特種陶瓷總結(jié)

1、特 種 陶 瓷 工 藝 學(xué)特 種 陶 瓷 工 藝 學(xué)學(xué)學(xué) 院：材料科學(xué)與工程院：材料科學(xué)與工程授課人：臧傳義授課人：臧傳義緒論緒論1、特種陶瓷定義，及與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別、特種陶瓷定義，及與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別緒論緒論2、特種陶瓷分類、特種陶瓷分類 結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷 以耐高溫、高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等機(jī)械力學(xué)性以耐高溫、高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等機(jī)械力學(xué)性能為主要特征。能為主要特征。 功能陶瓷功能陶瓷 以電、磁、光、熱和力學(xué)等性能及其相互轉(zhuǎn)換為主要特征，以電、磁、光、熱和力學(xué)等性能及其相互轉(zhuǎn)換為主要特征，在通信電子、自動(dòng)控制、集成電路、計(jì)算機(jī)、信息處理等方面在通信電子、自動(dòng)控制、集成電路、

2、計(jì)算機(jī)、信息處理等方面的應(yīng)用日益普及。的應(yīng)用日益普及。 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷材料的最大缺點(diǎn)是韌性低陶瓷材料的最大缺點(diǎn)是韌性低, ,使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的突使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的突然性斷裂然性斷裂, ,陶瓷基復(fù)合材料主要是為了改善陶瓷韌性。陶瓷基復(fù)合材料主要是為了改善陶瓷韌性。緒論緒論3、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。 燃燒室采用陶瓷隔熱零件并取消冷卻系統(tǒng)后，會(huì)降低熱量損失，提高熱效率 減少輔助功率消耗，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。減少輔助功率消耗，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。 采用陶瓷隔熱技術(shù)，可部分取消或完全取消冷卻系統(tǒng)。 適應(yīng)多種燃料燃燒適應(yīng)多種燃料燃燒 降

3、低噪聲，減少排氣污染降低噪聲，減少排氣污染 減輕質(zhì)量減輕質(zhì)量 資源豐富。資源豐富。緒論緒論4、陶瓷與金屬材料相比的優(yōu)缺點(diǎn)，從化學(xué)鍵的、陶瓷與金屬材料相比的優(yōu)缺點(diǎn)，從化學(xué)鍵的角度分析原因角度分析原因優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 高硬度，耐磨高硬度，耐磨 高熔點(diǎn)，耐高溫高熔點(diǎn)，耐高溫 高強(qiáng)度高強(qiáng)度 高化學(xué)穩(wěn)定性高化學(xué)穩(wěn)定性 比重小，約為金屬比重小，約為金屬1/31/3缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 脆性差脆性差 原因：原因： 化學(xué)鍵差異造成的?；瘜W(xué)鍵差異造成的。 金屬：金屬鍵，沒(méi)有方向性，塑性變形性能好金屬：金屬鍵，沒(méi)有方向性，塑性變形性能好 陶瓷：離子鍵和共價(jià)鍵，方向性強(qiáng)，結(jié)合能大，很難塑性形陶瓷：離子鍵和共價(jià)鍵，方向性強(qiáng)，結(jié)合

4、能大，很難塑性形變，脆性大，裂紋敏感性強(qiáng)變，脆性大，裂紋敏感性強(qiáng) 第一章第一章 粉體性能及制備粉體性能及制備1）化學(xué)成分純度高，均勻性好化學(xué)成分純度高，均勻性好2）相組成均勻，準(zhǔn)確相組成均勻，準(zhǔn)確3）粒度小于粒度小于1um，粒度分布范圍窄，粒度分布范圍窄4）顆粒形狀為球形式自形晶形顆粒形狀為球形式自形晶形5）團(tuán)聚程度低團(tuán)聚程度低6）粉體流動(dòng)性好粉體流動(dòng)性好特種陶瓷粉體要求特種陶瓷粉體要求第一章第一章 粉體性能及制備粉體性能及制備 機(jī)械粉碎的兩種機(jī)制，及其在粒度分布上的機(jī)械粉碎的兩種機(jī)制，及其在粒度分布上的表現(xiàn)形式。表現(xiàn)形式。粉碎機(jī)制有兩種粉碎機(jī)制有兩種（1）摩擦粉碎或表面粉碎）摩擦粉碎或表面粉

5、碎研磨體與顆?；蛘哳w粒之間的摩擦產(chǎn)生，摩擦的結(jié)果使被研磨體與顆?；蛘哳w粒之間的摩擦產(chǎn)生，摩擦的結(jié)果使被磨粒子從表面磨削出更細(xì)的粒子。如普通球磨磨粒子從表面磨削出更細(xì)的粒子。如普通球磨（2）沖擊粉碎或體積粉碎）沖擊粉碎或體積粉碎研磨體對(duì)顆粒或者顆粒之間的撞擊、剪切產(chǎn)生，粒子被分研磨體對(duì)顆?；蛘哳w粒之間的撞擊、剪切產(chǎn)生，粒子被分割成兩個(gè)或者數(shù)個(gè)更細(xì)的粒子。如振動(dòng)或者攪動(dòng)球磨割成兩個(gè)或者數(shù)個(gè)更細(xì)的粒子。如振動(dòng)或者攪動(dòng)球磨第一章第一章 粉體性能及制備粉體性能及制備 液相法合成粉體有何優(yōu)點(diǎn)，一般有哪幾種方法？液相法合成粉體有何優(yōu)點(diǎn)，一般有哪幾種方法？?jī)?yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1 1） 易控制組成，能合成復(fù)合氧化物粉

6、易控制組成，能合成復(fù)合氧化物粉 2 2） 加微量成分很方便加微量成分很方便 3 3） 可獲得良好的混合均勻性可獲得良好的混合均勻性分類：分類： 沉淀法沉淀法 溶膠凝膠法溶膠凝膠法 溶劑蒸發(fā)法溶劑蒸發(fā)法第 二 章第 二 章 陶 瓷 成 型 工 藝陶 瓷 成 型 工 藝 利用帶電粒子在水溶液中的雙電位模型，說(shuō)明利用帶電粒子在水溶液中的雙電位模型，說(shuō)明Al2O3瘠性瘠性粒子分別在酸和堿體系中的懸浮原理？粒子分別在酸和堿體系中的懸浮原理？擴(kuò)擴(kuò)散散層層吸吸附附層層對(duì)于固定體對(duì)于固定體系系E E是固定的是固定的可通過(guò)塑化可通過(guò)塑化劑或者解凝劑或者解凝劑調(diào)整劑調(diào)整當(dāng)粒子和介質(zhì)固定時(shí)，當(dāng)粒子和介質(zhì)固定時(shí)，和擴(kuò)

7、散層厚度成正比；和擴(kuò)散層厚度成正比；而而電位的增高，可提高團(tuán)粒間的斥力，有助于克服范德華力和和布電位的增高，可提高團(tuán)粒間的斥力，有助于克服范德華力和和布朗運(yùn)動(dòng)，獲得良好的懸浮性。朗運(yùn)動(dòng)，獲得良好的懸浮性。以以Al203為例，為例， Al203用鹽酸處理后，在粒子表面生成三氯化鋁用鹽酸處理后，在粒子表面生成三氯化鋁(AlCl3)，三氯化鋁立即水解，生成，三氯化鋁立即水解，生成AlCl2+和和AlCl2+離子，猶如離子，猶如Al203粒粒子表面吸附了一層陽(yáng)離子，使其成為一個(gè)帶正電荷的膠粒，然后膠子表面吸附了一層陽(yáng)離子，使其成為一個(gè)帶正電荷的膠粒，然后膠粒吸附粒吸附OH而形成一個(gè)龐大的膠團(tuán)。而形成一

8、個(gè)龐大的膠團(tuán)。生產(chǎn)中可以利用此原理來(lái)調(diào)整生產(chǎn)中可以利用此原理來(lái)調(diào)整Al203的的PH值，使之懸浮或者凝聚值，使之懸浮或者凝聚堿性介質(zhì)中，堿性介質(zhì)中，Al203料漿的料漿的PH值、值、 電位電位以及粘度的關(guān)系曲線。以及粘度的關(guān)系曲線。當(dāng)當(dāng)PH值由值由114時(shí)，時(shí)， 電位電位出現(xiàn)兩次最大值，最大值處粘出現(xiàn)兩次最大值，最大值處粘度最低度最低酸性介質(zhì)中粘度更低酸性介質(zhì)中粘度更低第 二 章第 二 章 陶 瓷 成 型 工 藝陶 瓷 成 型 工 藝 簡(jiǎn)單了解幾種陶瓷成型方法的優(yōu)缺點(diǎn)？簡(jiǎn)單了解幾種陶瓷成型方法的優(yōu)缺點(diǎn)？第三章第三章 陶瓷燒結(jié)陶瓷燒結(jié) 何謂燒結(jié)？燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力是什么？何謂燒結(jié)？燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力是什么？坯體

9、在高溫作用下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，固體顆粒相互鍵坯體在高溫作用下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，固體顆粒相互鍵聯(lián)，晶粒長(zhǎng)大，空隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過(guò)物質(zhì)聯(lián)，晶粒長(zhǎng)大，空隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過(guò)物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅(jiān)硬的具有的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅(jiān)硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體，這種現(xiàn)象稱為燒結(jié)。燒結(jié)是某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體，這種現(xiàn)象稱為燒結(jié)。燒結(jié)是減少成形體中氣孔，增強(qiáng)顆粒之間結(jié)合，提高機(jī)械強(qiáng)度的減少成形體中氣孔，增強(qiáng)顆粒之間結(jié)合，提高機(jī)械強(qiáng)度的工藝過(guò)程。工藝過(guò)程。 晶界具備那些特點(diǎn)？晶界工程可以通過(guò)哪幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)？晶界具備那些特點(diǎn)？晶界工程可以通過(guò)哪

10、幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)？ 提高晶界玻璃相的粘度提高晶界玻璃相的粘度 晶界相的結(jié)晶化晶界相的結(jié)晶化 晶界相與晶粒起作用晶界相與晶粒起作用,使晶界相消失使晶界相消失 燒結(jié)過(guò)程中，外添加劑具有那些作用？燒結(jié)過(guò)程中，外添加劑具有那些作用？添加劑是促進(jìn)燒結(jié)致密化的一種有效辦法添加劑是促進(jìn)燒結(jié)致密化的一種有效辦法, ,其作用機(jī)理方式其作用機(jī)理方式主要有以下幾種：主要有以下幾種：(1)(1)改變點(diǎn)缺陷濃度改變點(diǎn)缺陷濃度, ,從而改變某種離子的擴(kuò)散系數(shù)從而改變某種離子的擴(kuò)散系數(shù); ; (2) (2)在晶界附近富集在晶界附近富集, ,影響晶界的遷移速率影響晶界的遷移速率, ,從而減少晶粒長(zhǎng)大從而減少晶粒長(zhǎng)大的干擾作用的干

11、擾作用; ; (3) (3)提高表面能提高表面能/ /界面能比值界面能比值, ,直接提高致密化的動(dòng)力直接提高致密化的動(dòng)力; ; (4) (4)在晶界形成連續(xù)第二相在晶界形成連續(xù)第二相, ,為原子擴(kuò)散提供快速途備為原子擴(kuò)散提供快速途備(5)(5)第二相在晶界的釘扎作用第二相在晶界的釘扎作用, ,阻礙晶界遷移。阻礙晶界遷移。 熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)區(qū)別在哪里？加壓燒結(jié)具有那些熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)區(qū)別在哪里？加壓燒結(jié)具有那些優(yōu)點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 熱壓時(shí)，粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變熱壓時(shí)，粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于塑性流動(dòng)和致密化阻力小，易于塑性流動(dòng)和致密化 同時(shí)加溫加壓，有助于粉料接觸

12、和擴(kuò)同時(shí)加溫加壓，有助于粉料接觸和擴(kuò)散，降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間，同時(shí)抑散，降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間，同時(shí)抑制晶粒長(zhǎng)大制晶粒長(zhǎng)大 熱壓法易獲得接近理論密度、氣孔率熱壓法易獲得接近理論密度、氣孔率接近零的燒結(jié)體，易得到細(xì)晶粒的組織，故接近零的燒結(jié)體，易得到細(xì)晶粒的組織，故易得到性能好的制品易得到性能好的制品第四章第四章 氧化物陶瓷氧化物陶瓷 氧化鋁陶瓷燒結(jié)時(shí)原料為什么要預(yù)燒？預(yù)燒質(zhì)量如何判氧化鋁陶瓷燒結(jié)時(shí)原料為什么要預(yù)燒？預(yù)燒質(zhì)量如何判斷？斷？預(yù)燒目的：預(yù)燒目的：使使-Al203全部變?yōu)槿孔優(yōu)樾托腿ココ齆a2O，提高原料純度，提高原料純度預(yù)燒質(zhì)量判斷：預(yù)燒質(zhì)量判斷：染色法染色法利用有機(jī)染

13、料利用有機(jī)染料光學(xué)顯微鏡法光學(xué)顯微鏡法利用兩者折射率不同利用兩者折射率不同密度法密度法利用密度不同利用密度不同 穩(wěn)定穩(wěn)定ZrO2、部分穩(wěn)定、部分穩(wěn)定ZrO2、和全穩(wěn)定、和全穩(wěn)定ZrO2區(qū)別？區(qū)別？在在ZrO2中加入某些適量的氧化物中加入某些適量的氧化物(例如例如Y2O3、CaO、MgO、 CeO2等等),可使可使ZrO2變成無(wú)異常膨脹、收縮的立方、四方晶型的變成無(wú)異常膨脹、收縮的立方、四方晶型的穩(wěn)定穩(wěn)定ZrO2。將穩(wěn)定劑數(shù)量減少，可得到將穩(wěn)定劑數(shù)量減少，可得到部分穩(wěn)定部分穩(wěn)定ZrO2（PSZ）。常用穩(wěn)定劑有常用穩(wěn)定劑有Y2O3、CaO、MgO、 CeO2和其他稀土氧化物，其陽(yáng)和其他稀土氧化物，

14、其陽(yáng)離子半徑與離子半徑與Zr4接近，在接近，在ZrO2中溶解度大，可與中溶解度大，可與ZrO2形成單斜、四方形成單斜、四方和立方等晶型的置換固溶體。而這種固溶體可通過(guò)快冷避免共析分解，和立方等晶型的置換固溶體。而這種固溶體可通過(guò)快冷避免共析分解，以亞穩(wěn)態(tài)保持到室溫。以亞穩(wěn)態(tài)保持到室溫?？炖涞玫降牧⒎焦倘荏w以后保持穩(wěn)定，不再發(fā)生相變，無(wú)體積變化，快冷得到的立方固溶體以后保持穩(wěn)定，不再發(fā)生相變，無(wú)體積變化，稱為稱為全穩(wěn)定全穩(wěn)定ZrO2（FSZ）。當(dāng)穩(wěn)定劑含量適當(dāng)時(shí)，可得到全部為當(dāng)穩(wěn)定劑含量適當(dāng)時(shí)，可得到全部為四方晶四方晶的的穩(wěn)定穩(wěn)定ZrO2（TZP）。）。這是目前具有這是目前具有最高韌性最高韌性的

15、陶瓷材料。的陶瓷材料。相變?cè)鲰g的多晶轉(zhuǎn)變要求相變?cè)鲰g的多晶轉(zhuǎn)變要求高溫相轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏叵嗟捏w積膨脹要大高溫相轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏叵嗟捏w積膨脹要大多晶轉(zhuǎn)變可以通過(guò)改變晶體粒度、加入穩(wěn)定多晶轉(zhuǎn)變可以通過(guò)改變晶體粒度、加入穩(wěn)定劑或增加壓力等手段使之在室溫下不能進(jìn)行劑或增加壓力等手段使之在室溫下不能進(jìn)行相變速度要快相變速度要快晶體本身要有高強(qiáng)度晶體本身要有高強(qiáng)度ZrO2由四方相到單斜相的變化屬于馬氏體相變，由四方相到單斜相的變化屬于馬氏體相變，滿足上述條件，因此不僅用在本身，也在其他滿足上述條件，因此不僅用在本身，也在其他陶瓷有明顯的效果。陶瓷有明顯的效果。 相變?cè)鲰g對(duì)多晶轉(zhuǎn)變有什么要求？相變?cè)鲰g對(duì)多晶轉(zhuǎn)變有什么要

16、求？ ZrO2相變?cè)鲰g機(jī)理？主要利用哪一相變過(guò)程？相變?cè)鲰g相變?cè)鲰g機(jī)理？主要利用哪一相變過(guò)程？相變?cè)鲰g效果主要取決于什么？效果主要取決于什么？ZrO2顆粒彌散在其它陶瓷顆粒彌散在其它陶瓷(包括包括ZrO2本身本身)基體中，由于兩者具有不同基體中，由于兩者具有不同的熱膨脹系數(shù)，在冷卻過(guò)程中的熱膨脹系數(shù)，在冷卻過(guò)程中ZrO2顆粒周圍則有不同的受力情況，當(dāng)它受顆粒周圍則有不同的受力情況，當(dāng)它受到到基體的壓抑基體的壓抑，ZrO2的相轉(zhuǎn)變也將受到壓制。的相轉(zhuǎn)變也將受到壓制。ZrO2的相變溫度隨著的相變溫度隨著顆粒尺寸顆粒尺寸的降低而下降的降低而下降,甚至可以降到室溫以下。甚至可以降到室溫以下。當(dāng)基體對(duì)當(dāng)

17、基體對(duì)ZrO2顆粒有足夠的壓應(yīng)力顆粒有足夠的壓應(yīng)力,而而ZrO2的顆粒度又足夠小的顆粒度又足夠小,則其相則其相變溫度可降至室溫以下變溫度可降至室溫以下,這樣在室溫時(shí)這樣在室溫時(shí)ZrO2仍可以保持四方相仍可以保持四方相。當(dāng)材料受到外應(yīng)力時(shí)當(dāng)材料受到外應(yīng)力時(shí),基體對(duì)基體對(duì)ZrO2的壓抑作用得到松弛，的壓抑作用得到松弛，ZrO2顆粒顆粒即發(fā)生即發(fā)生四方相到單斜相的轉(zhuǎn)變四方相到單斜相的轉(zhuǎn)變,并在基體中引起微裂紋，從而吸收了主裂并在基體中引起微裂紋，從而吸收了主裂紋擴(kuò)展的能量紋擴(kuò)展的能量,達(dá)到增加斷裂韌性的效果達(dá)到增加斷裂韌性的效果,這就是這就是ZrO2的的相變?cè)鲰g相變?cè)鲰g。單斜單斜ZrO2四方四方Zr

18、O2立方立方ZrO2液相液相117023702715 ZrO2相變?cè)鲰g陶瓷的使用缺陷是什么？可以怎么解決？相變?cè)鲰g陶瓷的使用缺陷是什么？可以怎么解決？ZrO2相變?cè)鲰g的陶瓷以其強(qiáng)度和韌性成倍增高著稱于世，相變?cè)鲰g的陶瓷以其強(qiáng)度和韌性成倍增高著稱于世，但單純相變?cè)鲰g的效果是有限的，特別是溫度提高到但單純相變?cè)鲰g的效果是有限的，特別是溫度提高到800800以以上時(shí)，相變?cè)鲰g效果明顯減退或消失，這成為相變?cè)鲰g擴(kuò)大應(yīng)上時(shí)，相變?cè)鲰g效果明顯減退或消失，這成為相變?cè)鲰g擴(kuò)大應(yīng)用的一大障礙。用的一大障礙。復(fù)合增韌機(jī)制：復(fù)合增韌機(jī)制： 細(xì)晶強(qiáng)化增韌細(xì)晶強(qiáng)化增韌 晶界增強(qiáng)增韌晶界增強(qiáng)增韌 彌散增強(qiáng)增韌彌散增強(qiáng)增韌 纖維或晶須增強(qiáng)增韌纖維或晶須增強(qiáng)增韌 莫來(lái)石陶瓷作為高溫材料的優(yōu)勢(shì)在哪里？莫來(lái)石陶瓷作為高溫材料的優(yōu)勢(shì)在哪里？ 高純莫來(lái)石陶瓷，高純莫來(lái)石陶瓷，AlAl2 2O O3 3含量為含量為68687878，其室溫強(qiáng)度均在，其室溫強(qiáng)度均在300300400MPa400MPa之間。之間。 當(dāng)化學(xué)計(jì)量偏向富硅時(shí)，高