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、高強度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等機械力學(xué)性以耐高溫、高強度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等機械力學(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、自動控制、集成電路、計算機、信息處理等方面在通信電子、自動控制、集成電路、

2、計算機、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是韌性低陶瓷材料的最大缺點是韌性低, ,使用時會產(chǎn)生不可預(yù)測的突使用時會產(chǎn)生不可預(yù)測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)動機的優(yōu)點、陶瓷發(fā)動機的優(yōu)點 提高發(fā)動機熱效率。提高發(fā)動機熱效率。 燃燒室采用陶瓷隔熱零件并取消冷卻系統(tǒng)后，會降低熱量損失，提高熱效率 減少輔助功率消耗，發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡化。減少輔助功率消耗，發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡化。 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，從化學(xué)鍵的、陶瓷與金屬材料相比的優(yōu)缺點，從化學(xué)鍵的角度分析原因角度分析原因優(yōu)點：優(yōu)點： 高硬度，耐磨高硬度，耐磨 高熔點，耐高溫高熔點，耐高溫 高強度高強度 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：缺點： 脆性差脆性差 原因：原因： 化學(xué)鍵差異造成的。化學(xué)鍵差異造成的。 金屬：金屬鍵，沒有方向性，塑性變形性能好金屬：金屬鍵，沒有方向性，塑性變形性能好 陶瓷：離子鍵和共價鍵，方向性強，結(jié)合能大，很難塑性形陶瓷：離子鍵和共價鍵，方向性強，結(jié)合

4、能大，很難塑性形變，脆性大，裂紋敏感性強變，脆性大，裂紋敏感性強 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）團聚程度低團聚程度低6）粉體流動性好粉體流動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 機械粉碎的兩種機制，及其在粒度分布上的機械粉碎的兩種機制，及其在粒度分布上的表現(xiàn)形式。表現(xiàn)形式。粉碎機制有兩種粉碎機制有兩種（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的粒子。如普通球磨磨粒子從表面磨削出更細的粒子。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顆粒或者顆粒之間的撞擊、剪切產(chǎn)生，粒子被分研磨體對顆?；蛘哳w粒之間的撞擊、剪切產(chǎn)生，粒子被分割成兩個或者數(shù)個更細的粒子。如振動或者攪動球磨割成兩個或者數(shù)個更細的粒子。如振動或者攪動球磨第一章第一章 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，一般有哪幾種方法？液相法合成粉體有何優(yōu)點，一般有哪幾種方法？優(yōu)點：優(yōu)點： 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，說明利用帶電粒子在水溶液中的雙電位模型，說明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？擴擴散散層層吸吸附附層層對于固定體對于固定體系系E E是固定的是固定的可通過塑化可通過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，當(dāng)粒子和介質(zhì)固定時，和擴

7、散層厚度成正比；和擴散層厚度成正比；而而電位的增高，可提高團粒間的斥力，有助于克服范德華力和和布電位的增高，可提高團粒間的斥力，有助于克服范德華力和和布朗運動，獲得良好的懸浮性。朗運動，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離子，使其成為一個帶正電荷的膠粒，然后膠子表面吸附了一層陽離子，使其成為一個帶正電荷的膠粒，然后膠粒吸附粒吸附OH而形成一個龐大的膠團。而形成一

8、個龐大的膠團。生產(chǎn)中可以利用此原理來調(diào)整生產(chǎn)中可以利用此原理來調(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，時， 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 簡單了解幾種陶瓷成型方法的優(yōu)缺點？簡單了解幾種陶瓷成型方法的優(yōu)缺點？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)動力是什么？何謂燒結(jié)？燒結(jié)驅(qū)動力是什么？坯體

9、在高溫作用下，隨著時間的延長，固體顆粒相互鍵坯體在高溫作用下，隨著時間的延長，固體顆粒相互鍵聯(lián)，晶粒長大，空隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過物質(zhì)聯(lián)，晶粒長大，空隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅硬的具有的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅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，增強顆粒之間結(jié)合，提高機械強度的減少成形體中氣孔，增強顆粒之間結(jié)合，提高機械強度的工藝過程。工藝過程。 晶界具備那些特點？晶界工程可以通過哪幾個方面實現(xiàn)？晶界具備那些特點？晶界工程可以通過哪

10、幾個方面實現(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)過程中，外添加劑具有那些作用？燒結(jié)過程中，外添加劑具有那些作用？添加劑是促進燒結(jié)致密化的一種有效辦法添加劑是促進燒結(jié)致密化的一種有效辦法, ,其作用機理方式其作用機理方式主要有以下幾種：主要有以下幾種：(1)(1)改變點缺陷濃度改變點缺陷濃度, ,從而改變某種離子的擴散系數(shù)從而改變某種離子的擴散系數(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, ,從而減少晶粒長大從而減少晶粒長大的干擾作用的干

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力直接提高致密化的動力; ; (4) (4)在晶界形成連續(xù)第二相在晶界形成連續(xù)第二相, ,為原子擴散提供快速途備為原子擴散提供快速途備(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？優(yōu)點？優(yōu)點：優(yōu)點： 熱壓時，粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變熱壓時，粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于塑性流動和致密化阻力小，易于塑性流動和致密化 同時加溫加壓，有助于粉料接觸

12、和擴同時加溫加壓，有助于粉料接觸和擴散，降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時間，同時抑散，降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時間，同時抑制晶粒長大制晶粒長大 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，易得到細晶粒的組織，故接近零的燒結(jié)體，易得到細晶粒的組織，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染

13、料利用有機染料光學(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變成無異常膨脹、收縮的立方、四方晶型的變成無異常膨脹、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，其陽和其他稀土氧化物，

14、其陽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，可得到全部為當(dāng)穩(wěn)定劑含量適當(dāng)時，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。相變增韌的多晶轉(zhuǎn)變要求相變增韌的多晶轉(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)變可以通過改變晶體粒度、加入穩(wěn)定多晶轉(zhuǎn)變可以通過改變晶體粒度、加入穩(wěn)定劑或增加壓力等手段使之在室溫下不能進行劑或增加壓力等手段使之在室溫下不能進行相變速度要快相變速度要快晶體本身要有高強度晶體本身要有高強度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。 相變增韌對多晶轉(zhuǎn)變有什么要求？相變增韌對多晶轉(zhuǎn)變有什么要

16、求？ ZrO2相變增韌機理？主要利用哪一相變過程？相變增韌相變增韌機理？主要利用哪一相變過程？相變增韌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)，在冷卻過程中的熱膨脹系數(shù)，在冷卻過程中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)基體對當(dāng)

17、基體對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,這樣在室溫時這樣在室溫時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)力時當(dāng)材料受到外應(yīng)力時,基體對基體對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展的能量紋擴展的能量,達到增加斷裂韌性的效果達到增加斷裂韌性的效果,這就是這就是ZrO2的的相變增韌相變增韌。單斜單斜ZrO2四方四方Zr

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