陶瓷物理力学性能课件

陶瓷材料物理、力学性能NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.、陶瓷基本物理性能陶瓷的密度及测试陶瓷的硬度及表征陶瓷的熔点与蒸发、陶瓷力学性能及表征NORTHWESTERNPOLYTECHINICALUNIVERSITYNPU.1.陶瓷基本物理性能1.1陶瓷的密度及测试密度是指单位体积的质量,常用g/cm3表示。陶瓷材料密度有如下几种表示1)结晶学密度:是指原子组成的没有缺陷的连续晶格计算出来的理想密度2)理论密度:与结晶学密度同义,但考虑了固溶体和多相3)体积密度:陶瓷体实际测出的密度,包括陶瓷內部所有的晶格缺陷,各种相组成和制造中形成的气孔。4)相对密度:指陶瓷实测体积密度与其理论密度比值的相对百分数。前两种密度是指陶瓷內没有缺陷的理想情况,意味着制造过程形成的气孔为零,所以在结构内的原子之间只有间隙。在含有制造过程中形成的缺陷和气孔的情况下,通常使用烋积蜜或相怼蜜腐NPU表13陶瓷、金属及有机材料的密度类别密度/g/cm氧化铝oAl,Or氧化铝3.47氮化硼氧化钛酸钡OnTo金刚石2.1~2.3阿瓷氧化铬5,21材料尖FeLoNFeFe,O氧箪氧化铪HiO68LiAISeOM:ALSi,OaMgO镁榄石Mi方石英碳化硅NPU密度/g/cm氧化TIO,1040钢Fe基合金耐盐酸镍基合金X(Hastelloyx)镍基合金Hs3(1钴基合金青银鹪10.4聚苯乙烯苯乙烯聚合物有机特氟隆聚四氟乙烯度材料对热有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯乙烯聚合物小相对在陶瓷、金属、有机高分子这三类材料中,有机材料的密度最低,这是因为有机材料主要有C和H及其他相对原子质量小的元素如C和F构成的。材料的密度由什么决定呢?NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.密度的影响因素1)陶瓷材料的密度主要取决于元素的尺寸、元素的质量和结构堆积的紧密程度。原子序数和相对原子质量小的元素(如H、Be、C、Si等)使材料具有低的结晶学密度或理论密度原子序数和相对原子质量大的元素(如W、Zr、Th钍、U等)使材料具有高的结晶学密度或理论密度2)原子堆积情况也产生一定影响,但影响较小。金属键合陶瓷中的原子形成紧密堆积,会使其密度比共价键键合陶瓷(较开放的结构)的密度更高一些,例如锆英石(ZrSi03)和氧化锆(Zr02),若单从相对原子质量看会以为锆英石的密度更高一些,然而,锆英石结构由于Sⅰ-0共价键合,形成开放式内部结构,因而ZrSi03密度(4.65g/cm3)比Zr02(5.8g/cm3)低很多NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.密度的计算与测量)结晶学密度或理论密度可以从晶体结构数据(晶胞参数)和所含元素的相对原子质量通过计算得2)陶瓷体(烧结后)的体积密度的测量通常釆用排水法,按阿基米德原理计算出来。测量步骤①在空气中先称出陶瓷试样的质量D②将试样放在沸水中煮沸2-5h,然后冷却至室温,静放24h③将陶瓷试样悬挂在水中称其质量S:④将试样在水中取出,并用干净棉纸或纱布轻轻将试样表面的水擦去,在空气中称其质量W;体积密度D显气孔率W-DP100%NORTHWESTERNPOLYTECHINICALUNIVERSITYNPU.密度的计算与测量3)此外,还有一种较为简单,但精度稍低的方法,即在含联通气孔的陶瓷试样表面涂上一层密封性好的石蜡层,此时可按无联通气孔,即不吸水的陶瓷材料直接用排水法测定。体积密度:pD吸水率:A4)如果陶瓷具有简单的均匀对称的几何形状,则可通过测量外形尺寸计算出体积,在称量试样在空气中干重,进而求出体积密度。5)对于陶瓷素坯(烧结前)的体积密度测定,则不能采用“水煮法”(因易吸附水,进而与水反应,造成性能的改变)。规则形状:测体积和干重计算复杂形状:表面涂石蜡,排水法排汞法:原理和排水法相同,液态汞在常压下不润湿陶瓷NUKIHWESIEKNPULYIECHNICALUNIVEKSIIY12陶瓷硬度及表征硬度:材料抵抗硬的物体压陷表面或破坏的能力。常见硬度表示法莫氏硬度布氏硬度洛氏硬度维氏硬度努普硬度显微镜度HK用于陶瓷材用于陶瓷和矿物的硬度用于硬质金用于较硬材用于较脆而显微观察时测试,为划中较软及中属和陶瓷材薄材料,如测试等硬度的材料,如陶瓷评定某一组织或某一相的硬度NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.由于测量方法不同,测得的硬度所代表的材料性能也各异。金属材料:常用的硬度测量方法是在静载荷下将一种硬的物体压入材料,这样测得的硬度主要反映材料抵抗塑性形变的能力。陶瓷、矿物材料:常用划痕法测试硬度,反映材料抵抗破坏的能力所以,硬度没有统一的定义,各种硬度的单位也不同,彼此间没有固定的换算关系。