第九章 陶瓷材料

1、第九章 陶瓷材料陶瓷材料w内容提要：内容提要： 本章介绍陶瓷材料的结构与性能。介绍现今意义上陶瓷材料的分类，简述工程陶瓷的基本工艺过程，介绍普通陶瓷（包括日用陶瓷和工业陶瓷）、特种陶瓷（氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷）的组成、性能特点和应用。w学习目标：学习目标： 了解陶瓷材料的结构与性能。熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和应用。对其它陶瓷材料作一般了解。 第一节概述第一节概述一、陶瓷的概念一、陶瓷的概念 传统意义上的陶瓷主要指陶器和瓷器，也包括玻传统意义上的陶瓷主要指陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦等。这些材料都是用粘璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦等。这些材料都是

2、用粘土、石灰石、长石、石英等天然硅酸盐类矿物制成土、石灰石、长石、石英等天然硅酸盐类矿物制成的。因此，的。因此，传统的陶瓷材料是指硅酸盐类材科传统的陶瓷材料是指硅酸盐类材科。现。现今意义上的陶瓷材料已有了巨大变化，许多新型陶今意义上的陶瓷材料已有了巨大变化，许多新型陶瓷已经远远超出了硅酸盐的范畴，不仅在性能上有瓷已经远远超出了硅酸盐的范畴，不仅在性能上有了重大突破，在应用上也已渗透到各个领域。所以，了重大突破，在应用上也已渗透到各个领域。所以，一般认为，陶瓷材料是一般认为，陶瓷材料是指各种无机非金属材料指各种无机非金属材料的通的通称。称。 二、陶瓷的分类二、陶瓷的分类化学成分：氧化物陶瓷、碳化

3、物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷化学成分：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷性能和用途：结构陶瓷性能和用途：结构陶瓷- -结构件（力学性能）结构件（力学性能） 功能陶瓷功能陶瓷- -功能器件（物理性能）功能器件（物理性能）三、陶瓷材料的特点三、陶瓷材料的特点 性能特点性能特点结合键：离子键和共价键，有方向性结合键：离子键和共价键，有方向性1.1.高硬度：耐磨性高高硬度：耐磨性高2.2.高熔点：耐热性高高熔点：耐热性高3.3.高化学稳定性：耐蚀性高高化学稳定性：耐蚀性高现代陶瓷与传统陶瓷的比较现代陶瓷与传统陶瓷的比较 见表见表11.211.2 第二节第二节 陶瓷材料的制备工艺陶瓷材料的

4、制备工艺 工艺特点：工艺特点： 粉末冶金；材料和零件一体化粉末冶金；材料和零件一体化 工艺的重要性：原料的制备工艺、性质、成型对烧结时的微结构和性能影工艺的重要性：原料的制备工艺、性质、成型对烧结时的微结构和性能影响较大；材料和零件的一体化，材料的性能即是制品的性能，不能后续处响较大；材料和零件的一体化，材料的性能即是制品的性能，不能后续处理理 1. 1.粉末的制备粉末的制备 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。 机械研磨法：固相反应机械研磨法：固相反应+ +机械球磨（机械粉碎机械球磨（机械粉碎- -煅烧，固相反应煅烧，固相反应- -

5、球磨）球磨） 化学法：通过化学反应使颗粒（粉末）从液体、气体、固相中析出化学法：通过化学反应使颗粒（粉末）从液体、气体、固相中析出 a a液相法液相法 溶液中通过溶剂的蒸发或各组分之间的反应沉淀析出溶溶液中通过溶剂的蒸发或各组分之间的反应沉淀析出溶 质颗粒，适合氧化物陶瓷粉末的制备质颗粒，适合氧化物陶瓷粉末的制备 b b气相法气相法 气相反应过程使颗粒从气体中析出，适合非氧化物陶瓷气相反应过程使颗粒从气体中析出，适合非氧化物陶瓷 粉末的制备粉末的制备 c c固相法固相法 固相反应得到，适合单组分氧化物陶瓷粉末的制备固相反应得到，适合单组分氧化物陶瓷粉末的制备 2.2.坯料成形坯料成形 将坯料加

6、工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的半成品。半成品。干压成型干压成型 单轴受压单轴受压成型工艺过程成型工艺过程 图图11.111.1成型质量成型质量冷等静压成型冷等静压成型各方向受压，适用范围广，长棒料，复杂件各方向受压，适用范围广，长棒料，复杂件3.3. 烧结烧结 定定 义义：烧结是指高温条件下，通过固相或部分液相扩散物质迁烧结是指高温条件下，通过固相或部分液相扩散物质迁移使坯体表面积减小，孔隙率降低、机械性能提高的致移使坯体表面积减小，孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程密化过程 烧结驱动力烧结驱动力： 粉体的表面能降低和系统自由

7、能降低粉体的表面能降低和系统自由能降低 烧结的主要阶段：烧结的主要阶段： 1 1）烧结前期阶段（坯体入炉）烧结前期阶段（坯体入炉9090致密化）致密化） 粘结剂等的脱除：如石蜡在粘结剂等的脱除：如石蜡在250250400400全部汽全部汽化挥发化挥发 随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，颗粒间由点接触转变为面接触，孔隙缩小，连通孔颗粒间由点接触转变为面接触，孔隙缩小，连通孔 隙变得封闭，并孤立分布隙变得封闭，并孤立分布 小颗粒间率先出现晶界，晶界移动，晶粒长大小颗粒间率先出现晶界，晶界移动，晶粒长大 2）烧结后期阶段）烧结后期阶段 孔隙的消除：孔

8、隙的消除：晶界上的物质不断扩散到孔隙处，晶界上的物质不断扩散到孔隙处， 使孔隙逐渐消除。使孔隙逐渐消除。 晶粒长大：晶粒长大：晶界移动，晶粒长大。晶界移动，晶粒长大。 烧结的分类烧结的分类：固相烧结（只有固相传质）固相烧结（只有固相传质）液相烧结（出现液相）液相烧结（出现液相）气相烧结（蒸汽压较高）气相烧结（蒸汽压较高）烧烧 结结q 烧结过程的物质传递烧结过程的物质传递气相传质（蒸发与凝聚为主）气相传质（蒸发与凝聚为主）固相传质（扩散为主）固相传质（扩散为主）液相传质（溶解和沉淀为主）液相传质（溶解和沉淀为主）烧结过程烧结过程中的物质中的物质传递传递q 常见的烧结方法常见的烧结方法 在大气中烧

9、结，电阻炉中进行在大气中烧结，电阻炉中进行 热压烧结是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加热压烧结是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时间更短。间更短。 将粉体压坯或装入包套的粉体放入高压容器中，在将粉体压坯或装入包套的粉体放入高压容器中，在高温和均衡的气体压力作用下，烧结成致密的陶瓷体。高温和均衡的气体压力作用下，烧结成致密的陶瓷体。 将粉体压坯放入到真空炉中进行烧结。真空烧结有将粉体压坯放入到真空炉中进行烧结。真空烧结有利于粘结剂的脱除和坯体内气体的排除，有利于实现高利于粘结剂的脱除和坯体内气体的排

10、除，有利于实现高致密化。致密化。 反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧烧结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、微波烧结等微波烧结等 4.4.陶瓷烧结的后处理陶瓷烧结的后处理q 表面施釉表面施釉釉浆制备釉浆制备涂涂 釉釉烧烧 釉釉 表面施釉是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻表面施釉是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻璃状物质使其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异璃状物质使其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异性能的工艺方法。性能的工艺方法。 为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确尺寸

11、为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确尺寸或去除表面缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加或去除表面缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加工方法对其进行处理。工方法对其进行处理。q 陶瓷的加工陶瓷的加工组成w晶相、玻璃相、气相晶相、玻璃相、气相晶相是陶瓷中主要组成相，晶相是陶瓷中主要组成相，玻璃相是一种非晶态的固体玻璃相是一种非晶态的固体气相是陶瓷孔隙中的气体即气相是陶瓷孔隙中的气体即气孔气孔陶瓷在室温下的组织 第三节 陶瓷材料的组成及性能1.1.晶相晶相 主要有硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。硅酸盐是是陶瓷组主要有硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。硅酸盐是是陶瓷组织中重要的晶体相，结合为离子键与

12、共价键的混合键。织中重要的晶体相，结合为离子键与共价键的混合键。 n硅酸盐结构的规律：硅酸盐结构的规律： 构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体；构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体； 硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结；硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结； Si4+Si4+离子通过离子通过O2-O2-结合结合, Si-O-Si, Si-O-Si的结合键在氧上的键角的结合键在氧上的键角接近于接近于145145； 稳定的硅酸盐结构中稳定的硅酸盐结构中, , 硅氧四面体采取最高空间维数互硅氧四面体采取最高空间维数互相结合；相结合； 硅氧四面体采取比较紧密的结构连结；硅氧四面体采取比较紧密的结构连结； 同

13、一结构中的硅氧四面体最多只相差同一结构中的硅氧四面体最多只相差1 1个氧原子。个氧原子。硅氧四面体结构n氧化物氧化物 氧化物的结构及特点：氧化物的结构及特点： 氧离子作紧密立方或紧密六方排列；氧离子作紧密立方或紧密六方排列； 金属离子规则地分布在四面体和八面体的间隙之中金属离子规则地分布在四面体和八面体的间隙之中氧化物晶体相英石型结构AI2O3岩盐型结构MgOn非氧化合物非氧化合物 金属碳化物：共价键和金属键金属碳化物：共价键和金属键之间的过渡键之间的过渡键, , 以共价键为主。以共价键为主。 氮化物：与碳化物相似氮化物：与碳化物相似, , 金属金属性弱些性弱些, , 有一定的离子键。有一定的

14、离子键。硼化物和硅化物：较强的共价硼化物和硅化物：较强的共价健，连成链、网和骨架，构成独健，连成链、网和骨架，构成独立结构单元。立结构单元。 2.2.玻璃相玻璃相 w玻璃相作用玻璃相作用 粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度；致密度； 降低烧成温度，加快烧结；降低烧成温度，加快烧结； 阻止晶体转变，抑制其长大；阻止晶体转变，抑制其长大； 获得透光性等玻璃特性；获得透光性等玻璃特性； 不能成为陶瓷的主导相：对陶瓷的机械强度、不能成为陶瓷的主导相：对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火性等不利。介电性能、耐热耐火性等不利。 w玻璃相产生过程玻璃相产生过程

15、 a a 熔融液相冷却时在玻璃转变温度粘度增大到一定程度时熔融液相冷却时在玻璃转变温度粘度增大到一定程度时, , 熔体硬化，转变为玻璃。玻璃物质的粘度随温度而变化。熔体硬化，转变为玻璃。玻璃物质的粘度随温度而变化。 B B 玻璃物质的粘度随温度的变化玻璃物质的粘度随温度的变化 w玻璃相结构特点玻璃相结构特点 玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物组成。硅氧四面体组玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物组成。硅氧四面体组成不规则的空间网成不规则的空间网, , 形成玻璃的骨架形成玻璃的骨架。 石英玻璃和石英晶体结构石英玻璃和石英晶体结构钠硅酸盐玻璃的结构示意图钠硅酸盐玻璃的结构示意图 3.3. 气相气相 气相是陶

16、瓷组织内部残留下来的孔洞气相是陶瓷组织内部残留下来的孔洞 形成原因比较复杂，与原料和生产工艺有密切的联系，形成原因比较复杂，与原料和生产工艺有密切的联系，影响因素也比较多。影响因素也比较多。 根据气孔情况，陶瓷分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶根据气孔情况，陶瓷分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。瓷。 除了多孔陶瓷外，气孔的存在对陶瓷的性能不利，降低除了多孔陶瓷外，气孔的存在对陶瓷的性能不利，降低陶瓷的强度，造成裂纹的根源。尽量使其含量降低。陶瓷的强度，造成裂纹的根源。尽量使其含量降低。 普通陶瓷的气孔率为普通陶瓷的气孔率为5%5%10%10%； 特种陶瓷的在特种陶瓷的在5%5%以下；以下； 金属陶

17、瓷则要求低于金属陶瓷则要求低于0.5%0.5%。 第四节第四节 陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 一、陶瓷的机械性能一、陶瓷的机械性能 1. 1. 刚度刚度 陶瓷刚度（由弹性模量衡量）各类材料中最高，因为陶瓷刚度（由弹性模量衡量）各类材料中最高，因为陶瓷具有很强的结合键。陶瓷具有很强的结合键。 各种常见材料的弹性模量和硬度各种常见材料的弹性模量和硬度材料材料 弹性模量弹性模量/MPa 硬度硬度/HV 橡胶橡胶 6.9 很低很低 塑料塑料 1380 17 铝合金铝合金 72300 170 钢钢 207000 300800 碳化钛碳化钛 390000 3000 金刚石金刚石 1171000 60001

18、0000 弹性模量的影响因素弹性模量的影响因素弹性模量弹性模量- -原子间距变化所需外力的大小原子间距变化所需外力的大小1.1.温度温度温度升高弹性模量降低温度升高弹性模量降低 见图见图11.211.2、11.311.32.2.熔点熔点熔点升高弹性模量升高熔点升高弹性模量升高 见图见图11.411.43.3.材料致密度材料致密度气孔降低弹性模量气孔降低弹性模量4.4.材料成分材料成分材料成分不变，弹性模量也变化不大；复合材料及材料在处理材料成分不变，弹性模量也变化不大；复合材料及材料在处理过程中成分变化其弹性模量也变化；过程中成分变化其弹性模量也变化； 2. 2. 硬度硬度 陶瓷硬度是各类材料

19、中最高的，因其结合键强度高。陶瓷硬度是各类材料中最高的，因其结合键强度高。 陶瓷硬度为陶瓷硬度为1000 HV1000 HV5000 HV5000 HV； 淬火钢为淬火钢为500 HV500 HV800 HV800 HV； 高聚物最硬不超过高聚物最硬不超过20 HV20 HV。 陶瓷的硬度随温度的升高而降低陶瓷的硬度随温度的升高而降低, , 但在高温下仍有较高但在高温下仍有较高的数值。的数值。 硼化物的硬度碳化物的硬度氧化物的硬度 3. 3. 强度强度 晶界使陶瓷实际强度比理论值低得多（晶界使陶瓷实际强度比理论值低得多（1/10001/10001/1001/100）。）。晶界上有晶粒间的局部分

20、离或空隙；晶界上原子间键被拉长晶界上有晶粒间的局部分离或空隙；晶界上原子间键被拉长, , 键强度被削弱；相同电荷离子的靠近产生斥力键强度被削弱；相同电荷离子的靠近产生斥力, , 会造成裂缝。会造成裂缝。陶瓷的晶界结构 4. 4. 塑性塑性 陶瓷在室温下几乎没有塑性。陶瓷在室温下几乎没有塑性。 陶瓷晶体滑移系很少，位错运动所需切应力很大；陶瓷晶体滑移系很少，位错运动所需切应力很大；共价键有明显的方向性和饱和性，离子键的同号离共价键有明显的方向性和饱和性，离子键的同号离子接近时斥力很大；在高温慢速加载，特别是组织子接近时斥力很大；在高温慢速加载，特别是组织中存在玻璃相时，陶瓷也表现出一定的塑性。中

21、存在玻璃相时，陶瓷也表现出一定的塑性。 5. 5. 韧性韧性 (1) (1) 陶瓷是非常典型的脆性材料陶瓷是非常典型的脆性材料 冲击韧性冲击韧性10 10 kJ/m2kJ/m2以下以下, , 断裂韧性值很低。断裂韧性值很低。 (2) (2) 对表面状态特别敏感对表面状态特别敏感 由于表面划伤、化由于表面划伤、化学侵蚀、冷热胀缩不均等，很易产生细微裂纹；受学侵蚀、冷热胀缩不均等，很易产生细微裂纹；受载时，裂纹很快扩展，表现出很高的脆性。载时，裂纹很快扩展，表现出很高的脆性。 (3) (3) 改善陶瓷韧性的方法改善陶瓷韧性的方法 预防陶瓷中特别是表面上产生缺陷；预防陶瓷中特别是表面上产生缺陷； 在

22、陶瓷表面形成压应力；在陶瓷表面形成压应力； 消除陶瓷表面的微裂纹。消除陶瓷表面的微裂纹。 二、陶瓷的物理性能和化学性能二、陶瓷的物理性能和化学性能 1.1.热膨胀性能热膨胀性能 陶瓷的线膨胀系数很低，比高聚物低，比金属更低。陶瓷的线膨胀系数很低，比高聚物低，比金属更低。 2.2.导热性导热性 由于陶瓷无自由电子传热，导热性很低，较好绝热材料。由于陶瓷无自由电子传热，导热性很低，较好绝热材料。 3.3.化学稳定性化学稳定性 结构非常稳定，很好的耐火材料和坩埚材料。对酸、碱、结构非常稳定，很好的耐火材料和坩埚材料。对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抵抗能力，与许多金属的盐等腐蚀性很强的介质均

23、有较强的抵抗能力，与许多金属的熔体也不发生作用。熔体也不发生作用。 4.4.导电性导电性 变化范围很广：由于缺乏电子导电机制变化范围很广：由于缺乏电子导电机制, , 多数陶瓷是良多数陶瓷是良好的绝缘体；不少陶瓷既是离子导体好的绝缘体；不少陶瓷既是离子导体, , 又有一定的电子导电又有一定的电子导电性；许多氧化物（性；许多氧化物（ZnOZnO、NiONiO、FeFe3 3O O4 4）是重要的半导体材料。）是重要的半导体材料。 总之总之 陶瓷材料具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳陶瓷材料具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，定性、不老化性、高的硬

24、度和良好的抗压能力，但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。 第五节第五节 常用陶瓷材料常用陶瓷材料普通陶瓷普通陶瓷 普通日用陶瓷普通日用陶瓷 一、普通日用陶瓷的用途和特点一、普通日用陶瓷的用途和特点 日用器皿和瓷器，一般具有良好的光泽度、透明度，热日用器皿和瓷器，一般具有良好的光泽度、透明度，热稳定性和机械强度较高。稳定性和机械强度较高。 二、常用普通日用陶瓷二、常用普通日用陶瓷 （1 1）长石质瓷）长石质瓷 国内外常用的日用瓷，作一般工业瓷制品。国内外常用的日用瓷，作一般工业瓷制品。 （2 2）绢云母质瓷）绢云母质瓷 我国的传统日用瓷。我国的传统

25、日用瓷。 （3 3）骨质瓷）骨质瓷 近些年得到广泛应用，主要作高级日用瓷制近些年得到广泛应用，主要作高级日用瓷制品。品。 （4 4）滑石质瓷）滑石质瓷 我国发展的综合性能好的新型高质瓷。我国发展的综合性能好的新型高质瓷。 （5 5）高石英质日用瓷）高石英质日用瓷 最近我国研制成功，石英含量最近我国研制成功，石英含量 40%40%，瓷质细腻、色调柔和、透光度好、机械强度和热稳，瓷质细腻、色调柔和、透光度好、机械强度和热稳定性好。定性好。 普通工业陶瓷普通工业陶瓷 一、建筑卫生瓷 用于装饰板、卫生间装置及器具等，通常尺寸较大，要求强度和热稳定性好。 建筑陶瓷 卫生陶瓷二、化学化工瓷二、化学化工瓷

26、用于化工、制药、食品等工业及实验室中的管道设备、耐用于化工、制药、食品等工业及实验室中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿等，通常要求耐各种化学介质腐蚀的能力蚀容器及实验器皿等，通常要求耐各种化学介质腐蚀的能力要强。要强。 三、电工瓷三、电工瓷 主要指电器绝缘用瓷，也叫高压陶瓷，要求机械性能高、主要指电器绝缘用瓷，也叫高压陶瓷，要求机械性能高、介电性能和热稳定性好。介电性能和热稳定性好。w改善工业陶瓷性能的方法：改善工业陶瓷性能的方法： 加入加入MgOMgO、ZnOZnO、BaOBaO、Cr2O3Cr2O3等或增加莫来石晶体相，提高等或增加莫来石晶体相，提高机械强度和耐碱抗力；机械强度和耐碱抗力；

27、加入加入Al2O3Al2O3、ZrO2ZrO2等提高强度和热稳定性；加入滑石或镁砂等提高强度和热稳定性；加入滑石或镁砂降低热膨胀系数；降低热膨胀系数； 加入加入SiCSiC提高导热性和强度。提高导热性和强度。 w 几种普通陶瓷的基本性能几种普通陶瓷的基本性能 特种陶瓷特种陶瓷 特种陶瓷也叫现代陶瓷、精细陶瓷或高性能陶瓷。特种陶瓷也叫现代陶瓷、精细陶瓷或高性能陶瓷。包括特种结构陶瓷和功能陶瓷两大类，如压电陶瓷、包括特种结构陶瓷和功能陶瓷两大类，如压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶瓷等。磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶瓷等。 工程上最重要的是高温陶瓷，包括氧化物陶瓷、工程上最重要的是高温陶瓷，包括

28、氧化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷。硼化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷。w 特种陶瓷的种类及用途特种陶瓷的种类及用途 一一. .氧化物陶瓷氧化物陶瓷 氧化物陶瓷熔点大多氧化物陶瓷熔点大多2000 2000 以上以上, , 烧成温度约烧成温度约1800 1800 ；单相；单相多晶体结构，有时有少量气相；强度随温度的升高而降低，在多晶体结构，有时有少量气相；强度随温度的升高而降低，在1000 1000 以下时一直保持较高强度，随温度变化不大；纯氧化物以下时一直保持较高强度，随温度变化不大；纯氧化物陶瓷任何高温下都不会氧化。陶瓷任何高温下都不会氧化。 1 1、氧化铝（刚玉）陶瓷、氧化铝（

29、刚玉）陶瓷 氧化铝的结构是氧化铝的结构是O2-O2-排成密排六方结构，排成密排六方结构，Al3+Al3+占据间隙位置。占据间隙位置。 根据含杂质的多少根据含杂质的多少, , 氧化铝呈红色氧化铝呈红色( (如红宝石如红宝石) )或蓝色或蓝色( (如蓝宝如蓝宝石石) )；实际生产中；实际生产中, , 氧化铝陶瓷按氧化铝陶瓷按Al2O3Al2O3含量可分为含量可分为7575、9595和和9999等等几种。几种。 氧化铝氧化铝 熔点达熔点达2050 2050 ，抗氧化性好，广泛用于耐火材料；，抗氧化性好，广泛用于耐火材料； 较高纯度的较高纯度的Al2O3Al2O3粉末压制成形、高温烧结后得到刚玉耐火砖

30、、粉末压制成形、高温烧结后得到刚玉耐火砖、高压器皿、坩埚、电炉炉管、热电偶套管等高压器皿、坩埚、电炉炉管、热电偶套管等 微晶刚玉微晶刚玉 硬度极高（仅次于金刚石），红硬性达硬度极高（仅次于金刚石），红硬性达1200 1200 ，可作要求，可作要求高的工具如切削淬火钢刀具、金属拔丝模等。很高的电阻率和低的导热高的工具如切削淬火钢刀具、金属拔丝模等。很高的电阻率和低的导热率，是很好的电绝缘材料和绝热材料。强度和耐热强度均较高（是普通率，是很好的电绝缘材料和绝热材料。强度和耐热强度均较高（是普通陶瓷的陶瓷的5 5倍），是很好的高温耐火结构材料，如可作内燃机火花塞、空倍），是很好的高温耐火结构材料，如

31、可作内燃机火花塞、空压机泵零件等。压机泵零件等。 单晶体氧化铝单晶体氧化铝 可做蓝宝石激光器；可做蓝宝石激光器； 氧化铝管坯做钠蒸气照明灯泡。氧化铝管坯做钠蒸气照明灯泡。 氧化铝热电偶套管氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷喷咀 2 2、氧化铍陶瓷、氧化铍陶瓷 氧化铍陶瓷具备一般陶瓷的特性，氧化铍陶瓷具备一般陶瓷的特性， 导热性极好，很高的热稳定性，抗热冲击性较导热性极好，很高的热稳定性，抗热冲击性较高；高； 消散高能辐射的能力强、热中子阻尼系数大。消散高能辐射的能力强、热中子阻尼系数大。 强度低，强度低， 氧化铍陶瓷制造坩埚，作真空陶瓷和原子反应堆氧化铍陶瓷制造坩埚，作真空陶瓷和原子反应堆陶瓷，气体激

32、光管、晶体管散热片和集成电路的基陶瓷，气体激光管、晶体管散热片和集成电路的基片和外壳等。片和外壳等。 3 3、氧化锆陶瓷、氧化锆陶瓷 熔点在熔点在27002700以上，耐以上，耐23002300高温，推荐使用温高温，推荐使用温度度2000200022002200； 能抗熔融金属的浸蚀，做铂、锗等金属的冶炼坩能抗熔融金属的浸蚀，做铂、锗等金属的冶炼坩埚和埚和18001800以上的发热体及炉子、反应堆绝热材料以上的发热体及炉子、反应堆绝热材料等；等； 氧化锆作添加剂大大提高陶瓷材料的强度和韧性，氧化锆作添加剂大大提高陶瓷材料的强度和韧性，氧化锆增韧陶瓷可替代金属制造模具、拉丝模、泵氧化锆增韧陶瓷可

33、替代金属制造模具、拉丝模、泵叶轮和汽车零件如凸轮、推杆、连杆等。叶轮和汽车零件如凸轮、推杆、连杆等。 4 4、氧化镁钙陶瓷、氧化镁钙陶瓷 氧化镁钙陶瓷通常是通过加热白云石（镁或钙氧化镁钙陶瓷通常是通过加热白云石（镁或钙的碳酸盐）矿石除去的碳酸盐）矿石除去CO2CO2而制成的。而制成的。 特点特点: : 能抗各种金属碱性渣的作用，常用作炉衬的能抗各种金属碱性渣的作用，常用作炉衬的耐火砖。耐火砖。 缺点缺点: : 热稳定性差，热稳定性差，MgOMgO在高温下易挥发，在高温下易挥发，CaOCaO甚至甚至在空气中就易水化。在空气中就易水化。 二、碳化物陶瓷二、碳化物陶瓷 碳化物陶瓷有很高的熔点、硬度（

34、近于金刚石）和耐磨性（特别是碳化物陶瓷有很高的熔点、硬度（近于金刚石）和耐磨性（特别是在浸蚀性介质中）在浸蚀性介质中） 缺点是耐高温氧化能力差（约缺点是耐高温氧化能力差（约90090010001000）、脆性极大）、脆性极大 1 1、碳化硅陶瓷、碳化硅陶瓷 密度为密度为 3.23.2103 kg/m3103 kg/m3； 弯曲强度为弯曲强度为 200MPa200MPa250MPa250MPa，抗压强度，抗压强度1000MPa1000MPa1500MPa1500MPa； 硬度莫氏硬度莫氏9.29.2； 热导率很高，热膨胀系数很小，在热导率很高，热膨胀系数很小，在90090013001300时慢慢

35、氧化时慢慢氧化 主要用于制造加热元件、石墨表面保护层以及砂轮及磨料等主要用于制造加热元件、石墨表面保护层以及砂轮及磨料等碳化硅陶瓷坩埚碳化硅陶瓷密封件 2.2.碳化硼碳化硼碳化硼陶瓷硬度极高，抗磨粒磨损能力很强；碳化硼陶瓷硬度极高，抗磨粒磨损能力很强； 熔点达熔点达24502450，高温下会快速氧化，与热或熔融，高温下会快速氧化，与热或熔融黑色金属发生反应，使用温度限定在黑色金属发生反应，使用温度限定在980980以下。以下。 主要用于作磨料，有时用于制造超硬质工具材料。主要用于作磨料，有时用于制造超硬质工具材料。 3.3.其它碳化物陶瓷其它碳化物陶瓷 碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钨和碳化锆陶

36、瓷碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钨和碳化锆陶瓷 熔点和硬度都很高。熔点和硬度都很高。 在在20002000以上的中性或还原气氛作高温材料；以上的中性或还原气氛作高温材料； 碳化铌、碳化钛还可用于碳化铌、碳化钛还可用于25002500以上的氮气气氛以上的氮气气氛 中的高温材料。中的高温材料。 三、硼化物陶瓷三、硼化物陶瓷 硼化物陶瓷有硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨和硼化硼化物陶瓷有硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨和硼化锆等。锆等。 硼化物陶瓷具有高硬度；硼化物陶瓷具有高硬度； 具有较好的耐化学浸蚀能力；具有较好的耐化学浸蚀能力； 熔点范围为熔点范围为1800180025002500； 比起碳化物陶瓷

37、，硼化物陶瓷具有较高的抗高温氧化性比起碳化物陶瓷，硼化物陶瓷具有较高的抗高温氧化性能，使用温度达能，使用温度达14001400。 硼化物主要用于高温轴承、内燃机喷嘴、各种高温器件、硼化物主要用于高温轴承、内燃机喷嘴、各种高温器件、处理熔融非铁金属的器件等。处理熔融非铁金属的器件等。 各种硼化物还用作电触点材料。各种硼化物还用作电触点材料。 四四. .氮化物陶瓷氮化物陶瓷 1.氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷是键能高而稳定的共价键晶体。氮化硅陶瓷是键能高而稳定的共价键晶体。 1 1）特点）特点 硬度高而摩擦系数低，有自润滑作用，是优良的耐磨减硬度高而摩擦系数低，有自润滑作用，是优良的耐磨减摩材料

38、；摩材料； 氮化硅的耐热温度比氧化铝低，而抗氧化温度高于碳化氮化硅的耐热温度比氧化铝低，而抗氧化温度高于碳化物和硼化物；物和硼化物； 12001200以下具有较高的机械性能和化学稳定性，且热膨以下具有较高的机械性能和化学稳定性，且热膨胀系数小、抗热冲击，可做优良的高温结构材料；胀系数小、抗热冲击，可做优良的高温结构材料； 耐各种无机酸（氢氟酸除外）和碱溶液浸蚀，优良的耐耐各种无机酸（氢氟酸除外）和碱溶液浸蚀，优良的耐腐蚀材料。腐蚀材料。 2 2）应用：）应用： 反应烧结法得到的反应烧结法得到的-Si3N4-Si3N4用于制造各种泵的耐蚀、耐磨密封环等零用于制造各种泵的耐蚀、耐磨密封环等零件。件

39、。 热压烧结法得到的热压烧结法得到的-Si3N4, -Si3N4, 用于制造高温轴承、转子叶片、静叶片用于制造高温轴承、转子叶片、静叶片以及加工难切削材料的刀具等。以及加工难切削材料的刀具等。 在在Si3N4Si3N4中加一定量中加一定量Al2O3Al2O3烧制成陶瓷可制造柴油机的气缸、活塞和燃烧制成陶瓷可制造柴油机的气缸、活塞和燃气轮机的转动叶轮。气轮机的转动叶轮。 氮化硅陶瓷刀具氮化硅陶瓷轴承滚珠 2、氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷 六方氮化硼为六方晶体结构，也叫六方氮化硼为六方晶体结构，也叫“白色石墨白色石墨”。 硬度低，可进行各种切削加工；硬度低，可进行各种切削加工； 导热和抗热性能高，耐热性好

40、，有自润滑性能；导热和抗热性能高，耐热性好，有自润滑性能； 高温下耐腐蚀、绝缘性好。高温下耐腐蚀、绝缘性好。 用于高温耐磨材料和电绝缘材料、耐火润滑剂等。用于高温耐磨材料和电绝缘材料、耐火润滑剂等。 在高压和在高压和13601360时六方氮化硼转化为立方时六方氮化硼转化为立方-BN-BN，硬度接近金刚石的硬，硬度接近金刚石的硬度，用作金刚石的代用品度，用作金刚石的代用品, , 制作耐磨切削刀具、高温模具和磨料等。制作耐磨切削刀具、高温模具和磨料等。 氮化硼陶瓷刀具氮化硼陶瓷刀具 3 3、氮化钛陶瓷、氮化钛陶瓷 硬度高（硬度高（1800HV)1800HV)、耐磨。、耐磨。 刃具表面涂层；刃具表面

41、涂层； 耐磨零件表面涂层；耐磨零件表面涂层； 金黄色装饰表面金黄色装饰表面。几种普通陶瓷的基本性能 陶瓷种类陶瓷种类 日用陶瓷日用陶瓷 建筑陶瓷建筑陶瓷 高压陶瓷高压陶瓷 耐酸陶瓷耐酸陶瓷 密度密度/（103kgm-3） 2.32.5 2.2 2.32.4 2.22.3 气孔率气孔率/% 5 6 吸水率吸水率/% 37 3 抗拉强度抗拉强度/MPa 10.851.9 2335 812 抗压强度抗压强度/MPa 568.4803.6 80120 抗弯强度抗弯强度/MPa 4065 4096 7080 4060 冲击韧度冲击韧度/(kJm-2) 1.82.1 1.82.2 11.5 线膨胀系数线膨胀系数/（10-6/） 2.54.5 4.56.