工程材料 第一组 结构陶瓷

1、 结构陶瓷简介 工程材料工程材料 第一组第一组我们的队伍身边的结构陶瓷身边的结构陶瓷身边的结构陶瓷身边的结构陶瓷身边的结构陶瓷身边的结构陶瓷绪论定义定义各种结构部件，以发挥机械、热、化学和生物等功能的高性能陶瓷。因结构陶瓷常在高温下使用，故也称高温结构陶瓷或工程陶瓷。结构陶瓷主要是指用于特点特点在高温下的强度和硬度高，蠕变小，能抵抗氧和其他化学物质的侵蚀，并有较高的断裂韧性和耐磨损性，其耐机械振动和温度激变的能力也要较一般陶瓷优越。分类分类结构陶瓷种类较多，按原料分类，分为以下几大系列：1、氧化物陶瓷，主要有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、莫来石陶瓷等；2、氮化物陶瓷，主要有氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、氮

2、化硼陶瓷等；3、碳化物陶瓷，主要有碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化硼陶瓷等；4、硼化物陶瓷，主要有硼化钛陶瓷、硼化锆陶瓷等。发展现状工程结构陶瓷是陶瓷材料的重要分支，它以耐高温、高强度、耐磨损、超硬度、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征，广泛应用于机械、电子、航空航天、生物工程领域，约占整个陶瓷市场的25%发展趋势高性能结构陶瓷有如下三个发展趋势：高性能结构陶瓷有如下三个发展趋势：单相陶瓷向多相复合陶瓷发展 当前结构陶瓷的研究与来发已从原先倾向于单相和高纯的特点向多相复合的方向发展。其中包括纤维（或晶须）补强的陶瓷基复合材料；异相颗粒弥散强化的复相陶瓷；自补强复相陶瓷，也称为原位生长复相陶瓷；梯度功能

3、福相陶瓷和纳米复相陶瓷。例如SiC-TiC纳米符合陶瓷的断裂韧性可达16MPam1/2与铸铁的韧性相当；Al2O3、SiC纳米复合陶瓷在1100仍保持1500MPa的高强度。发展趋势微米陶瓷向纳米陶瓷发展 结构陶瓷的研究与开发正在从目前微米级尺度（从粉体到显微结构）向纳米级尺度发展。其径路尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸以及缺陷尺寸都属于纳米量级，为了得到纳米陶瓷，一般的制粉、成型和烧结工艺已不适应，这必将引起陶瓷工艺的发展与变革，也将一区陶瓷学理论的发展乃至建立新的理论体系，以适应纳米尺度的需求。由于晶粒细化有助于晶粒间的滑移，而使陶瓷具有超塑性，因此晶粒细化可能使陶瓷的原有性能得到很大

4、改善，以至在性能上发生突变甚至出现新的性能或功能。纳米陶瓷的发展是当前陶瓷研究和开发的一个重要趋势，它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论、从性能到应用都提升到一个崭新的阶段。发展趋势发展趋势由经验式研究向材料设计方向发展 由于陶瓷科学的发展，高性能结构陶瓷 的研究已摆脱以经验式研究为主导的方式，而步入按使用和性能上的要求对陶瓷材料进行剪裁和设计的阶段。制备技术制备技术结构陶瓷材料的制备技术最主要是成型技术和烧结技术。成型技术是制备复杂形状陶瓷制品的必须手段。目前，高性能结构陶瓷使用的成型方法主要分干法和湿法两大类。由于原料采用的多是微细或超微细的瘠性粉体，具有很强的颗粒团聚倾向，易造成坯体密度不

5、均，局部剥离或分层，烧结后产生开裂、尺寸的精确性差等缺陷。针对高性能结构陶瓷的成型问题，90年代以来发展起来的一系列使用非孔模具，实现原位固化的新型胶态成型技术，迅速成为目前国内外高性能结构陶瓷成型技术的研究热点。成型技术成型技术此外，国际上还采用一些特殊的成型方法来制备纳米陶瓷材料，以克服由于原料晶粒尺寸很小，比表面积巨大，传统的成型方法易出现坯体开裂的现象。一种方法为脉冲电磁力成型法。即脉冲电磁力在纳米Al2O3 粉上产生210GPa持续几个微秒的压力脉冲,能使样品达到62%83%的理论密度。另一种成型方法为二次加压成型法。第一次加压导致纳米粉体软团聚的破碎，第二次加压导致晶粒的重排，以使

6、颗粒间能更好地接触。用这种方法可使素坯达到更高的密度。成型技术成型技术当今，高性能陶瓷的成型技术及其理论的研究受到高度重视，各种陶瓷成型技术都有各自的优点和一定局限。根据近几年国际国内的研究开发情况和发展趋势，可以看出，采用低粘度高固相含量粉体浆料，通过原位固化方法和纳米陶瓷成型技术有望成为今后高性能陶瓷成型技术的一个主要方向。烧结技术高性能陶瓷材料的烧结通常是采用常压、热压和热静压等对材料实施烧结。随着科学的发展，对材料性能要求的提高，近年来发展起来的陶瓷材料纳米烧结技术倍受关注。与常规粉体的烧结相比纳米烧结具有烧结活化能低、烧结速率加快和烧结开始温度降低的特点。烧结技术烧结技术热压烧结热压

7、烧结气压烧结气压烧结等离子活化烧结等离子活化烧结(PAS)(PAS) 利用脉冲大电流通过施加了压力的粉体，使粉体颗粒间发生微放电激发等离子活化颗粒，然后再通电加热的奥晒节温度，整个过程一般在10min左右即可完成。 常用结构陶瓷举例常用结构陶瓷举例氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷人造宝石人造宝石红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。现在，已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。氧化铝陶瓷，碉堡了！绿柱石类绿柱石类Beryl海蓝宝

8、石海蓝宝石Aquamarine祖母绿祖母绿Emerald电气石类电气石类Tourmaline红碧玺红碧玺紫红色碧玺紫红色碧玺粉色碧玺粉色碧玺绿色碧玺绿色碧玺刚玉类刚玉类Corundum金绿宝石金绿宝石Chrysoberyl红宝石红宝石ruby蓝宝石蓝宝石sapphire黄宝石黄宝石黄玉类黄玉类Topaz碳酸盐类碳酸盐类Carbonate菱锰矿菱锰矿Dialogite特殊光学效应Special optic effect星光红、蓝宝石星光红、蓝宝石碧玺猫眼碧玺猫眼观赏石Enjoyable stone孔雀石孔雀石Malachite方解石与辉锑矿方解石与辉锑矿紫水晶紫水晶微斜长石双晶与烟水晶兰色微斜长

9、石钠长石针铁矿晶簇绿帘石晶体玉石玉石Bowlder翡翠 Jade绿松石绿松石白玉白玉岫玉绿玉绿玉刻章石刻章石田黄石田黄石鸡血石鸡血石玛瑙玛瑙 Agate氧化铝陶瓷的性能和应用氧化铝陶瓷的用途是十分广泛的，根据氧化铝含量不同，其性能不同，用途也各有差异。机械强度高机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa，氧化铝的成分愈纯，强度愈高，强度在高温下可维持到900，利用氧化铝陶瓷的这一性质可以制成装置瓷装置瓷和其他机械构件。氧化铝火花塞电阻率高，电绝缘电阻率高，电绝缘性好性好：氧化铝的常温电阻率约为1015cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基

10、板、管座、火花塞和电路外壳等氧化铝陶瓷的性能和应用硬度高硬度高： 莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。氧化铝陶瓷的性能和应用熔点高，抗腐蚀：熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。氧化铝陶瓷的性能和应用化学稳定性好：化学稳定性好： 许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、溴化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与Al2O3作用。因此Al2O3可以制备人体关节、人工骨等生物陶瓷

11、材料。氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷耐磨抗冲击氧化铝陶瓷衬片、衬板、衬块耐磨抗冲击氧化铝陶瓷衬片、衬板、衬块产品具有耐磨、抗冲击、施工方便等特点，广泛适用于矿山、热电、水泥等行业的物料输送。耐磨抗冲击氧化铝陶瓷衬片耐磨抗冲击氧化铝陶瓷衬片耐磨抗冲击氧化铝陶瓷衬板、衬块耐磨抗冲击氧化铝陶瓷衬板、衬块光学特性光学特性氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。钠蒸气放电可获得一种高效率的光源。但是钠蒸气放电会产生超过1000的高温，而且钠是一种非常活泼的金属，有很强的腐蚀性，用玻璃制成的灯管无法耐受，而一时又找不到能在高温下抵抗钠蒸气腐蚀的合适灯管材料。透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050，能在1600的环境里不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95的光线。有了它，高压钠灯才在1960年呱呱坠地，并经过不断改进，得到了实际应用。除了高压钠灯外，透明陶瓷还适用于制造其他新型的灯具，如钾灯、铷灯、铯灯、金属卤化物灯等 氧化铝陶瓷制品