Ch10陶瓷材料課件

第十章陶瓷材料§10.1陶瓷材料概述§10.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金§10.4常用陶瓷材料§10.1陶瓷材料概述一、陶瓷材料的概念

傳統(tǒng)的陶瓷材料是粘土、石英、長石等硅酸鹽類材料，而現(xiàn)代陶瓷材料是無機非金屬材料的統(tǒng)稱。其原料已不再是單純的天然礦物材料，而是擴(kuò)大到人工化合物（如Al2O3、SiO2、ZrO2等）。氧化鋯陶瓷唐三彩§10.1陶瓷材料概述顯微結(jié)構(gòu)分析的進(jìn)步性能研究的深入相鄰學(xué)科的推動無損評估的成就陶器高鋁質(zhì)粘土和瓷土的應(yīng)用高溫技術(shù)發(fā)展傳統(tǒng)陶瓷釉的發(fā)明原料純化陶瓷工藝的發(fā)展陶瓷理論的發(fā)展精細(xì)陶瓷（微米級）納米陶瓷陶瓷研究發(fā)展的三個階段

§10.1陶瓷材料概述三、陶瓷的發(fā)展1.新石器時代，我們的祖先就會制作陶器。然而陶器僅是一種含有較多氣孔、質(zhì)地較松的未完全燒結(jié)制品。2.東漢晚期，陶器步入了瓷器階段，這是陶瓷技術(shù)發(fā)展史上十分重要的里程碑。§10.1陶瓷材料概述三、陶瓷的發(fā)展3.

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，由瓷器又衍生出許多種類的陶瓷。日用陶瓷、工業(yè)陶瓷與水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等統(tǒng)稱為硅酸鹽制品。人們一般將這一類陶瓷制品成為傳統(tǒng)陶瓷或普通陶瓷?！?0.1陶瓷材料概述三、陶瓷的發(fā)展先進(jìn)陶瓷是在傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的基礎(chǔ)上，吸收了相鄰學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來的一門綜合而又相對獨立的學(xué)科。這一階段先進(jìn)陶瓷被稱為微米級先進(jìn)陶瓷。超聲波霧化器用壓電陶瓷晶片金屬陶瓷閥門氮化硅陶瓷軸承§10.1陶瓷材料概述三、陶瓷的發(fā)展5.20世紀(jì)90年代，陶瓷研究進(jìn)入了第三個階段——納米陶瓷階段。所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中物相具有納米（nm）級尺度的陶瓷材料，它包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等均在納米量級的尺度上?！?0.1陶瓷材料概述三、陶瓷的發(fā)展TiO2陶瓷薄膜AFM照片

納米陶瓷是當(dāng)前陶瓷材料研究中的一個十分重要發(fā)展趨向，它將促使陶瓷材料從工藝到理論、從性能到應(yīng)用提高到一個嶄新階段。§10.1陶瓷材料概述三、陶瓷的發(fā)展再次，陶瓷又是一個原料來源豐富，傳統(tǒng)技藝悠久，具有堅硬、耐用及一系列優(yōu)良性質(zhì)的材料，在建筑、電力、電子、化學(xué)、冶金工業(yè)等，甚至農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工中都大量應(yīng)用。最后，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得具有優(yōu)良性能的特種陶瓷得到了廣泛應(yīng)用。§10.1陶瓷材料概述四、陶瓷在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用§10.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能一、陶瓷材料的結(jié)構(gòu)二、陶瓷材料的性能一、陶瓷材料的結(jié)構(gòu)§10.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能陶瓷材料是多相材料，一般由晶相、玻璃相和氣相組成。其顯微結(jié)構(gòu)由其原料、組成和制造工藝所決定。燒結(jié)體自由表面SEM照片相同區(qū)域的Bi元素特征X射線相ZnO-Bi2O3陶瓷的組織形態(tài)一、陶瓷材料的結(jié)構(gòu)§10.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能二、陶瓷材料的性能與金屬材料不同，陶瓷材料的化學(xué)鍵大都為離子鍵和共價鍵，因而使其具備了一些獨特的性能。（一）力學(xué)性能1.硬度極高（一般為1000~5000HV），耐磨性極高。2.彈性模量高、剛度大，是各種材料中最高的。3.強度：抗拉強度很低，抗彎強度稍高，而抗壓強度很高。4.塑性、韌性低，脆性大，在室溫下幾乎沒有塑性，難以進(jìn)行塑性加工?！?0.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能二、陶瓷材料的性能（二）物理、化學(xué)性能1.熔點很高，大多在2000℃以上，具有很高的耐熱性能。2.線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性和抗熱振性較差，受熱易破裂。3.化學(xué)穩(wěn)定性高，抗氧化性優(yōu)良，對酸、堿、鹽具有良好的耐腐蝕性。4.大多數(shù)陶瓷具有高電阻率，少數(shù)具有半導(dǎo)體性質(zhì)；許多陶瓷具有特殊性能，如光學(xué)性能、電磁性能等?！?0.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金

粉末冶金法是一種用粉末制備，經(jīng)壓制成型、燒結(jié)而制成零件的方法。一、陶瓷生產(chǎn)與粉末冶金生產(chǎn)的工藝二、粉末注射成形工藝三、粉末冶金材料

陶瓷的生產(chǎn)工藝和粉末冶金的生產(chǎn)工藝相似，一般都是經(jīng)過原料配制、坯料成型、制品燒結(jié)、后加工處理等四個階段，因此粉末冶金法可看成是陶瓷生產(chǎn)工藝在冶金中的應(yīng)用。一、陶瓷生產(chǎn)與粉末冶金生產(chǎn)的工藝1.原料配制

粉末制取----配料----混料----制成坯料機械法，如球磨法、霧化法等；物理化學(xué)法，如還原法、電解法、化學(xué)置換法等制備粉末。2.坯料成型將坯料裝入模具內(nèi)，通過一定方法制成具有一定形狀、尺寸和密度的生坯。成型方法：可塑性成型、注漿成型、壓制成型（其中又有干壓成型、熱壓成型、注射成型、冷等靜壓成型、熱等靜壓成型、爆炸成型）等。3.制品燒結(jié)干燥后的生坯加熱到高溫，通過一系列的物理化學(xué)變化，獲得所要求的性能。有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、氣氛加壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等。4.后加工處理§10.3陶瓷的生產(chǎn)工

藝與粉末冶金一、陶瓷生產(chǎn)與粉末冶金生產(chǎn)的工藝§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金粉末冶金壓機粉末冶金V形混粉機中南大學(xué)粉末冶金國家重點實驗室視頻§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金粉末注射成形（PIM）技術(shù)優(yōu)勢：（1）可成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件；（2）尺寸精度高；（3）與PM相比，微觀組織均勻，密度高，性能好；（4）低成本；（5）材料非常廣泛。但最小質(zhì)量0.1g，最大質(zhì)量800g?，F(xiàn)代燒結(jié)技術(shù)“三高一低”（高強度、高性能、高精度、低成本）“三耐”（耐磨損、耐高溫、耐腐蝕）二、粉末注射成形（PIM）§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金真空燒結(jié)爐注塑機三、粉末冶金材料粉末冶金材料包括金屬材料及其合金、一些陶瓷材料及復(fù)合材料等。（一）粉末冶金機器零件材料

1.減摩材料制滑動軸承、墊圈、密封圈等。

2.結(jié)構(gòu)材料制齒輪、凸輪、連桿、軸承、離合器、墊圈等。

3.多孔材料用于過濾、分離、磷化、阻尼、滲透、熱交換等。

4.摩擦材料制剎車片、制動片、離合器片、變速箱摩檫片等?！?0.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金按用途分:機器零件材料、工具材料、高溫材料、電工材料、磁性材料等。三、粉末冶金材料FTG60-20

§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金粉末冶金結(jié)構(gòu)材料0.4%～0.7%Cσb=200MPaFTG60Cu3Mo-40三、粉末冶金材料FM1

01S

§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金粉末冶金摩擦材料Cu基（Fe基，2）順序號濕式（干式，G）三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金粉末冶金摩擦材料粉末冶金不銹鋼結(jié)構(gòu)件三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金粉末冶金多孔過濾材料含油軸承的定義，美OillessBearing

歐洲SelflubricatingBearing不是軸承含有油，不是使用時不需要補加潤滑油。而是已經(jīng)含有一定量的潤滑油，使用時不需要經(jīng)常補加潤滑油或只需少量地補充潤滑油。特點：含有的微孔有利于磨合；位于微孔中的潤滑油可在摩擦表面形成油膜，在啟動期間和在摩擦組件的各種條件下都能保證邊界潤滑。又稱“自潤滑軸承”。

但某些場合，不適合使用燒結(jié)金屬含油軸承。如：流體潤滑條件下因其孔隙數(shù)量大，負(fù)荷區(qū)的潤滑油層通過孔隙泄漏，承載能力減小。不適于交變荷載（疲勞極限值受限制）三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金銅基含油軸承以錫青銅粉末為原料，經(jīng)過模具壓制，在高溫中燒結(jié)后整形而成。它的基體有細(xì)微、均布的孔隙，經(jīng)潤滑油真空浸漬后形成含油狀態(tài)。

三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金與鑄造軸承合金比：①可精確調(diào)節(jié)減摩性能；②材料利用率高，無切削損失；③節(jié)能；④環(huán)境無污染或最?、菘捎煤谏饘偃〈嘿F的有色金屬。生產(chǎn)過程（右圖）用途：如事務(wù)機器（打印機、復(fù)印機、傳真機等相關(guān)軸承）三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金

干摩擦軸承：無潤滑軸承/不從外部補加潤滑油（脂）的軸承。①塑料類，最多的是PTFE系軸承，μ＝0.04（小）②金屬類③陶瓷類三、粉末冶金材料（二）粉末冶金工具材料包括各種硬質(zhì)合金、粉末高速鋼、精細(xì)陶瓷（特種陶瓷）、金剛石--金屬基復(fù)合材料。§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金

硬質(zhì)合金是由難熔的金屬碳化物（WC、TiC、TaC等）為基體加入適量金屬或合金粉末（如Co、Ni、高速鋼等）為粘接相而制成的、具有金屬性質(zhì)的粉末冶金材料。其抗彎強度高，硬而不脆，是因為碳化物呈細(xì)小顆粒形貌存在。分為金屬陶瓷硬質(zhì)合金、碳化鉻硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金的應(yīng)用視頻金屬陶瓷硬質(zhì)合金

以WC、TiC、TaC為基體，以Co粉為粘接相形成的硬質(zhì)合金。通常所說的硬質(zhì)合金即為金屬陶瓷硬質(zhì)合金。其性能特點：高的硬度、熱硬性和耐磨性；高的抗壓強度和彈性模量，抗彎強度較高，但沖擊韌性低，脆性大，導(dǎo)熱性差。三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金由WC和Co組成，有些牌號也加入少量YaC、VC等。三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金代號：YG+鈷的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wCo×100%），常用代號有YG3、YG6、YG8。此類硬質(zhì)合金具有較高的強度和韌性，但高溫硬度和高溫韌性較差。主要用于制造刀具、模具、量具、耐磨零件等，其刀具主要用來切削脆性材料，如鑄鐵、有色金屬等。（2）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金由WC、TiC和Co組成。三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金代號：YT+TiC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wTiC×100%）表示，常用代號有YT5、YT15、YT30。此類硬質(zhì)合金具有較高的硬度、耐磨性和熱硬性，但強度和韌性低于鎢鈷類。其刀具主要用來切削韌性材料，如各種鋼。硬質(zhì)合金鑲齒木工圓鋸片（3）鎢鈷鈦鉭類硬質(zhì)合金由WC、TiC、TaC和Co組成。三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金代號：YW+順序號表示，如YW1、YW2等。此類合金熱硬性高，性能介于YG和YT類之間，其刀具可用來加工各種鋼、鑄鐵和有色金屬，又稱為萬能硬質(zhì)合金。2.碳化鉻硬質(zhì)合金

以Cr3C2為基體（或加入少量WC），以Ni或Ni

基合金為粘接相形成的硬質(zhì)合金。三、粉末冶金材料§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金

此類合金具有極高的抗高溫氧化性，加熱到1100℃以上僅表面變色；具有高的耐磨性，但強度較低。代號：YLN及YLWN+Ni的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wNi×100%）表示，如YLN15（P）、YLWN15。此類硬質(zhì)合金可用于電真空玻璃器皿成型模、銅材熱擠壓模、燃油噴嘴、油井閥門閥球、軸承、機械密封摩擦副等。3.鋼結(jié)硬質(zhì)合金

以WC和TiC為硬質(zhì)相，以合金鋼粉為粘接相（質(zhì)量分?jǐn)?shù)占50%以上）而形成的硬質(zhì)合金。

三、粉末冶金材料

此類合金和鋼一樣可以鍛造、焊接、熱處理和機械加工；淬火后硬度可達(dá)62~73HRC；其刀具的壽命與YG類硬質(zhì)合金差不多，比合金工具鋼高得多。但回收利用困難。用于制造麻花鉆、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具及模具和耐磨零件。典型牌號有GT35（含TiC35%

）、GW50（含WC50%

）、ST60（含TiC60%）等。§10.3陶瓷的生產(chǎn)工藝與粉末冶金磨硬質(zhì)合金刀具，嚴(yán)禁用水冷卻，以免刀頭過熱沾水急冷而產(chǎn)生裂紋?！?0.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷（一）鐵電陶瓷制電容器、壓電元件、電熱器件等。（二）壓電陶瓷制壓電換能器、壓電電動機、壓電變壓器等。（三）半導(dǎo)體陶瓷制發(fā)熱體、化油器等。（四）氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷（五）生物陶瓷制人造骨骼等。一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料（一）普通陶瓷建筑陶瓷、電工陶瓷、化工陶瓷（二）特種陶瓷Al2O3、Si3N4、SiC、BN、ZrO2表10-1常用陶瓷材料的性能1.Al2O3陶瓷

Al2O3＋少量SiO2。根據(jù)Al2O3含量可分為剛玉-莫來瓷（75瓷，wAl2O3=75%）和剛玉瓷（95瓷，99瓷）。晶體結(jié)構(gòu)有十多種同素異構(gòu)體，但常見的主要有三種：α-Al2O3、β-Al2O3

、γ-Al2O3

。

γ-Al2O3屬于尖晶石型（立方）結(jié)構(gòu)，高溫時不穩(wěn)定，在1600℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3

。α-Al2O3

屬于六方系，穩(wěn)定性好，在熔點2050℃之前不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料制備方法：原料煅燒配料球磨成形燒結(jié)§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷性能與應(yīng)用：（1）高強度、高溫穩(wěn)定性：裝飾瓷，噴嘴、火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩；§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料氧化鋁陶瓷噴嘴（2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，軸承，人造寶石；§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料人造寶石（紅剛玉）Al2O3與少量Cr2O3形成的固溶體（3）低的介電損耗、高電阻率、高絕緣性：火花塞，電路基板，管座；§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料氧化鋁陶瓷火花塞（4）熔點高、抗腐蝕：耐火材料、坩堝、爐管、熱電偶保護(hù)套等；§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷氧化鋁熱電偶套管剛玉（Al2O3%≥95%）坩鍋（5）離子導(dǎo)電性：太陽能電池材料和蓄電池材料等。（6）生物相容性：還可用于制作人工骨骼和人造關(guān)節(jié)等?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料氧化鋁陶瓷肘關(guān)節(jié)1.Al2O3陶瓷透明Al2O3陶瓷是高壓鈉燈極為理想的燈管材料，在高溫下與Na蒸氣不發(fā)生作用，又能把95％以上的可見光傳送出來。相同功率下，一只高壓Na燈比2只水銀燈或10只普通白熾燈還要亮，壽命比普通白熾燈亮20倍，＞20000小時，壽命最長。人眼對高壓Na燈的黃色譜線十分敏感，黃光能透過濃霧，特別適合街道、廣場、港口、機場、車站等大面積的照明，效果極好。透明的關(guān)鍵，是坯體中只能有一種晶型的晶體，而且對稱性愈高愈好，氣孔越少越好。全透明MgAl尖晶石陶瓷似玻璃，很硬！用作飛機擋風(fēng)玻璃、汽車防彈窗、坦克觀察窗、炸彈瞄準(zhǔn)具等。§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料透明氧化鋁管Al2O3(>99.9%)+少量MgO,La2O3等

1.Al2O3陶瓷氧化鋁陶瓷密封環(huán)§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.Al2O3陶瓷氧化鋁陶瓷螺栓以Si3N4為主要成分的陶瓷。晶體結(jié)構(gòu)：有α-Si3N4及β-Si3N4兩種晶型，都屬于六方晶系晶體。

制備方法：反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法、氣氛加壓燒結(jié)法、化學(xué)氣相沉積法?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷性能特點：（1）較高硬度，僅次于金剛石、立方氮化硼、碳化硼等。（2）耐磨，具有自潤滑性，利用這種特性可作機械密封材料，但它仍屬于脆性材料，受瞬時沖擊易破碎。（3）熱膨脹系數(shù)僅為2.53×10-6/℃，比MgO、Al2O3低很多。其熱導(dǎo)率是較高的，可達(dá)18.4W/(m·K)?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷性能特點：（4）低的熱膨脹系數(shù)、高的熱導(dǎo)率及機械強度使其具有優(yōu)良的抗熱震性。（5）抗氧化溫度可達(dá)1300~1400℃，具有高溫抗氧化性。（6）幾乎不受各類無機酸的腐蝕，常溫下不受強堿作用，但易被熔融堿液侵蝕。§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷性能特點：（7）不受大部分熔融金屬侵蝕，不反應(yīng)，不潤濕，如用Si3N4作容器，用熔融鋁浸泡280h也不反應(yīng)。（8）制品在燒結(jié)過程中，幾乎不發(fā)生收縮，可制成精密度高的產(chǎn)品?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷應(yīng)用：用于制造切削刀具、高溫軸承、泵密封環(huán)、熱電偶保護(hù)套、缸套、活塞頂、電磁泵管道和閥門等?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅刀具§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷刀具§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷密封環(huán)§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷手機蓋板§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷閥片§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷耐磨閥§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷熱電偶套管抗氧化、抗熱震、耐高溫、耐腐蝕

§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷滾珠§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷電熱元件高溫機械強度高、抗熱沖擊能力強、耐酸堿腐蝕，既具有優(yōu)良的絕緣性能，又有良好的導(dǎo)熱性能。

§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷氮化硅陶瓷電熱塞適用于高速柴油機、高溫點火裝置、適用各高溫點火裝置?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料2.Si3N4陶瓷3.賽?。╯ialon）陶瓷

Si3N4與Al2O3可形成一系列固溶體，所得的Si-Al-O-N陶瓷材料稱為sialon(音譯為賽隆)。也可看作AlN和SiO2的固溶體。賽隆陶瓷的高溫強度、抗氧化性、抗蠕變性、抗熱沖擊性能均優(yōu)于Si3N4。添加Y2O3、MgO等外加氧化物時，無壓燒結(jié)的致密度甚至接近理論密度。雖然其性能因雜質(zhì)含量高而有所下降，但成本低廉，易大規(guī)模生產(chǎn)?！?0.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料◆目前最成功的應(yīng)用是切削刀具，用于鑄鐵、鎳基高溫合金切削效果非常好，比TiN涂層硬質(zhì)合金刀具切削速度快5倍，金屬切除率提高50%~93%，切削時間減少90%。◆在其它領(lǐng)域，凡是Si3N4可應(yīng)用的地方，賽隆陶瓷均可應(yīng)用。3.賽隆(sialon)陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料3.賽?。╯ialon）陶瓷4.SiC陶瓷以SiC為主要成分的陶瓷。晶體結(jié)構(gòu)：有75種變體，如α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等，可分為立方晶系、六方晶系和菱形晶系。其中α-SiC、β-SiC最為常見。

α-SiC是高溫穩(wěn)定型，β-SiC是低溫穩(wěn)定型。

β-SiC在2100~2400℃可轉(zhuǎn)變?yōu)棣?SiC。

§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料

制備方法：常壓燒結(jié)法、反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法。

性能特點：具有硬度高、高溫強度高、抗氧化性好、耐腐蝕性好和熱導(dǎo)率高等一系列優(yōu)點，是一種十分重要的高溫陶瓷材料。4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料

應(yīng)用：可用于制作火箭尾噴管噴嘴、澆注金屬的澆道口、軸承、軸套、密封閥片、軋鋼用導(dǎo)輪、內(nèi)燃機器件、熱電偶保護(hù)套管、爐管、核燃料包封材料等。4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料領(lǐng)域使用環(huán)境用途主要優(yōu)點石油工業(yè)高溫高壓研磨性物質(zhì)噴嘴，軸承，密封，閥片耐磨，絕熱微電子工業(yè)大功率散熱封裝材料基片高熱導(dǎo)，高絕緣化學(xué)工業(yè)強酸強堿高溫氧化密封軸承泵套筒泵部件熱交換器汽化管道熱電偶保護(hù)管耐磨損，耐腐蝕，氣密性好，耐高溫4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料領(lǐng)域使用環(huán)境用途主要優(yōu)點汽車拖拉機燃燒（發(fā)動機）燃燒器部件渦輪增壓器低摩擦高強度飛機宇宙火箭渦輪葉片燃?xì)廨啓C靜動葉片火箭噴嘴低慣性，低負(fù)荷，耐熱沖擊激光大功率高溫反射屏高強度高穩(wěn)定性汽車拖拉機發(fā)動機軸低摩擦耐磨損4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料領(lǐng)域使用環(huán)境用途主要優(yōu)點噴砂機高速研削噴嘴耐磨損造紙工業(yè)紙漿廢液紙漿密封陶管軸承襯墊耐磨損，耐腐蝕，低摩擦礦業(yè)研削內(nèi)襯泵部件耐磨損原子能含硼高溫水密封軸套耐放射性其它加工工程拉絲成型模具耐磨損，耐腐蝕4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料碳化硅陶瓷零件4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料碳化硅陶瓷密封環(huán)4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料SiC軸承4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料SiC噴嘴4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料SiC陶瓷件SiC陶瓷件4.SiC陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料立方BN由于其高硬度和其它優(yōu)異性能，最大應(yīng)用前景是切削工具和切削材料，可用加工硬而韌、易于黏結(jié)的難切削材料，還可用來加工氮化硅等高硬陶瓷材料。5.BN陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料氮化硼刀具5.BN陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料6.ZrO2陶瓷晶體結(jié)構(gòu)：氧化鋯是一種多晶型氧化物，有三種變體，在不同溫度下互變：單斜相ZrO2約1150℃約950℃四方相ZrO22370℃立方相ZrO2§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能與應(yīng)用（1）熱導(dǎo)率小，化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕性高：可用于高溫絕緣材料、耐火材料，如熔煉鉑和銠等金屬的坩堝、噴嘴、閥心、密封器件等：（2）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高爾夫球棍頭等。（3）具有敏感特性：可做氣敏元件，還可作為高溫燃料電池固體電解隔膜、鋼液測氧探頭等。6.ZrO2陶瓷§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料氧化鋯油泵氧化鋯柱塞氧化鋯拉線輪氧化鋯球閥部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸§10.4常用陶瓷材料一、工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料1.鐵電陶瓷

有些陶瓷的晶粒排列是不規(guī)則的，但在外電場作用下，不同取向的電疇開始轉(zhuǎn)向電場方向，材料出現(xiàn)自發(fā)極化，在電場方向呈顯一定電場強度，這類陶瓷稱為鐵電陶瓷，廣泛應(yīng)用的鐵電材料有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁等。應(yīng)用最多的是鐵電陶瓷電容器，還可用于制造壓電元件、熱釋電元件、電光元件、電熱器件等?！?0.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷鐵電陶瓷片式（Chip）電容器（圖中黃色長方形小塊體），用于計算機硬盤驅(qū)動電路

利用鐵電陶瓷的高介電常數(shù)。

1.鐵電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷2.壓電陶瓷－視頻壓電效應(yīng)（1）正壓電效應(yīng)：當(dāng)對某些晶體施加壓力、張力或切向力時，則發(fā)生與應(yīng)力成正比例的介質(zhì)極化，同時在晶體兩端將出現(xiàn)數(shù)量相等、符號相反地束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。（2）逆壓電效應(yīng)：在晶體上施加電場引起極化時，將產(chǎn)生與電場強度成正比例的變形或機械應(yīng)力?！?0.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷2.壓電陶瓷晶體是否呈現(xiàn)壓電效應(yīng)，由晶體結(jié)構(gòu)所決定。凡具有對稱中心的晶體不呈現(xiàn)壓電效應(yīng)。32類晶族中，有21種無對稱中心，其中一種的壓電常數(shù)為零，因此，20種是可以有壓電效應(yīng)的。陶瓷材料的壓電效應(yīng)來源于材料本身的鐵電性。將具有鐵電性的陶瓷進(jìn)行人工極化后所獲得的陶瓷就是壓電陶瓷。

§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷2.壓電陶瓷壓電陶瓷分為壓電振子和壓電換能器兩大類。（1）壓電振子利用振子本身諧振特性，要求壓電、介電、彈性等性能穩(wěn)定，機械品質(zhì)因數(shù)高。（2）壓電換能器直接利用正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行機械能和電能轉(zhuǎn)換，要求品質(zhì)因數(shù)和機電耦合系數(shù)高?！?0.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域主要用途舉例電源壓電變壓器雷達(dá)、電視顯象管、陰極射線管、激光管和電子復(fù)印機等高壓電源和壓電點火裝置信號源標(biāo)準(zhǔn)信號源振蕩器、壓電音叉等用作精密儀器中的時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)信號源信號轉(zhuǎn)換電聲換能器送話器、受話器、揚聲器等聲頻范圍的電聲器件超聲換能器超聲切割、焊接、清洗、攪拌、乳化及超聲顯示等頻率高于20kHz的超聲器件2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域主要用途舉例發(fā)射與接收超聲換能器探測地質(zhì)構(gòu)造、油井固實程度、無損探傷和測厚、催化反應(yīng)、超聲衍射等各種工業(yè)用超聲器件水聲換能器水下導(dǎo)航定位、通訊和探測的聲納、超聲測深、魚群探測和傳聲器等信號處理濾波器通信廣播中所用各種分立濾波器和復(fù)合濾波器，如彩電中頻濾波器；雷達(dá)、自控和計算機系統(tǒng)所用帶通濾波器脈沖濾波器等放大器聲表面波信號放大器以及震蕩器、混頻器、衰減器、隔離器等表面波導(dǎo)聲表面波傳輸器2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域主要用途舉例存儲顯示調(diào)制用于電光和聲光調(diào)制的光閥、光閘、光變頻器和光偏轉(zhuǎn)器、聲開關(guān)等存儲光信息存儲器、光記憶器顯示鐵電顯示器、聲光顯示器、組頁器等2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域主要用途舉例傳感與計測加速度計壓力計工業(yè)和航空技術(shù)上測定振動體或飛行器工作狀態(tài)的加速度計、自動控制開關(guān)、污染檢測用振動計以及流速計、流量計和液面計等角速度計測量物體角速度及控制飛行器航向壓電陀螺紅外探測器監(jiān)視領(lǐng)空、檢測大氣污染濃度、非接觸式測溫及熱成像、熱電探測、跟蹤器等位移發(fā)生器激光穩(wěn)頻補償元件、顯微加工設(shè)備及光角度、光程長的控制器其它非線性元件壓電繼電器等2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷

利用壓電陶瓷的機電換能作用和串聯(lián)諧振特性。

壓電陶瓷濾波器2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷壓電陶瓷變壓器

利用壓電效應(yīng)，通過電能—機械能—電能的二次能量轉(zhuǎn)換形式，達(dá)到能量的傳遞。具有體積小、重量輕、耐高溫、耐輻射、高可靠性、無短路擊穿等優(yōu)良特性。如：高壓電源、負(fù)離子發(fā)生器、靜電復(fù)印機、警用電擊器、液晶顯示背光電源、小功率激光管電源等中小功率器件。2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷壓電陶瓷超聲波傳感器

當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷晶片時，壓電陶瓷會因彎曲振動發(fā)射出超聲波。另一方面，當(dāng)向壓電陶瓷晶片元件施加超聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號?；谝陨献饔茫憧梢詫弘娞沾捎米鞒暡▊鞲衅?。

2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷壓電陶瓷電機

精密壓電陶瓷電機采用壓電現(xiàn)象中的超聲波駐波原理，具有優(yōu)異的低速平穩(wěn)性和動態(tài)特性。同一臺電機可直接驅(qū)動直線運動或旋轉(zhuǎn)運動。

2.壓電陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷3.半導(dǎo)體陶瓷◆導(dǎo)電性介于導(dǎo)電和絕緣介質(zhì)之間的陶瓷材料，電阻率約為10-4～107Ω·cm?！籼沾刹牧峡梢酝ㄟ^摻雜或者使化學(xué)計量比偏離而造成晶格缺陷等方法獲得半導(dǎo)特性?！?0.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷◆共同特點：它們的導(dǎo)電性隨著環(huán)境而變化?！衾眠@一特性可制成各種不同類型的陶瓷敏感元件，如：熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、光敏器件等。3.半導(dǎo)體陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷熱敏半導(dǎo)體陶瓷◆熱敏陶瓷溫度傳感器是利用材料的電阻、磁性、介電性等隨著溫度而變化的現(xiàn)象制作的器件?！艨捎糜谥谱鳒囟鹊臏y定、線路溫度補償及穩(wěn)頻等元件，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、制造工藝簡單及價格便宜等特點。3.半導(dǎo)體陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷熱敏半導(dǎo)體陶瓷（1）電阻隨著溫度升高而增大的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻。（2）電阻隨著溫度升高而減小的熱敏電阻稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱NTC熱敏電阻。3.半導(dǎo)體陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷（3）電阻在特定溫度范圍內(nèi)急劇變化的熱敏電阻，簡稱CTR臨界溫度熱敏電阻。

內(nèi)部有一正溫度系數(shù)半導(dǎo)體陶瓷。電流通過時會發(fā)熱，當(dāng)溫度升到所需溫度時，它的電阻急劇增大，使通過電流減小，陶瓷片維持在使驅(qū)蚊藥水緩慢蒸發(fā)所需的溫度。

PTC陶瓷既可通電發(fā)熱，又可自動控溫。

電蚊香3.半導(dǎo)體陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷熱敏半導(dǎo)體陶瓷

利用熱敏陶瓷的電阻隨溫度而變的特性，用它測量溫度，比其他方法測溫響應(yīng)快、精度高。

半導(dǎo)體溫度傳感器3.半導(dǎo)體陶瓷§10.4常用陶瓷材料二、功能陶瓷熱敏半導(dǎo)體陶瓷氣敏半導(dǎo)體陶瓷◆隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們使用和接觸的氣體越來越多，其中某些易燃、易爆、有毒氣體，既危及安全，又嚴(yán)重污染環(huán)境?！魵饷魝鞲衅魇抢脷饷舭雽?dǎo)體材料，如