材料化学导论第6章_新型结构材料

1、第六章第六章 新型结构材料新型结构材料 6.1 6.1 高温结构材料高温结构材料 6.1.1 6.1.1 超耐热合金超耐热合金 提高火力发电的热效率，核心在于提高作为其动力源的提高火力发电的热效率，核心在于提高作为其动力源的 蒸汽的温度和压力。要提高气轮机的输出和效率，都得提蒸汽的温度和压力。要提高气轮机的输出和效率，都得提 高其运转温度，有的材料还要求能在高温下连续工作几万高其运转温度，有的材料还要求能在高温下连续工作几万 小时以上，等等，这些都需要超耐热合金。小时以上，等等，这些都需要超耐热合金。 1 超耐热合金根据其用途和工作条件的不同，对高温材料的要超耐热合金根据其用途和工作条件的不同

2、，对高温材料的要 求主要有：求主要有： （1 1）在高温下要有优良的抗腐蚀性；）在高温下要有优良的抗腐蚀性； （2 2）在高温下要有较高的强度和韧性。）在高温下要有较高的强度和韧性。 耐热合金：耐热合金：V VVII VII 副族元素和第副族元素和第VIIIVIII族元素形成的合金。族元素形成的合金。 因为第因为第V V副族、副族、VIVI副族、副族、VIIVII副族元素是副族元素是高熔点金属高熔点金属。因为其。因为其 原子中未成对的价电子数很多，在金属晶体中形成了坚强的原子中未成对的价电子数很多，在金属晶体中形成了坚强的 化学键，而且其原子半径较小，晶格结点上粒子间的距离短，化学键，而且其原

3、子半径较小，晶格结点上粒子间的距离短， 相互作用力大，所以其熔点高、硬度大。相互作用力大，所以其熔点高、硬度大。 2 金属在高温下氧化的初始阶段是一种纯粹的化金属在高温下氧化的初始阶段是一种纯粹的化 学反应过程，随着氧化反应的进一步发展，便成学反应过程，随着氧化反应的进一步发展，便成 为一种复杂的热化学过程了。为一种复杂的热化学过程了。 与前面学过的尖晶石的形成过程类似，在金属表与前面学过的尖晶石的形成过程类似，在金属表 面形成氧化物后，能否继续向内部扩展，取决于面形成氧化物后，能否继续向内部扩展，取决于 氧原子穿过表面氧化膜的扩散速度，而此速度取氧原子穿过表面氧化膜的扩散速度，而此速度取 决

4、于温度和表面氧化膜的结构。决于温度和表面氧化膜的结构。 3 通常铁能与氧形成通常铁能与氧形成FeO，Fe3O4，Fe2O3等一系列氧化物。等一系列氧化物。 570以下，铁表面形成的是构造复杂的以下，铁表面形成的是构造复杂的Fe3O4，Fe2O3氧化氧化 膜，氧原子难以扩散，这种氧化膜起着减缓进一步氧化、保膜，氧原子难以扩散，这种氧化膜起着减缓进一步氧化、保 护内部的作用，但温度高于护内部的作用，但温度高于570，氧化物中除了，氧化物中除了Fe3O4， Fe2O3氧化膜外，还增加了氧化膜外，还增加了FeO成分，而成分，而FeO晶格结构很疏松，晶格结构很疏松， 所以为了阻止进一步的氧化，所以为了阻

5、止进一步的氧化，必须设法阻止必须设法阻止FeO的形成的形成。 金属的氧化过程：铁的氧金属的氧化过程：铁的氧 4 改进的方法改进的方法: 在钢中加入对氧的在钢中加入对氧的亲和力大于铁亲和力大于铁的的Cr，Si，Al等，可等，可 优先形成稳定、致密的优先形成稳定、致密的Cr2O3、Al2O3、SiO2等氧化物保护等氧化物保护 膜，从而可以提高钢的耐热性。膜，从而可以提高钢的耐热性。 超耐热合金的发展过程：超耐热合金的发展过程： 50年代前后，钴基合金（较高的耐用温度）年代前后，钴基合金（较高的耐用温度）50年代年代 后期，镍基合金（合金体为稳定的面心立方结构）后期，镍基合金（合金体为稳定的面心立方

6、结构）高温高温 合金中镍含量越来越高，可以合金中镍含量越来越高，可以提高使用温度、延长高温下提高使用温度、延长高温下 的使用时间、并减轻质量。的使用时间、并减轻质量。 5 铁镍基高温合金：铁镍基高温合金：含镍含镍25%-60%25%-60%及含铁的高温合金。及含铁的高温合金。 由于铁基、钴基、镍基合金的使用温度不可能超过由于铁基、钴基、镍基合金的使用温度不可能超过 1050-11001050-1100，而难熔金属钨、钼、铌、钽有更高的，而难熔金属钨、钼、铌、钽有更高的 熔点，其合金可在高于熔点，其合金可在高于11001100的温度下使用。的温度下使用。 6 钨、钼、铌、钽这组金属的合金可以作为

7、高温结构钨、钼、铌、钽这组金属的合金可以作为高温结构 材料，还可作为高温发热体、真空管材料、电子工材料，还可作为高温发热体、真空管材料、电子工 业材料、硬质工具、耐磨材料、防震材料。业材料、硬质工具、耐磨材料、防震材料。 80 80年代发现的碳化钽，熔点可高达年代发现的碳化钽，熔点可高达41504150，可望成，可望成 为新一代耐热金属陶瓷材料。为新一代耐热金属陶瓷材料。 用途：用途： 7 6.1.2 6.1.2 高温结构陶瓷高温结构陶瓷 科学技术的迅速发展，原子能、火箭、燃气轮机科学技术的迅速发展，原子能、火箭、燃气轮机 等技术领域的要求，迫使人们去寻找比等技术领域的要求，迫使人们去寻找比耐

8、热合金耐热合金 更能承受高温更能承受高温，比普通陶瓷更能，比普通陶瓷更能抵御化学腐蚀的抵御化学腐蚀的 材料材料。于是一系列的高温结构陶瓷便应运而生。于是一系列的高温结构陶瓷便应运而生。 8 高温结构陶瓷与金属材料的性能比较高温结构陶瓷与金属材料的性能比较 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 性性 能能 用用 途途 熔点高熔点高 坩埚、高温炉管坩埚、高温炉管 硬度大硬度大 刚玉球磨机刚玉球磨机 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管高压钠灯灯管 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用 高纯氧

9、化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管 氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品 （1）氧化物陶瓷）氧化物陶瓷 9 （2) 2)非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷 碳化硅：碳化硅： 高温强度大（高温强度大（1400 5001400 500600MPa600MPa）；）； 高温结构件（炉管、火箭尾管喷嘴）。高温结构件（炉管、火箭尾管喷嘴）。 氮化硅：氮化硅： 高化学稳定性；高化学稳定性； 耐蚀、耐磨材料（赛隆刀具）。耐蚀、耐磨材料（赛隆刀具）。 氮化硼：氮化硼： 耐热、绝缘性好；耐热、绝缘性好； 高温结构元件及刀具等。高温结构元件及刀具等。 10 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、氮化硅基

10、陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、 耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、 电绝缘等一系列优良性能。电绝缘等一系列优良性能。 氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、 制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质 量，节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。量，节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。 Si Si3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷沙漠车沙漠车 氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件 11 碳化硅轴承球碳化硅轴承球 碳化硅发热板碳化硅发热板 碳化硅砂轮片

11、碳化硅砂轮片碳化硅发热棒碳化硅发热棒 12 （3 3）金属陶瓷）金属陶瓷 取金属及陶瓷优点复合而成取金属及陶瓷优点复合而成 构成方式：构成方式： 陶瓷相陶瓷相( (氧化物、碳化物氧化物、碳化物) )为主体、骨架；为主体、骨架； 金属相金属相(Co(Co、NiNi等等) )起粘结作用。起粘结作用。 材料类型：材料类型： 工具材料工具材料( (陶瓷为主陶瓷为主) )；结构材料；结构材料( (金属相数量增加金属相数量增加) )。 氧化物基金属陶瓷氧化物基金属陶瓷 AlAl2 2O O3 3+Cr( 10+Cr( 10) ) 性能：性能：韧性较好韧性较好(Cr(Cr的存在的存在) )，热稳定性及抗氧化

12、性好，热稳定性及抗氧化性好(Cr(Cr2 2O O3 3) )。 应用：应用：工具材料，热硬性工具材料，热硬性12001200、硬材料加工、硬材料加工 ( (65HRC)65HRC)、高速切削；模具等。、高速切削；模具等。 13 碳化物基金属陶瓷碳化物基金属陶瓷 组成：组成：碳化物（碳化物（ WCWC、TiCTiC等）等）+ + 铁族元素（铁族元素（CoCo、NiNi）。）。 特性：特性：碳化物的高硬度、高温强度碳化物的高硬度、高温强度+ +金属的塑金属的塑 性、韧性性、韧性工具材料及耐热结构材料。工具材料及耐热结构材料。 硬质合金：硬质合金：刀具、模具（拉丝模等）；钨钴类刀具、模具（拉丝模等

13、）；钨钴类 YG(WC+Co)YG(WC+Co)、钨钴钛、钨钴钛YT(WCYT(WC、TiC+Co)TiC+Co) 及万能类及万能类YWYW（WCWC、TiCTiC、TaC+Co) TaC+Co) 。 铜结硬质合金：铜结硬质合金：（30%30%50%50%碳化物合金钢粘结）碳化物合金钢粘结）, ,可热处理，可热处理， 可加工。韧性可加工。韧性, ,bb bb 。用。用 作模具、耐磨零件。作模具、耐磨零件。 表表6-36-3 14 15 16 高温结构陶瓷与传统陶瓷的区别：高温结构陶瓷与传统陶瓷的区别： 传统的陶瓷以粘土和石粉为原料，用水拌和，成传统的陶瓷以粘土和石粉为原料，用水拌和，成 型干燥

14、后烧制而成的。传统陶瓷的最高耐温为型干燥后烧制而成的。传统陶瓷的最高耐温为 13001300，并且易碎；，并且易碎； 工业用陶瓷在原料和制法上都不同于传统的陶瓷，工业用陶瓷在原料和制法上都不同于传统的陶瓷， 它先把碳化硅、氮化硅等磨成颗粒大小相同的细它先把碳化硅、氮化硅等磨成颗粒大小相同的细 粉末，与烧结助剂混合或直接高压成型后，最后粉末，与烧结助剂混合或直接高压成型后，最后 在在1500-20001500-2000高温下烧制而成。高温下烧制而成。 17 高温结构陶瓷的优点：高温结构陶瓷的优点： 远比金属远比金属坚硬坚硬几十倍，几十倍，耐高温耐高温，即使在，即使在15001500下其强度下其强

15、度 一点也不会改变，同时还具有一点也不会改变，同时还具有优良的耐腐蚀性、耐蠕变性优良的耐腐蚀性、耐蠕变性 和耐机械及热冲击性和耐机械及热冲击性。 最有希望的高温结构陶瓷材料：最有希望的高温结构陶瓷材料： 氮化硅（氮化硅（Si Si3 3N N4 4）是最有希望的高温结构陶瓷材料，）是最有希望的高温结构陶瓷材料，5050年年 代开始用氮化硅做烧结助剂制备。代开始用氮化硅做烧结助剂制备。 18 氮化硅陶瓷，其耐热冲击性高，曾成功地用以制造氮化硅陶瓷，其耐热冲击性高，曾成功地用以制造 温度超过温度超过15001500、氧化情况不太严重的火箭发动机、氧化情况不太严重的火箭发动机 机尾喷管及燃烧室。机尾

16、喷管及燃烧室。 氮化硅的特点：氮化硅的特点： 两种组成元素的电负性相近，属强共价键结合，所两种组成元素的电负性相近，属强共价键结合，所 以其硬度高、熔点高、结构稳定、绝缘性能好。耐以其硬度高、熔点高、结构稳定、绝缘性能好。耐 腐蚀、耐磨损、弹性模量大、高强度、耐高温、热腐蚀、耐磨损、弹性模量大、高强度、耐高温、热 膨胀系数小、密度低，抗氧化。膨胀系数小、密度低，抗氧化。 具有具有“轻如铝、强如钢、硬若金刚石轻如铝、强如钢、硬若金刚石”等优点等优点 19 因为氮化硅具有强的共价键结合，使组成元素的因为氮化硅具有强的共价键结合，使组成元素的 移动几乎不能发生，所以具有优良的高温机械性移动几乎不能发

17、生，所以具有优良的高温机械性 质。但是这种性质却不利于粉末烧结，而使其成质。但是这种性质却不利于粉末烧结，而使其成 为难烧结性物质的代表。为难烧结性物质的代表。 最近上海硅酸盐研究所研制的一种高温性能优异最近上海硅酸盐研究所研制的一种高温性能优异 的氮化硅陶瓷材料，成功地实现了材料强度从室的氮化硅陶瓷材料，成功地实现了材料强度从室 温到温到13001300保持不降目标，在国际上属于领先地保持不降目标，在国际上属于领先地 位，有望做为高温结构材料。位，有望做为高温结构材料。 20 氮化硅粉的合成方法（主要有氮化硅粉的合成方法（主要有4种）：种）： 3Si+2N2 1300 Si3N4 1. 硅氮

18、结合法硅氮结合法 2. 还原氮化法还原氮化法 3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO 21 3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl 1400 硅烷与氨或联氨发生化学气相反应硅烷与氨或联氨发生化学气相反应 SiH4+NH3 Si3N4+12H2 硅烷在含卤素的氮气氛中发生化学气相反应硅烷在含卤素的氮气氛中发生化学气相反应 SiH4+2N2+6Cl2Si3N4+12HCl 3. 3. 化学气相法化学气相法 硅的卤化物或氢化物与氨发生化学气相反应硅的卤化物或氢化物与氨发生化学气相反应 22 4. 4. 热分解法热分解法(1000-1600)(1000-1600) 3Si(NH)2 Si

19、3N4+2NH3 3Si(NH2)4Si3N4+8NH3 23 Si Si3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承 24 高纯氧化铝透明陶瓷灯管高纯氧化铝透明陶瓷灯管 25 氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品 26 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷 27 28 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 29 耐高温氧化铝陶瓷材料耐高温氧化铝陶瓷材料 30 陶瓷的分类陶瓷的分类 陶瓷的主要分类：日用陶瓷、精细陶瓷陶瓷的主要分类：日用陶瓷、精细陶瓷 1.日用陶瓷：日用陶瓷： 中国可以称得上是陶瓷古国。中国可以称得上是陶瓷古国。 “ChinaChina”一词，一词， 即是即是“中国中国”也是也是“瓷器瓷器”的意思。陶瓷是具有悠久的意思

20、。陶瓷是具有悠久 历史的材料，陶瓷材料的特点是硬度高、强度高和历史的材料，陶瓷材料的特点是硬度高、强度高和 抗腐蚀性好，即使在高温下也如此。过去陶瓷主抗腐蚀性好，即使在高温下也如此。过去陶瓷主 要用作日常生活用品和装饰美术品。我国众多古代文要用作日常生活用品和装饰美术品。我国众多古代文 化遗产和出土文物中，有许多是陶瓷珍品。化遗产和出土文物中，有许多是陶瓷珍品。 31 32 2精细陶瓷精细陶瓷 陶瓷领域陶瓷领域精细陶瓷又称高级陶瓷精细陶瓷又称高级陶瓷 在工业上使用的陶瓷基础上，通过调整原料、控制在工业上使用的陶瓷基础上，通过调整原料、控制 化学组成、改进工艺方法、控制材料的显化学组成、改进工艺

21、方法、控制材料的显微组织和微组织和 结构等，使其成为具有某种特定性能的特殊陶瓷材结构等，使其成为具有某种特定性能的特殊陶瓷材 料。料。 33 精细陶瓷精细陶瓷的种类极为广泛，概括起来可分为的种类极为广泛，概括起来可分为功功 能陶瓷和高温结构陶瓷能陶瓷和高温结构陶瓷两大类。两大类。 结构陶瓷主要利用其先进的力学性能制备各种机结构陶瓷主要利用其先进的力学性能制备各种机 械结构零部件；功能陶瓷主要利用其特殊的电、械结构零部件；功能陶瓷主要利用其特殊的电、 磁、声、光等性能来制备电容器陶瓷、磁性陶瓷、磁、声、光等性能来制备电容器陶瓷、磁性陶瓷、 压电陶瓷、导电陶瓷、电光陶瓷等。压电陶瓷、导电陶瓷、电光

22、陶瓷等。 34 结构陶瓷用途：结构陶瓷用途：用于各种结构部件，以发挥其材料用于各种结构部件，以发挥其材料 的各种特性如：机械性能、热性能、化学性能，以的各种特性如：机械性能、热性能、化学性能，以 及生物功能等各种高性能特长的陶瓷。及生物功能等各种高性能特长的陶瓷。 结构陶瓷主要有：结构陶瓷主要有：氮化硅、碳化硅、氧化锆系统、氮化硅、碳化硅、氧化锆系统、 氧化铝等各种系列，以及陶瓷基复合材料系列。氧化铝等各种系列，以及陶瓷基复合材料系列。 结构陶瓷：结构陶瓷： 35 结构陶瓷特点结构陶瓷特点 耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高硬度、高导热性和质耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高硬度、高导热性和质 量轻等特点。量

23、轻等特点。 应用应用 机械、化工、冶金、汽车、航空航天和电子通讯以机械、化工、冶金、汽车、航空航天和电子通讯以 及生物等方面。及生物等方面。 36 功能陶瓷：功能陶瓷： 功能功能 如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能，以及耦合功如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能，以及耦合功 能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。 分类分类 1 1）电解质陶瓷（如绝缘陶瓷和电容器陶瓷）；）电解质陶瓷（如绝缘陶瓷和电容器陶瓷）；2 2）铁电陶瓷）铁电陶瓷 （如压电陶瓷）；（如压电陶瓷）；3 3）敏感陶瓷（如）敏感陶瓷（如PTCPTC、传感器等）；、传感器等）

24、；4 4） 导电陶瓷（如：氧化锆、导电陶瓷（如：氧化锆、 氧化铝）；氧化铝）；5 5）超导陶瓷；）超导陶瓷；6 6）磁）磁 性陶瓷。性陶瓷。 37 功能陶瓷具有一些特殊性能功能陶瓷具有一些特殊性能 应用应用 能源开发、信息通讯、空间技术、传感技术、生物能源开发、信息通讯、空间技术、传感技术、生物 技术和环境科学等领域。技术和环境科学等领域。 38 稀土与陶瓷稀土与陶瓷 由于稀土元素具有由于稀土元素具有4fx 5d1 6s2 电子层结构，电价电子层结构，电价 高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解 等性质，故其应用十分广泛，尤其在特种陶瓷及等性质，故

25、其应用十分广泛，尤其在特种陶瓷及 功能材料方面具有广阔的发展前景。功能材料方面具有广阔的发展前景。 39 Si Si3 3N N4 4 陶瓷硬度高、强度大、热膨胀系数小，具有陶瓷硬度高、强度大、热膨胀系数小，具有 较高的抗蠕变性能及抗氧化、抗腐蚀性能，是一种较高的抗蠕变性能及抗氧化、抗腐蚀性能，是一种 非常好的高温结构材料。非常好的高温结构材料。 作为作为Si Si3 3N N4 4 陶瓷，由于陶瓷，由于Si SiN N键属共价键，致使在无键属共价键，致使在无 液相存在下烧结非常困难，须加入添加剂。较为理液相存在下烧结非常困难，须加入添加剂。较为理 想的添加剂为稀土氧化物想的添加剂为稀土氧化物

26、Y Y2 2O O3 3、CeOCeO2 2、LaLa2 2O O3 3 ，不，不 仅可使仅可使Si Si3 3N N4 4陶瓷在烧结时产生液相，促进烧结，同陶瓷在烧结时产生液相，促进烧结，同 时又可大大提高时又可大大提高Si Si3 3N N4 4陶瓷的高温力学性能。陶瓷的高温力学性能。 40 Si3N4陶瓷陶瓷 Si Si3 3N N4 4 陶瓷陶瓷 混合式球轴承混合式球轴承全陶瓷球轴承全陶瓷球轴承 41 添加添加La2O3和和Y2 O3的氮化硅陶瓷，其抗弯强度的氮化硅陶瓷，其抗弯强度 在在1370的高温下保持不变，达的高温下保持不变，达1000MPa以上。以上。 添加添加Al2O3和和L

27、a2O3烧结助剂的烧结助剂的Si3N4 陶瓷形成具陶瓷形成具 有高耐火度和粘度的有高耐火度和粘度的YLsSiON玻璃晶界，玻璃晶界， 因此具有较高的高温抗弯强度和较好的抗氧化性因此具有较高的高温抗弯强度和较好的抗氧化性 能，并且在高温条件下易析出较高熔点的结晶化能，并且在高温条件下易析出较高熔点的结晶化 合物，于是减少了材料非晶态玻璃相的含量，提合物，于是减少了材料非晶态玻璃相的含量，提 高了材料的高温断裂韧性。高了材料的高温断裂韧性。 42 Al2O3陶瓷陶瓷 Al2O3 陶瓷具有较高的硬度和机械强度，膨胀陶瓷具有较高的硬度和机械强度，膨胀 系数与金属差不多，同时具有良好的化学稳定性。系数与

28、金属差不多，同时具有良好的化学稳定性。 对对Al2O3陶瓷来讲，为提高其高温热稳定性，可添陶瓷来讲，为提高其高温热稳定性，可添 加稀土元素。加稀土元素。 研究表明：之所以能提高研究表明：之所以能提高Al2O3 陶瓷高温热稳定陶瓷高温热稳定 性，主要原因是形成了稀土铝酸盐，如添加性，主要原因是形成了稀土铝酸盐，如添加La2O3 可形成起到稳定作用的可形成起到稳定作用的LaAl11O18。 43 红宝石 红色来自铬红色来自铬(Cr) 44 蓝宝石蓝宝石 蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（和铁（Fe）杂质所致；）杂质所致； 45 氧化铝装置瓷 46

29、 氧化铝火花塞 47 48 49 50 高熔点高熔点 高硬度高硬度 可制成透明陶瓷可制成透明陶瓷 无毒、不溶于水，强度高无毒、不溶于水，强度高 主要特性主要特性主要用途主要用途 坩埚坩埚 刚玉球磨机刚玉球磨机 高压钠灯的灯管高压钠灯的灯管 水龙头阀门芯水龙头阀门芯 将氧化铝陶瓷主要特性和主要用途一对应并连线将氧化铝陶瓷主要特性和主要用途一对应并连线 51 为降低为降低AlAl2 2O O3 3 陶瓷的烧成温度，改进产品性能，陶瓷的烧成温度，改进产品性能， 在其加入不同数量的稀土外加剂，可大大降低烧在其加入不同数量的稀土外加剂，可大大降低烧 成温度。成温度。 SiC SiC是共价键性极强的化合物

30、，在高温状态下仍是共价键性极强的化合物，在高温状态下仍 能保持高的键合强度，且热膨胀系数小，耐腐蚀性能保持高的键合强度，且热膨胀系数小，耐腐蚀性 优良，具有较高的热传导性，故是高温结构材料最优良，具有较高的热传导性，故是高温结构材料最 有希望的材料之一。有希望的材料之一。 SiC陶瓷陶瓷 52 SiC SiC中添加中添加Al Al 2 2O O3 3和和Y Y2 2O O3 3为烧结助剂可大大降低为烧结助剂可大大降低 SiCSiC陶瓷的烧结温度，陶瓷的烧结温度，AlAl2 2O O3 3和和Y Y2 2O O3 3 在烧结温度下在烧结温度下 形成液相，从而以液相烧结机理加速材料致密化。形成液相

31、，从而以液相烧结机理加速材料致密化。 有研究用无压烧结有研究用无压烧结 制得含板状晶料的液相烧结制得含板状晶料的液相烧结 SiCSiC陶瓷，其断裂韧性达陶瓷，其断裂韧性达7MPa7MPam1/2 m1/2 ，添加稀土氧，添加稀土氧 化物可使其抗氧化性能得到明显改善，且随稀土化物可使其抗氧化性能得到明显改善，且随稀土 加入量的增加，氧化速度逐渐降低，加入量为加入量的增加，氧化速度逐渐降低，加入量为3 3 时效果最佳。时效果最佳。 53 Y Y2 2O O3 3陶瓷是一种高性能透明陶瓷，它是以高纯氧陶瓷是一种高性能透明陶瓷，它是以高纯氧 化钇为原料并添加化钇为原料并添加8mol8mol10mol1

32、0molThOThO2 2 在氢气在氢气 中于中于20002000以上高温烧成透明多晶体，也可在添以上高温烧成透明多晶体，也可在添 加加LiFLiF和和ThOThO2 2 后于后于1300130015001500和和353550MPa50MPa压力压力 下真空热压烧结。由于其熔点大于下真空热压烧结。由于其熔点大于24002400，介电，介电 常数为常数为12121414，透明性好，即使在远红外区仍有，透明性好，即使在远红外区仍有 约约8080的直线透过率，的直线透过率，是优良的高温红外是优良的高温红外材料材料 和电子材料。和电子材料。 Y2O3 陶瓷陶瓷 54 AlN陶瓷陶瓷 AlN AlN陶

33、瓷导热性好、耐高温、耐腐蚀，具有较好陶瓷导热性好、耐高温、耐腐蚀，具有较好 的电绝缘性能，但因属共价键，故烧结困难。的电绝缘性能，但因属共价键，故烧结困难。 在制备在制备AlNAlN陶瓷时加入稀土氧化物陶瓷时加入稀土氧化物Y Y O O 、LaLa O O 等等 作为添加剂，与作为添加剂，与AINAIN颗粒表面的颗粒表面的AlAl O O 反应，生成低反应，生成低 熔点液相，使整个烧结在有液相参与下进行，最终熔点液相，使整个烧结在有液相参与下进行，最终 达到致密化。这样制得的达到致密化。这样制得的AlNAlN陶瓷可作熔炼纯铁、铝陶瓷可作熔炼纯铁、铝 等的优良坩锅材料及其高温结构材料。等的优良坩

34、锅材料及其高温结构材料。 55 ZrO 陶瓷具有较高的熔点，是理想的高温结陶瓷具有较高的熔点，是理想的高温结 构材料，但由于其在构材料，但由于其在1100左右存在单斜与四方的左右存在单斜与四方的 晶型转变，并伴有较大体积变化，故在制造时须加晶型转变，并伴有较大体积变化，故在制造时须加 入稳定剂，稀土氧化物入稳定剂，稀土氧化物CeO 和和ThO 为常用稳定剂。为常用稳定剂。 就就Y O 来说，由于来说，由于Y3 离子的大小与 离子的大小与Zr4 离子接近， 离子接近， 可固溶形成稳定的立方晶相，故稀土加入可固溶形成稳定的立方晶相，故稀土加入ZrO2后可使后可使 ZrO2 陶瓷的抗热震性能得到较大

35、提高。陶瓷的抗热震性能得到较大提高。 ZrO2陶瓷陶瓷 56 个人用品：个人用品：氧化锆陶瓷耐磨性好，硬度高，可以氧化锆陶瓷耐磨性好，硬度高，可以抛光抛光且外且外 观美观，因此可作为手表带、表壳及其他装饰部件。陶观美观，因此可作为手表带、表壳及其他装饰部件。陶 瓷表源于瑞士雷达表，后来国内有优尼克、潮州三环和北瓷表源于瑞士雷达表，后来国内有优尼克、潮州三环和北 京建材院下属公司等一些企业开始生产。目前主要生产表京建材院下属公司等一些企业开始生产。目前主要生产表 带，以黑和白为主，蓝、金和红等其他颜色也已开发出来，带，以黑和白为主，蓝、金和红等其他颜色也已开发出来， 制备工艺以热压铸和干压为主。制备工艺以热压铸和干压为主。 57 课堂