第5章陶瓷基复合材料

第5章陶瓷基复合材料第一页，共108页。5.1陶瓷的种类、性能及制备工艺5.2氧化物基陶瓷复合材料5.3非氧化物基陶瓷复合材料5.4碳/碳复合材料JJJJ本章主要内容第二页，共108页。5.1陶瓷的种类、性能及制备工艺JJJJ5.1.1陶瓷的历史、现状与发展趋势5.1.2陶瓷的分类与制作工艺5.1.3陶瓷基复合材料的定义与分类5.1.4陶瓷基复合材料的性能第三页，共108页。5.1.1陶瓷的历史、现状与发展趋势陶瓷是泥土与火的艺术，是我国伟大发明之一我国有多处遗址出土１万年前的陶器；商代前１１-１７世纪创造了有釉的原始瓷器；东汉２５-２２０年创造了青瓷器与黑瓷器；唐代６１８-９０７年，三彩、白瓷、青瓷、青花在历史上有名；宋代９６０-１２７９年陶瓷遍布全国，汝、定、官、哥、钧五大名窑瓷器至今仍享有盛名；１８世纪乾隆时期，形成具有中国特色的造型、装饰、绘画等综合性的工艺品和实用品。获有“白如玉、青如天、明如镜、薄如纸、声如磬”的美誉。第四页，共108页。钧瓷汝瓷定瓷官瓷

哥瓷第五页，共108页。陶器与瓷器的区别陶器瓷器制作原料用黏土（陶土）用瓷土（高岭土为主的原料）烧成温度一般不超过1000度在1200度以上器物表面没有釉或只施低温釉施高温玻璃釉（现代瓷器有的不施釉胎质有较强的吸水性不吸水或吸水性很小敲击声音不清脆有清越的金属声表5-1陶器与瓷器的区别第六页，共108页。舞蹈纹彩陶盆（新石器时代马家窑文化

）

新石器时代红山文化

第七页，共108页。秦跪射俑：身著战袍，外披铠甲，足穿方口布鞋；头上结髻束带，半跪於地，双手仿佛正要拉开弓弦，姿式威武雄健。他双目平视，机警勇敢。在他旁边，曾发现腐朽的木弓残迹、镞和剑，说明他是带剑的射手。其衣著、铠甲、姿态、表情，都显示出秦俑塑造精致、刻划入微。他的下颔残留著粉白色，说明秦俑制作时均经彩绘。

第八页，共108页。永乐青花云龙纹扁壶

中国最早的瓷器都是青瓷（或称青釉磁），唐代以越窑（绍兴、余姚等地）青瓷最著名

第九页，共108页。粉彩蟠桃天球瓶

第十页，共108页。ＣHＩＮＡ——中国，便是“唐瓷”之意，亦有“陶瓷王国”之誉。陶瓷是中华民族文化的象征；陶瓷文化与中华的美食文化、酒文化、茶文化一起构成华夏文化；

我国日用陶瓷产量、出口量均居世界首位

江西景德镇、福建德化、湖南醴陵称华夏三大瓷都；江苏宜兴、广东佛山亦有陶都之誉。

第十一页，共108页。

瓷都——景德镇，具有悠久的制瓷历史，在汉代前２０６年就开始生产陶器。景德镇，原名新平，又名昌南，出产制瓷原料，交通方便。宋代景德年间１００４—１００７年，这里专门生产细瓷，在瓷器上标有“景德年制”字样，由于瓷质精美，全国闻名，遂改名景德镇。后成为元、明制造御用瓷器中心及清至现代全国制瓷中心。

第十二页，共108页。陶都——佛山佛山是“南国陶都”（石湾镇和南庄镇），制陶艺术源远流长，有700多年历史，自古有“石湾瓦，甲天下”美誉。建于明代正德年间的南风古灶，是世界现存最古老的柴烧龙窑，薪火相传至今400多年，被誉为“陶瓷活化石”。2005年佛山荣获“中国陶瓷名都”称号。第十三页，共108页。现代陶瓷重要产区：唐山、邯郸、淄博、宜兴、佛山、景德镇、醴陵、德化、湛江、潮州、大埔、北流、海城

一批优秀的现代企业如华美、华光、长城、临沂、高淳、景德镇、国光等陶瓷股份有限公司，佛陶、邯郸陶瓷集团等合资企业如石湾东亚瓷厂、淄博赛德克陶瓷颜料有限公司、唐山高档陶瓷联合发展有限公司、中釉集团大鸿制釉有限公司等

第十四页，共108页。5.1.2陶瓷的分类与制作工艺1、按用途分：日用陶瓷，艺术(陈列)陶瓷，卫生陶瓷，建筑陶瓷，电器陶瓷，电子陶瓷，化工陶瓷，纺织陶瓷等2、按陶瓷性能分：高强度陶瓷，铁电陶瓷、耐酸陶瓷，高温陶瓷、压电陶瓷，高韧性陶瓷，电解质陶瓷、光学陶瓷(即透明陶瓷)，磁性陶瓷，电介质陶瓷，磁性陶瓷和生物陶瓷等

3、按是否施釉分：可分为有釉陶瓷和无釉陶瓷两类

4、按质地分：硬质瓷，软质瓷、特种瓷三大类

1、陶瓷的分类第十五页，共108页。我国产的瓷器以硬质瓷为主。硬质瓷器，坯体组成熔剂量少，烧成温度高，在1360℃以上色白质坚，呈半透明状，有好的强度，高的化学稳定性和热稳定性，又是电气的不良传导体，如电瓷、高级餐具瓷，化学用瓷，普通日用瓷等均属此类，也叫长石釉瓷。

软质瓷器与硬质瓷不同点是坯体内含的熔剂较多，烧成温度稍低，在1300℃以下，因此它的化学稳定性，机械强度，介电强度均低，一般工业瓷中不用软质瓷，其特点是半透明度高，多制美术瓷，卫生用瓷，瓷砖及各种装饰瓷等，通常如骨灰瓷、熔块瓷属于此类。

第十六页，共108页。

特种陶瓷种类很多，多以各种氧化物为主体，如高铝质瓷，它是以氧化铝为主，镁质瓷，以氧化镁为主；滑石质瓷，以滑石为主；铍质瓷，以氧化铍或绿柱石为主；锆质瓷，以氧化锆为主；钛质瓷，以氧化钛为主。

特种陶瓷的特点：多是由不含粘土或含极少量的粘土的制品，成型多用干压、高压方法，在国防工业，重工业中多用此类瓷，如火箭、导弹上的挡板，飞机、汽车上用的火花塞，收音机内用的半导体，快速切削用的瓷刀等。

第十七页，共108页。表5-2特种陶瓷和传统陶瓷的区别第十八页，共108页。

——具有电、光、磁、化学和生物体特性，而且具有相互转换功能的陶瓷

——具有机械功能、热学性能和部分化学功能的陶瓷特种陶瓷结构陶瓷功能陶瓷第十九页，共108页。结构陶瓷氧化物陶瓷Al2O3陶瓷、ZrO2陶瓷非氧化物陶瓷氮化物陶瓷、碳化物陶瓷第二十页，共108页。表5-3功能陶瓷(FunctionalCeramic)的应用第二十一页，共108页。压电陶瓷压电陶瓷Pachinko游戏机第二十二页，共108页。压电陶瓷

能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。

正压电效应介质在受到机械压力时，导致其表面带电。逆压电效应对介质施加激励电场，导致其产生机械变形。电介质陶瓷与压电陶瓷、热释电陶瓷及铁电陶瓷的关系第二十三页，共108页。电光陶瓷具有电光特性的陶瓷，它的光学性质会随外电场的变化而改变，表现出电控双折射和电控散射。立体电影的原理立体电影奥秘在一副能分离左眼和右眼图像的立体观察镜，这种观察镜的镜片是用电光陶瓷制作的。立体电影出现于1922年，是利用人双眼的视角差和会聚功能制作的可产生立体效果的电影。这种电影放映时两幅画面重叠在银幕上，通过观众的特制眼镜或幕前辐射状半锥形透镜光栅，使观众左眼看到从左视角拍摄的画面，右眼看到从右视角拍摄的画面，通过双眼的会聚功能，合成为立体视觉影像。

第二十四页，共108页。铁氧体磁性陶瓷由铁和其它一种或多种金属（Ba、Sr和稀土等）的氧化物组成的复合氧化物。

电阻率比金属磁性材料高，原料来源充足，生产方便，价低，在永磁、高频软磁、磁记录等方面的应用发展很快。磁性陶瓷第二十五页，共108页。表5-4各类生物材料比较生物陶瓷Bioceramics第二十六页，共108页。正温度特性（PTC）——温度升高，电阻增大如BaTiO3基PTC用途：彩电自动消磁、电机启动、过电流保护、恒温发热、程控电话交换机热敏陶瓷温度传感器第二十七页，共108页。负温度特性（NTC）——温度升高，电阻减小如SnO2基陶瓷用途：广泛用于工业和医用温度计、液面控制、液体流量测定等J第二十八页，共108页。J表5-5TiO2陶瓷的色泽和电阻FormulaColourResistanceΩ·emTiO2.00白，灰白5×109灰2×107鸽灰8×103TiO1.996-1.994黑≤103第二十九页，共108页。2、陶瓷及陶瓷复合材料的制造工艺原料粉体制备成型烧结加工成品第三十页，共108页。陶瓷制造工艺流程图第三十一页，共108页。

坯釉原料经过精选、淘洗，根据生产配方称量配料，入球磨细碎，达到所需细度后，除铁、过筛，然后根据成型方法的不同，机制成型用泥浆压滤脱水，真空练泥，备用；

化浆工艺：把泥浆先压滤脱水，后通过加入解凝剂化浆，除铁、过筛后备用；对注浆成型用泥浆，进行真空处理后，成为成品浆，备用。

成型工序：分为滚压成型和注浆成型。然后干燥、修坯，备用。

烧成工序：在取得白坯后，入窑素烧，经过精修、施釉，进行釉烧，对出窑后的白瓷检选，得到合格白瓷。

彩烤工序：对合格白瓷进行贴花、镶金等步骤后，入烤花窑烧烤，开窑后进行花瓷的检选，得到合格花瓷成品。

包装工序：对花瓷按照不同的配套方法、各种要求进行包装，即形成本公司的最终产品，发货或者入库。第三十二页，共108页。（1）粉体的制备

物理化学法在离子、原子、分子水平上通过反应、成核和生长制成粒子的方法，纯度、粒度可以控制，均匀性好，颗粒微细，并且可以实现分子级水平上的复合均化。

机械粉碎法应用机械力将粗颗粒粉碎获得细粉，不易获得粒径在1μm以下的超细颗粒，且容易引入杂质；第三十三页，共108页。①固相合成法

②液相合成法

③气相合成法

固-固反应

固-液反应

PVD

CVD

化学共沉淀法

溶胶-凝胶法

溶剂蒸发法

第三十四页，共108页。化学气相沉积法CVD(ChemicalVaporDepositon)C纤/SiC气相沉积原理图示CVD法是将连续纤维（或晶须）制成预成型坯体，而后置于化学气相沉积炉内，通过高温条件下的气相反应形成复合材料基体物质沉积，填充于骨架纤维中，从而直接获得陶瓷基复合材料制品。第三十五页，共108页。溶胶-凝胶法(Sol-Gel)

连续纤维增强陶瓷基复合材料示意图。第三十六页，共108页。溶胶-凝胶法 (Sol-Gel)

真空浸渍增强陶瓷基复合材料示意图。第三十七页，共108页。溶剂蒸发法第三十八页，共108页。（2）成型制备技术

粉体成型示意图第三十九页，共108页。①挤压成型

经增塑的粉末在压力作用下，通过压膜咀挤成所需的坯件。②注射成型

将原料粉末与粘结剂混合，调制成塑性瓷料，用注射成型机把瓷料于130℃～300℃温度注射入金属膜内，形成瓷坯。③料浆洗注成型

将原料粉末、水(或甘油、酒精等)分散悬浮刑、粘结剂、除气剂等制成一定浓度的料浆，注入石膏模内，经一定时向后形成注件，在室温下干燥。

第四十页，共108页。注浆成型工艺过程注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低；此法易于成型大尺寸、外形复杂的薄壁部件。注浆成型包括石膏模制做、粉浆制备和粉浆浇注。注浆成型的关键是浆料的制备。在制备浆料时，需要加入分散悬浮剂、粘结剂、除气剂和滴定剂。第四十一页，共108页。⑤冷等静压成型

用单向加压成型因压力不均匀而使坯体易变形，难以保证质量。各向等压成型是一种均匀加压法。先在300MPa压力下预成型，然后在薄膜袋中，用水、甘油为介质，在50MPa一400Mpa压力下成型。⑥薄膜和厚膜成型膜成型技术有流延成型和轧制成型两种。④模压成型

通过模冲对装在钢模内的粉末施加压力，压制成一定尺寸和形状的瓷坯，卸压后，坯块从阴模中脱出。第四十二页，共108页。等静压成形设备示意图湿袋式等静压干袋式等静压第四十三页，共108页。成形方法与结合剂的选择

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下所示：

成形方法

结合剂举例

结合剂用量（质量％）

千压法

聚乙烯醇缩丁醛等

1~5

浇注法

丙烯基树脂类

1~3

挤压法

甲基纤维素等

5~15

注射法

聚丙烯等

10~25

等静压法

聚羧酸铵等

0~3

第四十四页，共108页。陶瓷挤压成形和成形用结合剂

原料粉末、结合剂、助剂（润滑剂、界面活性剂等）及水经机械混练后，用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）等。MC能很好溶于水中，当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中，分散性、稳定性也高。PVA广泛地用于各种成形。润滑剂可减少粉体间的磨擦，界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。

第四十五页，共108页。热压烧结反应热压烧结热等静压烧结反应烧结法CVD法（3）烧结方法

第四十六页，共108页。陶瓷烧成过程（1）低温阶段（室温～300C）（2）氧化分解阶段（300～950C） 1）氧化反应 2）分解反应（3）高温阶段（950C～最高烧成温度）（4）冷却阶段（烧成温度～常温）第四十七页，共108页。球形颗粒的烧结模型中期变化烧结前烧结后期孔隙球化第四十八页，共108页。陶瓷材料化学键的特点是以离子键及共价键为主要结合力；工艺上主要特点一般是先成型后烧成；从组织结构上看多数陶瓷材料可能包括晶体相、玻璃相(非晶相)和气孔。实际材料中的结合键陶瓷材料中，以离子键(如MgO，Al2O3，ZrO2等)、共价键(如金刚石、Si3N4、BN、Si、Ge、GaAs等)以及离子键向共价键过渡的混合键结合在一起。

第四十九页，共108页。5.1.3陶瓷基复合材料的定义与分类

陶瓷基复合材料(CMC)是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。

陶瓷基复合材料的增韧材料主要有碳纤维(CF)、碳化硅(SiC)纤维、玻璃纤维(GF)、氧化物纤维，以及碳化物和氧化物颗粒等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。

第五十页，共108页。不同增强材料的陶瓷基复合材料连续纤维第五十一页，共108页。高温陶瓷基复合材料专家——张立同院士

2004年，以张立同院士领军研制的“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料”获得突破，获国家技术发明一等奖，填补了该奖项长达六年的空缺，引起了国内外的广泛关注。主要研究成果：“具有类似金属断裂行为的连续纤维增韧高温陶瓷基复合材料”、

“连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料”等第五十二页，共108页。陶瓷基复合材料（CMC）第五十三页，共108页。陶瓷基复合材料(CMC)的分类1）按材料作用分：结构陶瓷复合材料，用于制造各种受力构件；

功能陶瓷复合材料，具有特殊的性能（如光、电、磁、热、生物、阻尼、屏蔽等）2）按增强材料形态分：颗粒增强陶瓷复合材料，颗粒增强体包括高熔点、高硬度的非氧化物材料如SiC、TiB2、B4C、CBN等，而基体陶瓷一般为Al2O3、ZrO2、莫来石等第五十四页，共108页。纤维（晶须）增强陶瓷复合材料，纤维增韧材料主要有碳纤维(CF)、碳化硅(SiC)纤维、玻璃纤维(GF)、硼纤维(BF)、氧化物纤维等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。片材增强陶瓷复合材料，片材选用陶瓷薄片，基体材料较多采用SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等第五十五页，共108页。2）按基体材料形态分：氧化物基陶瓷复合材料,如Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、MgO、3Al2O3·2SiO2(莫来石）等；非氧化物陶瓷复合材料，如SiC、Si3N4、TiC、B4C、ZrC、TiN、BN、TiB2等；微晶玻璃基复合材料，包括硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐5大类；碳/碳复合材料碳/碳复合材料第五十六页，共108页。5.1.4陶瓷基复合材料的性能

陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。

陶瓷基复合材料具有密度低、抗氧化、耐热、比强度和比模量高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，工作温度在1250～1650℃，可用作高温发动机的部件，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。

第五十七页，共108页。CMC的应用生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用引起人们极大关注。

第五十八页，共108页。(1)耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等。

(2)隔热性优良的特种陶瓷作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。

(3)导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。核反应堆第五十九页，共108页。在注水过程中由于堆内压力大，注水困难，打开了泄压阀，以降低压力壳内压力，这造成安全壳内压力增高，使得抑压池压力提高，引起了抑压池的损坏（爆裂），即安全壳已经与厂房内大气通了。已经失去了安全壳对放射性物质的隔离和屏障。可是要注意到压力壳还是完整的。安全壳（格纳容器）的作用是包容可能从压力壳内外泄放射性物质的安全容器。

日本福岛核电站泄漏

第六十页，共108页。高强度的特种陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。

第六十一页，共108页。广州本田新雅阁陶瓷发动机“枭龙”战机发动机第六十二页，共108页。耐磨性优良的硬质特种陶瓷主要用在轴承、切削刀具方面。

第六十三页，共108页。今后研究与开发的重点

(1)、特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等；

(2)、超导陶瓷的研究；

(3)、特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容加以研究；

(4)、陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础，目前国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；

(5)、多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视；

(6)、陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合(陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属)问题也是现阶段的研究重点。

(7)、在非氮化物陶瓷中，目前国外研究最多的是陶瓷发动机，高压热交挽器及陶瓷刀具等；

(8)、随着生物化学，生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。第六十四页，共108页。5.2氧化物基陶瓷复合材料JJJJ5.2.1氧化铝基复合材料5.2.2氧化锆基复合材料5.2.3氧化钛基复合材料5.2.4氧化镁基复合材料第六十五页，共108页。5.2.1氧化铝基复合材料氧化铝是氧化物精细陶瓷的代表性原料之一，具有一系列优良性能，此外，它也是高温耐火材料、磨料、磨具、激光材料以及氧化铝宝石等的重要原料。一般有以下六大类：普通氧化铝、低钠氧化铝、易烧结氧化铝。高纯氧化铝、烧结氧化铝和电熔氧化铝。第六十六页，共108页。氧化铝陶瓷材料具有优良的绝缘性，高频损耗小，高频绝缘性好的特点；不燃、不锈，坚固不易损坏，有着其它有机材料和金属材料不可比拟的优良性质；耐磨性好，其硬度与刚玉相同，达到莫氏硬度九级，耐磨性与超硬合金相匹敌。耐热性好，热膨胀系数小，机械强度大，热传导率好。

具有良好的耐化学腐蚀性和熔融金属性。

氧化铝陶瓷第六十七页，共108页。规格说明用途普通氧化铝煅烧氧化铝的总称，含Na2O>0.3%烧结、电熔氧化铝、尖晶石、玻璃研磨材料、瓷器用原料低钠氧化铝电子元件、火花塞、机械零件、切削工具等易烧结氧化铝一般是低钠的机械构件、切削工具、电子元件、耐火材料高纯氧化铝纯度在99.9%以上透明氧化铝、荧光材料（发光材料）、切削工具、单晶、电子元件等表5-3Al2O3粉末原料的种类与用途第六十八页，共108页。氮化二铬-氧化铝复合材料——中国科学院上海硅酸盐研究所（发明专利）

该发明专利是一种氮化二铬-氧化铝（Cr2N-Al2O3）复合材料。

主要特征为：该Cr2N-Al2O3复合材料采用机械球磨的制备方法，将纳米氧化铝和纳米氮化铬粉体混合均匀，在氮气气氛中采用热压烧结方法制得。

在所制备的Cr2N-Al2O3复合材料中，Cr2N的含量为3vol.%-30vol.%，纳米级到微米级的Cr2N颗粒均匀分散在Al2O3基体中，密度接近理论密度，复合材料的室温强度达700-800MPa，韧性4-4.8Mpa.m1/2，均较纯Al2O3有明显提高。

第六十九页，共108页。

碳化铬与碳氮化钛颗粒弥散强韧化氧化铝基陶瓷复合材料——许崇海、孙德明（发明专利）

以Al2O3陶瓷为基体，同时添加Cr3C2和Ti(C，N)陶瓷硬质颗粒作为弥散相，以Y2O3和MgO作为烧结助剂热压烧结而成。该Al2O3基陶瓷复合材料的组分组成为：Cr3C2为5～30％，Ti(C，N)为5～30％，Y2O3为0.2～2％，MgO为0.2～1％，其余为Al2O3。该发明的制备方法具有操作简单、成本低的优点。与已有多相复合陶瓷相比，该发明的复合材料具有更好的综合力学性能和优良的耐磨损、耐腐蚀、抗氧化及抗热震性能，可用于制作模具、刀具、喷嘴、耐磨耐蚀零部件等。

第七十页，共108页。5.2.2氧化锆基复合材料以氧化锆为主要成分的陶瓷。纯氧化锆(ZrO2)熔点2680℃，有单斜、四方、立方三种晶型。氧化锆陶瓷具有耐高温、耐磨、化学稳定性好、离子导电性良好和常温下不导电等特性。

可用于制作熔炼铱、铂、钯、铑等高熔点贵金属的坩埚、承烧板、高温发热元件、测氧探头、高温电极材料(用于磁流体发电机组)、优质研磨体、刀具(永不生锈、耐磨、可带电作业)等。

第七十一页，共108页。增韧氧化锆陶瓷刀

高温发热元件坩埚氧化锆陶瓷轴承

第七十二页，共108页。表5-4ZrO2原料粉末的种类与用途规格说明用途单斜氧化锆用电熔法制得耐火材料，颜料，研磨材料的原料用湿法制得，纯度高（达99.5%）压电元件、氧传感器的原料和光学玻璃的添加剂立方晶系氧化锆添加MgO、CaO、Y2O3作为稳定剂通过固溶制得主要用作CaO稳定的电熔氧化锗，也用作特种陶瓷，耐火材料的原料共沉淀法氧化锆用Y2O3共沉淀制得,纯度高（>99.9%），晶粒粒径小（<50nm）是精细陶瓷的一种令人瞩目的原料，能在较低温度下，且能得到高的强度第七十三页，共108页。以氧化锆陶瓷材料为基体，以莫来石晶须为增强体的复合材料。根据基体的结构类型不同，可以分为莫来石晶须补强TZP陶瓷复合材料、莫来石晶须补强PSZ陶瓷复合材料两类。氧化锆基体的界面形成玻璃相，有利于致密化。莫来石晶须的加入可以大幅度提高氧化锆陶瓷的高温强度，而对室温强度影响不大。例如在1600℃，200MPa，断裂韧性为13.0MPa·m1/2，1000℃时的抗弯强度约为400MPa。这类材料主要采用热压的方法制备。可以用于绝热、耐磨等部件上。

莫来石晶须补强氧化锆陶瓷基复合材料

莫来石

莫来石是Al2O3-SiO2二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物，天然莫来石非常少，通常用烧结法或电熔法等人工合成。

第七十四页，共108页。羟基磷灰石-二氧化锆复合生物陶瓷材料及其制备方法以二氧化锆为基体中心层，并在其上下面分别铺上按不同比例混合的二氧化锆和羟基磷灰石的混合中间层，最外面铺上一层纯羟基磷灰石的表面层，形成一种梯度叠层复合结构；在钢模中，在压力为10～30MPa下干压成形，再在1500～1600℃高温下无压烧结，就可得到羟基磷灰石-二氧化锆复合生物陶瓷材料。该方法制得的复合材料，其抗弯强度为900～1100MPa，断裂韧性(K1C)为7～10MPa·m1/2，粗糙度为0.50～5.0μm；该复合材料的生物相容性好，可以满足人体不同部位的承载种植体的需要。第七十五页，共108页。

二氧化钛俗称钛白粉。是制造钛酸钡电容器陶瓷、热敏陶瓷和压电陶瓷等电子材料的重要原料。纳米氧化钛是由高科技产品，按其晶相不同分为金红石相和锐钛矿相两大系列。金红石相纳米氧化钛具有独特的颗粒形状、良好的分散性和极高的紫外屏蔽性能（经紫外分光光度仪检测，其紫外屏蔽率高达99.99%以上）。可广泛应用于空气净化、污水处理、抗菌陶（搪）瓷和工业催化等领域。纳米氧化钛制品5.2.3氧化钛基复合材料第七十六页，共108页。掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜的制备方法属于纳米材料领域。步骤如下：(1)在剧烈搅拌下将25-50mL钛酸丁酯缓慢滴加到80-100mL无水乙醇中，经10-30min搅拌，得溶液A；(2)将1.0％-2.5％柠檬酸缓慢加入A中，剧烈搅拌30-60min，得溶液B；(3)将去离子水和0.2％-1.0％氯化铝溶液缓慢滴加到B中，剧烈搅拌40-60min，得胶体溶液；(4)以α-Al2O3为骨料，添加成孔剂，粘结剂，挤压成型后烧结成载体；(5)把干燥的α-Al2O3陶瓷载体浸入胶体溶液中后取出；(6)陶瓷膜片在相对湿度为65％及室温条件下干燥12-20小时；(8)然后在电阻炉中升至400-600℃并保持2小时，随炉自然冷却。本发明制备的掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜高温下性质稳定，明显提高了TiO2光催化活性。

掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜的制备方法第七十七页，共108页。一种多孔二氧化钛陶瓷的制备方法本发明公开了一种多孔二氧化钛陶瓷的制备方法。其特征为：(1)以球形聚甲基丙烯酸甲脂和TiO2为主要原料，聚乙烯亚胺和乙二醇为辅助原料；(2)将聚甲基丙烯酸甲脂和TiO2分别加蒸馏水制成悬浮液，并严格控制两种悬浮液的pH值；在TiO2悬浮液中加入聚乙烯亚胺作它的分散剂并进行超声；将超声好的TiO2悬浮液慢慢地添加到聚甲基丙烯酸甲酯的悬浮液中，缓慢搅拌并加入乙二醇；(3)将上述混合后的悬浮液通过真空抽滤、干燥、煅烧的工艺，制备出孔径尺寸可控，孔径分布均匀的TiO2微米级多孔陶瓷。本发明生产设备简单，操作方便，容易控制；所制备的TiO2多孔陶瓷具有孔径尺寸可控和孔径均匀分布的特点。第七十八页，共108页。规格说明用途轻烧氧化镁用作合成橡胶的填料、制药、钢铁冶炼的添加剂与镁铁氧体。纯度有98%、99%、99.9%几种，而用于陶瓷的是纯度为99.9%轻烧氧化镁重烧氧化镁用作耐火材料的原料,引发剂载体、填料等重烧氧化镁电熔氧化镁用作耐火材料、电加热器、热电偶的原料电熔氧化镁表5-5.MgO的种类与用途5.2.4氧化镁基复合材料第七十九页，共108页。氧化镁陶瓷产品第八十页，共108页。钛酸盐： BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3等锆酸盐： BaZrO3、SrZrO3等锡酸盐： BaSnO3、CaSnO3、CdSnO3等铌酸盐： LiNbO3、KNbO3等锑酸盐： BaSb2O6、SrSb2O6、MgSb2O6等铝酸盐：尖晶石MgAl2O4铝硅酸盐：莫来石3Al2O3٠2SiO2堇青石： 2MgO٠2Al2O3٠5SiO2PZT锆钛酸铅：PbTiO3与BaTiO3形成的连续固溶体复合氧化物——复合陶瓷第八十一页，共108页。由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。

氧化锆复合陶瓷微珠

氧化铝复合陶瓷刀片

第八十二页，共108页。5.3非氧化物基陶瓷复合材料JJJJ5.3.1碳化物基复合材料5.2.2氮化物基复合材料5.2.3硼化物基复合材料5.2.4硅化物基复合材料第八十三页，共108页。碳化硅β-SiC非晶碳化硅SiC5.3.1碳化物基复合材料特点：很高的熔点、良好的导电性和导热性、高硬度、高抗氧化能力、良好的化学稳定性。种类：SiC、B4C、WC、TiC、TaC、HfC、ZrC等第八十四页，共108页。晶须放大照片碳化硅晶须样品碳化硅（SiC）是一种非常硬而脆的材料。在还原气氛中，碳化硅具有很好的耐烧蚀与化学腐蚀能力。第八十五页，共108页。碳化硅陶瓷的特点高温强度高，在1400℃时抗弯强度仍保持在500～600MPa，而其它陶瓷材料到1200～1400℃时强度水平显著降低。具有很高的热传导能力，在陶瓷中仅次于氧化铍陶瓷。具有较好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性能。5.3.1碳化物基复合材料第八十六页，共108页。碳化硅陶瓷的应用研磨球喷嘴

陶瓷泵密封件第八十七页，共108页。反应烧结碳化硅产品性能反应烧结碳化硅产品具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗热震性好、导热系数大以及良好的抗氧化性等优越的性能。因此这种材料可制成多种几何形状和不同用途的产品。

产品主要有：方梁、棍棒、喷火咀、辐射管、热电偶保护套管喷砂咀、耐磨件、脱硫喷咀、匣钵、坩埚、密封件以及特殊形状的耐磨结构件等

第八十八页，共108页。

碳化硅陶瓷基复合材料是一种新型制动材料。20世纪90年代中期，西方工业发达国家开始进行将碳化硅陶瓷基复合材料应用于制动领域的研究，现已经成为高性能制动材料的—个重要方向。2001年波尔舍汽车公司生产出碳化硅陶瓷基复合材料陶瓷制动盘，与金属制动材料相比质量减轻了50％，而有效摩擦力提高了25％。英国SABWabco公司已经研制出了碳化硅陶瓷基复合材料制动闸瓦，试用于法国TGV—NG高速列车。日本新干线正在试用碳化硅陶瓷基复合构料的制动闸瓦。

第八十九页，共108页。5.2.2氮化物基复合材料高导热氮化铝基复相陶瓷由于结合键强度和结构的影响，氮化物具有硬度高、熔点高、相对密度小、热稳定性好和热膨胀系数小等特点。氮化硅陶瓷氮化硅产品氮化硅刀具第九十页，共108页。强度高，反应烧结氮化硅室温抗弯强度为200MPa，到1200-1350℃仍保持较高强度。热压氮化硅室温抗弯强度可达500MPa；抗热震性能和抗高温蠕变性能比其它陶瓷材料好；硬度高，摩擦系数低，为0.1-0.2，是一种极其优良的耐磨材料；具有自润滑性，可在无润滑的磨损条件下工作。氮化硅陶瓷的特点第九十一页，共108页。

氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料。它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形状，在氮气中及１２００℃的高温下进行初步氮化，使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅。然后在１３５０℃～１４５０℃的高温炉中进行第二次氮化，反应成氮化硅。用热压烧结法可制得达到理论密度９９％的氮化硅。氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一。它极耐高温，强度一直可以维持到１２００℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到１９００℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和３０％以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料。

第九十二页，共108页。氮化硅由于具有高强度、高耐磨性、低密度（轻量化）、耐热化、耐腐蚀性等优良性能，所以适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。不允许有内在缺陷（裂纹、气孔、异物等）和表面缺陷。

第九十三页，共108页。5.2.3硼化物基复合材料过渡金属硼化物具有高电导、高熔点、高硬度和高稳定性。比较高的热传导性和强度，使其热稳定性比较好。抗蠕变性很好。导电复合陶瓷蒸发舟

第九十四页，共108页。硅化物陶瓷硫化物陶瓷硅化物陶瓷既具有金属导电性又有半导体性，其抗氧化性比较好，在常温下硬而脆，热导率较高，有良好的热稳定性。硫化物是金属或半金属元素与硫结合而成的天然化合物。绝大部分是热液作用的产物。如CdS，用其制备的陶瓷具有光传导性，用作光敏材料和太阳能电池。第九十五页，共108页。表5-6各种非氧化物陶瓷的特性J第九十六页，共108页。5.4碳/碳复合材料（C/C）

碳/碳复合材料（C/C）是由碳纤维及其制品（碳毡、碳布等）增强的碳基复合材料。一般C/C是由碳纤维及其制品作为预制体，通过化学气相沉积法（CVD）或液态树脂、沥青浸渍碳化法获得C/C的基体碳来制备的。CVD法得到基体碳为沉积碳，采用树脂或沥青碳化得到的基体碳分别为树脂碳和沥青碳。第九十七页，共108页。1963年，日本大谷杉郎成功地研制出沥青基碳纤维，使制造高模、高强、低成本的碳纤维等成为可能，极大促进了碳碳复合材料的研制。六十年代末期，美国已成功地将碳碳复合材料用于火箭喷管，英国Dunlop公司在1974年成功地将碳碳复合材料刹车盘用于协和号飞机。七十年代起，碳碳复合材料在美国和欧洲得到很大发展，推出了碳纤维多向编织技术，高压液相浸渍工艺及化学气相浸渗法((CVI)，并利用这些方法制得了高密度的碳/碳复合材料，为碳l碳复合材料的制造、批