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陶瓷分类及特点

作者:稳赚计划    更新时间:2020-12-02 20:23

  陶瓷材料 Ceramic materials 第二模块:陶瓷材料的分类及其性能 广义上讲,陶瓷材料 指所有无机非金属材料。 是用天然或人工合成的粉 状化合物,经成型和高温 烧结而制成的多晶固体材 料。 按原料来源分:普通陶瓷、特种陶瓷 普通陶瓷又称传统陶瓷。以天然硅酸盐 矿物为主要原料,如粘土、石英、长石等。 主要制品有:日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝 缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷。 特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合 物为主要原料的人工合成材料。 如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。 氧化物陶瓷 结构陶瓷 非氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 碳化物陶瓷 · · · · · · 按 用 途 分 类 工具陶瓷 压电陶瓷 铁电陶瓷 介电陶瓷 半导体陶瓷 生物陶瓷 磁性陶瓷 · · · · · · 功能陶瓷 ? ? ? ? ? 特种陶瓷可按化学组成分为 氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 碳化物陶瓷 金属陶瓷(硬质合金) 又称传统陶瓷、粘土陶瓷。这种陶瓷以天 然硅酸盐矿物,如粘土、长石、石英等为主要 原料配制、烧结而成的。 主晶相为莫来石晶体(3Al2O3﹒2SiO2), 占25~30%,次晶相为SiO2; 玻璃相约为35~60%; 气相为1~3%。 性能特点 ? 硬度高,不会氧化生锈,不导电, 耐1200℃高温,加工成型性好, 成本低廉。 ? 玻璃相较多,强度较低,在较高 温度下易软化,故耐高温及绝缘 性不及其它陶瓷。 应用 用于日用陶瓷 ? 工业上主要用作绝缘的电瓷绝缘 子和耐酸、碱的容器、反应塔管道 等,还可用于受力不大,工作温度 在200℃以下的结构零件。 ? ①氧化铝陶瓷 相关知识点 ? 以Al2O3为主要成分,含少量SiO2的陶瓷。 ? 根据Al2O3含量不同,分为 75瓷(wAl2O3 ? 75% )又称刚玉-莫来石瓷; 95瓷、99瓷,又称刚玉瓷。 ? Al2O3含量愈高,玻璃相愈少,气孔愈少,陶 瓷的性能愈好,但工艺愈复杂,成本愈高。 ? 氧化铝陶瓷的强度高,是普通陶瓷的 2 ~ 6 倍,抗拉强度可达250MPa; ? 耐磨性好,硬度次于金刚石、碳化硼、立 方氮化硼和碳化硅,居第5; ? 耐高温性能好,刚玉陶瓷可在 1600℃ 下长 期工作,在空气中的最高使用温度达 1980℃; ? 耐腐蚀性和绝缘性好; ? 脆性大,抗热振性差,不能承受环境温度 的突然变化。 ? 氧化铝陶瓷主要用于制作内燃机 火花塞,火箭、导弹的导流罩, 石油化工泵的密封环,耐磨零件, 如轴承、纺织机上的导纱器,合 成纤维用的喷嘴等,作冶炼金属 用的坩埚等。 ②氮化硅陶瓷 相关知识点 ? 以Si3N4为主要成分;按生产工艺不同,分为 热压烧结氮化硅陶瓷和反应烧结氮化硅陶瓷; ? 热压烧结氮化硅陶瓷 以Si3N4粉为原料,加入少量添加剂,装 入石墨模具中,在 1600 ~ 1700℃ 高温和 20 ~ 30MPa 的高压下烧结成型,得到组织致密, 气孔率接近0的氮化硅陶瓷。因受石墨模具所 限制,只能加工形状简单的制品。 ? 反应烧结氮化硅陶瓷 以硅粉或硅粉与Si3N4粉的混合料,压制 成型后,放入渗氮炉中进行渗氮处理,直到 所有的硅都形成氮化硅,得到尺寸相当精密 的氮化硅制品。但此制品中有 20 ~ 30 %的气 孔,故强度不及热压烧结制品,与 95 瓷相近。 性能优异,易于加工。 应用 ? 反应烧结氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高 温,耐腐蚀,形状复杂且尺寸精度高的制 品。如石油化工泵的密封环、高温轴承、 热电偶套管、燃气轮机转子叶片等; ? 热压烧结氮化硅陶瓷用于制造形状简单的 耐磨、耐高温零件和工具。如切削刀具、 转子发动机刮片、高温轴承等。 ③碳化硅陶瓷 相关知识点 ? 主晶相SiC,有反应烧结和热压烧结两种碳化 硅陶瓷; ? 高 温 强 度 高 , 工 作 温 度 可 达 1600 ~ 1700℃ 1400℃时,抗弯强度为500~600MPa ; ? 有很好的导热性、热稳定性、抗蠕变能力、 耐磨性、耐蚀性,且耐辐射; ? 是良好的高温结构材料,主要用于制作火箭 喷管的喷嘴,浇注金属的浇道口、热电偶套 管、炉管,燃气轮叶片,高温轴承,热交换 器及核燃料包封材料等。 ④氮化硼陶瓷 相关知识点 ? 主晶相 BN ,共价晶体,晶体结构为六方结构, 有白石墨之称; ? 良好的耐热性和导热性,热导率与不锈钢相 当,热胀系数比金属和其它陶瓷低得多,故 抗热振性和热稳定性好; ? 高温绝缘性好, 2000℃ 仍是绝缘体,是理想 的高温绝缘材料和散热材料; ? 化学稳定性高,能抗 Fe 、 Al 、 Ni 等熔融金属 的侵蚀; ? 硬度较其它陶瓷低,可切削加工; ? 有自润滑性,耐磨性好。 ? 氮化硼陶瓷常用于制作热电偶套管, 熔炼半导体、金属的坩埚和冶金用 高温容器和管道,高温轴承,高温 绝缘材料; ? 因BN中wB=43%,有很大的吸收中 子的截面,可作核反应堆中吸收热 中子的控制棒。 氧化镁陶瓷 氧化锆陶瓷 氧化铍陶瓷 不同种类的特种陶瓷,各具不同的优 异性能,但作为主体结构材料,其共同的 弱点是:塑性差、韧性差,强度低。 以金属氧化物或碳化物为主要 成分,加入适量的金属粉末,通过 粉末冶金的方法制成的,具有某些 金属性质的陶瓷。 金属陶瓷是金属切削刀具、模 具和耐磨零件的重要材料。 ? 高熔点金属材料 W、Mo、WC、TiC等金属及金属化合物 熔点高(> 2000℃ ),用熔炼和铸造方法生 产较难,且不易保证其纯度和冶金质量。 这些材料可以通过粉末冶金生产,如各 种金属陶瓷、钨丝及 Mo 、 Ta (钽 tǎn )、 Nb (铌)等难熔金属和高温合金。 ? 特殊电磁性能材料 如硬磁材料、软磁材料,多孔过滤材料, 假合金材料。 硬质合金是金属陶瓷的一种, 它是以金属碳化物(WC、TiC、 TaC 等)为基体,再加入适量的 金属粉末(如

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