第十章典型的陶瓷材料-rhp

1、第一节第一节 结构陶瓷结构陶瓷第二节第二节 功能陶瓷功能陶瓷第三节第三节 陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料第四节第四节 玻玻 璃璃第七章 典型的陶瓷材料第一节 结构陶瓷q 陶瓷的分类陶瓷的分类氧化物陶瓷（氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）等）碳化物陶瓷（碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）等）氮化物陶瓷（氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）等）新型碳化物陶瓷（新型碳化物陶瓷（C3N4等）等）硼化物陶瓷（硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等）等）复合陶瓷（复合陶瓷（3Al2O32SiO2(莫来石莫来石) 等）等）普通陶瓷（硅酸盐材料）普通陶瓷（硅酸盐材料）特种陶瓷（人工合成材料）特种陶瓷（人工

2、合成材料）结构陶瓷结构陶瓷功能陶瓷功能陶瓷陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料玻玻 璃璃 氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：-Al2O3、-Al2O3 、-Al2O3 。 -Al2O3属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，在在1600转变为转变为-Al2O3 。 -Al2O3 属于六方系，稳定属于六方系，稳定性好，在熔点性好，在熔点2050 之前不发生晶型转变。之前不发生晶型转变。q 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 Al2O3少量少量SiO2。根据。根据Al2O3含量可分为刚玉含量可分为刚玉-莫来莫来瓷（瓷（75瓷，

3、瓷，wAl2O3=75%）和刚玉瓷（）和刚玉瓷（95瓷，瓷，99瓷）。瓷）。原料煅烧原料煅烧配料配料球磨球磨成形成形烧结烧结1）高强度、高温稳定性：）高强度、高温稳定性：装饰瓷，喷嘴、火箭、导弹装饰瓷，喷嘴、火箭、导弹的导流罩的导流罩 ；2）高硬度、高耐磨性：）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，轴承，切削工具，模具，磨料，轴承，人造宝石；人造宝石； 3）低的介电损耗、高电阻率、高绝缘性：）低的介电损耗、高电阻率、高绝缘性：火花塞，电火花塞，电 路基板，管座；路基板，管座； 4）熔点高、抗腐蚀：）熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管，热电偶耐火材料，坩埚，炉管，热电偶保护套等；保护套等；

4、5）离子导电性：）离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。太阳能电池材料和蓄电池材料等。 6）生物相容性：）生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。还可用于制作人工骨骼和人造关节等。q 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷m-ZrO2：单斜晶系（：单斜晶系（1170）t- ZrO2：四方晶系（：四方晶系（11702370 ）c-ZrO2：立方晶系（：立方晶系（23702715 ） 备注：备注：氧化锆熔点为氧化锆熔点为2715 。1）热导率小，化学稳定性好、耐腐蚀性高：）热导率小，化学稳定性好、耐腐蚀性高：可用于高可用于高温绝缘材料、耐火材料，如熔炼铂和铑等金属的坩埚、温绝缘材料、耐火材料，如熔炼铂和铑

5、等金属的坩埚、喷嘴、阀心、密封器件等：喷嘴、阀心、密封器件等：2）硬度高，耐磨性好：）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高尔夫球棍头等。剪刀、高尔夫球棍头等。3）具有敏感特性：）具有敏感特性：可做气敏元件，还可作为高温燃料可做气敏元件，还可作为高温燃料电池固体电解隔膜、钢液测氧探头等。电池固体电解隔膜、钢液测氧探头等。q 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 以以SiC为主要成分的陶瓷。为主要成分的陶瓷。 具有很高的高温强度，在具有很高的高温强度，在1400时抗弯强度仍保持时抗弯强度仍保持在在500600MPa，工作温度可达，工作温度可达1700；有很好的热稳；有很好

6、的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐辐射性。辐射性。 制作火箭尾喷管喷嘴、浇注金属的浇道口、轴承、制作火箭尾喷管喷嘴、浇注金属的浇道口、轴承、轴套、密封阀片、轧钢用导轮、内燃机器件、热电偶保轴套、密封阀片、轧钢用导轮、内燃机器件、热电偶保护套管、炉管、核燃料包封材料等。护套管、炉管、核燃料包封材料等。q 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 以以Si3N4为主要成分的陶瓷。为主要成分的陶瓷。 氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系数小，耐磨氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系数小，耐磨性好，抗热振性大大高于其它陶瓷。它具有优良的化学性好，抗热振性大大高于

7、其它陶瓷。它具有优良的化学稳定性，能耐除氢氟酸、氢氧化钠外的其他酸和碱性溶稳定性，能耐除氢氟酸、氢氧化钠外的其他酸和碱性溶液的腐蚀，以及抗熔融金属的侵蚀。它还具有优良的绝液的腐蚀，以及抗熔融金属的侵蚀。它还具有优良的绝缘性能。缘性能。 用于制造切削刀具、高温轴承、泵密封环、热电用于制造切削刀具、高温轴承、泵密封环、热电偶保护套、缸套、活塞顶、电磁泵管道和阀门等。偶保护套、缸套、活塞顶、电磁泵管道和阀门等。第二节 功能陶瓷q 铁电陶瓷铁电陶瓷 有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用下，不同取向的电畴开始转向电场方向，材料出现自发下，不同取向的电畴

8、开始转向电场方向，材料出现自发极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸铝等。铝等。 铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器，还可用于铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器，还可用于制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。q 压电陶瓷压电陶瓷 铁电陶瓷在外加电场作用下出现宏观的压电效应，铁电陶瓷在外加电场作用下出现宏观的压电效应，称为压电陶瓷。目前所用的压电陶瓷主要有钛酸钡、钛称为压电陶瓷。目前所用

9、的压电陶瓷主要有钛酸钡、钛酸铅、锆酸铝、锆钛酸铅等。酸铅、锆酸铝、锆钛酸铅等。 压电陶瓷在工业、国防及日常生活中应用十分广泛。压电陶瓷在工业、国防及日常生活中应用十分广泛。如压电换能器、压电马达、压电变压器、电声转换器件如压电换能器、压电马达、压电变压器、电声转换器件等。利用压电效应将机械能转换为电能或把电能转换为等。利用压电效应将机械能转换为电能或把电能转换为机械能的元件称为换能器。机械能的元件称为换能器。q 氧化锆固体电解质陶瓷氧化锆固体电解质陶瓷 ZrO2中加入中加入CaO、Y2O3等后，提供了氧离子扩散等后，提供了氧离子扩散的通道，所以为氧离子导体。氧化锆固体电解质陶瓷主的通道，所以为

10、氧离子导体。氧化锆固体电解质陶瓷主要用于氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。要用于氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。q 生物陶瓷生物陶瓷 氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷与生物肌体有较好的相氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷与生物肌体有较好的相容性，耐腐蚀性和耐磨性能都较好，因此常用于生物体容性，耐腐蚀性和耐磨性能都较好，因此常用于生物体中承受载荷部位的矫形整修，如人造骨骼等。中承受载荷部位的矫形整修，如人造骨骼等。 导电性介于导电和绝缘介质之间的陶瓷材料。主要导电性介于导电和绝缘介质之间的陶瓷材料。主要有钛酸钡陶瓷，具有正电阻温度系数，应用非常广泛。有钛酸钡陶瓷，具有正电阻温度系数，应用非常广泛。如用于电动

11、机、收录机、计算机、复印机、变压器、烘如用于电动机、收录机、计算机、复印机、变压器、烘干机、暖风机、电烙铁、彩电消磁、燃料的发热体、阻干机、暖风机、电烙铁、彩电消磁、燃料的发热体、阻风门、化油器、功率计、线路温度补偿等。风门、化油器、功率计、线路温度补偿等。q 半导体陶瓷半导体陶瓷第三节 陶瓷耐火材料 陶瓷耐火材料的重要性能指标是：低温强度、高温陶瓷耐火材料的重要性能指标是：低温强度、高温强度、体密度、孔隙率等。强度、体密度、孔隙率等。酸性耐火材料（以酸性耐火材料（以SiO2、Al2O3为主）为主）碱性耐火材料（如碱性耐火材料（如MgO、CaO等）等）第四节 玻 璃主 要原 料反应条件玻璃窑中

12、发生的主要反应成分纯碱石灰石石英高 温Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 玻璃是介于结晶态和无定型态之间的一种物质状态，玻璃是介于结晶态和无定型态之间的一种物质状态，称为玻璃态物质。称为玻璃态物质。种 类特 性用 途普通玻璃普通玻璃再高温下易软化再高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃光学玻璃透光性能好，有折光和透光性能好，有折光和色散性色散性眼镜片，照相机，显微镜，望眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维玻璃纤维耐腐蚀，