陶瓷分類及特點

1、 陶瓷材料陶瓷材料Ceramic materials第二模塊：陶瓷材料的分類及其性能廣義上講，陶瓷材料廣義上講，陶瓷材料指所有無機非金屬材料。指所有無機非金屬材料。是用天然或人工合成的粉是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)成型和高溫狀化合物，經(jīng)成型和高溫燒結(jié)而制成的多晶固體材燒結(jié)而制成的多晶固體材料。料。按原料來源分：普通陶瓷、特種陶瓷普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷。以天然硅酸鹽礦物為主要原料，如粘土、石英、長石等。主要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷。特種陶瓷是以純度較高的人工合成化合物為主要原料的人工合成材料。如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)

2、陶瓷氧化物陶瓷氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷 壓電陶瓷壓電陶瓷 鐵電陶瓷鐵電陶瓷 介電陶瓷介電陶瓷 半導體陶瓷半導體陶瓷 生物陶瓷生物陶瓷 磁性陶瓷磁性陶瓷 按用途分類氮化物陶瓷碳化物陶瓷 工具陶瓷工具陶瓷 功能陶瓷功能陶瓷特種陶瓷可按化學組成分為氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷金屬陶瓷（硬質(zhì)合金）又稱傳統(tǒng)陶瓷、粘土陶瓷。這種陶瓷以天然硅酸鹽礦物，如粘土、長石、石英等為主要原料配制、燒結(jié)而成的。主晶相為莫來石晶體（3Al2O32SiO2），占2530，次晶相為SiO2；玻璃相約為3560；氣相為13。硬度高，不會氧化生銹，不導電，耐1200高溫，加工成型性好，成本低廉。玻璃相較多，強度較低

3、，在較高溫度下易軟化，故耐高溫及絕緣性不及其它陶瓷。性能特點用于日用陶瓷工業(yè)上主要用作絕緣的電瓷絕緣子和耐酸、堿的容器、反應(yīng)塔管道等，還可用于受力不大，工作溫度在200以下的結(jié)構(gòu)零件。應(yīng)用相關(guān)知識點以Al2O3為主要成分，含少量SiO2的陶瓷。根據(jù)Al2O3含量不同，分為75瓷（ ）又稱剛玉-莫來石瓷；95瓷、99瓷，又稱剛玉瓷。Al2O3含量愈高，玻璃相愈少，氣孔愈少，陶瓷的性能愈好，但工藝愈復雜，成本愈高。23Al O75%w氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷的強度高，是普通陶瓷的26倍，抗拉強度可達250MPa；耐磨性好，硬度次于金剛石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，居第5；耐高溫性能好，剛玉陶瓷可在1

4、600下長期工作，在空氣中的最高使用溫度達1980；耐腐蝕性和絕緣性好；脆性大，抗熱振性差，不能承受環(huán)境溫度的突然變化。氧化鋁陶瓷主要用于制作內(nèi)燃機火花塞，火箭、導彈的導流罩，石油化工泵的密封環(huán)，耐磨零件，如軸承、紡織機上的導紗器，合成纖維用的噴嘴等，作冶煉金屬用的坩堝等。相關(guān)知識點以Si3N4為主要成分；按生產(chǎn)工藝不同，分為熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷和反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷；熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷以Si3N4粉為原料，加入少量添加劑，裝入石墨模具中，在16001700高溫和2030MPa的高壓下燒結(jié)成型，得到組織致密，氣孔率接近0的氮化硅陶瓷。因受石墨模具所限制，只能加工形狀簡單的制品。氮化硅陶瓷反應(yīng)燒結(jié)氮

5、化硅陶瓷以硅粉或硅粉與Si3N4粉的混合料，壓制成型后，放入滲氮爐中進行滲氮處理，直到所有的硅都形成氮化硅，得到尺寸相當精密的氮化硅制品。但此制品中有2030的氣孔，故強度不及熱壓燒結(jié)制品，與95瓷相近。性能優(yōu)異，易于加工。反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高溫，耐腐蝕，形狀復雜且尺寸精度高的制品。如石油化工泵的密封環(huán)、高溫軸承、熱電偶套管、燃氣輪機轉(zhuǎn)子葉片等；熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷用于制造形狀簡單的耐磨、耐高溫零件和工具。如切削刀具、轉(zhuǎn)子發(fā)動機刮片、高溫軸承等。應(yīng)用相關(guān)知識點主晶相SiC，有反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)兩種碳化硅陶瓷；高溫強度高，工作溫度可達16001700 1400時，抗彎強度為5006

6、00MPa ；有很好的導熱性、熱穩(wěn)定性、抗蠕變能力、耐磨性、耐蝕性，且耐輻射；是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，主要用于制作火箭噴管的噴嘴，澆注金屬的澆道口、熱電偶套管、爐管，燃氣輪葉片，高溫軸承，熱交換器及核燃料包封材料等。碳化硅陶瓷相關(guān)知識點主晶相BN，共價晶體，晶體結(jié)構(gòu)為六方結(jié)構(gòu)，有白石墨之稱；良好的耐熱性和導熱性，熱導率與不銹鋼相當，熱脹系數(shù)比金屬和其它陶瓷低得多，故抗熱振性和熱穩(wěn)定性好；高溫絕緣性好，2000仍是絕緣體，是理想的高溫絕緣材料和散熱材料；化學穩(wěn)定性高，能抗Fe、Al、Ni等熔融金屬的侵蝕；硬度較其它陶瓷低，可切削加工；有自潤滑性，耐磨性好。氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷常用于制作熱電偶套管，

7、熔煉半導體、金屬的坩堝和冶金用高溫容器和管道，高溫軸承，高溫絕緣材料；因BN中wB=43%，有很大的吸收中子的截面，可作核反應(yīng)堆中吸收熱中子的控制棒。不同種類的特種陶瓷，各具不同的優(yōu)異性能，但作為主體結(jié)構(gòu)材料，其共同的弱點是：塑性差、韌性差，強度低。氧化鎂陶瓷氧化鋯陶瓷氧化鈹陶瓷以金屬氧化物或碳化物為主要成分，加入適量的金屬粉末，通過粉末冶金的方法制成的，具有某些金屬性質(zhì)的陶瓷。金屬陶瓷是金屬切削刀具、模具和耐磨零件的重要材料。高熔點金屬材料W、Mo、WC、TiC等金屬及金屬化合物熔點高（2000），用熔煉和鑄造方法生產(chǎn)較難，且不易保證其純度和冶金質(zhì)量。這些材料可以通過粉末冶金生產(chǎn)，如各種金屬

8、陶瓷、鎢絲及Mo、Ta（鉭tn）、Nb（鈮）等難熔金屬和高溫合金。特殊電磁性能材料如硬磁材料、軟磁材料，多孔過濾材料，假合金材料。硬質(zhì)合金是金屬陶瓷的一種，它是以金屬碳化物（WC、TiC、TaC等）為基體，再加入適量的金屬粉末（如Co、Ni、Mo等）作為粘結(jié)劑制成的，具有金屬性質(zhì)的粉末冶金材料。Co基體WC插播一條廣告:合金與復合材料的區(qū)別。l合金：由不同金屬和少量非金屬之間（在原子級別）形成固溶物的具有金屬一般性質(zhì)的均勻物質(zhì)；l復合材料：兩種或兩種以上不同的相通過耦合等效應(yīng)進行有機的復合，在相與相之間形成界面（這是復合材料研究的重點）的一種非均勻材料；l復合材料是有多個相，復合后各組分仍保持

9、其固有的物理和化學性質(zhì)，復合材料各組分之間有明顯界面；而合金是一個新形成的相，它具備了一些原金屬沒有的性能，復合材料還是原來的兩種物質(zhì)，物理化學性質(zhì)是兩種物質(zhì)性能的耦合（優(yōu)劣互補）。l金屬基復合材料:以金屬或合金為基體，并以纖維、晶須、顆粒等為增強體的復合材料。高硬度、高熱硬性、耐磨性好（主要特點）因以碳化物為骨架，常溫下硬度6981HRC，熱硬性達9001000，作為切削刀具，其耐磨性、壽命和切削速度比高速鋼顯著提高。再插播一條廣告：硬度是材料抵抗外物刺入的一種能力。 最常用的試驗法有洛氏硬度試驗。洛氏硬度試驗機利用鉆石沖入金屬的深度來測定金屬的硬度，沖入深度愈大，硬度愈小。該值沒有單位，只

10、用代號“HR”表示。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C為三種不同的標準。力學性能抗壓強度高（6000MPa），抗彎強度低（只有鋼的1/31/2），彈性模量高（是高速鋼的23倍），韌性差（約為淬火鋼的3050）。耐蝕性、抗氧化性好，熱脹系數(shù)比鋼低因抗彎強度低、脆性大、導熱性差，故在加工、作用過程中要避免沖擊和溫度急劇變化；硬度高，無法進行切削加工，可采用電加工（電火花、線切割）和專門砂輪磨削加工。常用硬質(zhì)合金按成分和性能特點分為三類鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金通用硬質(zhì)合金在硬質(zhì)合金中，WC越多，Co越少，則硬度、熱硬性及耐磨性越高，但強度及韌性越低。當Co含量相同時，含TiC的硬質(zhì)

11、合金硬度、耐磨性高，且因合金表面有一層TiO2薄膜，切削時不易粘刀，熱硬性高；但強度和韌性比鎢鈷類硬質(zhì)合金低。主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具和耐磨零件。鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具主要用來切削加工脆性材料，如鑄鐵、有色金屬、膠木及其它非金屬材料；鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金主要用來切削加工韌性材料，如各種鋼。含Co量多的硬質(zhì)合金韌性好，適宜粗加工，含Co量少的適于精加工。通用硬質(zhì)合金既可切削脆性材料，亦可加工韌性材料應(yīng)用以一種或幾種碳化物（WC、TiC）為硬化相，以合金鋼（高速鋼、鉻鉬鋼）粉末為粘結(jié)劑，經(jīng)配料、壓型、燒結(jié)而成的一種新型硬質(zhì)合金。與普通硬質(zhì)合金相比，鋼結(jié)硬質(zhì)合金可鍛造、焊接、熱處理，并可切削加工。在鍛造退火后，其硬度約4045HRC，可用一般方法切削加工，加工成型后，經(jīng)淬火低溫回火，硬度達6973HRC。相關(guān)知識點使用壽命與鎢鈷類硬質(zhì)合金相當；可用于制造形狀復雜的刀具，如麻花鉆、銑刀（銑床上加工金屬的刀具）。可用于制造在較高溫度下工作的模具和耐磨零件。壓電陶瓷，一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料 。壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機械振動轉(zhuǎn)換成電信號，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護、家用電器等。 壓電陶瓷工作機理： 在機械應(yīng)