特種陶瓷-考試重點

1、普通陶器:即指土陶盆、罐、缸、甕，以及耐火磚等具有多孔性著色坯體的制品，原料顆粒比較粗。瓷：用高嶺土等燒制成的材料，質(zhì)硬且脆，比陶質(zhì)細致，也稱瓷器瓷石：主要含石英和絹云母。由于它是石質(zhì),一般是用機器粉碎。瓷石是天然配好的制瓷原料，在1200-1250的溫度下可以單獨燒成瓷器，這就是所謂的“一元配方”。高嶺土：元代，景德鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了高嶺土，并將其摻入瓷石中，即所謂的“二元配方”，它提高了原料中鋁的含量，使瓷胎可以耐受1280-1300的高溫，這是提高瓷胎堅固性的必要條件。陶瓷：以無機非金屬物質(zhì)為原料，在制造或使用過程中經(jīng)高溫（540以上）煅燒而成的制品和材料。狹義：無機非金屬材料中的一種類型（水泥、

2、玻璃、陶瓷等）。 廣義：一切無機非金屬材料及制品統(tǒng)稱陶瓷。特點：1、原料豐富（Clarke value，占地殼總量的70-80%）2、性能優(yōu)越：(抗壓)強度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化等3、與金屬、高分子、復合材料呈四足鼎立之勢傳統(tǒng)陶瓷:由粘土等硅酸鹽天然原料為主的坯料制成的日用餐具、耐火材料、水泥、瓶玻璃、衛(wèi)生潔具等。近代陶瓷:以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiC、Si3N4等人工原料或合成原料為坯料制成的陶瓷。特種陶瓷:采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成、嚴格控制成型及燒結(jié)工藝所合成的，達到設(shè)計的微觀結(jié)構(gòu)和精確的尺寸精度，并具有優(yōu)異特性的陶瓷。日本稱技術(shù)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷：用

3、于機械結(jié)構(gòu)零件的陶瓷。功能陶瓷：具有特殊的電、磁、聲、光、熱、化學及生物功能的陶瓷。陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與性能1、材料的成分、顯微組織結(jié)構(gòu)與性能（一體化，正交化試驗方法）2、材料的結(jié)構(gòu)受到組成及加工工藝的制約3、顯微結(jié)構(gòu)的研究指導材料工藝的制訂與優(yōu)化特種陶瓷的主要研究領(lǐng)域1、優(yōu)化結(jié)構(gòu)，獲得優(yōu)異性能 2、材料的性能評價與可靠性單相多晶體：陶瓷的相組成主要由單一相的多個晶體組成多相多晶體：除了晶相（可能多相）外，還有氣孔和玻璃相晶相的結(jié)構(gòu)：晶粒大小(晶粒度)、分布、形態(tài)，結(jié)晶特性、取向、晶界及表面形態(tài)晶相：決定陶瓷基本性能的主導物相。單相多晶、多相多晶晶形：晶體在形成、生長過程中，習慣性地、自發(fā)地按一定

4、的規(guī)律生長和發(fā)育成一定的幾何形態(tài)。（自形晶：完整（完全發(fā)育）晶體；半自形晶和他形晶：生長受到抑制，部分完整或很不完整。）主晶相：決定材料基本性能。次生相：對陶瓷性能起重要調(diào)節(jié)性能。（析出相）玻璃相：配料中引入的各種雜質(zhì)組分經(jīng)高溫燒結(jié)的物理、化學反應(yīng)，形成液相，冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ啵ǔ７植加诰Ы绮课唬＝Y(jié)構(gòu)與作用燒結(jié)體中起粘結(jié)作用，粘結(jié)晶相，連續(xù)分布填充氣孔、燒結(jié)體致密化降低燒結(jié)溫度，促進燒結(jié)抑制晶體長大、防止晶形轉(zhuǎn)變（低溫燒結(jié)）有利于雜質(zhì)、添加物的重新分布液相量依陶瓷的用途而定（液相量易變形，耐火度強度介電性）熱處理，促進玻璃相晶化玻璃相有利于提高日用瓷的透明度釉料絕大多數(shù)形成玻璃氣孔：1、孤立

5、狀態(tài)、球形、分布于玻璃相、晶內(nèi)、晶界2、易造成應(yīng)力集中、減小有效截面面積，強度3、介電性（介電損耗）透明度4、隔熱、消音、過濾功能（多孔陶瓷（連通氣孔）形成：燒結(jié)溫度低、時間短（欠燒）氣體來自結(jié)構(gòu)水、碳酸鹽及硫酸鹽分解及有機物氧化(脫蠟、去除粘結(jié)劑、增塑劑等）燒結(jié)環(huán)境中氣氛的擴散燒結(jié)溫度過高或升溫過快（過燒）晶粒：晶相的組成單元，是陶瓷材料最基本、最重要的顯微組成。影響晶粒大小的因素：原料的粒度分布、配方化學組成、燒結(jié)制度等（粒度較細、配方精確、合理科學的原料選擇、配料、混料、成型、燒成制度等，特別地，在配料中加入添加物）晶粒取向：晶粒在空間的位置與方向織構(gòu)：取向相同的晶粒，擇優(yōu)取向各向異性（

6、組織概念）陶瓷是以晶體為主的多晶集合體。各向同性特種成形工藝，如熱壓，可能導致晶粒的擇優(yōu)取向?qū)е陆M織應(yīng)力、熱應(yīng)力，變形開裂表面：與真空或本身蒸氣接觸的面界面：表面與另一相物質(zhì)直接接觸時，稱為界面（晶界與相界）表面能：一定數(shù)量的質(zhì)點從體內(nèi)變成表面原子所需的能量表面缺陷：表面凹凸(缺口效應(yīng))與微裂紋晶界：不同位向的毗鄰晶粒間的原子(離子)的過渡排列。（幾個-幾百個原子層厚度）晶界應(yīng)力：晶界上由于雜質(zhì)排列不規(guī)則而使質(zhì)點距離疏密不均，從而形成微觀的機械應(yīng)力。晶粒越大，晶界應(yīng)力越大，易產(chǎn)生裂紋，導致斷裂。界面工程：晶界(細化晶粒）強韌化晶界釘扎、彌散強化特種陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別：1、成分上：有天然硅酸鹽

7、原料發(fā)展到人工精選或合成原料2、結(jié)構(gòu)上：有以硅-氧四面體基本結(jié)構(gòu)單元發(fā)展到單純鋁-氧、鋯-氧八面體和硅-碳、硅-氮四面體以及其它結(jié)構(gòu)單元的組合3、晶粒尺寸上：由普通陶瓷的1-100m發(fā)展到10nm-1m，精細陶瓷4、工藝上：由液相燒結(jié)發(fā)展到少量或沒有液相的固相燒結(jié)分類：1、按晶質(zhì)與非晶質(zhì)的含量：全晶質(zhì)、半晶質(zhì)和玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)2、主晶相的晶粒尺寸：偉晶、巨晶、粗晶、中晶、細晶、微晶和隱晶結(jié)構(gòu)偉晶：d3cm 巨晶：d=13cm 粗晶：d=10 5mm 中晶：d=2 5mm 細晶：d =0.2 2mm 微晶： d =0.02 0.2mm 2.隱晶： d E拉伸組織不敏感性 缺陷結(jié)構(gòu)（置換原子、第二相等）

8、組織結(jié)構(gòu)（組織轉(zhuǎn)變、冷塑性變形）對E影響不大2、塑性變形塑性低(鍵強、滑移系少，位錯形成及運動極困難）離子晶體高溫呈現(xiàn)一定的塑性，高溫下更多的滑移系。共價鍵晶體高溫不易滑移3、超塑性：在高溫和低應(yīng)變速率下出現(xiàn)的異常高的塑性變形率的現(xiàn)象。相變超塑性（陶瓷在承載時的溫度循環(huán)產(chǎn)生相變來獲得超塑性）組織超塑性（特定的組織在恒定應(yīng)變速率下獲得超塑性）細晶粒超塑性4、高溫蠕變：形成晶間玻璃相，TGriffith脆性斷裂理論 材料中存在裂紋(孔隙、裂紋、夾雜等）外力作用下，裂紋尖端應(yīng)力集中，大于th，材料斷裂 Ca， th裂紋的三種擴展方式：張開型 (I型)、滑開型(II型) 與撕開型(III型)，以I型最

9、為常見 平面應(yīng)力：只在平面內(nèi)有應(yīng)力，與該面垂直方向的應(yīng)力可忽略，例如薄板拉壓問題。 平面應(yīng)變：只在平面內(nèi)有應(yīng)變，與該面垂直方向的應(yīng)變可忽略，例如蒸汽管道氣壓問題。具體說來：平面應(yīng)力是指所有的應(yīng)力都在一個平面內(nèi)，如果平面是OXY平面，那么只有正應(yīng)力x，y，剪應(yīng)力xy(它們都在一個平面內(nèi))，沒有z，yz，zx。平面應(yīng)變是指所有的應(yīng)變都在一個平面內(nèi)，同樣如果平面是OXY平面，則只有正應(yīng)變x，y和剪應(yīng)變xy，而沒有z，yz，zx。1）、纖維增韌機制：纖維斷裂、拔出橋連、裂紋轉(zhuǎn)向2）、連續(xù)長纖維增韌3）、短纖維和晶須（單晶體，低缺陷）4）、顆粒增韌機制：細化晶粒、裂紋轉(zhuǎn)向與分叉5）、界面結(jié)構(gòu)：強結(jié)合界面

10、（界面擴散、界面反應(yīng)）、弱結(jié)合界面（機械結(jié)合、弱相互作用）與ZrO2相變相關(guān)的增韌機制相變過程，M相變(MsMf)尺寸效應(yīng) dc, dI, dmddI，過于穩(wěn)定，無相變 dI d dc,應(yīng)力誘發(fā)相變，相變增韌1、外加張應(yīng)力作用，應(yīng)力誘發(fā)相變2、相變吸收能量3、裂紋尖端產(chǎn)生壓應(yīng)力 當f時，裂紋鈍化dc ddm，微裂紋增韌1、誘發(fā)的微裂紋1750，氧化膜破壞，（活化氧化，鈍化氧化）SiC粉體的制備 1)碳熱還原法 2)直接合成法：Si+C= SiC（粉體）碳管爐中高溫合成，純度較高，含自由Si和C 3)有機先驅(qū)體法二氯甲基硅烷或三氯甲基硅烷裂解制備SiC纖維 4)氣相合成法SiC陶瓷制備 常壓(無

11、壓)燒結(jié)(B+C)作為助燒劑1)促進SiC中缺陷形成，引入B或C的空位 2）B與SiC形成固溶體降低晶界能，而C破壞SiO2,增加表面能。燒結(jié)收縮的條件：g/s3 3）形成液相，含B的液相起到溶解-沉淀作用反應(yīng)燒結(jié)：將碳化硅粉和石墨粉按一定比例混合壓成坯塊，熔融硅對SiC+C有極好的潤濕性，滲入壓坯與C反應(yīng)生成碳化硅，把原先的碳化硅結(jié)合起來。用這種方法可獲得致密產(chǎn)品，但高溫下強度劇烈下降。重結(jié)晶：重結(jié)晶是將SiC+C+Si混合粉壓坯在高溫下反應(yīng)再結(jié)晶獲得SiC陶瓷的工藝。燒結(jié)通過SiO+CO氣相反應(yīng)和蒸發(fā)-沉積完成，即通過氣相反應(yīng)生成碳化硅，小尺寸碳化硅粒子蒸發(fā)沉積在較大的碳化硅粒子上。Si3

12、N4陶瓷晶體結(jié)構(gòu)1）,- Si3N4,六方晶系，由SiN4共頂構(gòu)成的二維空間網(wǎng)絡(luò)2)- Si3N4內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)變比-Si3N4高，缺陷結(jié)構(gòu)，自由能高，活性高3)兩種晶型晶格常數(shù)a相差不大，但- Si3N4的c 值將近為后者的2倍Si3N4粉體的制取 1）直接氮化法2）二氧化硅碳熱還原與氮化優(yōu)點：成本低，含比較多-Si3N4；缺點：含SiO2,還可能生成Si2N2O及SiC3）硅亞氨熱分解(Si(NH)2) 4)化學氣相沉積 制取氮化硅廉價方法：1）稻殼灰氮化2）粘土與煤反應(yīng)3）火山灰鋁熱還原再氮化理想粉體的特征：1）等軸狀顆粒以便提高壓坯密度2）高比表面以利于燒結(jié)3）高氮化硅含量以利于形成較好的

13、顯微顆粒4)雜質(zhì)含量低，可避免不需要的反應(yīng)和有利于獲得較好的高溫力學性能Si3N4陶瓷的制備1）反應(yīng)燒結(jié)(RS-SN)將硅粉或硅粉和氮化硅粉的混合粉成形后在1200左右通氮進行預(yù)氮化，之后加工成所需零件，最后在1400左右進行最終氮化燒結(jié)。形狀、尺寸不變，含15-30%氣孔，1-5%殘余硅，強度、韌性較低。技術(shù)關(guān)鍵：控制反應(yīng)溫度與燒結(jié)速率，Si的氮化是放熱反應(yīng)。溫度過高，Si熔融，導致Si3N4晶粒粗大，堵塞通孔，阻止進一步氮化，制品質(zhì)量差。反應(yīng)速率控制分段升溫法 三步升溫法，最高溫度在Si熔點以上，又叫超溫氮化。2）常壓燒結(jié)法添加燒結(jié)助劑，液相燒結(jié)燒結(jié)助劑：可單獨、混合加入。顆粒細，-Si3

14、N4含量高 液相輔助相變，促進燒結(jié)致密化過程：1）顆粒重排2）溶解-擴散重沉淀3）封閉氣孔的最后排除?！胺礋Y(jié)”過程：氣態(tài)SiO和N2逸出，逆致密化過程 1、將壓坯埋于填料，埋粉 2、在氣體均衡壓力下燒結(jié)，氣壓燒結(jié)玻璃晶相的生成雖然能提高材料密度，增加室溫強度，但它會使制品高溫強度降低和蠕變性能變差。同時在晶相析出第二相，使晶形畸變。在燒結(jié)后期或燒結(jié)后進行適當熱處理，可使玻璃相轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾上唷?）重燒結(jié) 將反應(yīng)燒結(jié)和氣壓燒結(jié)結(jié)合起來的燒結(jié)技術(shù)顯微結(jié)構(gòu)優(yōu)化1）盡可能提高密度 陶瓷的力學性能隨孔隙度增加急劇下降2）晶粒的長度比：含纖維狀氮化硅晶粒的材料有很高的強度和韌性。3)玻璃相有利于氮化硅的致密

15、化，但卻使高溫強度顯著下降提高性能采用合適的復合添加劑-設(shè)計穩(wěn)定的晶界相性能：1）強度高，韌性好，膨脹系數(shù)低，導熱性好，有十分好的抗熱震形2）硬度高，摩擦系數(shù)低，自潤滑，是重要的刀具、磨具、軸承材料。3）高的電阻率，介電常數(shù)，低的介質(zhì)損耗，是優(yōu)良的介質(zhì)瓷，可用作雷達天線，高溫絕緣體4）有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性（致密的SiO2保護層）Sialon陶瓷：如果Si3N4中部分Si-N四面體被Al-O四面體取代形成一種結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均與Si3N4類似的新相，sialon相。性能1）優(yōu)良的抗氧化性能2)熱膨脹系數(shù)低，優(yōu)良的抗熱震性能3)抗熔融金屬浸蝕性能制備：通常將氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、燒結(jié)助劑混合，成形后，用

16、常壓燒結(jié)制得。燒結(jié)機制：溶解沉淀，形成的液相是瞬時的，當致密化完成后液相進入氮化硅結(jié)構(gòu)中。BN結(jié)晶構(gòu)造：六方氮化硼HBN，密排六方氮化硼WBN和立方氮化硼CBN。HBN在常壓是穩(wěn)定相，WBN和CBN是高壓穩(wěn)定相，在常壓是亞穩(wěn)相。HBN在高溫高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕交駽BN。HBN屬于六方晶系，具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，每一層由B、N原子相間排列成六角環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，層內(nèi)原子間是很強的共價鍵結(jié)合，結(jié)構(gòu)緊密；層間為分子鍵結(jié)合，結(jié)合弱，容易剝落。高溫高壓下六方BN可轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕紹N或立方BN，取決于溫壓條件。密排六方BN具有纖鋅礦的晶體結(jié)構(gòu)，與六方金剛石對應(yīng)。CBN具有閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，與立方金剛石對應(yīng)。BN的性

17、質(zhì)和用途:六方氮化硼粉末為松散、潤濕、易吸潮的白色粉末，機械強度低，但比石墨高，無明顯熔點。HBN熱膨脹系數(shù)低，熱導率高，所以抗熱震性優(yōu)良。氮化硼是熱的良導體，又是典型的電絕緣體。HBN有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，可用作高溫電偶保護套，坩堝。利用HBN的耐熱耐蝕性，可以制作高溫構(gòu)件。在原子反應(yīng)堆中，用作中子吸收材料和屏蔽材料。HBN陶瓷的制備：制備方法有硼砂-氯化銨法、硼酐氮化法、硼砂-尿素法。CBN硬度高，熱穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性和熱導性均優(yōu)良，是理想的刀具材料。CBN磨具具有生產(chǎn)率高、壽命長、本身的損耗低、加工精度高、被加工表面質(zhì)量好等優(yōu)點。CBN的制造:在觸媒參與下，高溫高壓處理HBN，使HBN轉(zhuǎn)

18、變?yōu)镃BN,反應(yīng)在六面頂壓機中進行。AIN：六方晶型，純AlN為藍白色，通常為灰色或灰白色。氮化鋁具有耐腐蝕、高強度和高溫穩(wěn)定的綜合性能，高導熱性和低電導率。熱膨脹系數(shù)低，與硅相近，由于熱膨脹不匹配引起的器件損耗率很小。用作大功率半導體器件的絕緣基片、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的散熱基片、鋰電池內(nèi)部的隔板材料、切削工具、封裝材料。制備：1氧化鋁與碳粉混合在氨或氮氣中還原氮化。2鋁粉與氨直接化合，以堿金屬氟化物為促媒。3電弧法4氯化鋁與氨反應(yīng)5、冷壓燒結(jié)、熱壓。附錄資料：不需要的可以自行刪除記敘文基礎(chǔ)知識（一）記敘文的特點1、概念：以記敘、描寫為主要表達方式，以寫人記事，寫景狀物為主要內(nèi)容的文章。

19、2、分類：A、按樣式分：通訊、回憶錄、游記、新聞、參觀訪問記、民間故事。B、記敘內(nèi)容分：寫人、敘事、寫景、狀物。（二）記敘的要素和人稱記敘的要素：時間、地點、人物、事件的起因、經(jīng)過和結(jié)果。A、時間：一般用時間詞表示；也有的間接表示事件的發(fā)生時間。B、地點：單一地點，事件在一處發(fā)生；還有的事件隨情節(jié)發(fā)展而轉(zhuǎn)換。C、人物：有主要人物和次要人物之分。主要人物往往體現(xiàn)文章的中心思想，次要人物幫助形成完整的情節(jié)，并對主要人物起襯托作用。D、起因：指引發(fā)事件的原因，一般在開頭，也有在后頭（倒敘）E、經(jīng)過：指事件發(fā)展的過程，復雜事件的經(jīng)過往往包含若干階段，可先概括再綜合。F、結(jié)果：指事件的結(jié)尾，一般也用記敘

20、描寫的表達方式，它是事件的一部分。如以抒情議論結(jié)尾的不能當作結(jié)果。記敘的人稱：A、第一人稱：以“我”、“我們”的身份敘述?！拔摇笔瞧渲械囊粋€人物，文章記敘的人和事都是“我”的所見、所聞、所想，容易使讀者產(chǎn)生真實而親切的感覺。文中如有心理活動描寫必定是“我”的，其他人物的心理活動只能是“我”猜測的，不可直接描寫他人的心理活動。B、第二人稱：出現(xiàn)在用第一人稱或第三人稱的敘述中，出于直接抒情的需要。但記敘文通篇一般不采用第二人稱。C、第三人稱：指作者站在“第三者”的立場上把人物的經(jīng)歷和事件的經(jīng)過告訴讀者。文中每人物都有自己的名字或稱謂，沒有“我”這個代詞。其好處在于人物事件的展開不受時間和空間的限制

21、，有比較廣闊的活動范圍，便于塑造人物形象和表現(xiàn)文章主題，文中每個人物的心理活動都可描寫。（三）記敘的順序記敘的順序指記敘文材料安排方式，一般可分為順敘、倒敘、插敘。1、順敘：記敘的材料按時間推移、地點轉(zhuǎn)移和事件發(fā)展的先后順序來敘述的方法。用順敘寫的文章、層次、段落和事件發(fā)展的過程基本一致，可從時間推移、程序推進、空間轉(zhuǎn)換等標志著手，理清思路。2、倒敘：先把事件的結(jié)果寫出，或先把后發(fā)生的事（或是某個突出的片斷或結(jié)局）敘述，然后再按事情的發(fā)生發(fā)展記敘，最后落到結(jié)果，使首尾呼應(yīng)。其注意點：開頭一般先寫結(jié)果，或是由眼前的事物引起回憶；開始追述時，文章一般要用一兩句話表明以下要追述以往的事；追述部分仍按

22、時間順序?qū)憽?、插敘：在順敘過程中插入與中心思想有關(guān)的事件。分析插敘要把握兩點：一是轉(zhuǎn)入插敘的過渡句。二是由插敘轉(zhuǎn)到順敘的過渡句，它們銜接要自然、完美。閱讀時要注意插敘前后的過渡性文字。插敘的作用是對主要情節(jié)或人物描寫起補充、襯托的作用。（四）記敘的中心與材料1、記敘的中心：就是作者憑借記人寫景，給景狀物告訴讀者，自己對生活的看法。2、中心的把握：（1）、內(nèi)容：一是文章所表現(xiàn)的主要內(nèi)容，二是作者的感受、文章的意義。（2）、方法：抓具體材料: 寫人為主的，通過人物的語言、行動，從把握人物的性格特征和思想意義入手；敘事為主的，通過事件的起因、經(jīng)過與結(jié)果進行歸納，從把握文章通過敘寫的事件所要說明的道理入手；寫景狀物為主的，要根據(jù)所描寫景物的特征，把握文章通過寫景狀物抒發(fā)的感情進行分析歸納。抓文章題目抓開頭結(jié)尾抓議論抒情語句記敘的材料(內(nèi)容)：就是根據(jù)需要圍繞中心在寫人記事寫景狀物所敘述的生活內(nèi)容。材料必須為中心服務(wù)。抓記敘的要素：如：寫人為主的材料主要有：人物的外貌、語言行動、心理描寫人物在社會生活中的具體表現(xiàn)人物間的相互關(guān)系作者對人物的態(tài)