工程材料基础陶瓷材料全解幻灯片课件.ppt

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1、工程材料基础陶瓷材料全解一、陶瓷的分类Classificationofceramics按用途日用陶瓷工业陶瓷功能陶瓷工程结构陶瓷按性能高强度陶瓷高温陶瓷耐酸陶瓷…按化学成分氧化物陶瓷碳化物陶瓷氮化物陶瓷…按原料来源普通陶瓷（黏土，石英，长石）特种陶瓷（SiC,BN,…）Al2O3普通陶瓷——又称传统陶瓷。以天然硅酸盐矿物为主要原料，如粘土、石英、长石等。主要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等特种陶瓷——以纯度较高的人工合成化合物为主要原料的

2、人工合成化合物二、陶瓷制品的生产Productionofceramicproducts坯料制备→成型→烧结通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团坯料制备粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数，粒径越小，表面积越大，高温烧结时固相扩散物质迁移的界面越多，也就越致密化。微米级；纳米粉末生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体

3、积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能成型烧结将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）保护气体中烧结、真空中烧结、加压烧结制粉压制坯料烧结成品制粉压制坯料烧结成品三、陶瓷材料的结构与性能特点Structureandpropertycharacteristicsofceramics1.陶瓷材料的结构陶瓷显微组织示意图晶相＋玻璃相＋气相陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷结构中同时存在晶体相玻璃相气相各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决

4、定了陶瓷的性能。1)晶相：陶瓷材料中的主要组成相,对陶瓷的性能起决定性作用晶相中的结合键共价键：SiC,BN…离子键：CaO,…Al2O3混合键实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体缺陷，这些缺陷可加速陶瓷的烧结扩散过程，还影响陶瓷性能。晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸为200μm时，抗弯强度为74MPa，1.8μm时抗弯强度可高达570MPa陶瓷材料中往往同时存在多种晶相，对陶瓷性能起决定作用的晶相称主晶相，其余为次晶相2)玻璃相：玻璃相—一种非晶态固体，是陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生

5、一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的组成相将分散的晶相粘结在一起降低烧结温度抑制晶相的晶粒长大填充气孔玻璃相熔点低、热稳定性差，在较低温度下开始软化，导致陶瓷在高温下发生蠕变，且其中常有一些金属离子而降低陶瓷的绝缘性。故工业陶瓷中玻璃相的数量要予以控制，一般<20~40%3)气相有害：↓强度，↓电性能利用：↓比重，吸震，储油气相—指陶瓷孔隙中的气体即气孔。是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常为5~10%，要力求使其呈球状，均匀分布用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要

6、增加气孔率，有时气孔率可高达60％2.陶瓷材料的性能特点高硬度,高耐磨1)力学性能陶瓷与金属的拉伸曲线示意图因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷，实际强度仅为理论强度的1/100~1/200。但抗压强度高，为抗拉强度的10~40倍>1500Hv（淬火钢500~800Hv，高聚物<20Hv）抗拉强度低，抗压强度较高E=100~400GPa。在拉伸时几乎没有塑性，在拉力作用下产生一定的弹性变形后直接断裂高弹性模量，高脆性KIC约为金属的1/60~1/100冲击韧性、断裂韧性低材料KIC/MPa.m1/245钢90球墨铸铁

7、20~40氮化硅陶瓷3.5~5晶须或纤维增韧异相弥散强化增韧氧化锆相变增韧显微结构增韧表面强化增韧复合增韧陶瓷增韧方法热性能：高熔点，小热胀系数，低导热，小热容2)物理化学性能一般在2000℃以上，故陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属随气孔率增加，陶瓷的热胀系数、热导率降低，故多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料电性能：绝缘体，半导体，超导体多数陶瓷具有高电阻率，良好的绝缘体：制作电气工业中的瓷瓶、套管、绝缘子有些陶瓷具有特殊的光学性能红宝石（α-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光

8、导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自控元件的光敏电阻材料磁性磁性陶瓷又名铁氧体或铁淦（gan)氧，主要是Fe2O3和Mn、Zn等的氧化物组成的陶瓷材料，为磁性陶瓷材料，可用作磁芯、磁带、磁头等结构稳定化学稳定性高，抗氧化性优良，在1000℃高温下不会氧化，并对酸、碱、盐有良好的抗蚀性第二节工程结构陶瓷材料CERAMICMATERIALSFORENGINEERINGS