陶瓷材料的基本材料

1、 江东新材料江东新材料 周祖直周祖直7.277.27High ConfidentialSlide - 2陶瓷材料的陶瓷材料的生产过程生产过程1.造粒造粒2.成型成型3.烧结烧结High ConfidentialSlide - 3（1)：造粒造粒工艺是将磨细的粉料，经过干燥、加胶黏剂，制成流动性好、粒径约为0.1mm的颗粒。一般使用的胶黏剂应满足以下要求：要有足够的黏性，以保证良好的成型性和坯体的机械强度；经高温锻烧能全部挥发，坯体中不留或少留胶黏剂残留杂质；工艺简单，没有腐蚀性，对陶瓷性能无不良影响。在功能陶瓷的生产工艺中从利于烧成和固相反应进行的角度考虑，希望获得超细的原料颗粒，但粉料越细，

2、比表面积越大，流动性越差，干压成型时不容易均匀的充满模具，经常出现成型件有空洞、边角不致密、层裂、弹性失效的问题。常采用造粒工艺解决这一问题。High ConfidentialSlide - 4（2）成型：粉末原料转化成一定体积和强度的成型体，也称素坯。.成型在陶瓷烧结致密化中的重要作用：残余应力：烧结过程中即固相扩散物质迁移致密化的驱动力。没有经过压实的粉末，即使在高温下（Tm）烧结，也不会产生致密化而形成陶瓷。加压成型一定形状减少孔隙度残余应力High ConfidentialSlide - 5.成型工艺： a:干压成型：单轴向压制成型。密度、应力不均匀，易产生分层，压力高时尤为明显。适用

3、范围：形状简单、横截面积大，但高度小的样品。干 压 成 型冷等静压成型热等静压成型成型工艺b:冷等静压成型：优点：坯体密度均匀、无缺陷，用于长径比大、形状复杂的零件，压力可加到400500MPa，为后续烧结致密化创造有利条件。High ConfidentialSlide - 62021-11-206（3）、烧结：将坯体加热到高温，通过固相或部分液相扩散，使物质迁移而消除孔隙，形成特定的显微组织结构的工艺过程。常压烧结热压烧结热等静压烧结 烧结时生坯在高温下发生一系列物理化学变化（水的蒸发，硅酸盐分解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并使生坯体积收缩，强度、密度增加，形成致密、坚硬的具有

4、某种显微结构的烧结体。High ConfidentialSlide - 7b：热压烧结：加温同时加压的烧结方式，一般单轴向加压。优点：减少气孔率，提高致密度，降低烧结温度。c：热等静压:等静压与加热的结合，只能通过气体加压。目前，该方法压力可达2000MPa，温度可达2000。 a:常压烧结法：又称无压烧结 在大气中烧结。High ConfidentialSlide - 8四、陶瓷的性能：1.力学性能:1）弹性性能：陶瓷的应用中，只产生弹性变形。i：弹性模量E比金属高; 材料WCSiCAl2O3SiO2玻璃低合金钢弹性模量105MPa 4-6.54.53.99.43.5-4.52-2.1几种陶

5、瓷的E值ii：致密度对陶瓷材料的弹性模量影响很大， 随气孔增加，E值急剧下降。High ConfidentialSlide - 9 2）硬度： 硬度是陶瓷材料重要的力学性能参数。 陶瓷具有高硬度，大多在HV1500以上。 氮化硅和立方氮化硼（70）接近金钢石（90）的硬度， 淬火钢：500-800HV。 陶瓷作为新型的刃具和耐磨零件。 陶瓷硬度的测定方法：维氏硬度HV（最常用）、显微硬度Hm、洛氏硬 度HR、莫氏硬度。High ConfidentialSlide - 103）强度： 由化学键所决定，室温下陶瓷几乎不产生滑移和位错运动。High ConfidentialSlide - 11 室温

6、下陶瓷很难产生塑性变形，其破坏方式为脆性断裂。故室温下只有断裂强度f。 f表示弹性变形达到极限程度而发生断裂的应力。陶瓷断口High ConfidentialSlide - 12i.气孔率：气孔降低承载面积，并引起应力集中。气孔率高，强度急剧下降，例气孔率10%，强度下降到无气孔时的一半。ii.晶粒尺寸：晶粒越细，f越高。iii.晶界相的性质、厚度、晶粒形状：晶界相最好能阻止裂纹的扩展，玻璃相对f不利。晶粒形状最好为均匀的等轴晶粒。f的影响因素： High ConfidentialSlide - 13高强度陶瓷的组织要求： 晶粒尺寸小，晶体缺陷少晶粒尺寸均匀，等轴晶界相含量适中，减少脆性玻璃相

7、减少气孔率高强度陶瓷 块状纤维晶须Al2O3280210021000Si3N4120-14014000不同截面大小陶瓷的强度值：MPa尺寸越小，缺陷产生的几率越小, 强度越高。High ConfidentialSlide - 14.热性能： 指熔点、热膨胀、导热率、热容量。 i.熔点：具有高的熔点，多数在2000以上。ii.热容：改变材料温度水平时所需的热量，通常以比热的形 式给出。气孔率大，热容小。iii.热膨胀：线膨胀系数一般为10-5到10-6，结构紧密， 膨胀系数大。iv.热传导：在一定温度梯度下热量在材料中传递的速率。.抗热震性：在温度急剧变化时抵抗破坏的能力。 陶瓷抗热震性一般较差

8、，受热冲击时易破坏。 High ConfidentialSlide - 15陶瓷材料因高熔点、高硬度、较好的化学稳定性、很强的抗氧化性，广泛用作高温材料。例：特殊的冶金坩埚：BeO、AlN、火箭、导弹的雷达保护罩： Al2O3、ZrO2燃烧室喷嘴：SiC,BeO电炉发热体：ZrO,SiCHigh ConfidentialSlide - 16.其它物理、化学性能： i：高电阻：良好的绝缘体。 半导体陶瓷、压电陶瓷等。ii：特殊光学性能： 固体激光材料：红宝石； 光导纤维：玻璃纤维。iii：磁性陶瓷：又名铁氧体， 由Fe2O3和Mn、Zn的氧化物组成。iv：高的化学稳定性：抗氧化，1000高温下不

9、氧化。 对酸、碱、盐有良好的抗蚀性。High ConfidentialSlide - 17常 用 陶 瓷第 二 节Ceramic in Common UseHigh ConfidentialSlide - 18原材料原材料粘土（Al2O32SiO2H2O）长石（K2O.Al2O3.6SiO2；Na2O.Al2O3.6SiO2）石英（SiO2）一、普通陶瓷：坚硬，不氧化、不导电，成型性好，耐1200高温，成本低廉。强度低，高温下玻璃相易软化。性能性能耐酸碱容器日用陶瓷绝缘电磁用途用途High ConfidentialSlide - 19采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、ZrO2、SiC

10、、Si3N4、BN），经配料、成型、烧结而制得。 二、特种陶瓷：High ConfidentialSlide - 20 1 1、氧化物陶瓷：、氧化物陶瓷： 氧化铝陶瓷:以Al2O3为主要成分，75瓷（75% Al2O3）又称刚玉-莫来石瓷；95瓷（95% Al2O3）和99瓷（99% Al2O3）。 后两者称刚玉瓷。氧化铝瓷氧化铝瓷缺点是脆性大，抗热振性差.耐蚀性及绝缘性好；耐高温，能在1600高温下长期工作；硬度高，有很好的耐磨性；强度高，比普通瓷高56倍；High ConfidentialSlide - 21牌号AL2O3（）相对密度硬度（莫氏）抗压强度Mpa抗拉强度Mpa85瓷853.4

11、59180015096瓷963.729200018099瓷993.9092500250性能：AL2O3含量越高，性能越好，用途：工具、量具、模具、轴承、坩锅、热电偶套管等。缺点：脆性大、抗热震性差。氧化铝陶瓷的性能High ConfidentialSlide - 22氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷坩埚 氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。 High ConfidentialSlide - 23氧化锆氧化锆陶瓷陶瓷 氧化锆陶瓷的熔点在2700以上，使用温度为20002200，能抗熔融金属的

12、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。High ConfidentialSlide - 24 氧化镁氧化镁/ /钙陶瓷钙陶瓷 通常由热白云石（镁/钙的碳酸盐）矿石除去CO2 而制成，其特点是能抗各种金属碱性渣的作用，常作炉衬的耐火砖。缺点是热稳定性差，MgO在高温下易挥发，CaO甚至在空气中就易水化。 氧化铍氧化铍陶瓷陶瓷 氧化铍陶瓷最大的特点是导热性好，具有很高的热稳定性，抗热冲击性较高，经常用于制造

13、坩埚和真空陶瓷等。 High ConfidentialSlide - 25High ConfidentialSlide - 26 2 2、氮化物陶瓷：、氮化物陶瓷：氮化硅陶瓷： 以Si3N4为主要成分的陶瓷 氮化硅的制备氮化硅的制备: :工业硅直接氮化：3Si+2N2Si3N4二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO 氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。High ConfidentialSlide - 27 按制造工艺分：热压烧结氮化硅（- Si3N4）陶瓷； 反应烧结氮化硅（- Si3N4）陶瓷。 热压烧结氮化硅陶瓷组织致密，气孔率接近于零，强度高。反应烧结氮化硅

14、陶瓷有20%30%气孔. 烧结工艺优点 缺点 反应烧结 烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状 密度低，强度低，耐蚀性差 热压烧结 用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好 只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低 High ConfidentialSlide - 28特点：（1）硬度高，摩擦因子小 只有0.10.2，具有自润滑性；（2）蠕变抗力高，热膨胀系数小 抗热振性能在陶瓷中最佳，比 Al2O3瓷高23倍；（3）化学稳定性好 抗氢氟酸以外的各种无机酸和 碱溶液的侵蚀，也能抵抗熔融非 铁金属的侵蚀；（4）具有优异的电绝缘性能。High ConfidentialSlide - 29Si3N4轴

15、承应用：应用：热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。汽轮机转子叶片、气阀High ConfidentialSlide - 30 氮化硼陶瓷 氮化硼陶瓷的主要晶相是BN，属于共价晶体，其晶体结构与石墨相仿，为六方晶格。 特点：具有良好的耐热性和导热性，其热导率与不锈钢相当；热膨胀系数小，绝缘性好，化学稳定性高；硬度较其它陶瓷低，可进行切削加工；有自润滑性。 应用：制作热电偶套管、坩埚、高温容器和管道。High ConfidentialSlide - 31 包括：碳化硅、碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钛、 碳化钨、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化铪等。 特点：具有很高的熔点、硬度和耐磨性 缺点：耐高温氧化能力差，脆性极大 3 3、碳化物陶瓷：、碳化物陶瓷：High ConfidentialSlide - 32 碳化硅陶瓷：碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中应用最广泛。其密度为3.2103kgm-3，弯曲强度和抗压强度分别为200250MPa和10001500MPa，硬度为莫氏9.2