第十章 陶瓷材料的力學(xué)性能

1、10.1 陶瓷材料的概述 10.2 陶瓷材料的變形與斷裂 10.3 陶瓷材料的強(qiáng)度 10.4 陶瓷材料的斷裂韌度與增韌 10.5 陶瓷材料的其他性能 陶瓷材料陶瓷材料是與是與金屬材料金屬材料、高分子材料高分子材料并列的三大固體材料并列的三大固體材料 之一。其間的主要區(qū)別在于之一。其間的主要區(qū)別在于化學(xué)鍵化學(xué)鍵不同。不同。 一、陶瓷材料的特點(diǎn)一、陶瓷材料的特點(diǎn) （1 1）陶瓷材料的相組成特點(diǎn)）陶瓷材料的相組成特點(diǎn) 晶相晶相-1 1 玻璃相玻璃相-2 2 氣相氣相-3 3 2 n晶相晶相是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理化學(xué)性是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理化學(xué)性 質(zhì)的主要是晶相

2、。質(zhì)的主要是晶相。 n玻璃相玻璃相的作用是充填晶粒間隙、粘結(jié)晶粒、提高材料致密度、的作用是充填晶粒間隙、粘結(jié)晶粒、提高材料致密度、 降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長(zhǎng)大。降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長(zhǎng)大。 n氣相氣相是在工藝過(guò)程中形成并保留下來(lái)的。是在工藝過(guò)程中形成并保留下來(lái)的。 三部分組成示意圖三部分組成示意圖 3 （2 2）陶瓷材料的結(jié)合鍵特點(diǎn)）陶瓷材料的結(jié)合鍵特點(diǎn) 陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化 物等，因而其結(jié)合鍵以物等，因而其結(jié)合鍵以離子鍵離子鍵( (如如AlAl2 2O O3 3) )、共價(jià)鍵共價(jià)鍵( (如如Si Si3 3N N4

3、4) )及兩及兩 者的者的混合鍵混合鍵為主。為主。 共價(jià)鍵共價(jià)鍵離子鍵離子鍵 4 （3 3）陶瓷材料的性能特點(diǎn)）陶瓷材料的性能特點(diǎn) -最顯著的特點(diǎn)：硬而脆最顯著的特點(diǎn)：硬而脆 陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、 耐腐蝕等特性。耐腐蝕等特性。 陶瓷材料還具有密度小、彈性模量大、耐磨損、強(qiáng)度高陶瓷材料還具有密度小、彈性模量大、耐磨損、強(qiáng)度高 等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。 功能陶瓷還具有電、光、磁等特殊性能。功能陶瓷還具有電、光、磁等特殊性能。 韌性陶瓷硬度壓痕韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周?chē)牧鸭y脆性陶瓷硬度壓痕周?chē)牧鸭y 5 （4 4）陶

4、瓷材料的工藝特點(diǎn)）陶瓷材料的工藝特點(diǎn) 陶瓷具有硬度高、脆性大的特點(diǎn)，大部分陶瓷是通過(guò)粉體陶瓷具有硬度高、脆性大的特點(diǎn)，大部分陶瓷是通過(guò)粉體 成型和高溫?zé)Y(jié)來(lái)成形的，因此陶瓷是成型和高溫?zé)Y(jié)來(lái)成形的，因此陶瓷是燒結(jié)體燒結(jié)體。 燒結(jié)體也是固相反應(yīng)形成晶粒的聚集體，有晶粒和晶界，燒結(jié)體也是固相反應(yīng)形成晶粒的聚集體，有晶粒和晶界， 所存在的問(wèn)題是其存在一定的氣孔率。所存在的問(wèn)題是其存在一定的氣孔率。 AlAl2 2O O3 3粉末的燒結(jié)組織粉末的燒結(jié)組織 ZrOZrO2 2陶瓷中的氣孔陶瓷中的氣孔 6 二、陶瓷材料的分類(lèi)二、陶瓷材料的分類(lèi) （1 1）按化學(xué)成分分類(lèi)）按化學(xué)成分分類(lèi) 可將陶瓷材料分為氧化

5、物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶可將陶瓷材料分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶 瓷及其它化合物陶瓷。瓷及其它化合物陶瓷。 導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電玻璃 玻璃幕墻玻璃幕墻 7 2、按使用的原材料分類(lèi)、按使用的原材料分類(lèi) 可將陶瓷材料分為可將陶瓷材料分為普通陶瓷普通陶瓷和和特種陶瓷特種陶瓷。 n普通陶瓷普通陶瓷以天然的巖石、礦石、以天然的巖石、礦石、 黏土等材料作原料。黏土等材料作原料。 n特種陶瓷特種陶瓷采用人工合成的材料采用人工合成的材料 作原料。作原料。 3、按性能和用途分類(lèi)、按性能和用途分類(lèi) 可將其分為可將其分為結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷兩類(lèi)兩類(lèi)。 陶瓷零件陶瓷零件 8 三、常用的工程陶瓷三、

6、常用的工程陶瓷 工程陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程工程陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程：原料制備、坯料成形和制品燒成或燒結(jié)。：原料制備、坯料成形和制品燒成或燒結(jié)。 原料制備原料制備 將礦物原料經(jīng)揀選、粉粹后配料、混合、磨細(xì)等得將礦物原料經(jīng)揀選、粉粹后配料、混合、磨細(xì)等得 到坯料。到坯料。 坯料成形坯料成形 將坯料加工成一定形狀和尺寸并有必要機(jī)械強(qiáng)度和將坯料加工成一定形狀和尺寸并有必要機(jī)械強(qiáng)度和 致密度的半成品。包括可塑成形（如傳統(tǒng)陶瓷），注漿成形致密度的半成品。包括可塑成形（如傳統(tǒng)陶瓷），注漿成形 （如形狀復(fù)雜、精度要求高的普通陶瓷）和壓制成形（如特（如形狀復(fù)雜、精度要求高的普通陶瓷）和壓制成形（如特 種陶瓷和金屬陶瓷）種陶瓷

7、和金屬陶瓷） 干燥后的坯料加熱到高溫，進(jìn)行一系列的物理、化學(xué)變化而干燥后的坯料加熱到高溫，進(jìn)行一系列的物理、化學(xué)變化而 成瓷的過(guò)程成瓷的過(guò)程。燒成燒成是使坯件瓷化的工藝（是使坯件瓷化的工藝（1250125014501450）；）； 燒結(jié)燒結(jié)是指燒成的制品氣孔率極低、而致密度很高的瓷化過(guò)程。是指燒成的制品氣孔率極低、而致密度很高的瓷化過(guò)程。 9 1、普通陶瓷、普通陶瓷 n普通陶瓷是用粘土普通陶瓷是用粘土(Al(Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O)O)、長(zhǎng)石、長(zhǎng)石 (K(K2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2，NaNa2 2OAlOAl2 2O O3

8、 36SiO6SiO2 2) )和石英和石英(SiO(SiO2 2) )為原為原 料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。 n其組織中主晶相為其組織中主晶相為莫來(lái)石莫來(lái)石(3Al(3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2) )，占，占2530%2530%，玻璃玻璃 相相占占3560%3560%，氣相氣相占占13%13%。 n普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。 n除日用陶瓷、瓷器外，大量用于電器、化工、建筑、紡織等除日用陶瓷、瓷器外，大量用于電器、化工、建筑、紡織等 工業(yè)部門(mén)。工業(yè)部門(mén)。 絕緣子絕緣子景德鎮(zhèn)陶瓷景德鎮(zhèn)陶瓷 10 2、

9、新型結(jié)構(gòu)陶瓷、新型結(jié)構(gòu)陶瓷 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 氧化鋁陶瓷以氧化鋁陶瓷以AlAl2 2O O3 3為主要成分為主要成分, , 含有含有 少量少量SiOSiO2 2的陶瓷，又稱(chēng)的陶瓷，又稱(chēng)高鋁陶瓷高鋁陶瓷。 Al2O3化工、耐磨陶瓷配件化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、氣動(dòng)陶瓷配件密封、氣動(dòng)陶瓷配件 11 l根據(jù)根據(jù)AlAl2 2O O3 3含量不同分為含量不同分為7575瓷瓷( (含含75%Al75%Al2 2O O3 3，又稱(chēng)剛玉，又稱(chēng)剛玉- -莫來(lái)莫來(lái) 石瓷石瓷) )、9595瓷和瓷和9999瓷，后兩者又稱(chēng)剛玉瓷。瓷，后兩者又稱(chēng)剛玉瓷。 l氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到氧化鋁陶瓷耐高溫

10、性能好，可使用到19501950, ,。具有良好的。具有良好的 電絕緣性能及耐磨性。微晶剛玉的硬度極高電絕緣性能及耐磨性。微晶剛玉的硬度極高( (僅次于金剛石僅次于金剛石). ). 9595瓷紡織件瓷紡織件9999瓷紡織件瓷紡織件氧化鋁耐高溫噴嘴氧化鋁耐高溫噴嘴 12 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷被廣泛用作被廣泛用作耐火材料耐火材料， 如耐火磚、坩堝、如耐火磚、坩堝、熱偶套管，淬熱偶套管，淬 火鋼的切削刀具、金屬拔絲模，火鋼的切削刀具、金屬拔絲模， 內(nèi)燃機(jī)的火花塞，火箭、導(dǎo)彈的內(nèi)燃機(jī)的火花塞，火箭、導(dǎo)彈的 導(dǎo)流罩及軸承等。導(dǎo)流罩及軸承等。 氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥 氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶

11、瓷密封環(huán) 氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷坩堝 13 氮化硅（氮化硅（Si Si3 3N N4 4）陶瓷）陶瓷 氮化硅是由氮化硅是由Si Si3 3N N4 4四面體組成的共四面體組成的共 價(jià)鍵固體。價(jià)鍵固體。 氮化硅的制備與燒結(jié)工藝氮化硅的制備與燒結(jié)工藝 工業(yè)硅直接氮化工業(yè)硅直接氮化：3Si+2N3Si+2N2 2SiSi3 3N N4 4 二氧化硅還原氮化二氧化硅還原氮化：3SiO3SiO2 2+6C+2N+6C+2N2 2SiSi3 3N N4 4+6CO+6CO 燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié) 燒結(jié)時(shí)幾乎沒(méi)有收縮，能燒結(jié)時(shí)幾乎沒(méi)有收縮，能 得到復(fù)雜的形狀得到復(fù)雜的形狀 密

12、度低，強(qiáng)度低，耐蝕密度低，強(qiáng)度低，耐蝕 性差性差 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié) 用較少的助劑就能致密化，用較少的助劑就能致密化， 強(qiáng)度、耐蝕性最好強(qiáng)度、耐蝕性最好 只能制造簡(jiǎn)單形狀，燒只能制造簡(jiǎn)單形狀，燒 結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低 14 性能特點(diǎn)及應(yīng)用性能特點(diǎn)及應(yīng)用 氮化硅的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量高；硬度僅次于金剛石、氮化硅的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量高；硬度僅次于金剛石、 碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為0.10.20.10.2；熱膨脹系數(shù)??；抗熱震；熱膨脹系數(shù)小；抗熱震 性大大高于其他陶瓷材料；化學(xué)穩(wěn)定性高。性大大高于其他陶瓷材料；化學(xué)穩(wěn)定性高。 熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡(jiǎn)單、精度要

13、求不高的零件，熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的零件， 如切削刀具、高溫軸承等。如切削刀具、高溫軸承等。 Si3N4軸承軸承 15 反應(yīng)燒結(jié)氮化硅反應(yīng)燒結(jié)氮化硅用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件，如用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件，如 轉(zhuǎn)子、機(jī)械密封環(huán)等。轉(zhuǎn)子、機(jī)械密封環(huán)等。 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 葉片氣閥等零件葉片氣閥等零件 16 （3 3）碳化硅（）碳化硅（SiCSiC）陶瓷）陶瓷 碳化硅是通過(guò)鍵能很高的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。碳化硅是通過(guò)鍵能很高的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。 碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙(SiO(SiO2 2) )加焦碳直接加熱至高溫還原而成：加焦碳直接加熱至高溫還原而成

14、： SiO SiO2 2+3CSiC+2CO+3CSiC+2CO。 碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié) 兩種。由于碳化硅表面有一層薄兩種。由于碳化硅表面有一層薄氧化膜氧化膜， 因此很難燒結(jié)，需添加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒因此很難燒結(jié)，需添加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒 結(jié)，常加的助劑有結(jié)，常加的助劑有硼、碳、鋁硼、碳、鋁等。等。 常壓燒結(jié)碳化硅常壓燒結(jié)碳化硅 17 碳化硅的最大特點(diǎn)是碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高高溫強(qiáng)度高，有很好的耐磨損、耐腐蝕、，有很好的耐磨損、耐腐蝕、 抗蠕變性能，其抗蠕變性能，其熱傳導(dǎo)能力熱傳導(dǎo)能力很強(qiáng)，僅次于很強(qiáng)，僅次于氧化鈹氧化鈹陶瓷。陶瓷。 SiC密封件密

15、封件 SiC緊固件緊固件 18 碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管 爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。 19 氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷 氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相 四方相四方相 單斜相。四方相單斜相。四方相 轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆伲鸷艽蟮捏w積變化，易使制品開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆伲鸷艽蟮捏w積變化，易使制品開(kāi) 裂。裂。 ZrO2 20 n在氧化鋯中加入某些氧化物能形成穩(wěn)定立方固溶體，不再發(fā)在氧化鋯中加入某些氧化物能形成穩(wěn)定立方固

16、溶體，不再發(fā) 生相變，具有這種結(jié)構(gòu)的氧化鋯稱(chēng)為生相變，具有這種結(jié)構(gòu)的氧化鋯稱(chēng)為完全穩(wěn)定氧化鋯完全穩(wěn)定氧化鋯(FSZ)(FSZ)， 其力學(xué)性能低，其力學(xué)性能低，抗熱沖擊性抗熱沖擊性差。差。 n減少加入的氧化物數(shù)量，使部分氧化物以四方相的形式存在。減少加入的氧化物數(shù)量，使部分氧化物以四方相的形式存在。 由于這種材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以稱(chēng)由于這種材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以稱(chēng)部分穩(wěn)定氧化部分穩(wěn)定氧化 鋯鋯( (PSZ)PSZ)。 n氧化鋯中四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變可氧化鋯中四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變可通過(guò)應(yīng)力誘發(fā)通過(guò)應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)受產(chǎn)生。當(dāng)受 到外力作用時(shí)，這種相變將吸收能量而使裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)到外

17、力作用時(shí)，這種相變將吸收能量而使裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng) 松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而大幅度提高陶瓷材料的松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而大幅度提高陶瓷材料的韌性韌性。 n部分穩(wěn)定氧化鋯的部分穩(wěn)定氧化鋯的導(dǎo)熱率低，絕熱性好導(dǎo)熱率低，絕熱性好；熱膨脹系數(shù)大，接；熱膨脹系數(shù)大，接 近于發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的金屬，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除在常近于發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的金屬，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除在常 溫下使用外，已成為溫下使用外，已成為絕熱柴油機(jī)的主要侯選材料絕熱柴油機(jī)的主要侯選材料，如發(fā)動(dòng)機(jī)，如發(fā)動(dòng)機(jī) 汽缸內(nèi)襯、推桿、活塞帽、閥座、凸輪、軸承等。汽缸內(nèi)襯、推桿、活塞帽、閥座、凸輪、軸承等。 21 氧化鋯油泵氧化鋯油泵氧化鋯

18、柱塞氧化鋯柱塞 氧化鋯拉線(xiàn)輪氧化鋯拉線(xiàn)輪 氧化鋯球閥氧化鋯球閥 部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層 增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸 22 一、彈性變形一、彈性變形 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）彈性模量大；）彈性模量大； 2 2）成型與燒結(jié)工藝對(duì)彈性模量影響大；）成型與燒結(jié)工藝對(duì)彈性模量影響大； 3 3）壓縮彈性模量高于拉伸彈性模量。）壓縮彈性模量高于拉伸彈性模量。 23 二、塑性變形二、塑性變形 n 室溫下，絕大多數(shù)陶瓷材料塑性變形極小。室溫下，絕大多數(shù)陶瓷材料塑性變形極小。 n 1000 1000以上，大多數(shù)陶瓷材料可發(fā)生塑性變形（主滑移以上，大多數(shù)陶瓷材料可發(fā)生塑性變形（主滑移 系運(yùn)動(dòng)

19、）。系運(yùn)動(dòng)）。 n陶瓷的高溫超塑性陶瓷的高溫超塑性 是微晶超塑性是微晶超塑性-晶界滑動(dòng)，晶界液相流動(dòng)。晶界滑動(dòng)，晶界液相流動(dòng)。 存在條件：存在條件：超細(xì)等軸晶，第二相彌散分布，晶粒間存在超細(xì)等軸晶，第二相彌散分布，晶粒間存在 液相或無(wú)定形相。液相或無(wú)定形相。 如含化學(xué)共沉淀法制備的含如含化學(xué)共沉淀法制備的含Y Y2 2O O3 3的的ZrOZrO2 2粉體，在粉體，在12501250 燒結(jié)后，燒結(jié)后，3.53.51010-2 -2 S S-1 -1應(yīng)變速率應(yīng)變速率 =400%=400%。 利用陶瓷的超塑性，可以對(duì)陶瓷進(jìn)行超塑加工。利用陶瓷的超塑性，可以對(duì)陶瓷進(jìn)行超塑加工。 超塑加工擴(kuò)散焊接：新

20、的復(fù)合加工方法。超塑加工擴(kuò)散焊接：新的復(fù)合加工方法。 24 三、斷裂三、斷裂 陶瓷材料斷裂過(guò)程都是以其陶瓷材料斷裂過(guò)程都是以其內(nèi)部或表面存在的缺陷內(nèi)部或表面存在的缺陷為起為起 點(diǎn)而發(fā)生。點(diǎn)而發(fā)生。晶粒和氣孔尺寸晶粒和氣孔尺寸在決定陶瓷材料強(qiáng)度方面與在決定陶瓷材料強(qiáng)度方面與 裂紋尺寸裂紋尺寸有等效作用。有等效作用。 陶瓷材料斷裂概率按韋伯分布函數(shù)考慮：陶瓷材料斷裂概率按韋伯分布函數(shù)考慮： 用韋伯模數(shù)用韋伯模數(shù)m m度量強(qiáng)度均勻性。度量強(qiáng)度均勻性。m m值大，材料強(qiáng)度值大，材料強(qiáng)度 分布窄，分散性小。優(yōu)質(zhì)工程陶瓷分布窄，分散性小。優(yōu)質(zhì)工程陶瓷m m為為10 .10 . 主要斷裂機(jī)理：主要斷裂機(jī)理：

21、解理解理（穿晶解理穿晶解理沿晶斷裂沿晶斷裂）。）。 V m u dVF)(exp1)( 0 25 一、抗彎強(qiáng)度一、抗彎強(qiáng)度 采用三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法（實(shí)用）。采用三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法（實(shí)用）。 f,4 f,4 f,3 f,3 m m越小其差值愈大。 越小其差值愈大。 二、抗拉強(qiáng)度二、抗拉強(qiáng)度 常用抗彎強(qiáng)度代替，抗彎強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高常用抗彎強(qiáng)度代替，抗彎強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高20%20%40%40%。 三、抗壓強(qiáng)度三、抗壓強(qiáng)度 拉伸時(shí)，陶瓷材料中的缺陷作為裂紋源快速擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂；拉伸時(shí)，陶瓷材料中的缺陷作為裂紋源快速擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂； 壓縮時(shí)，裂紋緩慢擴(kuò)展并相互連接，最終導(dǎo)致壓碎。壓縮時(shí)，裂紋

22、緩慢擴(kuò)展并相互連接，最終導(dǎo)致壓碎。 26 材料材料 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 / /MpaMpa 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 / /MpaMpa 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度/ /抗壓強(qiáng)抗壓強(qiáng) 度度 鑄鐵鑄鐵FC10FC10100-150100-150400-600400-600 1/4 1/4 化工陶瓷化工陶瓷303040402502504004001/8.3-1/101/8.3-1/10 多鋁紅柱石多鋁紅柱石125125135013501/10.81/10.8 燒結(jié)燒結(jié)B B4 4C C300300300030001/101/10 27 一、陶瓷材料的斷裂韌度一、陶瓷材料的斷裂韌度 測(cè)定陶瓷材料斷裂韌度的方法：?jiǎn)芜吳锌?/p>

23、梁法，山形切口測(cè)定陶瓷材料斷裂韌度的方法：?jiǎn)芜吳锌诹悍?，山形切?法，壓痕法，雙扭法，雙懸臂梁法。法，壓痕法，雙扭法，雙懸臂梁法。 名稱(chēng)名稱(chēng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件適用條件 單邊切口梁法單邊切口梁法 數(shù)據(jù)分散性小，重現(xiàn)性數(shù)據(jù)分散性小，重現(xiàn)性 好，試樣加工測(cè)定簡(jiǎn)單好，試樣加工測(cè)定簡(jiǎn)單 所測(cè)所測(cè)K KIC IC值受切口寬 值受切口寬 度影響大度影響大 高溫和各種介質(zhì)條件高溫和各種介質(zhì)條件 山形切口法山形切口法 切口寬度對(duì)切口寬度對(duì)K KIC IC影響小， 影響小， 測(cè)定值誤差小測(cè)定值誤差小 試樣加工困難，需專(zhuān)試樣加工困難，需專(zhuān) 用夾具用夾具 高溫和各種介質(zhì)條件高溫和各種介質(zhì)條件 壓痕法壓痕法 測(cè)試

24、方便，可用很小試測(cè)試方便，可用很小試 樣進(jìn)行多點(diǎn)韌度測(cè)試樣進(jìn)行多點(diǎn)韌度測(cè)試 表面質(zhì)量、加載速率、表面質(zhì)量、加載速率、 載荷時(shí)間、卸載后測(cè)載荷時(shí)間、卸載后測(cè) 量時(shí)間對(duì)裂紋長(zhǎng)度有量時(shí)間對(duì)裂紋長(zhǎng)度有 影響，影響，K KIC IC誤差大 誤差大 用于對(duì)韌度相對(duì)評(píng)價(jià)，用于對(duì)韌度相對(duì)評(píng)價(jià)， 壓頭下部材料在加載壓頭下部材料在加載 過(guò)程中無(wú)相變或體積過(guò)程中無(wú)相變或體積 致密化；壓痕表面無(wú)致密化；壓痕表面無(wú) 碎裂碎裂 28 二、陶瓷材料的增韌二、陶瓷材料的增韌 陶瓷材料強(qiáng)度提高，斷裂韌度值增大，因此陶瓷材料的增韌陶瓷材料強(qiáng)度提高，斷裂韌度值增大，因此陶瓷材料的增韌 常與增強(qiáng)相聯(lián)系。常與增強(qiáng)相聯(lián)系。 陶瓷增韌途徑

25、陶瓷增韌途徑：（除纖維、納米顆粒等制備陶瓷基復(fù)合材料（除纖維、納米顆粒等制備陶瓷基復(fù)合材料 外）外） 1 1）改善陶瓷顯微結(jié)構(gòu)）改善陶瓷顯微結(jié)構(gòu) a. a.使材料達(dá)到細(xì)、密、勻、純使材料達(dá)到細(xì)、密、勻、純 b. b.晶粒長(zhǎng)寬比增大，晶粒長(zhǎng)寬比增大，K KIC IC值增大。 值增大。 2 2）相變?cè)鲰g：）相變?cè)鲰g：受使用溫度限制（應(yīng)受使用溫度限制（應(yīng)800800) 3 3）微裂紋增韌）微裂紋增韌 主裂紋擴(kuò)展遇到微裂紋發(fā)生分叉轉(zhuǎn)向前進(jìn)，增加擴(kuò)展過(guò)程中主裂紋擴(kuò)展遇到微裂紋發(fā)生分叉轉(zhuǎn)向前進(jìn)，增加擴(kuò)展過(guò)程中 的表面能；主裂紋尖端應(yīng)力集中被松弛，擴(kuò)展減慢。的表面能；主裂紋尖端應(yīng)力集中被松弛，擴(kuò)展減慢。 2

26、9 一、硬度和耐磨性一、硬度和耐磨性 1 1、硬度、硬度 工程陶瓷材料硬度高，常用洛氏硬度、維氏硬度或努氏硬工程陶瓷材料硬度高，常用洛氏硬度、維氏硬度或努氏硬 度表示。測(cè)量維氏或努氏硬度時(shí)，表面須研拋至鏡面，表度表示。測(cè)量維氏或努氏硬度時(shí)，表面須研拋至鏡面，表 面粗糙度在面粗糙度在0.10.1 m m以下。以下。 2 2、耐磨性、耐磨性 工程陶瓷材料耐磨性較高，重要的耐磨陶瓷材料包括：工程陶瓷材料耐磨性較高，重要的耐磨陶瓷材料包括： AlAl2 2O O3 3、Si CSi C、ZrOZrO2 2、Si Si3 3N N4 4等。等。 彈性接觸彈性接觸 微小塑性區(qū)微小塑性區(qū) 微裂紋微裂紋 30 陶瓷