第10章 陶瓷材料ppt課件

1、第十章第十章 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料的基本知識陶瓷材料的基本知識陶瓷材料的結構與組織陶瓷材料的結構與組織陶瓷材料性能陶瓷材料性能工程陶瓷材料工程陶瓷材料引引 言言 陶瓷是一種天然或人工合成的粉狀化合物，經過成型或高溫燒結而成的，由金屬元素和非金屬元素的無機化合物構成的多相固體材料。由于具有高硬度、高耐磨性、耐蝕性和絕緣性能及特殊的電性能而得到廣泛的應用。陶瓷材料、金屬材料和高分子材料統(tǒng)稱為三大固體材料。利用天然硅酸鹽礦物為原料制成的陶瓷為普通陶瓷；用人工合成的高純度原料(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等)具有各種獨特的力學、物理或化學性能的陶瓷稱為特種陶瓷，也稱為現代陶瓷或新型陶瓷

2、。陶瓷材料的基本知識陶瓷材料的基本知識按習慣，陶瓷可以按性能或種類進行分類。一般可分為工程陶瓷或功能陶瓷兩大類。陶瓷的種類很多，但缺乏統(tǒng)一的分類方法。按化學成份可分為，氧化物陶瓷氧化鋁瓷、氧化鋯瓷和氧化鎂瓷等）、氮化物陶瓷氮化硅瓷、氮化鋁瓷、氮化硼瓷等）、碳化物陶瓷碳化硅瓷、碳化硼瓷等以及金屬陶瓷等。陶瓷材料的結合鍵陶瓷材料的結合鍵陶瓷材料中，離子鍵與共價鍵是主要的結合鍵。但通常為二者的混合鍵，不同的化合物中離子鍵和共價鍵的比例不同。陶瓷材料的結構與組織陶瓷材料的結構與組織 陶瓷材料的典型結構陶瓷材料的典型結構 離子晶體陶瓷結構MgO、NiO、FeO等具有NaCl型結構ZrO2、VO2、ThO

3、2等具有CaF2型結構Al2O3、Cr2O3等屬于剛玉結構共價晶體陶瓷一般屬于金剛石結構或其派生結構 陶瓷材料的典型結構陶瓷材料的典型結構 共價晶體陶瓷結構 非晶型陶瓷結構 陶瓷材料的典型結構陶瓷材料的典型結構 陶瓷的顯微結構陶瓷的顯微結構 晶體相 晶體相是一些化合物或以化合物為基的固溶體，是陶瓷材料的主要組成相。當存在幾種晶體相時，分為主晶相、次晶相及第三晶相等。 陶瓷的力學、物理及化學性能主要取決于主晶相，它的結構、數量、粒度、形態(tài)和分布決定了陶瓷的主要特點和應用。 陶瓷的顯微結構陶瓷的顯微結構 玻璃相 玻璃相是陶瓷燒結時各組成物及雜質產生一系列物理、化學變化后形成的一種非晶態(tài)物質。 主要

4、作用是粘結分散的晶相、降低燒結溫度，抑制晶粒長大和填充氣孔；玻璃相熔點低，熱穩(wěn)定性差，導致陶瓷在高溫下產生蠕變。所以工業(yè)陶瓷必須控制玻璃相的含量，一股為2040，特殊情況下可達60。 陶瓷的顯微結構陶瓷的顯微結構 氣相 氣相指陶瓷孔隙中的氣體即氣孔，是在陶瓷生產過程中形成并被保留下來的。氣孔對陶瓷性能有顯著影響，唯一的好處是能使陶瓷密度減小，并能減震。但使陶瓷強度下降，介電耗損增大，電擊穿強度下降，絕緣性降低。因此生產上要控制氣孔數量，大小及分布。一般希望降低氣孔體積分數(5一10)，力求氣孔細小、呈球型、分布均勻。但有時需增加氣孔，如保溫陶瓷和過濾多孔陶瓷等，其氣孔率可達60。 陶瓷的顯微結

5、構陶瓷的顯微結構 缺陷陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷材料的力學性能陶瓷材料的力學性能 彈性與強度 陶瓷材料的鍵合力強，彈性模量比金屬大，硬度也高。然而由于陶瓷的成分、組織都不如金屬材料純，且缺陷多，因而實際強度要比金屬低，金屬材料的實際強度與理論強度的比值為13到150，而陶瓷則為1100以下。增大陶瓷的致密度，減少缺陷，可以使強度大幅度提高。陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷材料的力學性能陶瓷材料的力學性能 塑性和韌性陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷材料的物理性能陶瓷材料的物理性能 熱性能與溫度有關的熱性能對陶瓷材料非常重要。陶瓷的熔點高，一般在2000以上，抗氧化性能好，高溫強度好，

6、抗蠕變性能強，適合做高溫材料。陶瓷的膨脹系數較小，導熱率較低。 但陶瓷的抗熱振性較差，即材料在溫度急劇變化時抵抗破壞的能力小，陶瓷在溫度變化較大時容易破壞，陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷材料的物理性能陶瓷材料的物理性能 光、電性能 陶瓷晶體中沒有自由電子，所以一般都是很好的絕緣材料，少數陶瓷具有半導體性質。陶瓷可以在電子工業(yè)中制造電子元件。某些陶瓷具有特殊的光學性能，加用作固體激光材料、光導纖維、光儲備材料等。陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷材料的化學性能陶瓷材料的化學性能陶瓷的結構穩(wěn)定，不易氧化，對酸、堿、鹽的抗蝕能力高，可用于化工生產。工程陶瓷材料工程陶瓷材料 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷

7、氧化鋁陶瓷又稱為高鋁陶瓷，主要成分是A12O3和SiO2。 根據A12O3含量不同可分為75瓷、95瓷和99瓷，后兩者稱為剛玉瓷。 A12O3含量越高、性能越好，但工藝復雜，成本高。 氧化鋁陶瓷強度大于普通陶瓷，硬度很高、僅次于金剛石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，耐磨性很好。其耐高溫性能好；剛玉瓷能在1600 oC高溫下長期工作，抗蠕變性能高。由于鍵合力很大，氧化鋁為兩性氧化物，所以其耐蝕性很強。氧化鋁陶瓷也有很好的電絕緣性，特別是高頻下的電絕緣性很好。工程陶瓷材料工程陶瓷材料 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅是結合強度非常高的共價化合物、單純高溫難以燒結，其生產工藝與一般陶瓷不同，有反應燒結和熱壓燒結兩種方法。 氮化硅具有良好的耐熱