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1、第十八章第十八章 工程陶瓷材料工程陶瓷材料了解陶瓷材料的定义、制备工艺了解陶瓷材料的定义、制备工艺了解陶瓷材料的组织特构及作用了解陶瓷材料的组织特构及作用了解陶瓷材料的性能特点了解陶瓷材料的性能特点了解陶瓷材料的分类及应用了解陶瓷材料的分类及应用一、陶瓷材料的定义及制备工艺一、陶瓷材料的定义及制备工艺1 1、定义、定义：陶瓷是无机高分子材料，用天然的或人工：陶瓷是无机高分子材料，用天然的或人工合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固体材料。体材料。2 2、陶瓷材料的制备工艺陶瓷材料的制备工艺 制粉制粉 压坯压坯 烧结烧结 成品成品二、陶瓷材料
2、的组织结构二、陶瓷材料的组织结构1 1、晶相：主要组成相由、晶相：主要组成相由离子键或离子键或共价键共价键结合而成，决定陶瓷的高熔点、结合而成，决定陶瓷的高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高脆性等性能：高脆性等性能：。2 2、玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结在一起，降低烧、玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结在一起，降低烧 结温度，抑制晶相晶粒长大和填充气孔。结温度，抑制晶相晶粒长大和填充气孔。3 3、气相：气孔（、气相：气孔（5 51010）。）。对性能的不利影响对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿：增加脆性、降低强度、电击穿 强度降低，绝缘性能降低
3、。对性能的强度降低，绝缘性能降低。对性能的有利影响有利影响：提高：提高吸振性，使陶瓷密度减小。吸振性，使陶瓷密度减小。三、陶瓷的性能三、陶瓷的性能 1 1、力学性能：力学性能：硬度极高：硬度极高：（1500HV 1500HV）高弹性模量高弹性模量;高脆性；高的抗压强度；高脆性；高的抗压强度；低的抗拉强度；低的塑性、韧性；抗热振性能较低。低的抗拉强度；低的塑性、韧性；抗热振性能较低。2 2、物理化学性能、物理化学性能 高熔点高熔点 （Tm 2000Tm 2000C C）(高温强度、高温蠕变抗力高温强度、高温蠕变抗力)低的热膨胀系数、热导率，良好的绝缘性。低的热膨胀系数、热导率，良好的绝缘性。特殊
4、的光、电、磁性能特殊的光、电、磁性能：如压电性能、激光性能等：如压电性能、激光性能等 结构稳定，化学稳定高。结构稳定，化学稳定高。四、陶瓷的分类及应用四、陶瓷的分类及应用 （按用途分（按用途分 ）1 1、普通陶瓷、普通陶瓷：由粘土、长石、石英为原料配制，烧结而成。由粘土、长石、石英为原料配制，烧结而成。组织：组织：主晶相主晶相 莫来石莫来石2530%2530%，次晶相次晶相SiOSiO2 2 ；玻璃相玻璃相 3560%3560%气相气相 13%13%性性能能特特点点：质质地地坚坚硬硬，不不氧氧化化、不不生生锈锈、耐耐高高温温；成成型型性性好好，成成本本低低。强强度度低低，绝绝缘缘性性、耐耐高高
5、温温性性不不如如其其它陶瓷。它陶瓷。应应用用：生生活活中中常常用用的的各各类类陶陶瓷瓷制制品品；电电瓷瓷绝绝缘缘子子，耐耐酸、碱的容器和反应塔管道，纺织机械中的导纱零件。酸、碱的容器和反应塔管道，纺织机械中的导纱零件。2 2、特种陶瓷、特种陶瓷（1 1）氧化铝陶瓷）氧化铝陶瓷 组织：组织：ALAL2 2O O3 3 主晶相，还有少量主晶相，还有少量SiOSiO2 2；性能：硬度高；性能：硬度高；耐高温（抗氧化性能，高的蠕变抗耐高温（抗氧化性能，高的蠕变抗 力）；耐腐蚀，绝缘性好；力）；耐腐蚀，绝缘性好；脆性大，抗热振性差脆性大，抗热振性差 缺点缺点应应用用：内内燃燃机机火火花花塞塞；火火箭箭导
6、导弹弹的的导导流流罩罩；用用于于制制造造耐耐磨磨零零件件，如如轴轴承承，纺纺织织机机上上的的导导纱纱器器等等；用用于于冶冶炼炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等。金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等。（2 2）氮化硅陶瓷）氮化硅陶瓷 主要成分主要成分：SiSi3 3N N4 4 制备有两种方法制备有两种方法：热压烧结；反应烧结：热压烧结；反应烧结 性能特点性能特点：硬度高，摩擦系数小，极优异的耐磨材料。：硬度高，摩擦系数小，极优异的耐磨材料。蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性能最好。化学稳蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性能最好。化学稳 定性好定性好(除氢氟酸外除氢氟酸外)，优异
7、的绝缘性能。，优异的绝缘性能。应用应用：用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、且形状复杂、尺寸用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、且形状复杂、尺寸精度高的陶瓷制品，精度高的陶瓷制品，如高温轴承、燃气轮机转子叶片。如高温轴承、燃气轮机转子叶片。热电偶套管、石油化工泵的密封环（动密封）热电偶套管、石油化工泵的密封环（动密封）；切削；切削刀具。刀具。（3 3）碳化硅陶瓷：）碳化硅陶瓷：主要成分主要成分：SiCSiC制备制备：反应烧结；热压烧结；：反应烧结；热压烧结；性能特点性能特点：高温强度高，导热性好。耐放射元素辐射；：高温强度高，导热性好。耐放射元素辐射；热稳定性、抗蠕变、耐腐蚀性能好；热稳定性、抗蠕变、耐腐蚀性能好
8、；应用应用：高温结构材料；：高温结构材料；火箭尾喷管的喷嘴；高温轴承；火箭尾喷管的喷嘴；高温轴承；热交换器，核燃料包封材料。热交换器，核燃料包封材料。（4 4）氮化硼陶瓷：）氮化硼陶瓷：主要成分主要成分：BNBN；晶体结构：晶体结构：六方结构，与石墨相似，称六方结构，与石墨相似，称“白石墨白石墨”。性能特点性能特点：耐热性、导热性好；热稳定好，抗热振性：耐热性、导热性好；热稳定好，抗热振性 好；核反应堆中吸收热中子的控制棒。好；核反应堆中吸收热中子的控制棒。3 3、金属陶瓷、金属陶瓷1)1)成成分分：金金属属氧氧化化物物或或碳碳化化物物 +添添加加适适量量的的金金属属粉粉末末 （ALAL2 2
9、O O3 3，ZrOZrO2 2,TiC,WC ,TiC,WC 等等+Co,Ni,Cr,Fe,Mo,+Co,Ni,Cr,Fe,Mo,等）等）2)2)制备制备：粉末冶金：粉末冶金 过程：制粉过程：制粉 压制成型压制成型烧结烧结后处理等后处理等3)3)金属陶瓷硬质合金金属陶瓷硬质合金（金属陶瓷的一种）（金属陶瓷的一种）WC WC（TiC,TaCTiC,TaC）+Co,Ni+Co,Ni，Mo;Mo;基体基体 粘结剂粘结剂 4)4)性能特点性能特点：高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性（高速钢）；高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性（高速钢）；抗压强度高，抗弯强度低，弹性模量高。耐蚀性好，热抗压强度高，抗弯强
10、度低，弹性模量高。耐蚀性好，热 膨胀系数比钢低；膨胀系数比钢低；缺点缺点：脆性大，导热性好，不能用于切削的方法加工。：脆性大，导热性好，不能用于切削的方法加工。5)5)分类，编号，应用分类，编号，应用：钨、钴类：钨、钴类：YG3YG3，YG6 YG6，YG8YG8 成分成分：WC +Co WC +Co（数字为（数字为CoCo的含量）的含量）应用应用：制造的刀具可以切削脆性材料，如铸铁、一：制造的刀具可以切削脆性材料，如铸铁、一 些有色金属和胶木等些有色金属和胶木等 万能硬质合金：万能硬质合金：YW1 YW1，YW2YW2.成分成分：WC+TiC+TaC+Co WC+TiC+TaC+Co 应用应用：制造的刀具既可切削脆性材料，又可切削韧性：制造的刀具既可切削脆性材料，又可切削韧性 材料，加工效果好。材料，加工效果好。钨、钴、钛类：钨、钴、钛类：YT5 YT5，YT15 YT15，YT30.YT30.成分成分：WC +Ti +Co WC +Ti +Co 应用应用：制造的刀具可以切削韧性材料，如钢等。：制造的刀具可以切削韧性材料，如钢等。