陶瓷基復(fù)合材料課件

1、陶瓷基復(fù)合材料第二章第二章 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷基體材料陶瓷基體材料 陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝 陶瓷基復(fù)合材料的界面陶瓷基復(fù)合材料的界面 陶瓷基復(fù)合材料的性能陶瓷基復(fù)合材料的性能 陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用陶瓷基復(fù)合材料2.1陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料也稱為陶瓷材料也稱為無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料。陶瓷材料與金屬材料的區(qū)分：陶瓷材料與金屬材料的區(qū)分：根據(jù)兩種材料的電阻根據(jù)兩種材料的電阻 溫度系數(shù)來(lái)區(qū)別。溫度系數(shù)來(lái)區(qū)別。陶瓷材料與有機(jī)高分子材料的區(qū)分：陶瓷材料與有機(jī)高分子材料的區(qū)分：可以從分子結(jié)構(gòu)上來(lái)區(qū)別?？梢詮姆肿咏Y(jié)構(gòu)上來(lái)區(qū)別。高

2、分子材料含有不連高分子材料含有不連續(xù)的大分子，在分子內(nèi)的碳原子是由共價(jià)鍵相聯(lián)，分子續(xù)的大分子，在分子內(nèi)的碳原子是由共價(jià)鍵相聯(lián)，分子與分子間則通過(guò)較弱的與分子間則通過(guò)較弱的van-der-Waal 或或氫鍵結(jié)合。氫鍵結(jié)合。陶瓷材料沒(méi)有不連續(xù)的分子，是一種或多種原子陶瓷材料沒(méi)有不連續(xù)的分子，是一種或多種原子的空間排列，有序?yàn)榫w，否則為非晶材料。的空間排列，有序?yàn)榫w，否則為非晶材料。陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料可分為：陶瓷材料可分為： 普通陶瓷普通陶瓷 (Conventional Ceramics）：）：磚、陶磚、陶器、瓷器等器、瓷器等 精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷(Advan

3、ced Ceramics)：硅、鋁、鈦、硅、鋁、鈦、鋯等的氧化物、氮化物和碳化物等。鋯等的氧化物、氮化物和碳化物等。陶瓷材料以高的抗壓性能、很高的化學(xué)穩(wěn)定陶瓷材料以高的抗壓性能、很高的化學(xué)穩(wěn)定性和高的熔點(diǎn)著稱。性和高的熔點(diǎn)著稱。陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn)：陶瓷材料的特點(diǎn)： 很好的耐熱性很好的耐熱性 很好的化學(xué)穩(wěn)定性很好的化學(xué)穩(wěn)定性 高的耐磨性能高的耐磨性能 低的密度低的密度 低的韌性低的韌性K1C陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn))(2/12/31PamNmaKC陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn)斷裂韌性斷裂韌性K1C 反映

4、含裂紋材料或構(gòu)件的抗裂紋擴(kuò)展反映含裂紋材料或構(gòu)件的抗裂紋擴(kuò)展的能力，又稱為強(qiáng)度因子。的能力，又稱為強(qiáng)度因子。陶瓷材料不象金屬材料有塑性變形，因此在受機(jī)械陶瓷材料不象金屬材料有塑性變形，因此在受機(jī)械拉伸或熱沖擊載荷時(shí)可能出現(xiàn)災(zāi)難性的失效。拉伸或熱沖擊載荷時(shí)可能出現(xiàn)災(zāi)難性的失效。所以提高所以提高其韌性是陶瓷基復(fù)合材料最重要的目標(biāo)。其韌性是陶瓷基復(fù)合材料最重要的目標(biāo)。陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn) 使用溫度使用溫度陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn) 材料的密度材料的密度陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn) 熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)陶瓷基復(fù)合材料2.1 陶

5、瓷材料的特點(diǎn)陶瓷材料的特點(diǎn) 表表 2-1 一些材料典型斷裂韌性一些材料典型斷裂韌性(K1C)值值材材 料料 K1C, MPa m1/2聚合物聚合物聚乙烯聚乙烯 1 - 2尼龍尼龍 3環(huán)氧樹(shù)脂，聚酯環(huán)氧樹(shù)脂，聚酯 0.5金屬金屬純金屬純金屬（銅、鎳、鋁）（銅、鎳、鋁） 100 - 300鋁合金鋁合金 20 - 50鈦合金鈦合金 50 - 100低碳鋼低碳鋼 4 10陶瓷陶瓷玻璃玻璃 0.5 1氧化鎂氧化鎂 3氧化鋁氧化鋁 1 3碳化硅碳化硅 2 4氮化硅氮化硅 3 - 5斷裂韌性斷裂韌性陶瓷基復(fù)合材料2.2 陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn) 增強(qiáng)相與基體的模量之比相當(dāng)?shù)?，為增?qiáng)相與基體的

6、模量之比相當(dāng)?shù)?，?0.1 - 1 陶瓷基復(fù)合材料中，提高強(qiáng)度不是其目的，最主要陶瓷基復(fù)合材料中，提高強(qiáng)度不是其目的，最主要的是提高其韌性。的是提高其韌性。陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基體材料陶瓷基體材料2.2.1 陶瓷基體材料的基本要求陶瓷基體材料的基本要求陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基體材料陶瓷基體材料2.2.1 陶瓷基體材料的基本要求陶瓷基體材料的基本要求陶瓷基復(fù)合材料2.2.1 陶瓷基體材料的基本要求陶瓷基體材料的基本要求 具有良好的抗蠕變、疲勞和沖擊性能具有良好的抗蠕變、疲勞和沖擊性能 具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易受到環(huán)境中溫度、氧具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易受到環(huán)境中溫度、氧化或還原氣氛的影響，不易揮發(fā)化

7、或還原氣氛的影響，不易揮發(fā) 具有較高的韌性具有較高的韌性 能夠滲入、浸潤(rùn)纖維束、晶須束或顆粒預(yù)成型件中能夠滲入、浸潤(rùn)纖維束、晶須束或顆粒預(yù)成型件中 與增強(qiáng)相能形成良好的界面聯(lián)接與增強(qiáng)相能形成良好的界面聯(lián)接 在制造和使用過(guò)程中，與增強(qiáng)纖維不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在制造和使用過(guò)程中，與增強(qiáng)纖維不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 不會(huì)物理?yè)p壞增強(qiáng)纖維不會(huì)物理?yè)p壞增強(qiáng)纖維陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)1 陶瓷材料的化學(xué)鍵陶瓷材料的化學(xué)鍵原子結(jié)合鍵：原子結(jié)合鍵： 三種強(qiáng)結(jié)合力的化學(xué)鍵三種強(qiáng)結(jié)合力的化學(xué)鍵:共價(jià)鍵（共價(jià)鍵（Covalent bond)、離離子鍵子鍵 (Ionic bond

8、)、金屬鍵金屬鍵 (metallic bond) 二種弱結(jié)合鍵：范德華鍵二種弱結(jié)合鍵：范德華鍵 (van der Waals bond)、氫鍵氫鍵(hydrogen bond)u 陶瓷材料：離子鍵或共價(jià)鍵陶瓷材料：離子鍵或共價(jià)鍵陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)2 陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)通常金屬陽(yáng)離子尺寸較非金屬的陰離子要小，因此通常金屬陽(yáng)離子尺寸較非金屬的陰離子要小，因此在陶瓷晶體中的金屬陽(yáng)離子經(jīng)常占據(jù)的是由非金屬陰離在陶瓷晶體中的金屬陽(yáng)離子經(jīng)常占據(jù)的是由非

9、金屬陰離子構(gòu)成的晶格中的間隙位置。子構(gòu)成的晶格中的間隙位置。F 簡(jiǎn)單立方：簡(jiǎn)單立方：CsCl, CsBr, CsIF 面心立方：面心立方：NaCl, CaO, MgO, MnO, NiO, FeO, BaOF 密排六方：密排六方：ZnS, Al2O3陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料

10、可能是非晶嗎？陶瓷材料可能是非晶嗎？陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)幾種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹幾種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹 MX型結(jié)構(gòu)（型結(jié)構(gòu)（M為金屬陽(yáng)離子，為金屬陽(yáng)離子，X為陰離子）為陰離子） 閃鋅礦結(jié)構(gòu)閃鋅礦結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)幾種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹幾種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹 MX型結(jié)構(gòu)（型結(jié)構(gòu)（M為金屬陽(yáng)離子，為金屬陽(yáng)離子，X為陰離子）為陰離子） NaCl型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)MgO, NiO, TiC, VC, VN等等都是這種結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)都是這種結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的化合物多數(shù)有熔點(diǎn)高、構(gòu)的化合物多數(shù)有熔

11、點(diǎn)高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)幾種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹幾種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹 MX2型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的典型代表是金紅石結(jié)構(gòu)。單位晶胞中的這種結(jié)構(gòu)的典型代表是金紅石結(jié)構(gòu)。單位晶胞中的8個(gè)頂角和中心為陽(yáng)離子，陰離子的位置則正好處于由陽(yáng)個(gè)頂角和中心為陽(yáng)離子，陰離子的位置則正好處于由陽(yáng)離子構(gòu)成的稍有變形離子構(gòu)成的稍有變形的八面體中心。的八面體中心。陶瓷基復(fù)合材料2.2.2 陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)幾種典型陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹幾種典型陶瓷晶體結(jié)構(gòu)介紹 M2X型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)以赤銅礦為代表。

12、陰離子構(gòu)成體心立方結(jié)這種結(jié)構(gòu)以赤銅礦為代表。陰離子構(gòu)成體心立方結(jié)構(gòu)，陽(yáng)離子處于間隙中。構(gòu)，陽(yáng)離子處于間隙中。陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.1 陶瓷普通制備工藝陶瓷普通制備工藝在普通工藝中都包括以下幾個(gè)步驟在普通工藝中都包括以下幾個(gè)步驟： 原材料制成粉狀原材料制成粉狀 粉末壓制成一定的形狀的坯料粉末壓制成一定的形狀的坯料 坯料在高溫下的燒結(jié)，也可能在高溫和壓力下進(jìn)行坯料在高溫下的燒結(jié)，也可能在高溫和壓力下進(jìn)行 加工至最終形狀和尺寸加工至最終形狀和尺寸陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.1 陶瓷普通制備工藝陶瓷普通制備工藝一、熱等靜壓工

13、藝（一、熱等靜壓工藝（Hot Isostatic Pressing, HIP)壓力為壓力為 100 - 300 MPa，溫度可達(dá)溫度可達(dá) 2000 ，時(shí)間在，時(shí)間在1-8 hr。陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.1 陶瓷普通制備工藝陶瓷普通制備工藝一、一、熱熱等等靜靜壓壓工工藝藝陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.1 陶瓷普通制備工藝陶瓷普通制備工藝一、化學(xué)氣相沉積工藝（一、化學(xué)氣相沉積工藝（Chemical Vapor Deposition, CVD)加熱爐加熱爐石英舟石英舟基底基底石英管石英管進(jìn) 氣 口進(jìn) 氣 口端端出氣口端出氣口端

14、電源線電源線熱電偶熱電偶控溫儀控溫儀陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.2 新型陶瓷制備工藝新型陶瓷制備工藝一、溶膠一、溶膠-凝膠工藝凝膠工藝（Sol - gel）陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.2 新型陶瓷制備工藝新型陶瓷制備工藝一、溶膠一、溶膠-凝膠工藝凝膠工藝（Sol - gel）陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.2 新型陶瓷制備工藝新型陶瓷制備工藝一、溶膠一、溶膠-凝膠工藝（凝膠工藝（Sol - gel）陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.2 新型陶瓷制備工藝新型陶瓷制

15、備工藝一、溶膠一、溶膠-凝膠工藝（凝膠工藝（Sol - gel）陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.2 新型陶瓷制備工藝新型陶瓷制備工藝二、自延高溫合成工藝（二、自延高溫合成工藝（Self-propagating high temperature synthesis, SHS）該類(lèi)工藝的又一名稱為鋁熱燃燒反應(yīng)。鋁與氧化鐵的放該類(lèi)工藝的又一名稱為鋁熱燃燒反應(yīng)。鋁與氧化鐵的放熱反應(yīng)釋放出的熱量很多，可使溫度達(dá)到熱反應(yīng)釋放出的熱量很多，可使溫度達(dá)到 2500 。SHS 的突出特點(diǎn)的突出特點(diǎn)：P 極極高的燃燒溫度（接近高的燃燒溫度（接近 4000 ）P 簡(jiǎn)單、低成本的設(shè)備簡(jiǎn)

16、單、低成本的設(shè)備P 能精確控制其化學(xué)成分能精確控制其化學(xué)成分P 能制備不同的形狀的零件能制備不同的形狀的零件 陶瓷基復(fù)合材料2.3陶瓷材料的制備方法陶瓷材料的制備方法2.3.2 新型陶瓷制備工藝新型陶瓷制備工藝二、自延高溫合成工藝（二、自延高溫合成工藝（Self-propagating high temperature synthesis, SHS）陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.1 碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅（SiC）是一種非常硬而脆的材料。在還原氣氛）是一種非常硬而脆的材料。在還原氣氛中，碳化硅具有很好的耐燒蝕與化學(xué)腐蝕能力。在氧化氣氛中，碳化硅具有很

17、好的耐燒蝕與化學(xué)腐蝕能力。在氧化氣氛中，碳化硅中的自由中，碳化硅中的自由 Si 可能被氧化，在極高溫度下，碳化可能被氧化，在極高溫度下，碳化硅也可能被氧化。硅也可能被氧化。碳化硅主要有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種為碳化硅主要有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種為 - SiC，屬于六方，屬于六方晶系晶系，另一種為，另一種為 - SiC，屬立方晶系，屬立方晶系。多數(shù)碳化硅以。多數(shù)碳化硅以 - SiC為主晶相。為主晶相。碳化硅并不是一種天然存在的礦物，雖然硅和碳都是地碳化硅并不是一種天然存在的礦物，雖然硅和碳都是地球上存在著的最豐富的元素之一。球上存在著的最豐富的元素之一。陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶

18、瓷材料的介紹2.4.1 碳化硅碳化硅主要的制備工藝有：主要的制備工藝有： 熱壓燒結(jié)法熱壓燒結(jié)法 反應(yīng)燒結(jié)法反應(yīng)燒結(jié)法 化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法一、熱壓燒結(jié)法一、熱壓燒結(jié)法 需要添加劑：需要添加劑：MgO, B, C , Al 需要的熱壓溫度非常高：需要的熱壓溫度非常高：1900 - 2200 壓力：壓力：35 Mpa 熱壓后的碳化硅制品必須用金剛石來(lái)打磨、修整，很貴熱壓后的碳化硅制品必須用金剛石來(lái)打磨、修整，很貴陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.1 碳化硅碳化硅二、反應(yīng)燒結(jié)法二、反應(yīng)燒結(jié)法 原材料為碳化硅粉、石墨和增塑劑混合料。原材料為碳化硅粉、石墨和

19、增塑劑混合料。 粉狀的原材料被壓制、拉擠或注射到模具中，得到坯料。粉狀的原材料被壓制、拉擠或注射到模具中，得到坯料。 分解增塑劑。分解增塑劑。 滲入硅的固體、液體或氣體到坯料中與其中的碳反應(yīng)原滲入硅的固體、液體或氣體到坯料中與其中的碳反應(yīng)原位形成碳化硅。位形成碳化硅。在這一工藝中，額外的在這一工藝中，額外的 2-12%硅被滲入進(jìn)去，以填充形硅被滲入進(jìn)去，以填充形成的空隙，因而可得到致密的制件。成的空隙，因而可得到致密的制件。陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.1 碳化硅碳化硅表表 2 - 3 用不同工藝制備的碳化硅的典型性能用不同工藝制備的碳化硅的典型性能四

20、點(diǎn)彎曲強(qiáng)度四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度(MP(MPa a）楊 氏 模楊 氏 模量，量，E E熱膨脹系熱膨脹系數(shù)，數(shù)，熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率25 10001375(GPa)(10-6 K-1)(Wm-1 K-1)熱壓熱壓（添（添加加 MgOMgO）6906203303173.030 - 15燒結(jié)燒結(jié)（添（添加加 Y Y2 2O O3 3）6555852752363.228 - 12反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)（2.452.45gcmgcm-3-3）2103453801652.86 - 3陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.2 氮化硅氮化硅氮化硅（氮化硅（Si3N4) 是鍵合能很高的共價(jià)化合物。是鍵

21、合能很高的共價(jià)化合物。有兩種晶有兩種晶體結(jié)構(gòu)，體結(jié)構(gòu)， 型與型與 型，兩者均為密排六方結(jié)構(gòu)，但型，兩者均為密排六方結(jié)構(gòu)，但 - Si3N4的的C-軸長(zhǎng)度是軸長(zhǎng)度是 - Si3N4的兩倍。的兩倍。主要的制備工藝有：主要的制備工藝有： 冷壓燒結(jié)法冷壓燒結(jié)法 熱壓燒結(jié)法熱壓燒結(jié)法 反應(yīng)燒結(jié)法反應(yīng)燒結(jié)法 熱等靜壓法熱等靜壓法 化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法 陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.2 氮化硅氮化硅 一、反應(yīng)燒結(jié)法一、反應(yīng)燒結(jié)法將硅粉壓成需要的形狀，然后在將硅粉壓成需要的形狀，然后在 1100 - 1400 的高溫下的高溫下通入純氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合氣，這

22、時(shí)就有下列反應(yīng)發(fā)生：通入純氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合氣，這時(shí)就有下列反應(yīng)發(fā)生：3Si (s) + 2 N2(g) Si3N4(s)3Si (g) + 2 N2(g) Si3N4(s) Si(s) + SiO2 2SiO(g)第三個(gè)反應(yīng)說(shuō)明了在反應(yīng)過(guò)程中硅的減少。第三個(gè)反應(yīng)說(shuō)明了在反應(yīng)過(guò)程中硅的減少。反應(yīng)燒結(jié)法制備的氮化硅孔隙率較熱壓制品高（反應(yīng)燒結(jié)法制備的氮化硅孔隙率較熱壓制品高（10%），），因此其中溫下的抗氧化能力也較低，通常其強(qiáng)度因此其中溫下的抗氧化能力也較低，通常其強(qiáng)度 400MPa, 一般為一般為250 MPa左右。左右。陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2

23、.4.2 氮化硅氮化硅 二、化學(xué)氣相沉積二、化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積法用來(lái)制備氮化硅的純緣（熱）或防擴(kuò)散化學(xué)氣相沉積法用來(lái)制備氮化硅的純緣（熱）或防擴(kuò)散膜。膜。將硅烷或氯化硅在將硅烷或氯化硅在800 - 1100 的溫度下與氨氣反應(yīng)，的溫度下與氨氣反應(yīng)，就可制備得到氮化硅，具體的化學(xué)反應(yīng)如下：就可制備得到氮化硅，具體的化學(xué)反應(yīng)如下：3SiH4(g) + 4NH3(g) Si3N4(s) + 12 H2(g)3SiCl4(g) + 4NH3(g) Si3N4(s) + 12 HCl(g)3SiHCl3(g) + 4NH3(g) Si3N4(s) + 9HCl (g) + 3 H2(g)用該方法制

24、備的氮化硅致密，但不能制備復(fù)雜的形狀。用該方法制備的氮化硅致密，但不能制備復(fù)雜的形狀。陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.2 氮化硅氮化硅 表表 2 - 4 不同工藝制備氮化硅的性能不同工藝制備氮化硅的性能 反應(yīng)燒結(jié)法反應(yīng)燒結(jié)法 熱壓法熱壓法（MgOMgO）熱壓法熱壓法（Y Y2 2O O3 3）冷壓燒結(jié)冷壓燒結(jié)（Y Y2 2O O3 3）密度密度,(gcm,(gcm-3-3）2.83.23.43.2楊氏模量，楊氏模量，（GpaGpa）210300310275泊松比，泊松比，0.220.250.270.23剪切模量剪切模量(Gpa)(Gpa)86120122

25、113四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度（MpaMpa）288760920665陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.3 氧化鋁氧化鋁氧化鋁陶瓷也稱為高鋁陶瓷，主要成分為氧化鋁陶瓷也稱為高鋁陶瓷，主要成分為Al2O3和和SiO2。 Al2O3含量越高，性能越好。含量越高，性能越好。 Al2O3只有一種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，只有一種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，即即 - Al2O3，呈密排六方結(jié)構(gòu)。呈密排六方結(jié)構(gòu)。 氧化鋁的制備原料是工業(yè)氧化氧化鋁的制備原料是工業(yè)氧化鋁，加入少量的添加劑后，經(jīng)壓鋁，加入少量的添加劑后，經(jīng)壓制坯料燒結(jié)而成。制坯料燒結(jié)而成。氧化鋁的硬度很高，有很好的氧化鋁的硬度很高，有很好的耐磨性，很好的耐高溫性能，在耐磨性，很好的耐高溫性能，在1600下仍能長(zhǎng)期下仍能長(zhǎng)期 工作。工作。陶瓷基復(fù)合材料2.4一些常用陶瓷材料的介紹一些常用陶瓷材料的介紹2.4.3 氧化鋁氧化鋁表表 2-5 氧化鋁陶瓷的主要性能氧化鋁陶瓷的主要性能名名 稱稱剛玉剛玉- -莫來(lái)石瓷莫來(lái)石瓷剛玉瓷剛玉瓷剛玉瓷剛玉瓷牌牌 號(hào)號(hào)75 瓷瓷95 瓷瓷99 瓷瓷主晶相主晶相 -Al2O3和和 -Al2O3 2SiO2 -Al2O3 -Al2O3密度密度,(gcm,(gcm-3-3）3.2 3.43.53.9抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，MPaMPa140180250抗