特种陶瓷总结.

1、特 种 陶 瓷 工 艺 学特 种 陶 瓷 工 艺 学学学 院：材料科学与工程院：材料科学与工程授课人：臧传义授课人：臧传义绪论绪论1、特种陶瓷定义，及与传统陶瓷的区别、特种陶瓷定义，及与传统陶瓷的区别绪论绪论2、特种陶瓷分类、特种陶瓷分类 结构陶瓷结构陶瓷 以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征。能为主要特征。 功能陶瓷功能陶瓷 以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，在通信电子、自动控制、集成电路、计算机、信息处理等方面在通信电子、自动控制、集成电路、

2、计算机、信息处理等方面的应用日益普及。的应用日益普及。 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 陶瓷材料的最大缺点是韧性低陶瓷材料的最大缺点是韧性低, ,使用时会产生不可预测的突使用时会产生不可预测的突然性断裂然性断裂, ,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。绪论绪论3、陶瓷发动机的优点、陶瓷发动机的优点 提高发动机热效率。提高发动机热效率。 燃烧室采用陶瓷隔热零件并取消冷却系统后，会降低热量损失，提高热效率 减少辅助功率消耗，发动机结构简化。减少辅助功率消耗，发动机结构简化。 采用陶瓷隔热技术，可部分取消或完全取消冷却系统。 适应多种燃料燃烧适应多种燃料燃烧 降

3、低噪声，减少排气污染降低噪声，减少排气污染 减轻质量减轻质量 资源丰富。资源丰富。绪论绪论4、陶瓷与金属材料相比的优缺点，从化学键的、陶瓷与金属材料相比的优缺点，从化学键的角度分析原因角度分析原因优点：优点： 高硬度，耐磨高硬度，耐磨 高熔点，耐高温高熔点，耐高温 高强度高强度 高化学稳定性高化学稳定性 比重小，约为金属比重小，约为金属1/31/3缺点：缺点： 脆性差脆性差 原因：原因： 化学键差异造成的。化学键差异造成的。 金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好 陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合能大，很难塑性形陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合

4、能大，很难塑性形变，脆性大，裂纹敏感性强变，脆性大，裂纹敏感性强 第一章第一章 粉体性能及制备粉体性能及制备1）化学成分纯度高，均匀性好化学成分纯度高，均匀性好2）相组成均匀，准确相组成均匀，准确3）粒度小于粒度小于1um，粒度分布范围窄，粒度分布范围窄4）颗粒形状为球形式自形晶形颗粒形状为球形式自形晶形5）团聚程度低团聚程度低6）粉体流动性好粉体流动性好特种陶瓷粉体要求特种陶瓷粉体要求第一章第一章 粉体性能及制备粉体性能及制备 机械粉碎的两种机制，及其在粒度分布上的机械粉碎的两种机制，及其在粒度分布上的表现形式。表现形式。粉碎机制有两种粉碎机制有两种（1）摩擦粉碎或表面粉碎）摩擦粉碎或表面粉

5、碎研磨体与颗粒或者颗粒之间的摩擦产生，摩擦的结果使被研磨体与颗粒或者颗粒之间的摩擦产生，摩擦的结果使被磨粒子从表面磨削出更细的粒子。如普通球磨磨粒子从表面磨削出更细的粒子。如普通球磨（2）冲击粉碎或体积粉碎）冲击粉碎或体积粉碎研磨体对颗粒或者颗粒之间的撞击、剪切产生，粒子被分研磨体对颗粒或者颗粒之间的撞击、剪切产生，粒子被分割成两个或者数个更细的粒子。如振动或者搅动球磨割成两个或者数个更细的粒子。如振动或者搅动球磨第一章第一章 粉体性能及制备粉体性能及制备 液相法合成粉体有何优点，一般有哪几种方法？液相法合成粉体有何优点，一般有哪几种方法？优点：优点： 1 1） 易控制组成，能合成复合氧化物粉

6、易控制组成，能合成复合氧化物粉 2 2） 加微量成分很方便加微量成分很方便 3 3） 可获得良好的混合均匀性可获得良好的混合均匀性分类：分类： 沉淀法沉淀法 溶胶凝胶法溶胶凝胶法 溶剂蒸发法溶剂蒸发法第 二 章第 二 章 陶 瓷 成 型 工 艺陶 瓷 成 型 工 艺 利用带电粒子在水溶液中的双电位模型，说明利用带电粒子在水溶液中的双电位模型，说明Al2O3瘠性瘠性粒子分别在酸和碱体系中的悬浮原理？粒子分别在酸和碱体系中的悬浮原理？扩扩散散层层吸吸附附层层对于固定体对于固定体系系E E是固定的是固定的可通过塑化可通过塑化剂或者解凝剂或者解凝剂调整剂调整当粒子和介质固定时，当粒子和介质固定时，和扩

7、散层厚度成正比；和扩散层厚度成正比；而而电位的增高，可提高团粒间的斥力，有助于克服范德华力和和布电位的增高，可提高团粒间的斥力，有助于克服范德华力和和布朗运动，获得良好的悬浮性。朗运动，获得良好的悬浮性。以以Al203为例，为例， Al203用盐酸处理后，在粒子表面生成三氯化铝用盐酸处理后，在粒子表面生成三氯化铝(AlCl3)，三氯化铝立即水解，生成，三氯化铝立即水解，生成AlCl2+和和AlCl2+离子，犹如离子，犹如Al203粒粒子表面吸附了一层阳离子，使其成为一个带正电荷的胶粒，然后胶子表面吸附了一层阳离子，使其成为一个带正电荷的胶粒，然后胶粒吸附粒吸附OH而形成一个庞大的胶团。而形成一

8、个庞大的胶团。生产中可以利用此原理来调整生产中可以利用此原理来调整Al203的的PH值，使之悬浮或者凝聚值，使之悬浮或者凝聚碱性介质中，碱性介质中，Al203料浆的料浆的PH值、值、 电位电位以及粘度的关系曲线。以及粘度的关系曲线。当当PH值由值由114时，时， 电位电位出现两次最大值，最大值处粘出现两次最大值，最大值处粘度最低度最低酸性介质中粘度更低酸性介质中粘度更低第 二 章第 二 章 陶 瓷 成 型 工 艺陶 瓷 成 型 工 艺 简单了解几种陶瓷成型方法的优缺点？简单了解几种陶瓷成型方法的优缺点？第三章第三章 陶瓷烧结陶瓷烧结 何谓烧结？烧结驱动力是什么？何谓烧结？烧结驱动力是什么？坯体

9、在高温作用下，随着时间的延长，固体颗粒相互键坯体在高温作用下，随着时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙（气孔）和晶界渐趋减少，通过物质联，晶粒长大，空隙（气孔）和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体，这种现象称为烧结。烧结是某种显微结构的多晶烧结体，这种现象称为烧结。烧结是减少成形体中气孔，增强颗粒之间结合，提高机械强度的减少成形体中气孔，增强颗粒之间结合，提高机械强度的工艺过程。工艺过程。 晶界具备那些特点？晶界工程可以通过哪几个方面实现？晶界具备那些特点？晶界工程可以通过哪

10、几个方面实现？ 提高晶界玻璃相的粘度提高晶界玻璃相的粘度 晶界相的结晶化晶界相的结晶化 晶界相与晶粒起作用晶界相与晶粒起作用,使晶界相消失使晶界相消失 烧结过程中，外添加剂具有那些作用？烧结过程中，外添加剂具有那些作用？添加剂是促进烧结致密化的一种有效办法添加剂是促进烧结致密化的一种有效办法, ,其作用机理方式其作用机理方式主要有以下几种：主要有以下几种：(1)(1)改变点缺陷浓度改变点缺陷浓度, ,从而改变某种离子的扩散系数从而改变某种离子的扩散系数; ; (2) (2)在晶界附近富集在晶界附近富集, ,影响晶界的迁移速率影响晶界的迁移速率, ,从而减少晶粒长大从而减少晶粒长大的干扰作用的干

11、扰作用; ; (3) (3)提高表面能提高表面能/ /界面能比值界面能比值, ,直接提高致密化的动力直接提高致密化的动力; ; (4) (4)在晶界形成连续第二相在晶界形成连续第二相, ,为原子扩散提供快速途备为原子扩散提供快速途备(5)(5)第二相在晶界的钉扎作用第二相在晶界的钉扎作用, ,阻碍晶界迁移。阻碍晶界迁移。 热压烧结和热等静压烧结区别在哪里？加压烧结具有那些热压烧结和热等静压烧结区别在哪里？加压烧结具有那些优点？优点？优点：优点： 热压时，粉料处于热塑性状态，形变热压时，粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化阻力小，易于塑性流动和致密化 同时加温加压，有助于粉料接触

12、和扩同时加温加压，有助于粉料接触和扩散，降低烧结温度，缩短烧结时间，同时抑散，降低烧结温度，缩短烧结时间，同时抑制晶粒长大制晶粒长大 热压法易获得接近理论密度、气孔率热压法易获得接近理论密度、气孔率接近零的烧结体，易得到细晶粒的组织，故接近零的烧结体，易得到细晶粒的组织，故易得到性能好的制品易得到性能好的制品第四章第四章 氧化物陶瓷氧化物陶瓷 氧化铝陶瓷烧结时原料为什么要预烧？预烧质量如何判氧化铝陶瓷烧结时原料为什么要预烧？预烧质量如何判断？断？预烧目的：预烧目的：使使-Al203全部变为全部变为型型去除去除Na2O，提高原料纯度，提高原料纯度预烧质量判断：预烧质量判断：染色法染色法利用有机染

13、料利用有机染料光学显微镜法光学显微镜法利用两者折射率不同利用两者折射率不同密度法密度法利用密度不同利用密度不同 稳定稳定ZrO2、部分稳定、部分稳定ZrO2、和全稳定、和全稳定ZrO2区别？区别？在在ZrO2中加入某些适量的氧化物中加入某些适量的氧化物(例如例如Y2O3、CaO、MgO、 CeO2等等),可使可使ZrO2变成无异常膨胀、收缩的立方、四方晶型的变成无异常膨胀、收缩的立方、四方晶型的稳定稳定ZrO2。将稳定剂数量减少，可得到将稳定剂数量减少，可得到部分稳定部分稳定ZrO2（PSZ）。常用稳定剂有常用稳定剂有Y2O3、CaO、MgO、 CeO2和其他稀土氧化物，其阳和其他稀土氧化物，

14、其阳离子半径与离子半径与Zr4接近，在接近，在ZrO2中溶解度大，可与中溶解度大，可与ZrO2形成单斜、四方形成单斜、四方和立方等晶型的置换固溶体。而这种固溶体可通过快冷避免共析分解，和立方等晶型的置换固溶体。而这种固溶体可通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。以亚稳态保持到室温。快冷得到的立方固溶体以后保持稳定，不再发生相变，无体积变化，快冷得到的立方固溶体以后保持稳定，不再发生相变，无体积变化，称为称为全稳定全稳定ZrO2（FSZ）。当稳定剂含量适当时，可得到全部为当稳定剂含量适当时，可得到全部为四方晶四方晶的的稳定稳定ZrO2（TZP）。）。这是目前具有这是目前具有最高韧性最高韧性的

15、陶瓷材料。的陶瓷材料。相变增韧的多晶转变要求相变增韧的多晶转变要求高温相转变为低温相的体积膨胀要大高温相转变为低温相的体积膨胀要大多晶转变可以通过改变晶体粒度、加入稳定多晶转变可以通过改变晶体粒度、加入稳定剂或增加压力等手段使之在室温下不能进行剂或增加压力等手段使之在室温下不能进行相变速度要快相变速度要快晶体本身要有高强度晶体本身要有高强度ZrO2由四方相到单斜相的变化属于马氏体相变，由四方相到单斜相的变化属于马氏体相变，满足上述条件，因此不仅用在本身，也在其他满足上述条件，因此不仅用在本身，也在其他陶瓷有明显的效果。陶瓷有明显的效果。 相变增韧对多晶转变有什么要求？相变增韧对多晶转变有什么要

16、求？ ZrO2相变增韧机理？主要利用哪一相变过程？相变增韧相变增韧机理？主要利用哪一相变过程？相变增韧效果主要取决于什么？效果主要取决于什么？ZrO2颗粒弥散在其它陶瓷颗粒弥散在其它陶瓷(包括包括ZrO2本身本身)基体中，由于两者具有不同基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，在冷却过程中的热膨胀系数，在冷却过程中ZrO2颗粒周围则有不同的受力情况，当它受颗粒周围则有不同的受力情况，当它受到到基体的压抑基体的压抑，ZrO2的相转变也将受到压制。的相转变也将受到压制。ZrO2的相变温度随着的相变温度随着颗粒尺寸颗粒尺寸的降低而下降的降低而下降,甚至可以降到室温以下。甚至可以降到室温以下。当基体对当

17、基体对ZrO2颗粒有足够的压应力颗粒有足够的压应力,而而ZrO2的颗粒度又足够小的颗粒度又足够小,则其相则其相变温度可降至室温以下变温度可降至室温以下,这样在室温时这样在室温时ZrO2仍可以保持四方相仍可以保持四方相。当材料受到外应力时当材料受到外应力时,基体对基体对ZrO2的压抑作用得到松弛，的压抑作用得到松弛，ZrO2颗粒颗粒即发生即发生四方相到单斜相的转变四方相到单斜相的转变,并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量纹扩展的能量,达到增加断裂韧性的效果达到增加断裂韧性的效果,这就是这就是ZrO2的的相变增韧相变增韧。单斜单斜ZrO2四方四方Zr

18、O2立方立方ZrO2液相液相117023702715 ZrO2相变增韧陶瓷的使用缺陷是什么？可以怎么解决？相变增韧陶瓷的使用缺陷是什么？可以怎么解决？ZrO2相变增韧的陶瓷以其强度和韧性成倍增高著称于世，相变增韧的陶瓷以其强度和韧性成倍增高著称于世，但单纯相变增韧的效果是有限的，特别是温度提高到但单纯相变增韧的效果是有限的，特别是温度提高到800800以以上时，相变增韧效果明显减退或消失，这成为相变增韧扩大应上时，相变增韧效果明显减退或消失，这成为相变增韧扩大应用的一大障碍。用的一大障碍。复合增韧机制：复合增韧机制： 细晶强化增韧细晶强化增韧 晶界增强增韧晶界增强增韧 弥散增强增韧弥散增强增韧 纤维或晶须增强增韧纤维或晶须增强增韧 莫来石陶瓷作为高温材料的优势在哪里？莫来石陶瓷作为高温材料的优势在哪里？ 高纯莫来石陶瓷，高纯莫来石陶瓷，AlAl2 2O O3 3含量为含量为68687878，其室温强度均在，其室温强度均在300300400MPa400MPa之间。之间。 当化学计量偏向富硅时，高