷进行超塑加工。超塑加工＋扩散焊接：新的复合加工方法。第24页，共37页，星期日，2025年，2月5日*三、断裂陶瓷材料断裂过程都是以其内部或表面存在的缺陷为起点而发生。晶粒和气孔尺寸在决定陶瓷材料强度方面与裂纹尺寸有等效作用。陶瓷材料断裂概率按韦伯分布函数考虑：用韦伯模数m度量强度均匀性。m值大，材料强度分布窄，分散性小。优质工程陶瓷m为10.主要断裂机理：解理（穿晶解理→沿晶断裂）。第25页，共37页，星期日，2025年，2月5日*§10.3陶瓷材料的强度一、抗弯强度采用三点弯曲或四点弯曲试验方法（实用）。σf,4σf,3m越小其差值愈大。二、抗拉强度常用抗弯强度代替，抗弯强度比抗拉强度高20%－40%。三、抗压强度拉伸时，陶瓷材料中的缺陷作为裂纹源快速扩展导致断裂；压缩时，裂纹缓慢扩展并相互连接，最终导致压碎。第26页，共37页，星期日，2025年，2月5日第1页，共37页，星期日，2025年，2月5日*§10.1陶瓷材料的概述陶瓷材料是与金属材料、高分子材料并列的三大固体材料之一。其间的主要区别在于化学键不同。一、陶瓷材料的特点（1）陶瓷材料的相组成特点晶相--------1玻璃相----2气相-------3第2页，共37页，星期日，2025年，2月5日*晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。气相是在工艺过程中形成并保留下来的。三部分组成示意图第3页，共37页，星期日，2025年，2月5日*（2）陶瓷材料的结合键特点陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。共价键离子键第4页，共37页，星期日，2025年，2月5日*（3）陶瓷材料的性能特点---最显著的特点：硬而脆陶瓷材料具有高熔点、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。韧性陶瓷硬度压痕脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹第5页，共37页，星期日，2025年，2月5日*（4）陶瓷材料的工艺特点陶瓷具有硬度高、脆性大的特点，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。烧结体也是固相反应形成晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在的问题是其存在一定的气孔率。Al2O3粉末的烧结组织ZrO2陶瓷中的气孔第6页，共37页，星期日，2025年，2月5日*二、陶瓷材料的分类（1）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。导电玻璃玻璃幕墙第7页，共37页，星期日，2025年，2月5日*2、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。普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作原料。特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。3、按性能和用途分类可将其分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。陶瓷零件第8页，共37页，星期日，2025年，2月5日*三、常用的工程陶瓷工程陶瓷的生产过程：原料制备、坯料成形和制品烧成或烧结。①原料制备?将矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细等得到坯料。②坯料成形?将坯料加工成一定形状和尺寸并有必要机械强度和致密度的半成品。包括可塑成形（如传统陶瓷），注浆成形（如形状复杂、精度要求高