結(jié)構(gòu)陶瓷.doc

結(jié)構(gòu)陶瓷中國是瓷器的故鄉(xiāng)，是陶瓷文化的發(fā)源地，素有“瓷器之國”之稱。china在英文中是陶瓷之意，而CHINA則是中國。西方人了解中國，正是從了解陶瓷、茶葉和絲綢開始的。我國古代勞動人民在燒制白陶器和印紋硬陶器的實(shí)線中，在不斷改進(jìn)原料選擇與處理，以及提高燒成溫度和器表施釉的基礎(chǔ)上，創(chuàng)制出了我國目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的時(shí)代最早的原始瓷器。原始瓷器的出現(xiàn)，是我國古代勞動人民的一項(xiàng)重大創(chuàng)造，是陶瓷手工業(yè)發(fā)展史上的一次飛躍，它為我國瓷器的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。陶瓷是以無機(jī)非金屬天然礦物或化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)原料處理、成形、干燥以及燒結(jié)等工序制成的產(chǎn)品.結(jié)構(gòu)陶瓷(structural ceramics) 結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、耐沖刷以及抗氧化等優(yōu)異性能，其彈性模量和高溫強(qiáng)度高等特性. 故廣泛用于金屬材料和有機(jī)高分子材料難以承受的苛刻工作環(huán)境，成為許多新興科學(xué)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料. 結(jié)構(gòu)陶瓷在現(xiàn)代陶瓷中占有重要位置和相當(dāng)大的比例，主要是利用材料的耐高溫及其優(yōu)異力學(xué)性質(zhì)的精細(xì)陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷可分為氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷(均為氧化物或以氧化物為主)和非氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷(均為非氧化物或以非氧化物為主)兩大類。氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷 包括氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷和莫來石陶瓷。氧化鋯陶瓷 包括部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷(PSZ)、四方氧化鋯多晶陶瓷(TZP)和以TZP為母體的增韌氧化鋯陶瓷。(1)部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷(PSZ)。它是由立方氧化鋯(cZrO2)和四方氧化鋯(tZrO2)兩相組成。分散在cZrO2母體中的tZrO2起相變增韌作用。根據(jù)穩(wěn)定劑種類的不同，分別有MgPSZ，CaPSZ，YPSZ等。MgPSZ陶瓷具有優(yōu)良的力學(xué)性能，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用最廣泛。(2)四方氧化鋯多晶陶瓷(TZP)。其特色是：TZP材料中所有ZrO2晶粒都以tZrO2形式存在。YTZP是最重要的一種氧化鋯增韌陶瓷，有很高的室溫?cái)嗔秧g性(KIc)和抗彎強(qiáng)度(f)，但隨使用溫度升高，其KIc、f都顯著降低。CeTZP是另一種重要的TZP材料，其力學(xué)性能比YTZP稍低，但制備工藝較易控制，成本也較低。此外，TZP是最典型的超塑性陶瓷(這是指在一定應(yīng)變速率和溫度范圍內(nèi)顯示出異常拉伸能力的一類陶瓷材料，其拉伸變形量可達(dá)百分之幾百)。(3)以TZP為母體的增韌氧化鋯陶瓷。如：YTZP中加入Al2O3彌散晶?；蚓ы殻琒iC彌散晶?；蚓ы?，可以通過第二相的裂紋彎曲增韌來進(jìn)一步提高YTZP的KIc。和f，尤其重要的是可顯著提高YTZP的高溫強(qiáng)度和斷裂韌性。氧化鋁陶瓷 通常指其Al2O3。含量在70以上的陶瓷。含Al2O3量高的氧化鋁陶瓷有時(shí)以其主晶相的礦物名稱命名，稱為剛玉。氧化鋁陶瓷和其他機(jī)械強(qiáng)度更高或耐熱性更好的MgO、ZrO2、SiC、Si3N4陶瓷相比，它更易燒結(jié)，同時(shí)原料豐富、價(jià)格低，已有較成熟的工藝。其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是耐磨性、耐腐蝕、絕緣性，透光性等，主要不足是脆性。在Al2O3中加入少量ZrO2，可制得氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA)，具有較好的高溫強(qiáng)度和韌性。通過纖維或晶須(如SiC)補(bǔ)強(qiáng)Al2O3，制成的復(fù)合陶瓷也有較好的高溫力學(xué)性能。莫來石陶瓷 是主晶相為莫來石(化學(xué)計(jì)量3Al2O32SiO2)的陶瓷。具有優(yōu)良的抗熱震性、高溫抗蠕變性，其高溫性能優(yōu)于氧化鋁陶瓷；與Si3N4、SiC等非氧化物陶瓷相比，又有制備工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但其室溫強(qiáng)度特別是韌性值較低。在莫來石中加入少量ZrO2可以制得氧化鋯增韌莫來石陶瓷(ZTM)，在莫來石中引入SiC晶須或纖維達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)增韌也是有效的。非氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷 包括氮化硅陶瓷、賽隆陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硼陶瓷。氮化硅陶瓷 有低溫型Si3N4和高溫型Si3N4兩種晶型。具有高溫強(qiáng)度高、抗熱震性能好、高溫蠕變小、耐磨、耐腐蝕和低密度等優(yōu)良性能，是最有希望用于熱機(jī)的新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料。對其韌化和強(qiáng)化的方法有：SiC纖維或SiC晶須補(bǔ)強(qiáng)；加入少量ZrO2制取氧化鋯增韌氮化硅陶瓷(ZTSN)以及用SiC、TiC等粒子達(dá)到彌散增韌；氮化硅陶瓷的自補(bǔ)強(qiáng)；制備氮化硅為基的多相復(fù)合陶瓷等。賽隆陶瓷 賽隆(SiaIon)由Si、Al、O、N四種元素的字母組成，是Si3N4固溶體的統(tǒng)稱，可分為SiaIon、SialIon、oSialon、復(fù)相Sialon和SiaIon多型體等類型。前三種分別簡寫為、o。是Si3N4固溶體，分子式Si6-ZAlZOZN8-Z(Z=04.2)，因含一定量Al2O3，故有卓越的抗氧化性。是Si3N4固溶體，分子式MXSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n，M為填隙的金屬離子。特點(diǎn)是硬度高、抗熱震性較好，良好的抗氧化性和高溫性能，強(qiáng)度比低。o是Si2N2O與Al2O固溶而成，分子式為Si2-XAlXO1+XN2-X，特點(diǎn)是抗氧化性比、為好。對復(fù)相Sialon陶瓷研究較多的有：+，+o，+材料。當(dāng)Sialon組成位于和AlN之間，有6種不同的相(15R，12H，21R，27R，2H，8H)，稱為SiaIon多型體(或AIN多型體)。這些多型體往往呈長柱狀晶粒，有利于提高材料的KIC和f。碳化硅陶瓷 是一種典型的共價(jià)鍵化合物，自然界中幾乎不存在.SiC具有a和B/2種晶型，B-SiC是立方晶系，屬金剛石型結(jié)構(gòu)，Si和C分別組成fcc晶格；a-SiC為六方晶系（包括菱面體，是典型的長周期結(jié)構(gòu)，有4H， 15R和6H等100余種多型體，其中6H多型體在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛.SiC陶瓷在1500C下具有很好的抗氧化能力，但在800-1400 C：范圍抗氧化性能較差.它不僅有高的室溫強(qiáng)度和硬度，而且隨著溫度的升高，強(qiáng)度和硬度并不下降，也是抗酸堿浸蝕及抗熱震性的較好材料.不僅常溫性能優(yōu)良，更重要的是其高溫力學(xué)性能(高溫強(qiáng)度、抗蠕變等)是目前陶瓷材料中最優(yōu)秀的，又是非氧化材料中最穩(wěn)定的，抗氧化性較好，耐各種酸、堿的腐蝕。 氮化硼陶瓷 又稱白色石墨，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性極好，熱導(dǎo)率高，有潤滑性。立方氮化硼(c-BN)的硬度僅略低于金剛石。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷大致可分為兩大類；一類是在大熱流和 1500c左右的高溫下短時(shí)間 (數(shù)秒到數(shù)十分鐘 使用。另一類是在中等熱流和 1200左右的高溫下長時(shí)間 (數(shù)百到數(shù)千小時(shí))使用.前者用于航天工程,如洲際導(dǎo)彈的端頭，回收人造衛(wèi)星的前緣，火箭尾噴管喉襯和航天飛機(jī)外蒙皮等；后者主要用于能源工程，作為各種新型熱機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī)、絕熱柴油機(jī)等)中的耐熱、耐磨部件，如燃燒室、活塞頂、渦輪轉(zhuǎn)子及汽缸套等，還廣泛用于汽車 、機(jī)械、石油化工以及紡織等工業(yè)領(lǐng)域的耐熱、耐磨、耐蝕部件，如泵用密封材料、軸承及軸套等.水性納米結(jié)構(gòu)材料傳統(tǒng)的裝備表面修復(fù)技術(shù)對設(shè)備要求高，并且操作復(fù)雜、技術(shù)難度大、能耗高、防腐性能差，同時(shí)，傳統(tǒng)工藝含有揮發(fā)性有害空氣污染物，不適合生態(tài)及環(huán)保要求，為此開發(fā)水性納米結(jié)構(gòu)陶瓷耐高溫重防腐涂料水性納米結(jié)構(gòu)陶瓷耐高溫重防腐涂料除了具有環(huán)保特性外，還具有其它一些特殊性能?？蓮V泛應(yīng)用于處于高溫、高濕等環(huán)境中的武器平臺和支撐裝備環(huán)境中的各種鋼結(jié)構(gòu)的長效防腐、耐高溫防腐以及復(fù)合材料、塑料和木質(zhì)件的表面修復(fù)。水性納米結(jié)構(gòu)陶瓷耐高溫重防腐涂料在附著力、耐候、耐磨、耐熱、耐輻射、耐溶劑、安全性、抗靜電、焊接、自修復(fù)等方面都具有獨(dú)特的優(yōu)異性能。有以上知道結(jié)構(gòu)陶瓷已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、紡織、國防、航天、汽車、生物工程、體育器材和日常生活用品等領(lǐng)域，如：(1)高硬度、高耐磨和耐高溫的切削刀具、研磨材料、密封件、輥?zhàn)印⑤S承、軸瓦、泵套筒、閥門、內(nèi)襯、模具、噴砂器等，可選用材料為Al2O3、ZrO2、B4C、c-BN、SiC、Ti(C、N)，Si3N4，Sialon等及其復(fù)合陶瓷。(2)耐腐蝕和要在高溫下承受很高力學(xué)負(fù)載的汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、宇宙火箭的發(fā)動機(jī)用燃燒器部件、渦輪增壓器、渦輪葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、火箭噴嘴等，可選用材料為Si3N4、ZrO2、