陶瓷材料分類、特性和基本工藝

1、陶瓷材料分類、特性和基本工藝陶瓷材料指所有無機(jī)非金屬材料。是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)成型和高溫?zé)Y(jié)而制成的多晶固體材料。2.2.1 概述按原料來源分：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。一、陶瓷材料的分類與生產(chǎn)（一）分類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化合物。如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。按用途分類日用陶瓷工業(yè)陶瓷工程結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷高強(qiáng)度陶瓷高溫陶瓷壓電陶瓷磁性陶瓷半導(dǎo)體陶瓷生物陶瓷按性能可將陶瓷分特種陶瓷可按化學(xué)組成分

2、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）坯料制備通過機(jī)械或物理或化學(xué)方法制備粉料，在制備坯料時(shí)，要控制坯料粉的粒度、形狀、純度及脫水脫氣，以及配料比例和混料均勻等質(zhì)量要求。按不同的成型工藝要求，坯料可以是粉料、漿料或可塑泥團(tuán)。（二）陶瓷制品的生產(chǎn)陶瓷制品的生產(chǎn)都要經(jīng)過三個(gè)階段：坯料制備、成型、燒結(jié)成型將坯料用一定工具或模具制成一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的制品坯型（亦稱生坯）。燒結(jié)生坯經(jīng)初步干燥后，進(jìn)行涂釉燒結(jié)或直接燒結(jié)。高溫?zé)Y(jié)時(shí)，陶瓷內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化及相變，如體積減小，密度增加，強(qiáng)度、硬度提高，晶粒發(fā)生相變等，使陶瓷制品達(dá)到所要求的物理性能和力學(xué)性能。二、陶瓷材料的結(jié)

3、構(gòu)與性能特點(diǎn)陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在晶體相玻璃相氣相各組成相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布決定了陶瓷的性能。（一）陶瓷材料的結(jié)構(gòu). 晶相晶相是陶瓷材料的主要組成相，對陶瓷的性能起決定性作用。陶瓷中的晶相的結(jié)合鍵為離子鍵共價(jià)鍵混合鍵氧化物結(jié)構(gòu)的結(jié)合鍵以離子鍵為主，又稱離子晶體。Si3N4、SiC、BN等以共價(jià)鍵為主，稱共價(jià)晶體。氧化物結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是氧離子緊密排列構(gòu)成晶格骨架，組成六方或面心立方點(diǎn)陣，而正離子位于骨架的適當(dāng)間隙之中。如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2硅酸鹽結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但基本結(jié)構(gòu)單元為SiO4硅氧四面體，結(jié)合鍵為離子鍵、共價(jià)鍵的混合鍵；每個(gè)氧原子最多只有

4、被兩個(gè)SiO4所共有；Si-O-Si的鍵角為145;SiO4既可孤立存在，亦可通過共用頂點(diǎn)連接成鏈狀、平面或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故硅酸鹽材料有無機(jī)高聚物之稱。有些陶瓷中的晶相也存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。-石英870-鱗石英1470-方石英1713熔融SiO2573-石英163-鱗石英117-鱗石英180270方石英急冷加熱石英玻璃SiO2的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變實(shí)際陶瓷晶體與金屬晶體一樣也存在晶體缺陷，這些缺陷可加速陶瓷的燒結(jié)擴(kuò)散過程，還影響陶瓷性能。晶粒愈細(xì)，陶瓷的強(qiáng)度愈高。如剛玉（Al2O3）晶粒平均尺寸為200m時(shí)，抗彎強(qiáng)度為74MPa，1.8m時(shí)抗彎強(qiáng)度可高達(dá)570MPa。陶瓷材料中往往同時(shí)存在多種晶相，對陶

5、瓷性能起決定作用的晶相稱主晶相，其余為次晶相。玻璃相是一種非晶態(tài)固體，是陶瓷燒結(jié)時(shí)，各組成相與雜質(zhì)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成的液相在冷卻凝固時(shí)形成的。. 玻璃相玻璃相的作用將分散的晶相粘結(jié)在一起；降低燒結(jié)溫度；抑制晶相的晶粒長大填充氣孔。玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的組成相。玻璃相熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性差，在較低溫度下開始軟化，導(dǎo)致陶瓷在高溫下發(fā)生蠕變，且其中常有一些金屬離子而降低陶瓷的絕緣性。故工業(yè)陶瓷中玻璃相的數(shù)量要予以控制，一 般1500Hv （淬火鋼500800Hv，高聚物1000），其它性能介于上兩類之間。既可加工鋼材，又能加工鑄鐵和有色金屬，故稱通用或萬能硬質(zhì)合金。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2. 應(yīng)用（三）鋼結(jié)硬質(zhì)合金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