工程材料 第一組 結(jié)構(gòu)陶瓷

1、 結(jié)構(gòu)陶瓷簡介 工程材料工程材料 第一組第一組我們的隊伍身邊的結(jié)構(gòu)陶瓷身邊的結(jié)構(gòu)陶瓷身邊的結(jié)構(gòu)陶瓷身邊的結(jié)構(gòu)陶瓷身邊的結(jié)構(gòu)陶瓷身邊的結(jié)構(gòu)陶瓷緒論定義定義各種結(jié)構(gòu)部件，以發(fā)揮機械、熱、化學(xué)和生物等功能的高性能陶瓷。因結(jié)構(gòu)陶瓷常在高溫下使用，故也稱高溫結(jié)構(gòu)陶瓷或工程陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷主要是指用于特點特點在高溫下的強度和硬度高，蠕變小，能抵抗氧和其他化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并有較高的斷裂韌性和耐磨損性，其耐機械振動和溫度激變的能力也要較一般陶瓷優(yōu)越。分類分類結(jié)構(gòu)陶瓷種類較多，按原料分類，分為以下幾大系列：1、氧化物陶瓷，主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、莫來石陶瓷等；2、氮化物陶瓷，主要有氮化硅陶瓷、氮化鋁陶瓷、氮

2、化硼陶瓷等；3、碳化物陶瓷，主要有碳化硅陶瓷、碳化鈦陶瓷、碳化硼陶瓷等；4、硼化物陶瓷，主要有硼化鈦陶瓷、硼化鋯陶瓷等。發(fā)展現(xiàn)狀工程結(jié)構(gòu)陶瓷是陶瓷材料的重要分支，它以耐高溫、高強度、耐磨損、超硬度、抗腐蝕等機械力學(xué)性能為主要特征，廣泛應(yīng)用于機械、電子、航空航天、生物工程領(lǐng)域，約占整個陶瓷市場的25%發(fā)展趨勢高性能結(jié)構(gòu)陶瓷有如下三個發(fā)展趨勢：高性能結(jié)構(gòu)陶瓷有如下三個發(fā)展趨勢：單相陶瓷向多相復(fù)合陶瓷發(fā)展 當(dāng)前結(jié)構(gòu)陶瓷的研究與來發(fā)已從原先傾向于單相和高純的特點向多相復(fù)合的方向發(fā)展。其中包括纖維（或晶須）補強的陶瓷基復(fù)合材料；異相顆粒彌散強化的復(fù)相陶瓷；自補強復(fù)相陶瓷，也稱為原位生長復(fù)相陶瓷；梯度功能

3、福相陶瓷和納米復(fù)相陶瓷。例如SiC-TiC納米符合陶瓷的斷裂韌性可達16MPam1/2與鑄鐵的韌性相當(dāng)；Al2O3、SiC納米復(fù)合陶瓷在1100仍保持1500MPa的高強度。發(fā)展趨勢微米陶瓷向納米陶瓷發(fā)展 結(jié)構(gòu)陶瓷的研究與開發(fā)正在從目前微米級尺度（從粉體到顯微結(jié)構(gòu)）向納米級尺度發(fā)展。其徑路尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸以及缺陷尺寸都屬于納米量級，為了得到納米陶瓷，一般的制粉、成型和燒結(jié)工藝已不適應(yīng)，這必將引起陶瓷工藝的發(fā)展與變革，也將一區(qū)陶瓷學(xué)理論的發(fā)展乃至建立新的理論體系，以適應(yīng)納米尺度的需求。由于晶粒細化有助于晶粒間的滑移，而使陶瓷具有超塑性，因此晶粒細化可能使陶瓷的原有性能得到很大

4、改善，以至在性能上發(fā)生突變甚至出現(xiàn)新的性能或功能。納米陶瓷的發(fā)展是當(dāng)前陶瓷研究和開發(fā)的一個重要趨勢，它將促使陶瓷材料的研究從工藝到理論、從性能到應(yīng)用都提升到一個嶄新的階段。發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢由經(jīng)驗式研究向材料設(shè)計方向發(fā)展 由于陶瓷科學(xué)的發(fā)展，高性能結(jié)構(gòu)陶瓷 的研究已擺脫以經(jīng)驗式研究為主導(dǎo)的方式，而步入按使用和性能上的要求對陶瓷材料進行剪裁和設(shè)計的階段。制備技術(shù)制備技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備技術(shù)最主要是成型技術(shù)和燒結(jié)技術(shù)。成型技術(shù)是制備復(fù)雜形狀陶瓷制品的必須手段。目前，高性能結(jié)構(gòu)陶瓷使用的成型方法主要分干法和濕法兩大類。由于原料采用的多是微細或超微細的瘠性粉體，具有很強的顆粒團聚傾向，易造成坯體密度不

5、均，局部剝離或分層，燒結(jié)后產(chǎn)生開裂、尺寸的精確性差等缺陷。針對高性能結(jié)構(gòu)陶瓷的成型問題，90年代以來發(fā)展起來的一系列使用非孔模具，實現(xiàn)原位固化的新型膠態(tài)成型技術(shù)，迅速成為目前國內(nèi)外高性能結(jié)構(gòu)陶瓷成型技術(shù)的研究熱點。成型技術(shù)成型技術(shù)此外，國際上還采用一些特殊的成型方法來制備納米陶瓷材料，以克服由于原料晶粒尺寸很小，比表面積巨大，傳統(tǒng)的成型方法易出現(xiàn)坯體開裂的現(xiàn)象。一種方法為脈沖電磁力成型法。即脈沖電磁力在納米Al2O3 粉上產(chǎn)生210GPa持續(xù)幾個微秒的壓力脈沖,能使樣品達到62%83%的理論密度。另一種成型方法為二次加壓成型法。第一次加壓導(dǎo)致納米粉體軟團聚的破碎，第二次加壓導(dǎo)致晶粒的重排，以使

6、顆粒間能更好地接觸。用這種方法可使素坯達到更高的密度。成型技術(shù)成型技術(shù)當(dāng)今，高性能陶瓷的成型技術(shù)及其理論的研究受到高度重視，各種陶瓷成型技術(shù)都有各自的優(yōu)點和一定局限。根據(jù)近幾年國際國內(nèi)的研究開發(fā)情況和發(fā)展趨勢，可以看出，采用低粘度高固相含量粉體漿料，通過原位固化方法和納米陶瓷成型技術(shù)有望成為今后高性能陶瓷成型技術(shù)的一個主要方向。燒結(jié)技術(shù)高性能陶瓷材料的燒結(jié)通常是采用常壓、熱壓和熱靜壓等對材料實施燒結(jié)。隨著科學(xué)的發(fā)展，對材料性能要求的提高，近年來發(fā)展起來的陶瓷材料納米燒結(jié)技術(shù)倍受關(guān)注。與常規(guī)粉體的燒結(jié)相比納米燒結(jié)具有燒結(jié)活化能低、燒結(jié)速率加快和燒結(jié)開始溫度降低的特點。燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)熱壓燒結(jié)熱壓

7、燒結(jié)氣壓燒結(jié)氣壓燒結(jié)等離子活化燒結(jié)等離子活化燒結(jié)(PAS)(PAS) 利用脈沖大電流通過施加了壓力的粉體，使粉體顆粒間發(fā)生微放電激發(fā)等離子活化顆粒，然后再通電加熱的奧曬節(jié)溫度，整個過程一般在10min左右即可完成。 常用結(jié)構(gòu)陶瓷舉例常用結(jié)構(gòu)陶瓷舉例氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷人造寶石人造寶石紅寶石和藍寶石的主要成分都是Al2O3。紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物；而藍寶石呈藍色則是由于其中混有少量含鈦化合物。1900年，科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為2g-4g的紅寶石?，F(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍寶石。氧化鋁陶瓷，碉堡了！綠柱石類綠柱石類Beryl海藍寶

8、石海藍寶石Aquamarine祖母綠祖母綠Emerald電氣石類電氣石類Tourmaline紅碧璽紅碧璽紫紅色碧璽紫紅色碧璽粉色碧璽粉色碧璽綠色碧璽綠色碧璽剛玉類剛玉類Corundum金綠寶石金綠寶石Chrysoberyl紅寶石紅寶石ruby藍寶石藍寶石sapphire黃寶石黃寶石黃玉類黃玉類Topaz碳酸鹽類碳酸鹽類Carbonate菱錳礦菱錳礦Dialogite特殊光學(xué)效應(yīng)Special optic effect星光紅、藍寶石星光紅、藍寶石碧璽貓眼碧璽貓眼觀賞石Enjoyable stone孔雀石孔雀石Malachite方解石與輝銻礦方解石與輝銻礦紫水晶紫水晶微斜長石雙晶與煙水晶蘭色微斜長

9、石鈉長石針鐵礦晶簇綠簾石晶體玉石玉石Bowlder翡翠 Jade綠松石綠松石白玉白玉岫玉綠玉綠玉刻章石刻章石田黃石田黃石雞血石雞血石瑪瑙瑪瑙 Agate氧化鋁陶瓷的性能和應(yīng)用氧化鋁陶瓷的用途是十分廣泛的，根據(jù)氧化鋁含量不同，其性能不同，用途也各有差異。機械強度高機械強度高：氧化鋁燒結(jié)后的抗彎強度可達250MPa,熱壓產(chǎn)品可達500MPa，氧化鋁的成分愈純，強度愈高，強度在高溫下可維持到900，利用氧化鋁陶瓷的這一性質(zhì)可以制成裝置瓷裝置瓷和其他機械構(gòu)件。氧化鋁火花塞電阻率高，電絕緣電阻率高，電絕緣性好性好：氧化鋁的常溫電阻率約為1015cm，絕緣強度15Kv/mm，利用其絕緣性和強度可制成各種基

10、板、管座、火花塞和電路外殼等氧化鋁陶瓷的性能和應(yīng)用硬度高硬度高： 莫氏硬度為9，加上優(yōu)良的抗磨損性，所以廣泛地用以制造刀具、磨輪、磨料、拉絲模、擠壓模、軸承等。用A12O3陶瓷刀具加工汽車發(fā)動機和飛機零件時，可以以高的切削速度獲得高的精度。氧化鋁陶瓷的性能和應(yīng)用熔點高，抗腐蝕：熔點高，抗腐蝕：氧化鋁的熔點為2050，能較好地抵抗一些熔融金屬的侵蝕，可用作耐火材料、爐管，熱電偶保護套等。氧化鋁陶瓷的性能和應(yīng)用化學(xué)穩(wěn)定性好：化學(xué)穩(wěn)定性好： 許多復(fù)合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、溴化物、碘化物、氧化物以及硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸不與Al2O3作用。因此Al2O3可以制備人體關(guān)節(jié)、人工骨等生物陶瓷

11、材料。氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷耐磨抗沖擊氧化鋁陶瓷襯片、襯板、襯塊耐磨抗沖擊氧化鋁陶瓷襯片、襯板、襯塊產(chǎn)品具有耐磨、抗沖擊、施工方便等特點，廣泛適用于礦山、熱電、水泥等行業(yè)的物料輸送。耐磨抗沖擊氧化鋁陶瓷襯片耐磨抗沖擊氧化鋁陶瓷襯片耐磨抗沖擊氧化鋁陶瓷襯板、襯塊耐磨抗沖擊氧化鋁陶瓷襯板、襯塊光學(xué)特性光學(xué)特性氧化鋁陶瓷可以制成用于高壓納燈的透明陶瓷燈管。鈉蒸氣放電可獲得一種高效率的光源。但是鈉蒸氣放電會產(chǎn)生超過1000的高溫，而且鈉是一種非常活潑的金屬，有很強的腐蝕性，用玻璃制成的燈管無法耐受，而一時又找不到能在高溫下抵抗鈉蒸氣腐蝕的合適燈管材料。透明氧化鋁陶瓷的熔點高達2050，能在1600的環(huán)境里不受鈉蒸氣的腐蝕，而且可以通過95的光線。有了它，高壓鈉燈才在1960年呱呱墜地，并經(jīng)過不斷改進，得到了實際應(yīng)用。除了高壓鈉燈外，透明陶瓷還適用于制造其他新型的燈具，如鉀燈、銣燈、銫燈、金屬鹵化物燈等 氧化鋁陶瓷制品