陶瓷材料 简要 介绍.ppt

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1、2021/10/51陶瓷材料CeramicMaterial2021/10/52§1陶瓷的基本相§2陶瓷的基本性能§3陶瓷力学性能的检测方法§4常见陶瓷§5产品分析目录2021/10/53§1陶瓷的基本相§1.1晶相§1.2玻璃相§1.3气孔气孔晶相玻璃相陶瓷基本相2021/10/551.1晶相主要组成相，一般由离子键（MgO和Al2O3）或共价键（SiC、Si3N4）结合而成，其种类、数量、晶粒大小等对陶瓷的性能起决定性作用。晶相种类及含量对陶瓷抗折强度的影响瓷质长石质瓷强化长石质瓷刚玉瓷主晶相及含量莫来石20～30%莫来石、

2、刚玉40～60%刚玉>90%抗折强度/MPa80100500a.晶相种类及含量对陶瓷强度的影响：b.晶粒大小对陶瓷强度的影响：强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系式：b＝o＋kd-1/2式中o为无限大单晶的强度，k为系数，d为晶粒直径。从上式可以看出，细晶组织对提高材料的室温强度有利无害。晶粒直径/um193.290.554.325.111.58.76.71.8抗折强度/Mpa75.2140.3203.8311.1431.1483.6484.8581刚玉陶瓷的晶粒尺寸与抗折强度如刚玉陶瓷的晶粒尺寸大小对其抗折

3、强度的影响。91.2玻璃相非晶态固体，陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生一系列物理化学反应后，形成液相，冷却凝固而成。玻璃相作用粘结晶相降低烧结温度抑制晶粒长大填充气孔缺点：熔点低，热稳定性差，在较低温度下开始软化.1.3气相：气孔的影响：i：有害的影响：降低强度。ii：有利的影响：保温性增加，保温陶瓷、化工过滤的多孔陶瓷。气孔率可达到60%。高强度陶瓷的组织要求：晶粒尺寸小，晶体缺陷少晶粒尺寸均匀，等轴晶界相含量适中，减少脆性玻璃相减少气孔率高强度陶瓷块状纤维晶须Al2O3280210021000不同截面大小陶瓷的强度值：MPa

4、均匀的晶粒尺寸越小，缺陷产生的几率越小,强度越高。2021/10/512§2陶瓷的基本性能§2.1力学性能§2.2物理及化学性能2.1力学性能:ⅰ：硬度是各类材料中最高的。陶瓷具有高硬度，大多在1500HV以上。（淬火钢：500-800HV）,陶瓷作为新型的刃具和耐磨零件。ⅱ：刚度是各类材料中最高的。ⅲ：强度耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。ⅳ：塑性，在室温几乎没有塑性。ⅴ：韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。2.2物理及化学性能：ⅰ.熔点：具有高的熔点，多数在

5、2000℃以上。ⅱ.热膨胀：线膨胀系数一般为10-5到10-6／Ｋ，结构紧密，膨胀系数小。ⅲ.抗热震性：在温度急剧变化时抵抗破坏的能力；陶瓷抗热震性一般较差，受热冲击时易破坏。ⅳ.高的化学稳定性：抗氧化，1000℃高温下不氧化；对酸、碱、盐有良好的抗蚀性。§3陶瓷力学性能的检测方法§3.1硬度§3.2弯曲强度§3.3断裂韧性3.1硬度硬度是材料抵抗局部压力而产生变形能力的表征。通常采用的是维氏硬度与莫氏硬度。材料Al2O3MgOZrO2BeOB4CSiCZrC硬度(HV)2000122017001520-49502550260

6、0材料TiCWC金刚石Si3N4CBNAlNMoSi2硬度(HV)32002400100001700700014501180典型结构陶瓷材料维氏硬度维氏硬度的测量将一个相对夹角为136°的正四棱锥金刚石压头在一定的负荷下压入试样表面，经过一定时间的保持后卸载，测定压痕两对角线的长度并取其平均值（d）计算压痕的实际面积，负荷和所测面积的比值就是维氏硬度，用HV表示。经几何换算后得到：HV  -维氏硬度符号；P  -试验力，N；d-压痕两对角线d1、d2的算术平均值，mm莫氏硬度表分级代表材料分级代表材料分级代表材料1滑石2石膏3

7、方解石4萤石5磷灰石6正长石7石英玻璃8石英9黄玉10石榴石11熔融氧化铝12刚玉13碳化硅14碳化硼15金刚石莫氏硬度：是应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所测试样的表面而发生划痕，其硬度值并非绝对硬度值，而是按硬度的顺序表示的值。3.2弯曲强度弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种式中σ为抗弯强度(MPa)，P为加载载荷(N)，L为支点跨距（mm)，b为试样断口处宽度(mm)，h为试样断口处高度(mm)。三点弯曲强度测试示意图应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，常用的方法有

8、单边切口梁法、压痕法、双扭法和双悬臂梁法。本节只简要介绍压痕法测定方法。3.3断裂韧性2021/10/521用维氏或显微硬度压头，压入抛光的陶瓷试样表面，在压痕对角线延长方向出现四条裂纹，测定裂纹长度，根据载荷与裂纹长度的关系，求得KIc值。压痕法P＜PC（左）和P＞PC（右