【大學(xué)課件】陶瓷材料ppt.pptx

si3n4陶瓷刀具,第十章 陶瓷材料,10.1 陶瓷材料概述 10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能 10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金 10.4 常用陶瓷材料, 10.1 陶瓷材料概述,一、陶瓷材料的概念,傳統(tǒng)的陶瓷材料是粘土、石英、長(zhǎng)石等硅酸鹽類材料，而現(xiàn)代陶瓷 材料是無(wú)機(jī)非金屬材料的統(tǒng)稱。其原料已不再是單純的天然礦物材料， 而是擴(kuò)大到人工化合物（如al2o3、sio2、zro2等）。,氧化鋯陶瓷,唐三彩,10.1 陶瓷材料概述,二、陶瓷材料的分類,（一）按化學(xué)成分分類 1. 氧化物陶瓷（al2o3、zro2、mgo等） 2. 碳化物陶瓷（sic、b4c、wc等） 3. 氮化物陶瓷（si3n4、tin、bn等） 4. 硼化物陶瓷（tib2、zrb2等） 5. 復(fù)合瓷、金屬陶瓷和纖維增強(qiáng)陶瓷等（3al2o32sio2（莫來(lái)石） 等）,（二）按原料分類 普通陶瓷（硅酸鹽）、特種陶瓷（人工合成）,（三）按性能和用途分類 日用陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷等。 高強(qiáng)度陶瓷、高溫陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷等。,10.1 陶瓷材料概述,10.1 陶瓷材料概述,三、陶瓷的發(fā)展,10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能,一、陶瓷材料的結(jié)構(gòu) 二、陶瓷材料的性能,一、陶瓷材料的結(jié)構(gòu),10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能,陶瓷材料是多相材料，一般由晶相、玻璃相和氣相組成。其顯微 結(jié)構(gòu)由其原料、組成和制造工藝所決定。,一、陶瓷材料的結(jié)構(gòu),晶相：是陶瓷材料的主要組成相，有化合物或固溶體。晶相可分為 主晶相（對(duì)陶瓷材料的性能起決定性作用，主要有硅酸鹽、氧化物、非氧化物三種）、次晶相和三晶相。晶相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形態(tài)和分布，決定了陶瓷的主要特點(diǎn)和應(yīng)用。 2. 玻璃相：是一種低熔點(diǎn)的非晶態(tài)固相，其作用是粘接非晶態(tài)晶相，填充晶相間的空隙，提高致密度，降低燒結(jié)溫度，抑制晶粒長(zhǎng)大等。玻璃相對(duì)陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度、介電性能、耐熱性等是不利的，不能成為陶瓷的主導(dǎo)組成部分，一般含量為2040%。 3. 氣相（氣孔）：是陶瓷組織內(nèi)部殘留下來(lái)未排除氣體，通常以氣孔形式出現(xiàn)。根據(jù)氣孔含量，可將陶瓷分為致密陶瓷、無(wú)開孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，氣孔都是不利的，它降低了陶瓷的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，也常常是造成裂紋的根源，應(yīng)盡量減少制品中的氣孔含量。,10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能,許多高性能陶瓷幾乎都是不含玻璃相的結(jié)晶態(tài)陶瓷。工業(yè)陶瓷力求氣孔小、數(shù)量少，并分布均勻。,二、陶瓷材料的性能,與金屬材料不同，陶瓷材料的化學(xué)鍵大都為離子鍵和共價(jià)鍵，因而使其具備了一些獨(dú)特的性能。 （一）力學(xué)性能 1. 硬度極高（一般為1000 5000 hv），耐磨性極高。 2. 彈性模量高、剛度大，是各種材料中最高的。 3. 強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度很低，抗彎強(qiáng)度稍高，而抗壓強(qiáng)度很高。 4. 塑性、韌性低，脆性大，在室溫下幾乎沒(méi)有塑性，難以進(jìn)行塑性加工。,10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能,二、陶瓷材料的性能,（二）物理、化學(xué)性能 1. 熔點(diǎn)很高，大多在2000以上，具有很高的耐熱性能。 2. 線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性和抗熱振性較差，受熱易破裂。 3. 化學(xué)穩(wěn)定性高，抗氧化性優(yōu)良，對(duì)酸、堿、鹽具有良好的耐腐蝕性。 4. 大多數(shù)陶瓷具有高電阻率，少數(shù)具有半導(dǎo)體性質(zhì)；許多陶瓷具有特殊性能，如光學(xué)性能、電磁性能等。,10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能,一些材料的平均熱膨脹系數(shù),二、陶瓷材料的性能,10.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金法是一種用粉末制備，經(jīng)壓制成型、燒結(jié)而制成零件的方法。,一、陶瓷生產(chǎn)與粉末冶金生產(chǎn)的工藝 二、粉末注射成形工藝 三、粉末冶金材料,陶瓷的生產(chǎn)工藝和粉末冶金的生產(chǎn)工藝相似，一般都是經(jīng)過(guò)原料配 制、坯料成型、制品燒結(jié)、后加工處理等四個(gè)階段，因此粉末冶金法可 看成是陶瓷生產(chǎn)工藝在冶金中的應(yīng)用。,一、陶瓷生產(chǎn)與粉末冶金生產(chǎn)的工藝,1. 原料配制 粉末制取 - 配料 - 混料-制成坯料 機(jī)械法，如球磨法、霧化法等； 物理化學(xué)法，如還原法、電解法、化學(xué)置換法等制備粉末。,2. 坯料成型 將坯料裝入模具內(nèi)，通過(guò)一定方法制成具有一定形狀、尺寸和密度的生坯。 成型方法：可塑性成型、注漿成型、壓制成型（其中又有干壓成型、熱壓成型、注射成型、冷等靜壓成型、熱等靜壓成型、爆炸成型）等。,3. 制品燒結(jié) 干燥后的生坯加熱到高溫，通過(guò)一系列的物理化學(xué)變化，獲得所要求的性能。 有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、氣氛加壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等。,4. 后加工處理,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工 藝與粉末冶金,一、陶瓷生產(chǎn)與粉末冶金生產(chǎn)的工藝,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金壓機(jī),粉末冶金v形混粉機(jī),中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室視頻,二、粉末注射成形（pim）,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,注射成形工藝流程,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末注射成形（pim）技術(shù)優(yōu)勢(shì)： （1）可成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件； （2）尺寸精度高； （3）與pm相比，微觀組織均勻，密度高，性能好； （4）低成本； （5）材料非常廣泛。 但最小質(zhì)量0.1g，最大質(zhì)量800g。 現(xiàn)代燒結(jié)技術(shù) “三高一低”（高強(qiáng)度、高性能、高精度、低成本） “三耐”（耐磨損、耐高溫、耐腐蝕）,二、粉末注射成形（pim）,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,真空燒結(jié)爐,注塑機(jī),三、粉末冶金材料,粉末冶金材料包括金屬材料及其合金、一些陶瓷材料及復(fù)合材料等。,（一）粉末冶金機(jī)器零件材料 1. 減摩材料 制滑動(dòng)軸承、墊圈、密封圈等。 2. 結(jié)構(gòu)材料 制齒輪、凸輪、連桿、軸承、離合器、墊圈等。 3. 多孔材料 用于過(guò)濾、分離、磷化、阻尼、滲透、熱交換等。 4. 摩擦材料 制剎車片、制動(dòng)片、離合器片、變速箱摩檫片等。,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,按用途分: 機(jī)器零件材料、工具材料、高溫材料、電工材料、磁性材料等。,三、粉末冶金材料,f z 1 3 6 0,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金滑動(dòng)軸承,鐵基（cu基，2）,輔加組元序號(hào)（c、cu）,含油密度5.76.2 gcm-3,三、粉末冶金材料,ftg 60 - 20,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金結(jié)構(gòu)材料,0.4%0.7%c,b=200mpa,ftg60cu3mo-40,三、粉末冶金材料,fm 1 01 s,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金摩擦材料,cu基（fe基，2）,順序號(hào),濕式（干式，g）,粉末及粉末材料細(xì)分類與統(tǒng)一數(shù)字代號(hào),三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金摩擦材料,粉末冶金不銹鋼結(jié)構(gòu)件,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,粉末冶金多孔過(guò)濾材料,含油軸承的定義，美oilless bearing 歐洲selflubricating bearing 不是軸承含有油，不是使用時(shí)不需要補(bǔ)加潤(rùn)滑油。而是已經(jīng)含有一定量的潤(rùn)滑油，使用時(shí)不需要經(jīng)常補(bǔ)加潤(rùn)滑油或只需少量地補(bǔ)充潤(rùn)滑油。 特點(diǎn)：含有的微孔有利于磨合；位于微孔中的潤(rùn)滑油可在摩擦表面形成油膜，在啟動(dòng)期間和在摩擦組件的各種條件下都能保證邊界潤(rùn)滑。 又稱“自潤(rùn)滑軸承”。 但某些場(chǎng)合，不適合使用燒結(jié)金屬含油軸承。如：流體潤(rùn)滑條件下因其孔隙數(shù)量大，負(fù)荷區(qū)的潤(rùn)滑油層通過(guò)孔隙泄漏，承載能力減小。不適于交變荷載（疲勞極限值受限制）,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,銅基含油軸承 以錫青銅粉末為原料，經(jīng)過(guò)模具壓制， 在高溫中燒結(jié)后整形而成。它的基體有細(xì)微、均布的孔隙，經(jīng)潤(rùn)滑油真空浸漬后形成含油狀態(tài)。,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,與鑄造軸承合金比： 可精確調(diào)節(jié)減摩性能； 材料利用率高，無(wú)切削損失； 節(jié)能； 環(huán)境無(wú)污染或最小 可用黑色金屬取代昂貴的有色金屬。 生產(chǎn)過(guò)程（右圖） 用途：如事務(wù)機(jī)器（打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等相關(guān)軸承）,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,干摩擦軸承：無(wú)潤(rùn)滑軸承/不從外部補(bǔ)加潤(rùn)滑油（脂）的軸承。 塑料類，最多的是ptfe系軸承，0.04（?。?金屬類 陶瓷類,三、粉末冶金材料,（二）粉末冶金工具材料 包括各種硬質(zhì)合金、粉末高速鋼、精細(xì)陶 瓷（特種陶瓷）、金剛石-金屬基復(fù)合材料。,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,硬質(zhì)合金是由難熔的金屬碳化物（wc、tic、tac 等）為基體加入 適量金屬或合金粉末（如co、ni、高速鋼等）為粘接相而制成的、具有金 屬性質(zhì)的粉末冶金材料。其抗彎強(qiáng)度高，硬而不脆，是因?yàn)樘蓟锍始?xì)小顆 粒形貌存在。分為金屬陶瓷硬質(zhì)合金、碳化鉻硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。,硬質(zhì)合金的應(yīng)用視頻,金屬陶瓷硬質(zhì)合金 以wc、tic、tac為基體，以co粉為粘接相 形成的硬質(zhì)合金。通常所說(shuō)的硬質(zhì)合金即為金屬陶瓷硬質(zhì)合金。其性能特 點(diǎn)：高的硬度、熱硬性和耐磨性；高的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，抗彎強(qiáng)度較 高，但沖擊韌性低，脆性大，導(dǎo)熱性差。,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金 由wc和co組成，有些牌號(hào)也加入少量yac、vc等。,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,代號(hào)：yg + 鈷的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wco100%），常用代號(hào)有yg3、 yg6、yg8。,此類硬質(zhì)合金具有較高的強(qiáng)度和韌性，但高溫硬度和高溫韌性較差。 主要用于制造刀具、模具、量具、耐磨零件等，其刀具主要用來(lái)切削脆性 材料，如鑄鐵、有色金屬等。,（2）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金 由wc、tic和co組成。,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,代號(hào)：yt + tic的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wtic100%）表示， 常用代號(hào)有yt5、yt15、yt30。,此類硬質(zhì)合金具有較高的硬度、耐磨性和熱硬性，但強(qiáng) 度和韌性低于鎢鈷類。其刀具主要用來(lái)切削韌性材料，如各 種鋼。,硬質(zhì)合金鑲齒木工圓鋸片,（3）鎢鈷鈦鉭類硬質(zhì)合金 由wc、tic、tac和co組成。,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,代號(hào)：yw + 順序號(hào)表示，如yw1、yw2等。,此類合金熱硬性高，性能介于yg和yt類之間，其刀具可 用來(lái)加工各種鋼、鑄鐵和有色金屬， 又稱為萬(wàn)能硬質(zhì)合金。,2. 碳化鉻硬質(zhì)合金 以cr3c2為基體（或加入少量wc），以ni或ni 基合金為粘接相形成的硬質(zhì)合金。,三、粉末冶金材料,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,此類合金具有極高的抗高溫氧化性，加熱到1100 以上僅表面變色； 具有高的耐磨性，但強(qiáng)度較低。 代號(hào)：yln 及 ylwn + ni 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（ wni100 %）表示 ， 如yln15（p）、ylwn15。 此類硬質(zhì)合金可用于電真空玻璃器皿成型模、銅材熱擠壓模、燃油噴 嘴、油井閥門閥球、軸承、機(jī)械密封摩擦副等。,3. 鋼結(jié)硬質(zhì)合金 以wc和tic為硬質(zhì)相，以合金鋼粉為粘接相（質(zhì) 量分?jǐn)?shù)占50%以上）而形成的硬質(zhì)合金。,三、粉末冶金材料,此類合金和鋼一樣可以鍛造、焊接、熱處理和機(jī)械加工；淬火后硬 度可達(dá) 62 73hrc；其刀具的壽命與yg類硬質(zhì)合金差不多，比合金工 具鋼高得多。但回收利用困難。 用于制造麻花鉆、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具及模具和耐磨零件。 典型牌號(hào)有g(shù)t35（含tic35% ）、gw50（含wc50% ）、 st60（含tic60%）等。,10.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金,磨硬質(zhì)合金刀具，嚴(yán)禁用水冷卻，以免刀頭過(guò)熱沾水急冷而產(chǎn)生裂紋。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷 （一）鐵電陶瓷 制電容器、壓電元件、電熱器件等。 （二）壓電陶瓷 制壓電換能器、壓電電動(dòng)機(jī)、壓電變壓器等。 （三）半導(dǎo)體陶瓷 制發(fā)熱體、化油器等。 （四）氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷 （五）生物陶瓷 制人造骨骼等。,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料 （一）普通陶瓷 建筑陶瓷、電工陶瓷、化工陶瓷 （二）特種陶瓷 al2o3、si3n4、sic、bn、zro2,表10-1 常用陶瓷材料的性能,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,1. al2o3陶瓷,al2o3少量sio2。 根據(jù)al2o3含量可分為： 剛玉-莫來(lái)瓷（75瓷，wal2o3=75%）、剛玉瓷（95瓷，99瓷）。,性能與應(yīng)用：,（1）高強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性：裝飾瓷，噴嘴、火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩 ；,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,1. al2o3陶瓷,（2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，軸承，人造寶石；,（3）低的介電損耗、高電阻率、高絕緣性：火花塞，電路基板，管座；,（4）熔點(diǎn)高、抗腐蝕：耐火材料、坩堝、爐管、熱電偶保護(hù)套等；,（5）離子導(dǎo)電性：太陽(yáng)能電池材料和蓄電池材料等。 （6）生物相容性：還可用于制作人工骨骼和人造關(guān)節(jié)等。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氧化鋁陶瓷噴嘴,氧化鋁陶瓷密封環(huán),10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氧化鋁陶瓷螺栓,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,人造寶石（紅剛玉） al2o3與少量cr2o3形成的固溶體,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氧化鋁陶瓷火花塞,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氧化鋁熱電偶套管,剛玉（al2o3%95%）坩鍋,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氧化鋁陶瓷肘關(guān)節(jié),透明al2o3陶瓷 是高壓鈉燈極為理想的燈管材料，在高溫下與na蒸氣不發(fā)生作用，又能把95以上的可見光傳送出來(lái)。相同功率下，一只高壓na燈比2只水銀燈或10只普通白熾燈還要亮，壽命比普通白熾燈亮20倍，20000小時(shí)，壽命最長(zhǎng)。 人眼對(duì)高壓na燈的黃色譜線十分敏感，黃光能透過(guò)濃霧，特別適合街道、廣場(chǎng)、港口、機(jī)場(chǎng)、車站等大面積的照明，效果極好。透明的關(guān)鍵，是坯體中只能有一種晶型的晶體，而且對(duì)稱性愈高愈好，氣孔越少越好。 全透明mgal尖晶石陶瓷 似玻璃，很硬！用作飛機(jī)擋風(fēng)玻璃、汽車防彈窗、坦克觀察窗、炸彈瞄準(zhǔn)具等。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,透明氧化鋁管 al2o3(99.9%)+少量mgo,la2o3等,（1）較高硬度，僅次于金剛石、立方氮化硼、碳化硼等。 （2）耐磨，具有自潤(rùn)滑性，利用這種特性可作機(jī)械密封材 料，但它仍屬于脆性材料，受瞬時(shí)沖擊易破碎。 （3）熱膨脹系數(shù)僅為2.5310-6/，比mgo、al2o3低很多。 其熱導(dǎo)率是較高的，可達(dá)18.4w/(mk)。 （4）低的熱膨脹系數(shù)、高的熱導(dǎo)率及機(jī)械強(qiáng)度使其具有優(yōu)良的抗熱震性。 （5）抗氧化溫度可達(dá)1300 1400，具有高溫抗氧化性。 （6）幾乎不受各類無(wú)機(jī)酸的腐蝕，常溫下不受強(qiáng)堿作用，但易被熔融堿液侵蝕。 （7）不受大部分熔融金屬侵蝕，不反應(yīng)，不潤(rùn)濕，如用si3n4作容器，用熔融鋁浸泡280 h 也不反應(yīng)。 （8）制品在燒結(jié)過(guò)程中，幾乎不發(fā)生收縮，可制成精密度高的產(chǎn)品。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,2. si3n4陶瓷,用于制造切削刀具、高溫軸承、泵密封環(huán)、熱電偶保護(hù)套、缸套、活塞頂、電磁泵管道和閥門等。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,2. si3n4陶瓷,氮化硅陶瓷刀具,氮化硅陶瓷密封環(huán),10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷手機(jī)蓋板,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷閥片,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷耐磨閥,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷熱電偶套管,抗氧化、抗熱震、耐高溫、耐腐蝕,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷滾珠,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷電熱元件,高溫機(jī)械強(qiáng)度高、抗熱沖擊能力強(qiáng)、耐酸堿腐蝕，既具有優(yōu)良的絕緣性能，又有良好的導(dǎo)熱性能。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硅陶瓷電熱塞,適用于高速柴油機(jī)、高溫點(diǎn)火裝置、適用各高溫點(diǎn)火裝置。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,3. 賽?。?sialon ）陶瓷,si3n4與al2o3可形成一系列固溶體，所得的si-al-o-n陶瓷材料稱為sialon（音譯為賽?。Ｒ部煽醋鱝ln和sio2的固溶體。,賽隆陶瓷的高溫強(qiáng)度、抗氧化性、抗蠕變性、抗熱沖擊性能均優(yōu)于si3n4。添加y2o3、mgo等外加氧化物時(shí)，無(wú)壓燒結(jié)的致密度甚至接近理論密度。雖然其性能因雜質(zhì)含量高而有所下降，但成本低廉，易大規(guī)模生產(chǎn)。,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,目前最成功的應(yīng)用是切削刀具，用于鑄鐵、鎳基高溫合金切削效果非常好，比tin涂層硬質(zhì)合金刀具切削速度快5倍，金屬切除率提高50 % 93%，切削時(shí)間減少90%。 在其它領(lǐng)域，凡是si3n4可應(yīng)用的地方，賽隆陶瓷均可應(yīng)用。,性能特點(diǎn)：具有硬度高、高溫強(qiáng)度高、抗氧化性好、耐腐蝕性好和熱導(dǎo)率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種十分重要的高溫陶瓷材料。,4. sic陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,應(yīng)用：可用于制作火箭尾噴管噴嘴、澆注金屬的澆道口、軸承、軸套、密封閥片、軋鋼用導(dǎo)輪、內(nèi)燃機(jī)器件、熱電偶保護(hù)套管、爐管、核燃料包封材料等。,4. sic陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,4. sic陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,碳化硅陶瓷零件,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,碳化硅陶瓷密封環(huán),10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,sic軸承,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,sic噴嘴,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,立方bn由于其高硬度和其它優(yōu)異性能，最大應(yīng)用前景是切削工具和切削材料，可用加工硬而韌、易于黏結(jié)的難切削材料，還可用來(lái)加工氮化硅等高硬陶瓷材料。,5. bn陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氮化硼刀具,5. bn陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,（1）熱導(dǎo)率小，化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕性高：可用于高溫絕緣材料、耐火材料，如熔煉鉑和銠等金屬的坩堝、噴嘴、閥心、密封器件等： （2）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高爾夫球棍頭等。 （3）具有敏感特性：可做氣敏元件，還可作為高溫燃料電池固體電解隔膜、鋼液測(cè)氧探頭等。,6. zro2陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,10.4 常用陶瓷材料,一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料,1. 鐵電陶瓷,有些陶瓷的晶粒排列是不規(guī)則的，但在外電場(chǎng)作用下，不同取向的電疇開始轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方向，材料出現(xiàn)自發(fā)極化，在電場(chǎng)方向呈顯一定電場(chǎng)強(qiáng)度，這類陶瓷稱為鐵電陶瓷，廣泛應(yīng)用的鐵電材料有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁等。 應(yīng)用最多的是鐵電陶瓷電容器，還可用于制造壓電元件、熱釋電元件、電光元件、電熱器件等。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,鐵電陶瓷片式（chip）電容器（圖中黃色長(zhǎng)方形小塊體），用于計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)電路,利用鐵電陶瓷的高介電常數(shù)。,1. 鐵電陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷視頻,壓電效應(yīng) （1） 正壓電效應(yīng)：當(dāng)對(duì)某些晶體施加壓力、張力或切向力時(shí)，則發(fā)生與應(yīng)力成正比例的介質(zhì)極化，同時(shí)在晶體兩端將出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反地束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。 （2） 逆壓電效應(yīng)：在晶體上施加電場(chǎng)引起極化時(shí)，將產(chǎn)生與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比例的變形或機(jī)械應(yīng)力。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷,晶體是否呈現(xiàn)壓電效應(yīng)，由晶體結(jié)構(gòu)所決定。凡具有對(duì)稱中心的晶體不呈現(xiàn)壓電效應(yīng)。 32類晶族中，有21種無(wú)對(duì)稱中心，其中一種的壓電常數(shù)為零，因此， 20種是可以有壓電效應(yīng)的。 陶瓷材料的壓電效應(yīng)來(lái)源于材料本身的鐵電性。將具有鐵電性的陶瓷進(jìn)行人工極化后所獲得的陶瓷就是壓電陶瓷。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷,壓電陶瓷分為壓電振子和壓電換能器兩大類。 （1）壓電振子利用振子本身諧振特性，要求壓電、 介電、彈性等性能穩(wěn)定，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高。 （2）壓電換能器直接利用正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行機(jī)械能和電能轉(zhuǎn)換，要求品質(zhì)因數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)高。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,2. 壓電陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,利用壓電陶瓷的機(jī)電換能作用和串聯(lián)諧振特性。,壓電陶瓷濾波器,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,壓電陶瓷變壓器,利用壓電效應(yīng)，通過(guò)電能機(jī)械能電能的二次能量轉(zhuǎn)換形式，達(dá)到能量的傳遞。具有體積小、重量輕、耐高溫、耐輻射、高可靠性、無(wú)短路擊穿等優(yōu)良特性。如：高壓電源、負(fù)離子發(fā)生器、靜電復(fù)印機(jī)、警用電擊器、液晶顯示背光電源、小功率激光管電源等中小功率器件。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,壓電陶瓷超聲波傳感器,當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷晶片時(shí)，壓電陶瓷會(huì)因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。另一方面，當(dāng)向壓電陶瓷晶片元件施加超聲振動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。基于以上作用，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,壓電陶瓷電機(jī),精密壓電陶瓷電機(jī)采用壓電現(xiàn)象中的超聲波駐波原理，具有優(yōu)異的低速平穩(wěn)性和動(dòng)態(tài)特性。同一臺(tái)電機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,3. 半導(dǎo)體陶瓷,導(dǎo)電性介于導(dǎo)電和絕緣介質(zhì)之間的陶瓷材料，電阻率約為10-4107cm。 陶瓷材料可以通過(guò)摻雜或者使化學(xué)計(jì)量比偏離而造成晶格缺陷等方法獲得半導(dǎo)特性。 共同特點(diǎn)：它們的導(dǎo)電性隨著環(huán)境而變化。 利用這一特性可制成各種不同類型的陶瓷敏感元件，如：熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、光敏器件等。,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,熱敏半導(dǎo)體陶瓷,熱敏陶瓷溫度傳感器是利用材料的電阻、磁性、介電性等隨著溫度而變化的現(xiàn)象制作的器件。 可用于制作溫度的測(cè)定、線路溫度補(bǔ)償及穩(wěn)頻等元件，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、制造工藝簡(jiǎn)單及價(jià)格便宜等特點(diǎn)。,3.半導(dǎo)體陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,熱敏半導(dǎo)體陶瓷,（1）電阻隨著溫度升高而增大的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱ptc熱敏電阻。,（2）電阻隨著溫度升高而減小的熱敏電阻稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱ntc熱敏電阻。,3.半導(dǎo)體陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,（3）電阻在特定溫度范圍內(nèi)急劇變化的熱敏電阻，簡(jiǎn)稱ctr臨界溫度熱敏電阻。,內(nèi)部有一正溫度系數(shù)半導(dǎo)體陶瓷。電流通過(guò)時(shí)會(huì)發(fā)熱，當(dāng)溫度升到所需溫度時(shí)，它的電阻急劇增大，使通過(guò)電流減小，陶瓷片維持在使驅(qū)蚊藥水緩慢蒸發(fā)所需的溫度。 ptc陶瓷既可通電發(fā)熱，又可自動(dòng)控溫。,電蚊香,3. 半導(dǎo)體陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,熱敏半導(dǎo)體陶瓷,利用熱敏陶瓷的電阻隨溫度而變的特性，用它測(cè)量溫度，比其他方法測(cè)溫響應(yīng)快、精度高。,半導(dǎo)體溫度傳感器,3. 半導(dǎo)體陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,熱敏半導(dǎo)體陶瓷,氣敏半導(dǎo)體陶瓷,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們使用和接觸的氣體越來(lái)越多，其中某些易燃、易爆、有毒氣體，既危及安全，又嚴(yán)重污染環(huán)境。 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時(shí)，電阻發(fā)生變化。從而使氣敏元件電阻值隨被測(cè)氣體的濃度改變而變化。,3. 半導(dǎo)體陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,二氧化碳傳感器,氣敏半導(dǎo)體陶瓷,3. 半導(dǎo)體陶瓷,10.4 常用陶瓷材料,二、功能陶瓷,燃