第十一章-陶瓷材料課件

第十一章陶瓷材料

工業(yè)上應(yīng)用的典型的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器、玻璃、水泥等。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的新型陶瓷。陶瓷材料是除金屬和高聚物以外的無(wú)機(jī)非金屬材料通稱。第十一章陶瓷材料工業(yè)上應(yīng)用的典型的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器1第一節(jié)概述一、陶瓷材料的特點(diǎn)

1、陶瓷材料的相組成特點(diǎn)陶瓷材料通常由三種不同的相組成，即晶相(1)、玻璃相(2)和氣相(3)[氣孔]。第一節(jié)概述一、陶瓷材料的特點(diǎn)1、陶瓷材料的相組成特點(diǎn)2料致密度、降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長(zhǎng)大。氣相是在工藝過(guò)程中形成并保留下來(lái)的。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)性質(zhì)的主要是晶相。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、降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長(zhǎng)大。晶相是陶瓷材料中主要的32、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、硅化物等，因而其結(jié)合鍵以離子鍵(如Al2O3)、共價(jià)鍵(如Si3N4)及兩者的混合鍵為主。共價(jià)鍵離子鍵2、陶瓷材料的結(jié)合鍵特點(diǎn)共價(jià)鍵離子鍵43、陶瓷材料的性能特點(diǎn)

陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、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)度高等特點(diǎn)。功能陶瓷還具有電、光、磁等特殊性能。韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍的裂紋3、陶瓷材料的性能特點(diǎn)韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍54、陶瓷材料的工藝特點(diǎn)陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通過(guò)粉體成型和高溫?zé)Y(jié)來(lái)成形的，因此陶瓷是燒結(jié)體。燒結(jié)體也是晶粒的聚集體，有晶粒和晶界，所存在的問(wèn)題是其存在一定的氣孔率。Al2O3粉末的燒結(jié)組織ZrO2陶瓷中的氣孔4、陶瓷材料的工藝特點(diǎn)Al2O3粉末的燒結(jié)組織ZrO2陶瓷中6二、陶瓷材料的分類1、按化學(xué)成分分類

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。導(dǎo)電玻璃玻璃幕墻二、陶瓷材料的分類導(dǎo)電玻璃玻璃幕墻72、按使用的原材料分類

可將陶瓷材料分為普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷以天然的巖石、礦石、黏土等材料作原料。特種陶瓷采用人工合成的材料作原料。

3、按性能和用途分類

可將陶瓷材料分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩類。陶瓷零件2、按使用的原材料分類普通陶瓷以天然的巖石、礦石、黏土等材8第二節(jié)常用工業(yè)陶瓷

一、普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、長(zhǎng)石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。其組織中主晶相為莫來(lái)石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，氣相占1~3%。第二節(jié)常用工業(yè)陶瓷一、普通陶瓷9普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。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。景德鎮(zhèn)瓷器絕緣子普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。景德鎮(zhèn)瓷器絕緣子10二、新型結(jié)構(gòu)陶瓷⑴

氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又稱高鋁陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、氣動(dòng)陶瓷配件單相Al2O3陶瓷組織二、新型結(jié)構(gòu)陶瓷⑴氧化鋁陶瓷Al2O3化工、耐磨陶瓷配件11根據(jù)Al2O3含量不同分為75瓷(含75%Al2O3，又稱剛玉-莫來(lái)石瓷)、95瓷和99瓷，后兩者又稱剛玉瓷。氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到1950℃,。具有良好的電絕緣性能及耐磨性。微晶剛玉的硬度極高(僅次于金剛石).

95瓷紡織件99瓷紡織件氧化鋁耐高溫噴嘴根據(jù)Al2O3含量不同分為75瓷(含75%Al2O3，又稱剛12氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷被廣泛用作耐火材料，如耐火磚、坩堝、熱偶套管，淬火鋼的切削刀具、金屬拔絲模，內(nèi)燃機(jī)的火花塞，火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩及軸承等。

氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷被13⑵氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面體組成的共價(jià)鍵固體。①氮化硅的制備與燒結(jié)工藝工業(yè)硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4二氧化硅還原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO燒結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反應(yīng)燒結(jié)燒結(jié)時(shí)幾乎沒(méi)有收縮，能得到復(fù)雜的形狀密度低，強(qiáng)度低，耐蝕性差熱壓燒結(jié)用較少的助劑就能致密化，強(qiáng)度、耐蝕性最好只能制造簡(jiǎn)單形狀，燒結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低⑵氮化硅（Si3N4）陶瓷燒結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反應(yīng)燒結(jié)燒14③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、碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為0.1~0.2；熱膨脹系數(shù)?。豢篃嵴鹦源蟠蟾哂谄渌沾刹牧?；化學(xué)穩(wěn)定性高。熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的零件，如切削刀具、高溫軸承等。Si3N4軸承③性能特點(diǎn)及應(yīng)用熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的15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，如機(jī)械密封環(huán)等。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片氣閥等零件反應(yīng)燒結(jié)氮化硅用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件，如機(jī)械密封16⑶碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅是通過(guò)鍵能很高的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱至高溫還原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。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氧化膜，因此很難燒結(jié)，需添加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)，常加的助劑有硼、碳、鋁等。常壓燒結(jié)碳化硅⑶碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié)兩17碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，其熱傳導(dǎo)能力很強(qiáng)，僅次于氧化鈹陶瓷。SiC密封件碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變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、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。

SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC軸承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19⑷氧化鋯陶瓷氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相?四方相?單斜相。四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆?，引起很大的體積變化，易使制品開(kāi)裂。ZrO2氧化鋯單相陶瓷⑷氧化鋯陶瓷ZrO2氧化鋯單相陶瓷20在氧化鋯中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形成穩(wěn)定立方固溶體，不再發(fā)生相變，具有這種結(jié)構(gòu)的氧化鋯稱為完全穩(wěn)定氧化鋯(FSZ)，其力學(xué)性能低，抗熱沖擊性差。ZrO2陶瓷耐火件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，所以稱部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)。

在氧化鋯中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形21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)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)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。部分穩(wěn)定氧化鋯組織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)產(chǎn)生。當(dāng)受到外力作22部分穩(wěn)定氧化鋯的導(dǎo)熱率低，絕熱性好；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，除在常溫下使用外，已成