陶瓷材料相关知识

.6/69.3.2非氧化物瓷非氧化物瓷主要有碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。它们的熔点高，从2000℃几乎到4000℃，硬度大，还有金属的特性，如金属光泽。有很高的高温机械强度、热震稳定性与化学稳定性。典型的非氧化物瓷有碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化硼、硼化锆和二硅化钼等。1碳化硅瓷碳化硅瓷是以SiC为主要成分的瓷。SiC通常以石英和碳为原料经过高温烧结而成。碳化硅瓷的特点是高温强度大，其抗弯强度在1400℃时仍保持500～600MPa。具有很好的热传导能力，20～1400℃时，其导热系数为16～20W/m·K，仅次于氧化铍瓷。它的抗氧化性是碳化物中最好的，碳化硅瓷还有良好的化学稳定性、高的机械强度和抗热震性能与高的耐磨性。碳化硅瓷的主要用途是制造高温强度比较高的结构零件：如火箭尾喷管的喷嘴，炉管等高温材料；热传导能力比较强的零件：如高温下工作的热交换器零件，核燃料的包封材料等；耐磨耐蚀的零件：如泵的密封圈等；高温下导电构件：如电热元件等。2碳化钛瓷TiC属面心立方晶体，熔点高，强度较高，导热性较好，硬度大，化学稳定性好，抗高温氧化性仅次于碳化硅，且室温下不与酸起反应，但溶于硝酸与氢氟酸的混合物，在1000℃的氮气中能形成氮化物。碳化钛瓷的硬度大，是硬质合金生产的重要原料，具有良好的力学性能，作为耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，可制作熔炼锡、铅、镉等金属的坩锅。透明氧化钛瓷还是良好的光学材料。

9.3.2非氧化物瓷5氮化硼瓷（BN）氮化硼瓷分为低压型和高压型两种。低压型BN晶体是六方晶系，具有石墨结构，又称“白石墨”，硬度低，具有自润滑性，化学稳定性好，能抵抗许多金属熔体和玻璃体的侵蚀，可作为介电体和耐火润滑剂。氮化硼瓷的热导性比BeO瓷低得多，但BN无毒性，具有良好的机加工性能，良好的高频介电性能，较高温度下仍相当稳定，中性或还原性气氛中的使用温度达2800℃，热导率随温度升高降低得相当缓慢，且有500～600℃以上BN瓷的热导率超过BeO瓷，居电绝缘瓷材料的首位，所以BN瓷是一种大力发展的高热导率瓷材料，作为高温散热装置瓷件具有明显的优点。除此之外，在电子工业用作雷达的传递窗；原子能工业中，用作核反应堆的结构材料；高温金属冶炼坩锅、耐热材料等。立方晶体的氮化硼瓷是由六方晶体氮化硼经高温高压处理后转化而成的。立方晶体的氮化硼瓷是耐高温、超硬材料，莫氏硬度接近10，有的性能优于人造金刚石，如表6.2.5所示。表6.2.5立方氮化硼瓷与人造金刚石性能比较性能人造金刚石立方氮化硼瓷硬度（HR）/GPa10080～100热稳定性温度/℃800＞1400与铁族元素的化学惰性小大9.3.2.6二硅化钼瓷（MoSi2）二硅化钼瓷是比较重要的硅化物瓷。呈灰色，有金属光泽，熔点较高，达2030℃，有较高的导热系数，高温下具有优良的抗氧化性能，适宜的电阻和小的比电阻温度系数，能溶于硝酸与氢氟酸的混合液与熔融的碱中。利用MoSi2良好的电性能和热震性用作高温发热元件与高温热电偶；冶炼熔融金属钠、锂、铅、铋、锡等的坩锅与原子反应堆装置的热交换器；利用其优良的高温抗氧化性，可以制造超高速飞机、火箭、导弹上的某些零部件。金属瓷是金属或合金与一种或多种瓷组成的复合材料，其性能特点与要求见本书8.3。9.4:瓷材料产品制造

9.4.1产品的技术要求

该产品主要用于加工硬质合金，要求磨具的硬度较软为中软级，材料的种类为绿碳化硅（SiC），粒度为F60，粘结剂为瓷结合剂。以平行砂轮200×20×23（mm）为例，产品形状示意图如图9.4.1所示。9.4:瓷材料产品制造

9.4.1产品的技术要求

瓷结合剂碳化硅磨具生产过程包括混合料制备、成形、烧成、产品的后加工与检验工序。1混合料的制备制备工艺流程如图9.4.2所示。

图9.4.2成形料的制备工艺流程1)混料前混料设备与容器应清理干净；2)SiC粒状料加入湿润剂（糊精液）后混料时间在5～10分钟，保证SiC粒状料被均匀湿润；3)加粘结剂后的混料时间为15～20分钟，保证混合料成分、粒度均匀一致；4)混合均匀的混合料用比SiC粒度粗3～4号的筛网过筛；5)混合均匀的混合料应闷料3～4h。2成形

成形工艺流程如图9.4.3所示。

图9.4.3成形工艺流程1)成型时，根据制品的规格尺寸确定正确选择和装配模具，模具结构图9.4.4所示。对选择的模具进行清理、涂润滑油，防止压坯粘模；2)校准衡器，要求称量误差在0.5%以下；3)投料前启动转盘，并在模具底板上放置隔离材料；4)用料斗或料盆将混合料缓慢倒在芯棒上，再使料均匀流入模；5)先用搅料叉把料叉松、摊均，再用刮板将料面刮平整；6)料刮平后，在料面上均匀撒一层同样材质的干料，防止压坯粘模；7)通过观察表压，或选择适宜尺寸的压环，将压坯压制到规定的高度；8)卸模，取出坯体。9.4:瓷材料产品制造

9.4.2成形工艺

3干燥干燥曲线如表9.4.1所示。

表9.4.1干燥曲线累计时间（h）123.54510到达温度（℃）608080100140140升温速度℃/h）40200404004烧成烧成曲线如表9.4.1所示。表9.4.2烧成曲线温度（℃）时间（h）累计时间（h）室温～23088230～4801018480～9602240960～128084812807551280～960257960～7601168760～4001684400～6015995加工

1)用钢质套圈将制品固定在平面磨床上；2)加工制品第一面时，磨除量为总余量的1/3～2/5，再加工第二面到成品尺寸。加工时尽量把一些缺陷（凹坑、铁斑等）加工掉；3)把制品孔清理干净，用硫化水泥灌孔，灌孔层厚度为3～5mm；4)把制品固定在外圆磨床上，加工制品的外径。6检查1)根据国标GB/T2485—1997，GB/T4127—1997，对制品的尺寸(外径、孔径与厚度)与外观进行检查；2)根据国标GB/T2492—1984规定的方法与要求，检查制品的平衡性；3)根据国标GB/T2490—1984规定的方法，检查制品的硬度；4)根据国标GB/T2493—1995规定的方法，检查制品的回转强度9.5:瓷材料的发展趋势

9.5.1纳米瓷材料

“纳米”(nm)是一个尺度的度量，1nm=0.000000001m,即10-9m。纳米材料就是材料中至少有一相的晶粒尺寸小于100nm的材料。纳米瓷是纳米材料的一个分支，是指平均晶粒尺寸小于100nm的瓷材料。纳米瓷除了保持瓷耐磨损、耐腐蚀等优良性能外，还赋予瓷高的韧性，将彻底改变瓷为“易碎品”的形象。纳米瓷具有高韧性与低温超塑性行为。图9.5.1为纳米CaF2塑性变形示意图。试验中，将平展的方形样品置于两块铝箔之间，沿箭头方向加压力使上下闭合，结果发现，纳米CaF2由于塑性变形导致样品形状发生正弦弯曲，并通过向右侧的塑性流动而成为丝状。纳米瓷的室温超塑性使瓷在保留其耐化学腐蚀、耐高温高压等优良性能的前提下，有可能像其它材料一样进行锻造、挤压、拉拨、弯曲等特种加工，不需磨削，直接制备精密尺寸的零件。

纳米瓷的烧结性能极佳，其烧结温度比普通瓷粉体的低几百度。不少纳米瓷已实现在1000℃以下致密化，而且有可能继续降低。低温烧结可以节省能源，有利于环境的净化，还可以用于瓷材料的连接，使瓷材料的物理化学性能甚至力学性能都保持一致。纳米瓷的显