《结构陶瓷材料.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构陶瓷材料.pptx（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、结构陶瓷的生产工艺特种陶瓷：结构陶瓷&功能陶瓷特种陶瓷的特点：原料：高纯化工原料和合成矿物烧结：真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段性质：特殊的性质和功能第1页/共25页特种陶瓷的生产工艺粉末制备要求：纯度高，粒度小方法：固相法 气相法 液相法 机械法 溶剂蒸发法粉末制备成形烧结第2页/共25页特种陶瓷的成形特点粉末预处理：预烧、粉碎、分级、净化等成形方法：普通陶瓷的成形方法冷等静压成形注射成形爆炸成形第3页/共25页特种陶瓷的烧结特点特种陶瓷的烧结一般是在容量较小的高温炉中进行的，其烧成温度很高，须精确控制，有时需在保护气氛中进行。烧结方法常压烧结：氧化物陶瓷气氛烧结：非氧化物陶瓷热
2、压烧结：共价键非氧化物陶瓷热等静压烧结反应烧结：非氧化物陶瓷（SiC,Si3N4)电火花烧结：碳化物、氮化物、金刚石制品自扩散高温合成第4页/共25页氧化物陶瓷氧化铝（Al2O3）陶瓷成分：以Al2O3为主要成分（45wt%），含有少量的SiO2，-Al2O3（刚玉）为主晶相Al2O3有多种结晶形态：-Al2O3：简单六方点阵，氧离子的密排六方结构，结构最紧密，活性低，高温稳定，存在于自然界中（天然刚玉、红宝石、蓝宝石等）-Al2O3：质量分数很高的多铝酸盐矿物，MeO6Al2O3和M2O11Al2O3，具有明显的离子导电和松弛极化现象，介质损耗大，电绝缘性不好，在自然界不存在-Al2O3：属
3、尖晶石结构，高温不稳定，机电性能差，在自然界不存在第5页/共25页尖晶石结构AB2O4型化合物中最重要的一种结构，具有尖晶石结构的化合物有100多种，其中A可以是Mg2+,Mn2+,Fe2+,Co2+,Zn2+,Cd2+,Ni2+等二价金属离子，B可以是Al3+,Cr3+,Fe3+,Co3+等三价金属离子。其结构特点是，O2-离子为立方密排，A和B离子则填充在O2-离子间隙中典型的尖晶石MgAl2O4（MgOAl2O3）结构，具有面心立方点阵的特点第6页/共25页尖晶石结构Mg2+离子形成金刚石结构在每个四面体间隙中有4个密堆的氧离子，形成四面体（或连成小立方体），其中心即为四面体间隙的中心，
4、且各四面体（或小立方体）的位向都相同在中心没有Mg2+离子的氧离子小立方体的其余4个顶点上分布有Al3+离子Mg2+:Al3+:44=16O2-:48=32AB2O4型第7页/共25页尖晶石结构MgAl2O4（MgOAl2O3）第8页/共25页氧化铝（Al2O3）陶瓷Al2O3的质量分数较高的瓷坯中，主要晶相是刚玉（-Al2O3），随着SiO2的质量分数的增加，还出现了莫来石晶相及玻璃相分类：根据Al2O3含量的不同分为：75瓷（75%Al2O3），又称刚玉-莫来石瓷；95瓷（95%Al2O3）和99瓷（99%Al2O3）。后两者又称刚玉瓷第9页/共25页氧化铝（Al2O3）陶瓷氧化铝陶瓷中A
5、l2O3的含量越高，玻璃相越少，气孔也越少，其性能也越好，因此刚玉瓷的性能最佳，但工艺复杂，成本高性能特点：强度高 氧化铝瓷强度比普通瓷高23倍，有的甚至高56倍 硬度高 莫氏硬度为9，有很好的耐磨性 熔点高，抗腐蚀 含Al2O3高的刚玉瓷有高的蠕变抗力，能在1600高温下长期工作 优良的化学稳定性 耐腐蚀性好 电绝缘性好 优良的光学特性第10页/共25页氧化铝（Al2O3）陶瓷应用：内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩；用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等；用于冶炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等 用于制造钠蒸汽灯管、微波整流罩红窗口、激光振荡器原件等第11页/共25页氧化铝粉末
6、制备生产氧化铝陶瓷的原料有两种：工业氧化铝 和 电熔刚玉工业氧化铝碱法处理NaOH或Na2CO3处理铝矾土，煅烧Al(OH)3白色松散的结晶粉末，颗粒是由许多粒径小于0.1m的-Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体电熔刚玉（人造刚玉）-Al2O3，质量分数高达99%第12页/共25页氧化铝陶瓷工艺特点以用工业氧化铝粉末生产刚玉瓷为例预烧减少烧成收缩，保证产品性能，提高原料纯度细磨采用钢球将原料磨洗，以利于烧结致密酸洗盐酸与铁生成FeCl2或FeCl3而溶解，可以用水洗达到除铁的目的预烧细磨酸洗人工配比并混合均匀成形烧结第13页/共25页氧化铝陶瓷工艺特点刚玉瓷生产的关键：化学组成要合适，没有或很
7、少有害的物质 在尽可能低的温度、玻璃相很少的情况下，烧结致密 全部转变为-Al2O3 相，要求晶粒细小而分布均匀人工配比（氧化铝+添加剂）一是与Al2O3 能够生成固溶体的，增加刚玉晶体缺陷，活化晶格，促进烧结；但是，因为晶格中缺陷较多，会增加电导和松弛化，降低材料的电阻率及提高了介质损耗，对陶瓷的电气性能不利TiO2,Cr2O3,Fe2O3,Mn2O3等二是能生成液相的，可以大大降低烧结温度，促进烧结过程，减少气孔率，提高致密度，对陶瓷的力学、电气性能有利；但是也像不利于材料的高温强度高岭土（Al2(OH)4/Si2O5），硼镁石（2MgOB2O3H2O），SiO2,MgO,CaO,SrO,
8、BaO,MgF2,BaF2等第14页/共25页氧化铝陶瓷工艺特点氧化铝与添加剂混合均匀成形干压、挤制、注浆、热压法等等烧结烧成制度起决定性的作用：温度和保温时间的选择气氛对烧结有显著影响 对烧结的作用：Ar,H2,NH3,O2,N2,空气 对晶粒长大的作用：NH3,H2,O2,N2,空气,Ar第15页/共25页氧化铝陶瓷第16页/共25页氧化锆（ZrO2）陶瓷氧化锆有三种晶型单斜ZrO21200C1000C四方ZrO22370C立方ZrO2第17页/共25页氧化锆陶瓷单斜ZrO2加热到1200C转变为四方ZrO2，转变速度很快，并伴随7%9%体积收缩。但在冷却过程中，四方ZrO2不在1200C
9、而在1000C转变为单斜ZrO2。这种滞后现象在多晶体转变中是经常可以观察到的。第18页/共25页氧化锆（ZrO2）陶瓷可逆转变伴随的体积效应导致ZrO2陶瓷烧成时容易开裂生产上采取的稳定措施加入适量的稳定剂（CaO,MgO,Y2O3等），在1500C以上四方ZrO2会与加入氧化物形成立方晶型固溶体，冷却后仍能保持这种结构，没有体积效应，避免制品开裂经过稳定化处理的ZrO2称为稳定化立方ZrO2第19页/共25页氧化锆（ZrO2）陶瓷对部分稳定化的ZrO2材料，加热到高温变为四方ZrO2+立方ZrO2，冷却时发生四方ZrO2向单斜ZrO2的转变，使ZrO2陶瓷韧性大为增加，这就是相变增韧陶瓷。
10、第20页/共25页陶瓷的相变增韧原理相变增韧原理是未稳定的ZrO2弥散分布在陶瓷基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，在烧结后的冷却过程中，ZrO2粒子受到基体的压应力时，四方ZrO2转变为单斜ZrO2受到抑制，当ZrO2粒子十分小时，其转变温度可降到室温以下（即室温下为四方ZrO2）。当材料受到外力时，基体对ZrO2粒子压力减小，抑制作用松弛，四方ZrO2转变为单斜ZrO2，体积膨胀，引起基体产生微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果。第21页/共25页氧化锆（ZrO2）陶瓷理想的高温绝热材料氧化锆陶瓷的熔点在2700以上，使用温度为20002200，热导率小，能抗熔融金属的侵蚀。用氧化锆作添加剂可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的强度达1200MPa、断裂韧度为15.0MPam1/2，分别比原氧化铝提高了3倍和近3倍。应用：可代替金属制造模具、拉丝模、泵叶轮，还可制造汽车零件。第22页/共25页第23页/共25页耐火陶瓷耐火材料是指耐火度不低于1580C的材料 冶金（炼铁、炼钢、轧钢、非铁金属冶炼、炼焦等）及硅酸盐、化工、机械、动力等用的窑炉、锅炉等加热设备、高温容器以及尖端工业（火箭、热核反应）的耐高温材料性能指标 耐火度 荷重软化温度 高温体积稳定性 抗热震性 抗渣性 耐真空性第24页/共25页感谢您的观看。第25页/共25页