新型陶瓷材料

1、l陶瓷材料是除金屬和高聚物以外的陶瓷材料是除金屬和高聚物以外的無機非金屬材料的通稱。無機非金屬材料的通稱。l工業(yè)上應用的典型傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品有工業(yè)上應用的典型傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品有陶瓷器、玻璃、水泥和耐火材料等陶瓷器、玻璃、水泥和耐火材料等.l隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多性能優(yōu)良的性能優(yōu)良的新型陶瓷新型陶瓷。新型陶瓷又新型陶瓷又稱精細陶瓷稱精細陶瓷，是，是40年代以來逐漸發(fā)年代以來逐漸發(fā)展起來的新型無機材料。近年來由展起來的新型無機材料。近年來由于科學技術的進步和新技術的出現(xiàn)于科學技術的進步和新技術的出現(xiàn),新型陶瓷材料有了飛速的發(fā)展。新型陶瓷材料有了飛速的發(fā)展。 陶瓷件陶瓷

2、件陶器陶器l國外發(fā)展現(xiàn)狀狀國外發(fā)展現(xiàn)狀狀l國際上從國際上從20世紀世紀60年代開始重視研究先進陶瓷材料年代開始重視研究先進陶瓷材料，結構陶瓷略早于功能陶瓷。結構陶瓷略早于功能陶瓷。l6070年代伴隨著陶瓷學研究的新進展，一大批具年代伴隨著陶瓷學研究的新進展，一大批具有優(yōu)良性能的結構和功能陶瓷材料被發(fā)現(xiàn)和合成。有優(yōu)良性能的結構和功能陶瓷材料被發(fā)現(xiàn)和合成。l80年代以陶瓷發(fā)動機為背景，各國競相加大了對陶年代以陶瓷發(fā)動機為背景，各國競相加大了對陶瓷材料研究與開發(fā)的投入瓷材料研究與開發(fā)的投入，陶瓷材料已經(jīng)能夠基本，陶瓷材料已經(jīng)能夠基本滿足各種苛刻條件下（包括陶瓷發(fā)動機部件在內）滿足各種苛刻條件下（包括

3、陶瓷發(fā)動機部件在內）使用的耍求。使用的耍求。但材料的穩(wěn)定性、可靠性和高成本等但材料的穩(wěn)定性、可靠性和高成本等問題仍阻礙了先進陶瓷材料的應用。問題仍阻礙了先進陶瓷材料的應用。l90年代中后期，對陶瓷材料的研究轉向材料性能穩(wěn)年代中后期，對陶瓷材料的研究轉向材料性能穩(wěn)定性、結構與功能性能一體化、低成本制備工藝等定性、結構與功能性能一體化、低成本制備工藝等方面，各國仍在繼續(xù)增加對陶瓷材料的研究與投入。方面，各國仍在繼續(xù)增加對陶瓷材料的研究與投入。l在國際學術界在國際學術界，無機非金屬材料的重耍性日益突出。，無機非金屬材料的重耍性日益突出。很多國際上著名的原金屬類雜志易名為材料類雜志，很多國際上著名的原

4、金屬類雜志易名為材料類雜志，大量刊登先進陶瓷方面的研究論文。大量刊登先進陶瓷方面的研究論文。l從材料產(chǎn)業(yè)上從材料產(chǎn)業(yè)上講，目前全球講，目前全球各類先進陶瓷材料及其各類先進陶瓷材料及其產(chǎn)品的市湯銷售總額每年達數(shù)百億美元產(chǎn)品的市湯銷售總額每年達數(shù)百億美元，年增長率，年增長率達，結構陶瓷占銷售額的達，結構陶瓷占銷售額的30左右。左右。 l國內發(fā)展狀況國內發(fā)展狀況l我國在我國在20世紀世紀70年代開始重視先進陶瓷材料研究年代開始重視先進陶瓷材料研究，取，取得了一系列創(chuàng)新性成果。得了一系列創(chuàng)新性成果。纖維增強陶瓷基復合材料在纖維增強陶瓷基復合材料在我國獨創(chuàng)性地應用于戰(zhàn)略導彈上，被列入定型產(chǎn)品我國獨創(chuàng)性地

5、應用于戰(zhàn)略導彈上，被列入定型產(chǎn)品，這是國際上纖維增強陶瓷基復合材料的首次實際應用這是國際上纖維增強陶瓷基復合材料的首次實際應用.l近十年來，我國以發(fā)動機用陶瓷零部件的研制為契機近十年來，我國以發(fā)動機用陶瓷零部件的研制為契機,研制成功一系列新的陶瓷材料。研制成功一系列新的陶瓷材料。氮化硅與碳化硅基陶氮化硅與碳化硅基陶瓷材料應用于機械密封、金屬加工切削和金屬冶煉工瓷材料應用于機械密封、金屬加工切削和金屬冶煉工業(yè)中，已投人了批量生產(chǎn)，年產(chǎn)值達千萬元。業(yè)中，已投人了批量生產(chǎn)，年產(chǎn)值達千萬元。氧化鋁、氧化鋁、氧化鉻基增韌陶瓷部件應用于集成電路基片、光纖連氧化鉻基增韌陶瓷部件應用于集成電路基片、光纖連接器

6、關鍵部件、汽車工業(yè)和石油工業(yè)等許多領域。接器關鍵部件、汽車工業(yè)和石油工業(yè)等許多領域。l我國在諸多新的研究領域也取得了令人矚目的進展我國在諸多新的研究領域也取得了令人矚目的進展.如多元氮陶瓷相圖的研究在國際上有很高的知名度如多元氮陶瓷相圖的研究在國際上有很高的知名度和相當?shù)挠绊?，多相復合陶瓷概念的提出促成了一和相當?shù)挠绊?，多相復合陶瓷概念的提出促成了一大批具有?yōu)異綜合性能的新材料誕生。不斷取得的大批具有優(yōu)異綜合性能的新材料誕生。不斷取得的研究進展又對陶瓷材料制備起到了關鍵性的推動作研究進展又對陶瓷材料制備起到了關鍵性的推動作用，我國在納米陶瓷粉體制備與團聚問題研究，以用，我國在納米陶瓷粉體制備與

7、團聚問題研究，以我國研制的透明金剛石薄膜我國研制的透明金剛石薄膜鐵電電容器（鐵電電容器（PTZ薄膜）薄膜）及納米陶瓷固及納米陶瓷固相燒結理論等相燒結理論等方面均有國際方面均有國際一流創(chuàng)新成果一流創(chuàng)新成果.l我國先進陶瓷材料的開發(fā)大都是結合我國國防和國民我國先進陶瓷材料的開發(fā)大都是結合我國國防和國民經(jīng)濟上的需要，有自己的技術特色。經(jīng)濟上的需要，有自己的技術特色。l然而，縱觀我國先進陶瓷領域的發(fā)展現(xiàn)狀，我們的先然而，縱觀我國先進陶瓷領域的發(fā)展現(xiàn)狀，我們的先進陶瓷材料在各領域內的應用總的來說還僅僅是一個進陶瓷材料在各領域內的應用總的來說還僅僅是一個開始。開始。與發(fā)達國家相比，我國在研究、技術和產(chǎn)業(yè)化

8、與發(fā)達國家相比，我國在研究、技術和產(chǎn)業(yè)化水平等方面都存在明顯差距水平等方面都存在明顯差距,滿足不了國民經(jīng)濟迅速發(fā)展?jié)M足不了國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的要求。的要求。例如在全球數(shù)百億例如在全球數(shù)百億美元的先進陶瓷年銷售額中美元的先進陶瓷年銷售額中,我國的銷售額僅占我國的銷售額僅占12。我國研制的膠態(tài)原位凝固成型的各種陶瓷部件我國研制的膠態(tài)原位凝固成型的各種陶瓷部件l陶瓷材料的特點陶瓷材料的特點l1.陶瓷材料的相組成特點陶瓷材料的相組成特點l陶瓷材料的基本相及其結陶瓷材料的基本相及其結構要比金屬復雜得多，它構要比金屬復雜得多，它通常由三種不同的相組成通常由三種不同的相組成, 即即晶相晶相(1)、玻璃相玻璃相

9、(2)和和氣相氣相(氣孔氣孔3)。l晶相晶相是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理化學性質的主要是晶相?；瘜W性質的主要是晶相。l玻璃相是非晶態(tài)結構的低熔點固體，其作用是充填晶玻璃相是非晶態(tài)結構的低熔點固體，其作用是充填晶粒間隙、粘結晶粒、提高材料致密程度、降低燒結溫粒間隙、粘結晶粒、提高材料致密程度、降低燒結溫度和抑制晶粒長大。度和抑制晶粒長大。l氣相是在工藝過程中形成并保留下來的，它對陶瓷電氣相是在工藝過程中形成并保留下來的，它對陶瓷電及熱性能的影響很大。及熱性能的影響很大。氧化鋯陶瓷缺陷氧化鋯陶瓷缺陷石英陶瓷石英陶瓷l2.陶瓷材料的結合鍵陶瓷材

10、料的結合鍵l陶瓷材料的結合鍵為離子鍵（如陶瓷材料的結合鍵為離子鍵（如MgO、Al2O3）、共）、共價鍵（如價鍵（如Si3N4、BN）及離子鍵和共價鍵的混合鍵。）及離子鍵和共價鍵的混合鍵。形成離子鍵或共價鍵主要取決于兩原子間的負電性。形成離子鍵或共價鍵主要取決于兩原子間的負電性。 陶瓷材料中離子鍵所佔的比例陶瓷材料中離子鍵所佔的比例與負電性差之間的半經(jīng)驗關系與負電性差之間的半經(jīng)驗關系 各原子負電性值比較各原子負電性值比較 l3.陶瓷材料的結構特點陶瓷材料的結構特點l陶瓷材料的晶體結構比金屬材料要復雜得多，但仍以陶瓷材料的晶體結構比金屬材料要復雜得多，但仍以立方、四方、六方晶系為主。立方、四方、六

11、方晶系為主。 l離子鍵晶體的配位數(shù)取決于離子半徑的大小。離子鍵晶體的配位數(shù)取決于離子半徑的大小。l對于共價鍵結合晶體對于共價鍵結合晶體, 配位數(shù)符合配位數(shù)符合8-N規(guī)則規(guī)則(N是族數(shù)是族數(shù))。示意圖示意圖立方體間隙立方體間隙八面體間隙八面體間隙四面體間隙四面體間隙三角形間隙三角形間隙線性線性間隙位置間隙位置86432正離子配正離子配位數(shù)位數(shù)l4.陶瓷材料的性能特點陶瓷材料的性能特點l由于其結合鍵為共價鍵或離子鍵，因而陶瓷材料具有由于其結合鍵為共價鍵或離子鍵，因而陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高化學穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、高熔點、高硬度、高化學穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、耐腐蝕耐腐蝕。還具有。還具有密

12、度小、彈性模量大、耐磨損、強度密度小、彈性模量大、耐磨損、強度高高等特點。對于功能陶瓷還具有等特點。對于功能陶瓷還具有電、磁、光電、磁、光等特性。等特性。 35%HCl 40l5.陶瓷材料的工藝特點陶瓷材料的工藝特點l陶瓷是脆性材料，所以大部分陶瓷是陶瓷是脆性材料，所以大部分陶瓷是通過粉體成型、通過粉體成型、燒結而得到所需要的形狀，即燒結體燒結而得到所需要的形狀，即燒結體。燒結體也是晶。燒結體也是晶粒的聚集體，有晶粒和晶界，存在的問題是有一定的粒的聚集體，有晶粒和晶界，存在的問題是有一定的氣孔率。氣孔率。 l其制備原理為：粉末原料經(jīng)過成型后，在高溫非液相其制備原理為：粉末原料經(jīng)過成型后，在高溫

13、非液相（主晶相為固態(tài)）溫度下長時間保溫，通過原子擴散（主晶相為固態(tài)）溫度下長時間保溫，通過原子擴散而粘結，從而形成具有一定密度和強度的制品。而粘結，從而形成具有一定密度和強度的制品。 l粉料裝入模具內，采用粉料裝入模具內，采用單向或雙向加壓來壓實成粉胚單向或雙向加壓來壓實成粉胚. .單向加壓單向加壓底部的密度最小。底部的密度最小。雙向加壓雙向加壓可以使密度更均可以使密度更均勻些，但工件的中部密度仍然較低。勻些，但工件的中部密度仍然較低。l裝入密閉容器裝入密閉容器(包套包套)內的粉內的粉料在壓力缸中承受流態(tài)介質料在壓力缸中承受流態(tài)介質的高壓，整個的高壓，整個包套基本上受包套基本上受到均等的壓力到

14、均等的壓力。加壓過程中。加壓過程中不加熱，稱為不加熱，稱為冷等靜壓冷等靜壓；加；加壓過程中同時加熱使工件燒壓過程中同時加熱使工件燒結則稱之為結則稱之為熱等靜壓，熱等靜壓，通常通常用高純氬氣作為加壓介質。用高純氬氣作為加壓介質。經(jīng)熱等靜壓的工件密度可達經(jīng)熱等靜壓的工件密度可達到到98%以上。以上。l燒結燒結，是指將陶瓷坯體，是指將陶瓷坯體加熱加熱到高溫到高溫，使其發(fā)生一系列物，使其發(fā)生一系列物理化學反應，然后冷卻至室理化學反應，然后冷卻至室溫，使坯體具有足夠的密度、溫，使坯體具有足夠的密度、強度和物理化學性能的過程。強度和物理化學性能的過程。l決定粉體能否致密化、制品能否燒成的關鍵是決定粉體能否

15、致密化、制品能否燒成的關鍵是溫度和溫度和保溫時間保溫時間的選擇。溫度過高、保溫時間過長，導致坯的選擇。溫度過高、保溫時間過長，導致坯體變形或晶粒粗大；溫度過低、保溫時間太短，制品體變形或晶粒粗大；溫度過低、保溫時間太短，制品密度和強度不足。密度和強度不足。l陶瓷材料的分類陶瓷材料的分類 l1、按使用的原材料分、按使用的原材料分l分為傳統(tǒng)陶瓷材料和新分為傳統(tǒng)陶瓷材料和新型陶瓷材料。型陶瓷材料。l傳統(tǒng)陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷材料主要用天主要用天碳化硅陶瓷密封件碳化硅陶瓷密封件 然的巖石、礦石、黏土等含有較多然的巖石、礦石、黏土等含有較多雜質雜質(或雜質不定或雜質不定)的材料作原料。的材料作原料。l新型陶瓷

16、材料新型陶瓷材料采用化學方法人工合采用化學方法人工合成高純度或純度可控的材料作原料成高純度或純度可控的材料作原料. l2、按性能和應用分、按性能和應用分l分為工程結構陶瓷和功能陶瓷兩類。分為工程結構陶瓷和功能陶瓷兩類。l在工程結構上使用的陶瓷稱在工程結構上使用的陶瓷稱工程陶瓷工程陶瓷，因其主要在高溫下使用，又稱高溫結構因其主要在高溫下使用，又稱高溫結構陶瓷。工程結構陶瓷有許多種，但目前陶瓷。工程結構陶瓷有許多種，但目前研究最多、并認為最有發(fā)展前途的是研究最多、并認為最有發(fā)展前途的是氮氮化硅、碳化硅化硅、碳化硅和和增韌氧化物增韌氧化物三類材料。三類材料。l利用陶瓷特有的物理性能制造的陶瓷材利用陶

17、瓷特有的物理性能制造的陶瓷材料稱料稱功能陶瓷功能陶瓷。由于它們具有的物理性。由于它們具有的物理性能差異往往很大，所以用途很廣泛。能差異往往很大，所以用途很廣泛。 陶瓷止回閥陶瓷止回閥陶瓷電容器陶瓷電容器l與傳統(tǒng)陶瓷材料相比，新型陶瓷材料除原料來源不與傳統(tǒng)陶瓷材料相比，新型陶瓷材料除原料來源不同外，還具有以下特點：同外，還具有以下特點：l1、材料的組成、材料的組成l新型陶瓷材料的組成已超出傳統(tǒng)陶瓷材料的以硅酸新型陶瓷材料的組成已超出傳統(tǒng)陶瓷材料的以硅酸鹽為主的范圍，鹽為主的范圍，除氧化物、復合氧化物和含氧酸鹽除氧化物、復合氧化物和含氧酸鹽外，還有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他外，還有碳化物

18、、氮化物、硼化物、硫化物及其他鹽類和單質。鹽類和單質。 l2、用途上、用途上l由原來主要利用材料所固有的由原來主要利用材料所固有的靜態(tài)物理性狀發(fā)展到利用各種靜態(tài)物理性狀發(fā)展到利用各種物理效應和微觀現(xiàn)象的功能性物理效應和微觀現(xiàn)象的功能性,并能在各種極端條件下使用。并能在各種極端條件下使用。l 3、制備工藝和制品形態(tài)、制備工藝和制品形態(tài)l在制備工藝和方法上有了重大在制備工藝和方法上有了重大革新與改革，制品形態(tài)也有很革新與改革，制品形態(tài)也有很大變化，大變化，由過去以塊狀和粉狀由過去以塊狀和粉狀金剛石膜刀具金剛石膜刀具金剛石膜金剛石膜SEM形貌形貌 為主向著單晶化、薄膜化、纖維化和復合化方向發(fā)展為主向

19、著單晶化、薄膜化、纖維化和復合化方向發(fā)展. l 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 l氧化鋁陶瓷以氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分為主要成分, 含含有少量有少量SiO2的陶瓷，又稱高鋁陶瓷的陶瓷，又稱高鋁陶瓷.Al2O3密封、氣動陶瓷配件密封、氣動陶瓷配件單相單相Al2O3陶瓷組織陶瓷組織單相單相Al2O3 SEM形貌形貌l根據(jù)根據(jù)Al2O3含量不同分為含量不同分為75瓷瓷(含含75%Al2O3，又稱，又稱剛玉剛玉-莫來石瓷莫來石瓷)、95瓷和瓷和99瓷，后兩者又稱剛玉瓷。瓷，后兩者又稱剛玉瓷。l氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到可使用到1950,。具有。具有良好的電絕緣性能及耐磨良好

20、的電絕緣性能及耐磨95瓷紡織件瓷紡織件99瓷紡織件瓷紡織件氧化鋁耐高溫噴嘴氧化鋁耐高溫噴嘴Al2O3化工、耐磨陶化工、耐磨陶瓷配件瓷配件氧化鋁密封環(huán)氧化鋁密封環(huán)性。微晶剛玉性。微晶剛玉的硬度極高的硬度極高(僅僅次于金剛石次于金剛石).l氮化硅（氮化硅（Si3N4）陶瓷）陶瓷 l1、氮化硅的結構、氮化硅的結構l氮化硅是由氮化硅是由SiN4四面體組四面體組成的共價鍵固體。成的共價鍵固體。它它有有 和和 兩種結構，都是六方晶兩種結構，都是六方晶格格。兩者不同之處是原子。兩者不同之處是原子層的垛堆順序不同。但它層的垛堆順序不同。但它們不是同素異構體，兩者們不是同素異構體，兩者可在一個很寬的溫度區(qū)間可在

21、一個很寬的溫度區(qū)間內同時合成。內同時合成。 SiNNNN在外加壓力下在外加壓力下Si3N4結構的變化結構的變化-Si3N4結構結構l2、制備工藝、制備工藝l 合成合成l制造高強和高韌氮化硅制品要制造高強和高韌氮化硅制品要求粉末原料的求粉末原料的 -Si3N4相含量相含量高、粒度細。為避免制品有過高、粒度細。為避免制品有過多的晶界相而損害高溫性能，多的晶界相而損害高溫性能，要求粉末有很高的純度。要求粉末有很高的純度。 l氮化硅粉末主要合成方法有：氮化硅粉末主要合成方法有：l 工業(yè)硅直接氮化：工業(yè)硅直接氮化：Si3N43Si + 2N2 Si3N4l二氧化硅還原和氮化二氧化硅還原和氮化: 3SiO

22、2+6C+2N2Si3N4+6COl亞胺硅和氨基硅的熱分解亞胺硅和氨基硅的熱分解: 3Si(NH)2Si3N4+2NH3l 3Si(NH 2)4Si3N4+8NH3 l鹵化硅或硅烷與氨的氣相反應鹵化硅或硅烷與氨的氣相反應: 3SiH4+4NH3Si3N4+12H2l 3SiCl 4+16 NH3Si3N4+12NH4Cll方法方法是大多數(shù)工業(yè)上使用氮化硅粉的制備方法，此是大多數(shù)工業(yè)上使用氮化硅粉的制備方法，此法獲得的粉末價格昂貴且純度低。方法法獲得的粉末價格昂貴且純度低。方法反應速度比反應速度比方法方法快得多，純度可控，生產(chǎn)工藝不貴，已用于生快得多，純度可控，生產(chǎn)工藝不貴，已用于生產(chǎn)高強度氮化

23、硅陶瓷。產(chǎn)高強度氮化硅陶瓷。方法方法和和通常是在需要有相通常是在需要有相當高純度的氮化硅薄膜時使用，不能用于大量生產(chǎn)。當高純度的氮化硅薄膜時使用，不能用于大量生產(chǎn)。 l 燒結工藝燒結工藝燒結工藝燒結工藝優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、反應燒結（、反應燒結（Si粉粉成型后高溫下氮化）成型后高溫下氮化）燒結時幾乎沒有收燒結時幾乎沒有收縮，能得到復雜的縮，能得到復雜的形狀形狀密度低，強度低，密度低，強度低，耐蝕性差耐蝕性差2、熱壓燒結（單軸、熱壓燒結（單軸施壓同時進行燒結）施壓同時進行燒結）用較少的助劑就能用較少的助劑就能致密化，強度、耐致密化，強度、耐蝕性最好蝕性最好只能制造簡單形狀，只能制造簡單形狀，燒結助

24、劑使高溫強燒結助劑使高溫強度降低度降低3、常壓燒結、常壓燒結能得到較高強度能得到較高強度含助劑量多，高溫含助劑量多，高溫強度低強度低4、其他：氮氣壓力燒結，超高壓燒結、其他：氮氣壓力燒結，超高壓燒結 氮化硅的燒結工藝及特點氮化硅的燒結工藝及特點國產(chǎn)第一臺（國產(chǎn)第一臺（2000，200MPa）熱等靜壓機）熱等靜壓機高技術燒結高技術燒結氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷l氮化硅必須完全致密才能作為優(yōu)質工程材料使用，因氮化硅必須完全致密才能作為優(yōu)質工程材料使用，因此必須進行燒結才能致密化。此必須進行燒結才能致密化。l為達到致密為達到致密, 常加入一定量燒結助劑起充填作用常加入一定量燒結助劑起充填作用, 常用常用助

25、劑為助劑為MgO和和Y2O3。燒結壓力低燒結壓力低, 所需燒結助劑量大。所需燒結助劑量大。 Si3N4原子結構原子結構Y2O3/Al2O3 之比為之比為1.9Y2O3/Al2O3 之比為之比為0.2l3、性能特點、性能特點l 強度、比強度、比模強度、比強度、比模量量(彈性模量彈性模量/密度密度)高高l反應燒結反應燒結Si3N4室溫抗彎室溫抗彎強度為強度為200MPa, 并可一并可一直保持到直保持到12001350。Si3N4軸承軸承熱壓氮化硅氣孔率接近于零，其室熱壓氮化硅氣孔率接近于零，其室溫抗彎強度可達溫抗彎強度可達8001000MPa，其，其比模量為比模量為11.9104 MPa, 而鋼僅

26、為而鋼僅為2.8104 MPa。l 硬度與耐磨性硬度與耐磨性l氮化硅硬度很高，僅次于金剛石、碳化硼等幾種物質氮化硅硬度很高，僅次于金剛石、碳化硼等幾種物質,氮化硅的摩擦系數(shù)僅為氮化硅的摩擦系數(shù)僅為0.10.2，相當于加油潤滑的金，相當于加油潤滑的金屬表面。屬表面。 PropertiesSi3N4|ReactionsinteredSi3N4HotpressedsinteredSi3N4GaspressuresinteredDensity(g/cm3)3.143.293.2Hardness(HV)170019001800FlexuralStrength(Mpa)700-750800-1000750

27、FractureToughness(Mpam1/2)5-67-86-7YoungsModulus(Gpa)270310300Si3N4的性能的性能l 抗熱震性能抗熱震性能l所謂抗熱震性能是指材料承受所謂抗熱震性能是指材料承受溫度急劇變化（即熱沖擊）而溫度急劇變化（即熱沖擊）而不失效的能力不失效的能力(抗熱震性抗熱震性R常用常用式式R K/ E表示表示。式中式中: 為為抗拉強度，抗拉強度，K為導熱率為導熱率, 為熱為熱膨脹系數(shù)，膨脹系數(shù)，E為彈性模量為彈性模量)。l反應燒結氮化硅熱膨脹系數(shù)僅反應燒結氮化硅熱膨脹系數(shù)僅為為2.5310-6/, 其抗熱震性大其抗熱震性大大高于其他陶瓷材料。大高于其他

28、陶瓷材料。 熱膨脹熱膨脹Si3N4熱沖擊熱沖擊Si3N4l 化學穩(wěn)定性高化學穩(wěn)定性高l除熔融除熔融NaOH和和HF外，能耐所有無機酸及某些堿溶外，能耐所有無機酸及某些堿溶液腐蝕。液腐蝕。l抗氧化溫度達抗氧化溫度達1000。分解溫度約。分解溫度約1900。 H2SO460l 良好的電絕緣體良好的電絕緣體l室溫電阻率為室溫電阻率為1.11014cm。l 反應燒結氮化硅制品精度極高反應燒結氮化硅制品精度極高l燒結時尺寸變化僅為燒結時尺寸變化僅為0.10.3%。 含含2%Y2O3、5%MgO的的Si3N4組織隨組織隨時間的變化時間的變化(1900、0.9MPa N2)PropertyCERBECM50

29、440C SteelVacuum MeltAir MeltSi3N4Steel52100 Steel52100 SteelDensity(g/cc)3.27.67.87.87.8Hardness(Rc)7864596262Elastic Modulus(GPa)320190200210210Poissons Ratio0.260.280.280.280.28Thermal Expansion Coefficient (10-6/C)(RT to 800C)2.912.310.110.910.9Max Use Temp1000320180180180Material Fatigue Life,

30、Wear Resistance100X10X0.8X5X1Xl4、主要用途、主要用途l熱壓燒結氮化硅用于制熱壓燒結氮化硅用于制造形狀簡單、精度要求造形狀簡單、精度要求不高的零件不高的零件。如切削刀。如切削刀具、高溫軸承等。具、高溫軸承等。軸承軸承氮化硅刀具氮化硅刀具氮化硅刀具氮化硅刀具氮化硅刀片切削高硬氮化硅刀片切削高硬高合金鑄鐵高合金鑄鐵l反應燒結氮化硅強度、韌性低反應燒結氮化硅強度、韌性低于熱壓燒結氮化硅，多用于制于熱壓燒結氮化硅，多用于制造形狀復雜、尺寸精度要求高造形狀復雜、尺寸精度要求高的零件的零件。如泵的機械密封環(huán)。如泵的機械密封環(huán)(比比其他陶瓷壽命高其他陶瓷壽命高67倍倍)、熱電、

31、熱電偶套管、泥沙泵零件等。偶套管、泥沙泵零件等。氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件l氮化硅還用于制造氮化硅還用于制造1200的渦輪發(fā)動機葉片、內燃的渦輪發(fā)動機葉片、內燃發(fā)動機零件、坩堝、火箭發(fā)動機零件、坩堝、火箭噴嘴、核材料的支架和隔噴嘴、核材料的支架和隔板等。板等。 氮化硅陶瓷轉子氮化硅陶瓷轉子l碳化硅碳化硅(SiC)陶瓷陶瓷 l1891年美國人阿奇遜偶然發(fā)現(xiàn)了年美國人阿奇遜偶然發(fā)現(xiàn)了SiC材料。材料。SiCSiC四面體和六角層狀排列中四面體取向四面體和六角層狀排列中四面體取向 平行平行反平行反平行四面體四面體SiCCCCl1、碳化、碳化硅的結構硅的結構

32、l碳化硅有碳化硅有 - SiC 和和 - SiC兩兩 種種，是由是由SiC四面體以不同方式堆垛而成。一種是平四面體以不同方式堆垛而成。一種是平行堆積，一種是反平行堆積行堆積，一種是反平行堆積。 - SiC為高溫穩(wěn)定相，為高溫穩(wěn)定相，呈六方結構，呈六方結構， - SiC為低溫穩(wěn)定相，呈立方結構為低溫穩(wěn)定相，呈立方結構。 (1000)面面l2、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)工藝lSiC是用石英沙是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱至高溫還原而加焦碳直接加熱至高溫還原而成：成： SiO2 + 3C SiC + 2CO。黑色碳化硅黑色碳化硅綠色碳化硅綠色碳化硅l顏色有綠色和黑顏色有綠色和黑色色, SiC含量愈高含量愈

33、高顏色愈淺，高純顏色愈淺，高純?yōu)闊o色。為無色。 l其他還有氣凝其他還有氣凝SiO2碳還原法、碳還原法、氣相合成法等氣相合成法等 。l由于晶界能和表面能比值很高，加上由于晶界能和表面能比值很高，加上SiC表面有一表面有一層薄氧化膜，因此碳化硅很難燒結。層薄氧化膜，因此碳化硅很難燒結。l通常采取一些特殊工藝手段和添加燒結助劑來促進通常采取一些特殊工藝手段和添加燒結助劑來促進燒結。燒結。常加助劑有常加助劑有B、C、Al等。等。添加添加B和和C可降低可降低晶界能，晶界能， 用用常壓燒結或熱壓燒結常壓燒結或熱壓燒結即可獲得高密度制即可獲得高密度制品。品。Al對致密化過程對致密化過程的作用類似于的作用類似

34、于B，但加，但加B容易使晶粒反常長大，容易使晶粒反常長大，而而Al卻有抑制晶粒長卻有抑制晶粒長大的作用。大的作用。常壓燒結碳化硅陶瓷件常壓燒結碳化硅陶瓷件l除常壓燒結和熱壓燒結外除常壓燒結和熱壓燒結外, SiC還可用反應燒結法制造。還可用反應燒結法制造。l這一方法的特點是燒結溫度這一方法的特點是燒結溫度比較低，比較低，收縮率幾乎為零收縮率幾乎為零。反應燒結是用反應燒結是用 -SiC粉末與石粉末與石墨粉混合成型后放入盛有硅墨粉混合成型后放入盛有硅粉的爐中加熱到粉的爐中加熱到16001700,使硅蒸汽滲入坯體與碳反應使硅蒸汽滲入坯體與碳反應生成生成 - SiC 并將坯體中原有并將坯體中原有的的 -

35、 SiC 緊密結合在一起。緊密結合在一起。反應燒結反應燒結SiC陶瓷件陶瓷件反應燒結反應燒結SiC組織組織l2、性能特點、性能特點l碳化硅的最大特點是高溫強度高碳化硅的最大特點是高溫強度高，在，在1400時抗彎強時抗彎強度仍保持在度仍保持在500 600MPa的較高水平。的較高水平。l碳化硅有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，熱傳碳化硅有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，熱傳導能力很強導能力很強，在陶瓷中僅次于氧化鈹陶瓷。，在陶瓷中僅次于氧化鈹陶瓷。 H2SO4(96%)40SiCl3、主要用途、主要用途l由于碳化硅陶瓷具有高溫高強由于碳化硅陶瓷具有高溫高強度的特點，可度的特點，可用于制造火箭

36、噴用于制造火箭噴嘴、澆注金屬用的喉管、熱電嘴、澆注金屬用的喉管、熱電偶套管、爐管、燃氣輪機葉片偶套管、爐管、燃氣輪機葉片及軸承及軸承等。等。l因其良好的耐磨性，可用于制因其良好的耐磨性，可用于制造造各種泵的密封圈、拉絲成型各種泵的密封圈、拉絲成型模具模具等。等。作為陶瓷發(fā)動機材料作為陶瓷發(fā)動機材料的研究也在進行的研究也在進行。 耐磨耐熱及半導體工業(yè)用耐磨耐熱及半導體工業(yè)用SiC件件SiC密封件密封件l增韌氧化物陶瓷增韌氧化物陶瓷 l為了提高陶瓷材料的韌為了提高陶瓷材料的韌性性, 進行了大量研究進行了大量研究, 近近十幾年在增韌氧化物陶十幾年在增韌氧化物陶瓷方面有了突破性進展瓷方面有了突破性進展

37、.ZrO2l增韌氧化物是一類高溫結構陶瓷增韌氧化物是一類高溫結構陶瓷, 這類陶瓷中含有一這類陶瓷中含有一定數(shù)量彌散分布的亞穩(wěn)狀態(tài)物質定數(shù)量彌散分布的亞穩(wěn)狀態(tài)物質。當受到外力作用時當受到外力作用時,這些物質發(fā)生相變而吸收能量，使裂紋尖端的應力場這些物質發(fā)生相變而吸收能量，使裂紋尖端的應力場松弛，增加裂紋擴展阻力，從而大幅度提高韌性。松弛，增加裂紋擴展阻力，從而大幅度提高韌性。l目前常用的相變物質是四方相的氧化鋯。目前常用的相變物質是四方相的氧化鋯。 l原則上講，許多氧化物甚至非原則上講，許多氧化物甚至非氧化物陶瓷都可用氧化鋯來增氧化物陶瓷都可用氧化鋯來增韌。但實驗結果表明，韌。但實驗結果表明，只

38、有兩只有兩個系統(tǒng)效果最好，即氧化鋯增個系統(tǒng)效果最好，即氧化鋯增韌氧化鋁和氧化鋯增韌氧化鋯韌氧化鋁和氧化鋯增韌氧化鋯,后者又稱部分穩(wěn)定氧化鋯后者又稱部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ).l部分穩(wěn)定氧化鋯部分穩(wěn)定氧化鋯的導熱率低的導熱率低(比比Si3N4低低4/5), 絕熱性好絕熱性好;熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動機中使用的金屬，因而與熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動機中使用的金屬，因而與金屬部件連接比較容易；金屬部件連接比較容易；抗彎強度與斷裂韌性高，除抗彎強度與斷裂韌性高，除在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機的主要侯選材料。在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機的主要侯選材料。 ZrO2韌化韌化Al2O3的的組織組織(白色為

39、白色為ZrO2)l由于由四方相轉變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ赣捎谟伤姆较噢D變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆?，并引起很大的體積變化速，并引起很大的體積變化(5%)，熱縮、冷脹，因而易使制品開裂。熱縮、冷脹，因而易使制品開裂。l1、部分穩(wěn)定氧化鋯及其顯微組織、部分穩(wěn)定氧化鋯及其顯微組織l氧化鋯有多種晶型轉變：氧化鋯有多種晶型轉變： 立方相立方相四方相四方相單斜相。單斜相。23701170單斜結構單斜結構立方結構立方結構四方結構四方結構立方結構立方結構l在氧化鋯中加入與其結構近似的在氧化鋯中加入與其結構近似的氧化物氧化物(如如CaO、MgO、Y2O3、CeO、Se2O3 和其他稀土氧化物和其他稀土氧化物)在高溫下形成立方固溶

40、體，快冷在高溫下形成立方固溶體，快冷保持到室溫，保持到室溫，這種固溶體不這種固溶體不ZrO2-CaO相圖相圖ZrO2-Y2O3相圖相圖再發(fā)生相變，具有這種結構再發(fā)生相變，具有這種結構的氧化鋯稱完全穩(wěn)定氧化鋯的氧化鋯稱完全穩(wěn)定氧化鋯(FSZ)，其力學性能低，抗，其力學性能低，抗熱沖擊性很差，可用作電介熱沖擊性很差，可用作電介質器件或耐火材料。質器件或耐火材料。 l如果減少加入的氧如果減少加入的氧化物數(shù)量，不使全化物數(shù)量，不使全部氧化物都呈穩(wěn)定部氧化物都呈穩(wěn)定的立方相，而使一的立方相，而使一部分以四方相的形部分以四方相的形式存在。由于這種式存在。由于這種 含有四方相的材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以

41、稱部含有四方相的材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以稱部分穩(wěn)定氧化鋯分穩(wěn)定氧化鋯(PSZPartially Stabilised Zirconia)l根據(jù)添加的氧化物不同根據(jù)添加的氧化物不同, 分別稱為分別稱為Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ等。等。lPSZ的顯微組織是在穩(wěn)定立方氧化鋯固溶體基體上的顯微組織是在穩(wěn)定立方氧化鋯固溶體基體上彌散分布著細小的四方結構的氧化鋯粒子。彌散分布著細小的四方結構的氧化鋯粒子。l這種組織是通過淬火這種組織是通過淬火+時效處理獲得的。時效處理獲得的。 穩(wěn)定氧化鋯組織穩(wěn)定氧化鋯組織部分穩(wěn)定氧化鋯組織部分穩(wěn)定氧化鋯組織四方相l(xiāng)時效后冷卻時四方相能否保持時效后冷卻時四

42、方相能否保持到室溫，取決于四方相的尺寸到室溫，取決于四方相的尺寸,尺寸過大，在時效冷卻時四方尺寸過大，在時效冷卻時四方相將轉變?yōu)閱涡毕?，從而失去相將轉變?yōu)閱涡毕?，從而失去強韌化效果，強韌化效果，四方相能保持到四方相能保持到室溫的最大尺寸為室溫的最大尺寸為臨界尺寸臨界尺寸.部分穩(wěn)定氧化鋯組織部分穩(wěn)定氧化鋯組織l臨界尺寸與材料的成分及臨界尺寸與材料的成分及相變溫度有關，隨相變溫相變溫度有關，隨相變溫度升高和添加氧化物量增度升高和添加氧化物量增加，臨界尺寸增大。加，臨界尺寸增大。 l2、應力誘發(fā)相變對斷裂韌性的貢獻、應力誘發(fā)相變對斷裂韌性的貢獻l氧化鋯中的四方相轉變?yōu)閱涡毕嘞嘧兪邱R氏體相變氧化鋯中的

43、四方相轉變?yōu)閱涡毕嘞嘧兪邱R氏體相變,金屬的馬氏體相變特征可直接用于氧化鋯。金屬的馬氏體相變特征可直接用于氧化鋯。這種相這種相變可通過應力誘發(fā)產(chǎn)生。變可通過應力誘發(fā)產(chǎn)生。受力前受力前壓痕附近四方相轉變?yōu)閱涡毕鄩汉鄹浇姆较噢D變?yōu)閱涡毕鄉(xiāng)應力誘發(fā)相變對脆性材料斷裂韌性的貢獻可用應力誘發(fā)相變對脆性材料斷裂韌性的貢獻可用 Griffith 方法確定。下圖表示在拉伸載荷下開方法確定。下圖表示在拉伸載荷下開裂物體的截面，該物體含有體積分數(shù)裂物體的截面，該物體含有體積分數(shù) Vi 的均的均勻彌散的未相變的四方氧化鋯。勻彌散的未相變的四方氧化鋯。單斜相單斜相四方相四方相立方相立方相l(xiāng)當裂紋擴展時，在裂紋新表面和

44、靠近表面的粒子因解當裂紋擴展時，在裂紋新表面和靠近表面的粒子因解脫束縛而發(fā)生相變，并在裂紋周圍形成相變區(qū)。由于脫束縛而發(fā)生相變，并在裂紋周圍形成相變區(qū)。由于裂紋尖端區(qū)的裂紋尖端區(qū)的應力誘發(fā)馬氏應力誘發(fā)馬氏體相變時要吸體相變時要吸收能量，即需收能量，即需要外力作功，要外力作功，從而增加裂紋從而增加裂紋擴展阻力，提擴展阻力，提高斷裂韌性。高斷裂韌性。l其中其中: R為裂紋前沿相變區(qū)的尺寸為裂紋前沿相變區(qū)的尺寸, 約等于粒子尺寸約等于粒子尺寸D;lVi為物體含有未相變四方氧化鋯的體積分數(shù)；為物體含有未相變四方氧化鋯的體積分數(shù)；lEC為基體材料的彈性模量；為基體材料的彈性模量；l C為基體材料的泊松比

45、；為基體材料的泊松比；l GC為四方氧化鋯為四方氧化鋯單斜氧化鋯的化學自由能變化；單斜氧化鋯的化學自由能變化；l Use為相變應變能的變化；為相變應變能的變化；l1-f為裂紋擴展時因粒子解除約束而減少的應變能分數(shù)為裂紋擴展時因粒子解除約束而減少的應變能分數(shù).l由上式由上式可見可見, 增大增大Vi、EC、(| GC|- Use f)及及R都可增大都可增大KC. 212201)|(|2cseccicfUGERVKK l設無相變時的臨界強度因子為設無相變時的臨界強度因子為K0，則有相變時的臨，則有相變時的臨界強度因子為：界強度因子為：裂紋在裂紋在Al2O3-ZrO2混合層中的混合層中的彎折彎折(層狀

46、結構經(jīng)電泳沉積產(chǎn)生層狀結構經(jīng)電泳沉積產(chǎn)生)A-相變顆粒相變顆粒B-纖維纖維C-其他裂紋其他裂紋相變阻礙裂紋擴展相變阻礙裂紋擴展l3、幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷、幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷l Mg-PSZlMg-PSZ是將含是將含MgO的的ZrO2粉料成型后，在粉料成型后，在17001850(立方相單相區(qū)立方相單相區(qū))燒結，控制冷卻速度冷至四燒結，控制冷卻速度冷至四方方+立方兩相區(qū)后等溫時效，立方兩相區(qū)后等溫時效，或直接冷至室溫再進行時效或直接冷至室溫再進行時效處理，使四方相從過飽和立處理，使四方相從過飽和立方相中析出。方相中析出。時效亞共析時效亞共析Mg-PSZ的的斷裂韌性斷裂韌性Mg-PSZ的顯微組

47、織的顯微組織lMg-PSZ分為兩類分為兩類。一類是。一類是14001500處理后得到的處理后得到的高強型高強型Mg-PSZ，抗彎強度，抗彎強度為為800MPa，斷裂韌性為，斷裂韌性為10MPam1/2。Mg-PSZ制品制品l另一類是在另一類是在1100處理處理得到的抗熱震型得到的抗熱震型Mg-PSZ,強度為強度為600MPa，斷裂韌，斷裂韌性為性為8 15MPam1/2 。 l Y-TZPl四方多晶氧化鋯四方多晶氧化鋯(TZP)是是PSZ的一個分支的一個分支, 它它在四方單相區(qū)燒結，在四方單相區(qū)燒結，冷卻過程中不發(fā)生相冷卻過程中不發(fā)生相變，室溫下保持全部變，室溫下保持全部或大部分四方相?；虼蟛?/p>

48、分四方相。Y-TZP的強度最高可達的強度最高可達1200MPa，斷裂韌性，斷裂韌性可達可達10MPam1/2以上。以上。Y-TPZ的顯微組織的顯微組織Y-TPZ的斷裂韌性與的斷裂韌性與Y2O3含量關系含量關系lY-TZP存在的主要問題是低溫長期時效后性能下降存在的主要問題是低溫長期時效后性能下降,如在如在230時效后強度由時效后強度由819MPa降到降到556MPa，這，這可能與表面受到化學腐蝕，使基體應力松弛，導致可能與表面受到化學腐蝕，使基體應力松弛，導致四方相轉變?yōu)閱涡毕嘤嘘P。四方相轉變?yōu)閱涡毕嘤嘘P。 Y-TZP醫(yī)用件醫(yī)用件l TZP-Al2O3復合陶瓷復合陶瓷l利用利用Al2O3的高彈

49、性模量，的高彈性模量，可使可使Y-TZP晶粒細化、硬度晶粒細化、硬度提高、四方相含量增加、強提高、四方相含量增加、強度與韌性大大提高。度與韌性大大提高。Al2O3含量含量對對Y-TZP抗抗彎強度影響彎強度影響l用熱壓燒結制得的用熱壓燒結制得的ZrO2-Al2O3復合陶瓷的強度達復合陶瓷的強度達2400MPa，斷裂韌性達，斷裂韌性達17MPam1/2 。TZP醫(yī)用制品醫(yī)用制品l增韌氧化物陶瓷在高溫長時間作用下，或在腐蝕、增韌氧化物陶瓷在高溫長時間作用下，或在腐蝕、溫度、應力梯度聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性是一個重要問溫度、應力梯度聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性是一個重要問題，題，將其用于熱機還有許多技術問題需待解決。

50、將其用于熱機還有許多技術問題需待解決。 含含20%Al2O3的的Y-TZP抗彎強度抗彎強度隨溫度的變化隨溫度的變化Al2O3-ZrO2(Y2O3)成分對斷裂韌成分對斷裂韌性的影響性的影響l部分穩(wěn)定氧化鋯的導熱率低部分穩(wěn)定氧化鋯的導熱率低, 絕熱性好絕熱性好;熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動機中使用的熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動機中使用的金屬，抗彎強度與斷裂韌性高，除在常金屬，抗彎強度與斷裂韌性高，除在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機的主要溫下使用外，已成為絕熱柴油機的主要侯選材料侯選材料，如發(fā)動機的汽缸內襯、推桿如發(fā)動機的汽缸內襯、推桿、活塞帽、閥座、凸輪、軸承等?；钊薄㈤y座、凸輪、軸承等。 增韌氧化鋯增

51、韌氧化鋯增韌氧化鋯導輪芯軸增韌氧化鋯導輪芯軸部分穩(wěn)定氧化鋯制品部分穩(wěn)定氧化鋯制品熱障涂層熱障涂層氧化鋯拉線輪氧化鋯拉線輪氧化鋯球閥氧化鋯球閥部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層齒輪、泵零件齒輪、泵零件氧化鋯制品氧化鋯制品l陶瓷的陶瓷的脆性脆性是由于內部是由于內部微裂紋的擴微裂紋的擴展展（見右面（見右面裂紋擴展動裂紋擴展動畫）畫）所致。所致。 l提高陶瓷材料韌性的有效途徑就是增加裂紋擴展的阻提高陶瓷材料韌性的有效途徑就是增加裂紋擴展的阻力。除力。除部分穩(wěn)定氧化鋯增韌部分穩(wěn)定氧化鋯增韌外，利用外，利用顆粒物或纖維阻顆粒物或纖維阻止裂紋擴展或增長裂紋擴展路徑止裂紋擴展或增長裂紋擴展路徑也是有效的

52、方法。在也是有效的方法。在定向纖維增強的陶定向纖維增強的陶瓷中，裂紋擴展時瓷中，裂紋擴展時使纖維在界面上脫使纖維在界面上脫粘和纖維拔出都要粘和纖維拔出都要消耗能量，延緩材消耗能量，延緩材料的斷裂，達到增料的斷裂，達到增韌的目的。韌的目的。l短纖維或晶須增強的陶瓷中，裂紋擴展路徑轉短纖維或晶須增強的陶瓷中，裂紋擴展路徑轉折和增長，可以達到同樣到效果。折和增長，可以達到同樣到效果。l新型功能陶瓷材料具有特殊的物理化學性能，種類新型功能陶瓷材料具有特殊的物理化學性能，種類繁多，這里只能介紹幾種。繁多，這里只能介紹幾種。l1、電子陶瓷材料、電子陶瓷材料l作為電子材料應用的陶瓷稱電作為電子材料應用的陶瓷

53、稱電子陶瓷子陶瓷，主要分裝置瓷、介電主要分裝置瓷、介電陶瓷、敏感性陶瓷幾大類陶瓷、敏感性陶瓷幾大類。裝。裝置瓷主要用作絕緣子、電子器置瓷主要用作絕緣子、電子器件支架等，這里不作介紹。件支架等，這里不作介紹。 l 導電陶瓷導電陶瓷l一般氧化物陶瓷是不導電的，但如果把某些氧化物一般氧化物陶瓷是不導電的，但如果把某些氧化物加熱，或者用其它的方法激發(fā)，使外層電子獲得足加熱，或者用其它的方法激發(fā)，使外層電子獲得足夠的能量，足以克服原子核對它的吸引力而成為自夠的能量，足以克服原子核對它的吸引力而成為自由電子，這種氧化物陶瓷就成為電子導體或半導體由電子，這種氧化物陶瓷就成為電子導體或半導體.導電陶瓷導電陶瓷

54、陶瓷加熱器陶瓷加熱器l氧化鋯陶瓷、氧化釷陶瓷及由復合氧化物組成的鉻酸氧化鋯陶瓷、氧化釷陶瓷及由復合氧化物組成的鉻酸鑭陶瓷都是新型電子導電材料，可作為高溫設備電熱鑭陶瓷都是新型電子導電材料，可作為高溫設備電熱材料。材料。其最大的優(yōu)點是更耐高溫和良好的抗氧化能力其最大的優(yōu)點是更耐高溫和良好的抗氧化能力.l穩(wěn)定氧化鋯陶瓷穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的最高使用溫度的最高使用溫度2000，氧化釷陶瓷氧化釷陶瓷可達可達2500，但它們低溫時的導電性能需進一步改進，但它們低溫時的導電性能需進一步改進.導電陶瓷導電陶瓷l鉻酸鑭導電陶瓷鉻酸鑭導電陶瓷是新型電熱材是新型電熱材料，其使用溫度可達料，其使用溫度可達1800，空氣中

55、的使用壽命在空氣中的使用壽命在1700小時小時以上，用于以上，用于1500 1800的高的高溫電爐，是最好的電熱材料。溫電爐，是最好的電熱材料。l 介電陶瓷介電陶瓷l介電陶瓷主要用于制造電容器，要求具有電阻率高、介電陶瓷主要用于制造電容器，要求具有電阻率高、介電常數(shù)大、介質損耗小等特點。介電常數(shù)大、介質損耗小等特點。金紅石金紅石(TiO2)、鈦、鈦酸鈣瓷酸鈣瓷(CaTiO3)、鈦酸鎂瓷、鈦酸鎂瓷(2MgO-TiO2)、鈦鍶鉍瓷、鈦鍶鉍瓷(Bi2O3 nTiO2溶于溶于SrTiO3的固溶體的固溶體) 用于高頻電容器。用于高頻電容器。鈦酸鋇鈦酸鋇(BaTiO3)用于鐵電電容器、半導體電容器等。用于

56、鐵電電容器、半導體電容器等。BaTiO3結構結構多層多層BaTiO3陶瓷電容器陶瓷電容器l晶體中具有相同自發(fā)極化方向的小區(qū)稱為晶體中具有相同自發(fā)極化方向的小區(qū)稱為電疇電疇，BaTiO3是具有電疇結構的鐵電晶體是具有電疇結構的鐵電晶體，通過加入物可，通過加入物可使其居里溫度使其居里溫度(使電疇結構消失的溫度，使電疇結構消失的溫度，BaTiO3的的居里溫度為居里溫度為120)調整至室溫附近，介電常數(shù)可由調整至室溫附近，介電常數(shù)可由 單成分的單成分的1700提高到提高到30000以上。以上。l由以上材料制成的電由以上材料制成的電容器已廣泛用于收音容器已廣泛用于收音機、電視機、無線電機、電視機、無線電

57、收發(fā)報機等方面。收發(fā)報機等方面。未加電場電場E方向電場E方向l 壓電陶瓷壓電陶瓷l當晶體受到外力作用產(chǎn)生變形時，其兩端面出現(xiàn)正負當晶體受到外力作用產(chǎn)生變形時，其兩端面出現(xiàn)正負電荷，顯示極化現(xiàn)象，反之，在晶體上施加電場引起電荷，顯示極化現(xiàn)象，反之，在晶體上施加電場引起極化時，晶體產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱作極化時，晶體產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱作壓電效應壓電效應。l具有壓電效應的陶瓷即壓電陶瓷。利用壓電效應可把具有壓電效應的陶瓷即壓電陶瓷。利用壓電效應可把機械能轉變?yōu)殡娔?，或把電能轉變?yōu)闄C械能。機械能轉變?yōu)殡娔?，或把電能轉變?yōu)闄C械能。壓壓電電效效應應l壓電陶瓷種類很多，且多為壓電陶瓷種類很多，且多為ABO3

58、型化合物或多種型化合物或多種ABO3型化合物的固溶體型化合物的固溶體，應用最廣的有鈦酸鋇系、應用最廣的有鈦酸鋇系、鈦酸鉛系和鋯鈦酸鉛系。鈦酸鉛系和鋯鈦酸鉛系。l目前壓電陶瓷已成為壓電材料中產(chǎn)量最大和用途最目前壓電陶瓷已成為壓電材料中產(chǎn)量最大和用途最廣的一種。廣的一種。 鋯鈦酸鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電陶瓷壓電變壓器壓電變壓器壓電馬達壓電馬達高溫壓電陶瓷高溫壓電陶瓷壓電馬達芯片壓電馬達芯片l壓電陶瓷主要用于動力裝置和信息處理器件。壓電陶瓷主要用于動力裝置和信息處理器件。l例如，利用壓電效應產(chǎn)生的高電壓可以爆發(fā)火花，制例如，利用壓電效應產(chǎn)生的高電壓可以爆發(fā)火花，制成各種成各種點火栓點火栓。利用壓電體在

59、交流電壓作用下伸縮的。利用壓電體在交流電壓作用下伸縮的原理，可制成原理，可制成壓電振子壓電振子，用于超聲和水聲換能器用于超聲和水聲換能器。利。利用壓電陶瓷的諧振特性還可制作用壓電陶瓷的諧振特性還可制作濾波器和電聲器件濾波器和電聲器件等等. 壓力轉換器壓力轉換器超聲探頭超聲探頭壓力傳感器壓力傳感器l 氣敏陶瓷和濕敏陶瓷氣敏陶瓷和濕敏陶瓷l 氣敏陶瓷氣敏陶瓷l其電阻值隨所處環(huán)境的氣氛其電阻值隨所處環(huán)境的氣氛而變，俗稱而變，俗稱“電子鼻電子鼻”。l常見的氣敏陶瓷很多，常見的氣敏陶瓷很多，已廣已廣泛應用的有泛應用的有SnO2、 -Fe2O3、 -Fe2O3、ZnO、WO3復合復合氧化物系統(tǒng)及氧化物系統(tǒng)

60、及ZrO2、TiO2等等.SnO2氣敏陶瓷氣敏陶瓷SnO2氣敏元件氣敏元件lSnO2氣敏陶瓷對可燃性氣體氣敏陶瓷對可燃性氣體(如氫如氫、甲烷甲烷、丙烷丙烷、乙乙醇醇、丙酮丙酮、CO、城市煤氣城市煤氣、天然氣等天然氣等)有較高靈敏度有較高靈敏度.l摻摻Pt的的ZnO對丁烷和丙烷等靈敏度高對丁烷和丙烷等靈敏度高，而，而摻摻Pd的的ZnO對氫和對氫和CO的靈敏度高的靈敏度高。l -Fe2O3氣敏陶瓷主要用于檢測異丁烷和石油液化氣敏陶瓷主要用于檢測異丁烷和石油液化氣，而氣，而ZrO2氣敏陶瓷主要用于氧氣的檢測。氣敏陶瓷主要用于氧氣的檢測。 氣敏裝置氣敏裝置l 濕敏陶瓷濕敏陶瓷l其電阻值隨所處環(huán)境的濕度