材料工程基础课件-陶瓷材料的成形原理及工艺-第十章

第一节结构陶瓷第二节功能陶瓷第三节陶瓷耐火材料第四节玻璃第十章典型的陶瓷材料第一节结构陶瓷

陶瓷的分类氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）新型碳化物陶瓷（C3N4等）硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等）复合陶瓷（3Al2O3·2SiO2(莫来石)等）按成分分类普通陶瓷（硅酸盐材料）特种陶瓷（人工合成材料）按原料分类结构陶瓷功能陶瓷陶瓷耐火材料玻璃按用途分类

晶体结构

氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。γ-Al2O3属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，在1600℃转变为α-Al2O3。α-Al2O3属于六方系，稳定性好，在熔点2050℃之前不发生晶型转变。

氧化铝陶瓷

Al2O3＋少量SiO2。根据Al2O3含量可分为刚玉-莫来瓷（75瓷，wAl2O3=75%）和刚玉瓷（95瓷，99瓷）。

制备方法：原料煅烧配料球磨成形烧结

性能与应用：1）高强度、高温稳定性：装饰瓷，喷嘴、火箭、导弹的导流罩；2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，轴承，人造宝石；3）低的介电损耗、高电阻率、高绝缘性：火花塞，电路基板，管座；4）熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管，热电偶保护套等；5）离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。6）生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。

晶体结构

氧化锆陶瓷m-ZrO2：单斜晶系（＜1170℃）t-ZrO2：四方晶系（1170～2370℃）c-ZrO2：立方晶系（2370～2715℃）

备注：氧化锆熔点为2715℃。

性能与应用1）热导率小，化学稳定性好、耐腐蚀性高：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、喷嘴、阀心、密封器件等：2）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高尔夫球棍头等。3）具有敏感特性：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。

碳化硅陶瓷以SiC为主要成分的陶瓷。具有很高的高温强度，在1400℃时抗弯强度仍保持在500～600MPa，工作温度可达1700℃；有很好的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐辐射性。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、热电偶保护套管、炉管、核燃料包封材料等。

氮化硅陶瓷以Si3N4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，耐磨性好，抗热振性大大高于其它陶瓷。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。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。第二节功能陶瓷

铁电陶瓷有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用下，不同取向的电畴开始转向电场方向，材料出现自发极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸铝等。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。

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，称为压电陶瓷。目前所用的压电陶瓷主要有钛酸钡、钛酸铅、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。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机械能的元件称为换能器。

氧化锆固体电解质陶瓷

ZrO2中加入CaO、Y2O3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要用于氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。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。

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。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、阻风门、化油器、功率计、线路温度补偿等。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、高温强度、体密度、孔隙率等。酸性耐火材料（以SiO2、Al2O3为主）碱性耐火材料（如MgO、CaO等）

分类第四节玻璃主要原料反应条件玻璃窑中发生的主要反应成分纯碱石灰石石英高温Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2Na2SiO3CaSiO3SiO2

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。种类特性用途普通玻璃再高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等几种玻璃的特性和用途

钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，改善了玻璃抗拉强度。

钢化玻璃是用普通平板玻璃或浮法玻璃加工处理而成。普通平板玻璃要求用特选品或一等品；浮法玻璃要求用优等品或一级品。钢化玻璃

生产钢化玻璃工艺有两种：一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下，经淬火法或风冷淬火法加工处理而成，即将其加热到接近玻璃软化温度，并立即急剧冷却而制成的。钢化玻璃表面形成均匀的压应力，内层呈现相应的张应力。

另一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成分改变，使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成。（教材P137，玻璃的化学强化）

钢化玻璃的主要优点: