爱问共享资料陶瓷材料文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累麻将糊了计超一个亿 ，nullnull第八章陶瓷材料Ceramicsnull陶瓷材料指所有无机非金属材料是用天然或人工合成的粉状化合物经成型和高温烧结而制成的多晶固体材料第一节概述第一节概述按原料来源分普通陶瓷特种陶瓷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一陶瓷材料的分类与生产一分类null特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合物为主要原料的人工合成化合物如Al2O3ZrO2SiCSi3N4BN等按用途分类null高强度陶瓷高温陶瓷压电陶瓷磁性陶瓷半导体陶瓷生物陶瓷按性能可将...

　　nullnull第八章陶瓷材料Ceramicsnull陶瓷材料指所有无机非金属材料是用天然或人工合成的粉状化合物经成型和高温烧结而制成的多晶固体材料第一节概述第一节概述按原料来源分普通陶瓷特种陶瓷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一陶瓷材料的分类与生产一分类null特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合物为主要原料的人工合成化合物如Al2O3ZrO2SiCSi3N4BN等按用途分类null高强度陶瓷高温陶瓷压电陶瓷磁性陶瓷半导体陶瓷生物陶瓷按性能可将陶瓷分null特种陶瓷可按化学组成分为氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷金属陶瓷硬质合金null坯料制备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二陶瓷制品的生产陶瓷制品的生产都要经过三个阶段坯料制备成型烧结null成型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烧结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二陶瓷材料的结构与性能特点二陶瓷材料的结构与性能特点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定了陶瓷的性能一陶瓷材料的结构一陶瓷材料的结构１晶相晶相是陶瓷材料的主要组成相对陶瓷的性能起决定性作用陶瓷中的晶相的结合键为离子键共价键混合键null氧化物结构的结合键以离子键为主又称离子晶体Si3N4SiCBN等以共价键为主称共价晶体氧化物结构的主要特点是氧离子紧密排列构成晶格骨架组成六方或面心立方点阵而正离子位于骨架的适当间隙之中如CaOMgOAl2O3ZrO2null硅酸盐结构结构很复杂但基本结构单元为[SiO4]硅氧四面体结合键为离子键共价键的混合键每个氧原子最多只有被两个[SiO4]所共有Si-O-Si的键角为145℃[SiO4]既可孤立存在亦可通过共用顶点连接成链状平面或三维网状结构故硅酸盐材料有

　　无机高聚物之称nullnull有些陶瓷中的晶相也存在同素异构转变α-石英α-鳞石英α-方石英熔融SiO2β-石英β-鳞石英γ-鳞石英β－方石英石英玻璃SiO2的同素异构转变null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74MPa18μm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null玻璃相是一种非晶态固体是陶瓷烧结时各组成相与杂质产生一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的２玻璃相玻璃相的作用玻璃相的作用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是陶瓷材料中不可缺少的组成相null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2040null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510要力求使其呈球状均匀分布气孔对陶瓷的性能有显著影响使陶瓷强度降低介电损耗增大电击穿强度下降绝缘性降低３气相null气相可使陶瓷的密度减小并能吸收振动用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要增加气孔率有时气孔率可高达60％二陶瓷的性能二陶瓷的性能硬度高耐磨性好1500Hv淬火钢500800Hv高聚物20Hv抗拉强度低抗压强度较高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11001200但抗压强度高为抗拉强度的1040倍1力学性能null高弹性模量高脆性E100400GPa金属210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null冲击韧性断裂韧性低KIC约为金属的1601100几种材料的断裂韧性null熔点高一般在2000℃以上故陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属热胀系数小热导率低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热振性差2物理与化学性能null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氧主要是Fe2O3和MnZn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故在化工工业中广泛应用82工程结构陶瓷材料82工程结构陶瓷材料又称传统陶瓷粘土陶瓷这种陶瓷以天然硅酸盐矿物如粘土长石石英等为主要原料配制烧结而成的主晶相为莫来石晶体3Al2O3﹒2SiO2占25～30％次晶相为SiO2玻璃相约为35～60％气相为1～3％一普通陶瓷null硬度高不会氧化生锈不导电耐1200℃高温加工成型性好成本低廉玻璃相较多强度较低在较高温度下易软化故耐高温及绝缘性不及其它陶瓷性能特点null日用陶瓷工业上主要用作绝缘的电瓷绝缘子和耐酸碱的容器反应塔管道等还可用于受力不大工作温度在200℃以下的结构零件应用二特种陶瓷二特种陶瓷以Al2O3为主要成分含少量SiO2的陶瓷根据Al2O3含量不同分为75瓷又称刚玉-莫来石瓷95瓷99瓷又称刚玉瓷Al2O3含量愈高玻璃相愈少气孔愈少陶瓷的性能愈好但工艺愈复杂成本愈高一氧化铝陶瓷null氧化铝陶瓷的强度高是普通陶瓷的2～6倍抗拉强度可达250MPa耐磨性好硬度次于金刚石碳化硼立方氮化硼和碳化硅居第5耐高温性能好刚玉陶瓷可在1600℃下长期工作在空气中的最高使用温度达1980℃耐蚀性和绝缘性好脆性大抗热振性差不能承受环境温度的突然变化null主要用于制作内燃机火花塞火箭导弹的导流罩石油化工泵的密封环耐磨零件如轴承纺织机上的导纱器合成纤维用的喷嘴等作冶炼金属用的坩埚等null以Si3N4为主要成分按生产工艺不同分为热压烧结氮化硅陶瓷和反应烧结氮化硅陶瓷热压烧结氮化硅陶瓷以Si3N4粉为原料加入少量添加剂装入石墨模具中在1600～1700℃高温和20～30MPa的高压下烧结成型得到组织致密气孔率接近0的氮化硅陶瓷因受石墨模具所限制只能加工形状简单的制品二氮化硅陶瓷null反应烧结氮化硅陶瓷以硅粉或硅粉与Si3N4粉的混合料压制成型后放入渗氮炉中进行渗氮处理直到所有的硅都形成氮化硅得到尺寸相当精密的氮化硅制品但此制品中有20～30

　　％的气孔故强度不及热压烧结制品与95瓷相近性能优异易于加工null硬度高摩擦系数小01～02有自润滑性是极优的耐磨材料蠕变抗力高热胀系数小抗热振性能在陶瓷中是最好的化学稳定性好除氢氟酸外能耐各种酸王水和碱液的腐蚀也能抗熔融金属的侵蚀因氮化硅是共价键晶体既无自由电子也无离子具有优异的电绝缘性能性能特点null反应烧结氮化硅陶瓷主要用于耐磨耐高温耐腐蚀形状复杂且尺寸精度高的制品如石油化工泵的密封环高温轴承热电偶套管燃气轮机转子叶片等热压烧结氮化硅陶瓷用于制造形状简单的耐磨耐高温零件和工具如切削刀具转子发动机刮片高温轴承等应用null主晶相SiC有反应烧结和热压烧结两种碳化硅陶瓷高温强度高工作温度可达1600～1700℃1400℃时抗弯强度为500～600MPa有很好的导热性热稳定性抗蠕变能力耐磨性耐蚀性且耐辐射是良好的高温结构材料主要用于制作火箭喷管的喷嘴浇注金属的浇道口热电偶套管炉管燃气轮叶片高温轴承热交换器及核燃料包封材料等三碳化硅陶瓷null主晶相BN共价晶体晶体结构为六方结构有白石墨之称良好的耐热性和导热性热导率与不锈钢相当热胀系数比金属和其它陶瓷低得多故抗热振性和热稳定性好高温绝缘性好2000℃仍是绝缘体是理想的高温绝缘材料和散热材料化学稳定性高能抗FeAlNi等熔融金属的侵蚀硬度较其它陶瓷低可切削加工有自润滑性耐磨性好四氮化硼陶瓷null氮化硼陶瓷常用于制作热电偶套管熔炼半导体金属的坩埚和冶金用高温容器和管道高温轴承下班制品成型模高温绝缘材料因BN中含wB43有很大的吸收中子的截面可作核反应堆中吸收热中子的控制棒null不同种类的特种陶瓷各具不同的优异性能但作为主体结构材料其共同的弱点是塑性韧性差强度低氧化镁陶瓷氧化锆陶瓷氧化铍陶瓷83金属陶瓷83金属陶瓷以金属氧化物或碳化物为主要成分加入适量的金属粉末通过粉末冶金的方法制成的具有某些金属性质的陶瓷金属陶瓷是金属切削刀具模具和耐磨零件的重要材料一粉末冶金方法及其应用一粉末冶金方法及其应用粉末冶金陶瓷生产工艺在冶金中的应用金属材料的制备熔炼铸造高熔点的金属及金属化合物难以通过熔炼或铸造的方法制备粉末冶金粉末制备一粉末冶金法的基本工艺过程一粉末冶金法的基本工艺过程包括粉末制

　　取配料粉料混合等步骤粉末的纯度粒度混合的均匀程度等对粉末冶金制品的质量有重要影响粉末愈细愈均匀纯度愈高陶瓷的性能愈好１粉末制备null多采用冷压法即将粉料装入模具型腔内在压力机下压制成致密的具有一定强度的坯体为了改善粉末的可塑性和成型性通常在粉料中会加入一定比例的增塑剂如汽油橡胶溶液石蜡等2压制成型null将压制成型的坯体放入通过保护气氛的高温炉或真空炉中进行烧结在保持至少一种组元仍处于固态的烧结温度下长时间保温通过扩散再结晶化学反应等过程获得与一般合金相似的组织并存在一些微小的孔隙的粉末冶金制品3烧结null根据烧结过程中有无液相产生烧结分为固相烧结和液相烧结固相烧结在烧结时不形成液相无偏析高速钢烧结铝Al-Al2O3烧结钨青铜－石墨铁－石墨等液相烧结在烧结时形成部分液相的液-固共存状态金属陶瓷硬质合金WC-CoWC-TiC-Co等高速钢－WC铬钼钢－WC等null为改善或得到某些性能有些粉末冶金制品在烧结后还要进行后处理加工如齿轮球面轴承等在烧结后再进行冷挤压以提高其密度尺寸精度等铁基粉末冶金零件进行淬火处理以提高硬度等等4后处理加工二粉末冶金的应用二粉末冶金的应用减摩材料含油轴承利用粉末冶金材料的多孔性将材料浸在润滑油中在毛细力作用下可吸附大量润滑油一般含油率达12～30％从而减摩常用含油轴承材料有铁基Fe石墨FeS石墨和铜基CuSbPbZn石墨结构材料用碳钢或合金钢的粉末为原料采用粉末冶金方法制造结构零件这种零件的精度较高表面光洁不须或少须切削加工即为成品零件null高熔点金属材料WMoWCTiC等金属及金属化合物熔点高＞2000℃用熔炼和铸造方法生产较难且不易保证其纯度和冶金质量这些材料可以通过粉末冶金生产如各种金属陶瓷钨丝及MoTaNb等难熔金属和高温合金特殊电磁性能材料如硬磁材料软磁材料多孔过滤材料假合金材料二金属陶瓷硬质合金二金属陶瓷硬质合金硬质合金是金属陶瓷的一种它是以金属碳化物WCTiCTaC等为基体再加入适量的金属粉末如CoNiMo等作为粘结剂制成的具有金属性质的粉末冶金材料nullCo基体WC一硬质合金的性能特点一硬质合金的性能特点高硬度高热硬性耐磨性好主要特点因以碳化物为骨架常温下硬度6

　　9～81HRC热硬性达900～1000℃作为切削刀具其耐磨性寿命和切削速度比高速钢显著提高力学性能抗压强度高6000MPa抗弯强度低只有钢的13～12弹性模量高是高速钢的2～3倍韧性差约为淬火钢的30～50％耐蚀性抗氧化性好热胀系数比钢低null因抗弯强度低脆性大导热性差故在加工作用过程中要避免冲击和温度急剧变化硬度高无法进行切削加工可采用电加工电火花线切割和专门砂轮磨削加工二硬质合金的分类编号和应用二硬质合金的分类编号和应用常用硬质合金按成分和性能特点分为三类钨钴类硬质合金钨钴钛类硬质合金通用硬质合金1分类与编号null钨钴类硬质合金由WC和Co组成代号YG×YG－硬钴×－钴的含量如YG6表示wCo6余量为WC的钨钴类硬质合金钨钴钛类硬质合金由WCTiC和Co组成代号YT×YT－硬钛×－TiC含量如YT15表示wTiC15余量为WC和Co的钨钴钛类硬质合金null在硬质合金中WC越多Co越少则硬度热硬性及耐磨性越高但强度及韧性越低当Co含量相同时含TiC的硬质合金硬度耐磨性高且因合金表面有一层TiO薄膜切削时不易粘刀热硬性高但强度和韧性比钨钴类硬质合金低通用硬质合金添加TaC或NbC取代部分TiC代号YW×YW－硬万×－顺号热硬性高1000℃其它性能介于上两类之间既可加工钢材又能加工铸铁和有色金属故称通用或万能硬质合金null主要用于制造切削刀具冷作模具量具和耐磨零件钨钴类硬质合金刀具主要用来切削加工脆性材料如铸铁有色金属胶木及其它非金属材料钨钴钛类硬质合金主要用来切削加工韧性材料如各种钢含Co量多的硬质合金韧性好适宜粗加工含Co量少的适于精加工通用硬质合金既可切削脆性材料亦可加工韧性材料2应用三钢结硬质合金三钢结硬质合金以一种或几种碳化物WCTiC为硬化相以合金钢高速钢铬钼钢粉末为粘结剂经配料压型烧结而成的一种新型硬质合金与普通硬质合金相比钢结硬质合金可锻造焊接热处理并可切削加工在锻造退火后其硬度约40～45HRC可用一般方法切削加工加工成型后经淬火＋低温回火硬度达69～73HRCnull使用寿命与钨钴类硬质合金相当可用于制造形状复杂的刀具如麻花钻铣刀可用于制造在较高温度下工作的模具和耐磨零件

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