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工程陶瓷材料

作者:大发net手机版网页版登录    更新时间:2020-07-29 15:13

  工程陶瓷材料_材料科学_工程科技_专业资料。陶瓷材料 ? 陶瓷材料是除金 属和高聚物以外 的无机非金属材 料通称。 ? 工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、 水泥等。随着现代科技的发展,出现了许多性能优 良的新型陶瓷。 第一节 概

  陶瓷材料 ? 陶瓷材料是除金 属和高聚物以外 的无机非金属材 料通称。 ? 工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、 水泥等。随着现代科技的发展,出现了许多性能优 良的新型陶瓷。 第一节 概述 ? 一、陶瓷材料的特点 ? 1、陶瓷材料的相组 成特点 ? 陶瓷材料通常由三 种不同的相组成, 即晶相(1)、玻璃相 (2)和气相(3)[气孔]。 ? 晶相是陶瓷材料中主要的组成相,决定陶瓷材料物 理化学性质的主要是晶相。 ? 玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材 ? 料致密度、降 低烧结温度和 抑制晶粒长大。 ? 气相是在工艺 过程中形成并 保留下来的。 ? 2、陶瓷材料的结合键特点 ? 陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、 硅化物等,因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价 键(如Si3N4)及两者的混合键为主。 离子键 共价键 ? 3、陶瓷材料的性能特点 ? 陶瓷材料具有高熔点、高 硬度、高化学稳定性,耐 高温、耐氧化、耐腐蚀等 特性。 ? 陶瓷材料还具有密度小、 弹性模量大、耐磨损、强 度高等特点。 ? 功能陶瓷还具有电、光、 磁等特殊性能。 韧 性 陶 瓷 硬 度 压 痕 脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹 ? 4、陶瓷材料的工艺特点 ? 陶瓷是脆性材料,大部分陶瓷是通过粉体成型和高 温烧结来成形的,因此陶瓷是烧结体。 ? 烧结体也是晶粒的聚集体,有晶粒和晶界,所存在 的问题是其存在一定的气孔率。 Al2O3粉末的烧结组织 ZrO2陶瓷中的气孔 ? 二、陶瓷材料的分类 ? 1、按化学成分分类 ? 可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物 陶瓷及其它化合物陶瓷。 导电玻 璃 玻璃幕 墙 ? 2、按使用的原材料分类 ? 可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。 ? 普通陶瓷以天然的岩石、 矿石、黏土等材料作原料。 陶瓷零件 ? 特种陶瓷采用人工合成的 材料作原料。 ? 3、按性能和用途分类 ? 可将陶瓷材料分为结构陶 瓷和功能陶瓷两类。 第二节 常用工业陶瓷 ? 一、普通陶瓷 ? 普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、长石 (K2O·Al2O3·6SiO2,Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2) 为原料,经成型、烧结而成的陶瓷。 ? 其组织中主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2),占 25~30%,玻璃相占35~60%,气相占1~3%。 ? 普通陶瓷加工成型性好, 成本低,产量大。 景 德 ? 除日用陶瓷、瓷器外,大 镇 瓷 量用于电器、化工、建筑、 器 纺织等工业部门。 绝 缘 子 ? 二、新型结构陶瓷 ? ⑴ 氧化铝陶瓷 ? 氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含 有 少 量 SiO2 的 陶 瓷 , 又 称 高 铝陶瓷。 单相Al2O3陶瓷组织 Al2O3密封、气动 陶瓷配件 Al2O3化工、耐磨陶 瓷配件 ? 根据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3,又称 刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷,后两者又称刚玉瓷。 ? 氧化铝陶瓷耐高温性能好,可使用到1950℃,。具 有良好的电绝缘性能及耐磨性。微晶刚玉的硬度极 高(仅次于金刚石). 95瓷纺织件 99瓷纺织件 氧化铝耐高温喷嘴 ? 氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料,如耐火砖、坩埚、 热偶套管,淬火钢的切削 刀具、金属拔丝模,内燃 氧 化 铝 机的火花塞,火箭、导弹 陶 瓷 的导流罩及轴承等。 密 封 环 氧化铝陶瓷坩埚 氧化铝陶瓷转心球阀 ? ⑵ 氮化硅(Si3N4)陶瓷 ? 氮化硅是由Si3N4四面体组成的共 价键固体。 ? ① 氮化硅的制备与烧结工艺 ? 工业硅直接氮化:3Si+2N2→Si3N4 ? 二氧化硅还原氮化:3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO 烧结工艺 优点 缺点 反应烧结 烧结时几乎没有收缩,能 密度低,强度低,耐蚀 得到复杂的形状 性差 热压烧结 用较少的助剂就能致密化,只能制造简单形状,烧 强度、耐蚀性最好 结助剂使高温强度降低 ? ③ 性能特点及应用 ? 氮化硅的强度、比强度、比模量高;硬度仅次于金 刚石、碳化硼等;摩擦系数仅为0.1~0.2;热膨胀系 数小;抗热震性大大高于其他陶瓷材料;化学稳定 性高。 ? 热压烧结氮化硅 用于形状简单、 精度要求不高的 零件,如切削刀 具、高温轴承等。 Si3N4轴承 ? 反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的 零件,如机械密封环等。 叶片气阀等零件 汽轮机转子 ? ⑶ 碳化硅(SiC)陶瓷 ? 碳化硅是通过键能很高 的共价键结合的晶体。 常压烧结碳化硅 ? 碳化硅是用石英沙 (SiO2)加焦碳直接加热 至高温还原而成: SiO2+3C→SiC+2CO。 ? 碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳 化硅表面有一层薄氧化膜,因此很难烧结,需添加烧 结助剂促进烧结,常加的助剂有硼、碳、铝等。

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