结构陶瓷课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/9/7 Saturday,#,结构陶瓷,氧化物陶瓷,非氧化物陶瓷,低,膨胀陶瓷,可加工,陶瓷,超高温,陶瓷,陶瓷基,复合材料,结构,/,功能一体化材料,结构陶瓷氧化物陶瓷,1,氧化物陶瓷,氧化物结构陶瓷是发展较早、应用广泛、成本较低的一类陶瓷材料。,一般是指熔点高于,SiO2,（,1730,）的氧化物,高强度、耐磨损、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘,SiO,2, Al,2,O,3, MgO, ZrO,2, TiO,2,莫来石,（,3Al,2,O,3,2SiO,2,）,尖晶石（,MgAl,2,O,4,），堇青石（,2MgO2Al,2,O,3,5SiO,2,）等,氧化物陶瓷氧化物结构陶瓷是发展较早、应用广泛、成本较低的一类,2,氧化铝,有,10,余种同质异构晶体，,相是唯一的热力学稳定相。,矿物,名：刚玉；熔点：,2050,、密度：,3.99,、化学稳定性极好,0.25.5,m,透光性好，纯氧化铝无色透明；含微量,Cr,的氧化铝单晶俗称红宝石；,含,微量,Ti,的,氧化铝单晶,俗称蓝宝石,氧化铝有10余种同质异构晶体，相是唯一的热力学稳定相。,3,氧化铝陶瓷,为了在较低温度下烧结，添加烧结助剂高岭土、滑石、,SiO2,等,按氧化铝的,纯度分为,99,瓷、,97,瓷和,95,瓷,硬度,高、耐磨性好、机械强度高,电绝缘,好，特别是高温绝缘和抗高压性好,化学稳定性好,透光性好,氧化铝陶瓷为了在较低温度下烧结，添加烧结助剂高岭土、滑石、S,4,氧化铝瓷的应用,耐磨件：纺织瓷、切削刀具、拉丝模、研磨介质、耐磨衬、喷嘴、阀片等,高温：高温炉管、坩埚、热电偶护管,绝缘：电路基板、电真空器件绝缘管壳等,耐,腐蚀：化工设备部件、高压钠灯管（透明）,生物瓷,氧化铝瓷的应用耐磨件：纺织瓷、切削刀具、拉丝模、研磨介质、耐,5,氧化锆陶瓷,其中，,t,m,的相变为马氏体相变，产生,34%,体积膨胀。,ZrO2,能与,CaO,、,MgO,、,Y2O3,、,CeO2,形成固溶体，该固溶体的相变温度降低，甚至在室温下,t,和,C,相可以存在。因此，这些氧化物被称作稳定剂。该,相变温度与稳定剂,含量、晶粒尺寸以及晶粒所受到的束缚有关,FSZ,氧化锆陶瓷其中，tm的相变为马氏体相变，产生34%体积膨,6,相变增韧氧化锆陶瓷,1975,年,Garvie,等在,Nature,发表“,Ceramic Steel,”,PSZ,强度,250MPa,提高到,600MPa,；,KIC,达到,10,MPam,1/2,1977,年出现了四方氧化锆多晶体,TZP,陶瓷,现在,TZP,力学性能：,2GPa,，,20MPam,1/2,相变增韧氧化锆陶瓷1975年Garvie等在Nature,7,氧化锆的应用,耐磨零件、研磨介质,陶瓷轴承、,光纤连接器接插件,陶瓷弹簧、陶瓷刀,高级手表,氧化锆的应用耐磨零件、研磨介质,8,氮化物陶瓷,高温升华,分解：,Si3N4,（,1900,）、,AlN,（,2450,）、,BN,（,3000,）,高熔点：,TiN,（,2950,）、,ZrN,（,2980,）、,HfN,（,3310,），,Si3N4,固溶体：,SiAlON,（塞隆,）,高,硬、高强,高温抗氧化性能差,氮化物陶瓷高温升华分解：Si3N4（1900）、AlN（24,9,氮化硅陶瓷,反应烧结（,RBSN,）：,Si,粉成形体氮化,热压,烧结（,HPSN,）：,Si3N4,加氧化物烧结助剂，热压,无压,烧结（,SSN,）：在埋粉中常压,N2,气氛下,气压烧结（,GPSSN,）：在,0.5-20MPa N2,或,Ar,气压下烧结,氮化硅陶瓷反应烧结（RBSN）：Si粉成形体氮化,10,氮化硅的应用,切削刀具,发动机高温部件,陶瓷轴承,冶金、化工部件,航空航天,氮化硅的应用切削刀具,11,碳化物陶瓷,SiC, B4C; TiC, ZrC, HfC,高,熔点（,3000,，,HfC,：,3887,）,高,硬度，,B4C,仅次于金刚石和立方氮化硼,高温抗氧,化,脆,碳化物陶瓷SiC, B4C; TiC, ZrC, HfC,12,SiC,陶瓷,反应结合,SiC,：,-SiC,和,C,为原料，成型后在,1500,渗,Si,，,Si,与,C,反应生成,-SiC,，使原有的,SiC,烧结,热压,烧结：添加剂,Al2O3, AlN,B,C,B4,等；,2000,/40MPa,；相对密度,95%,无压,烧结：添加,C+B,，,2020,，相对密度,98%,SiC陶瓷反应结合SiC：-SiC和C为原料，成型后在15,13,SiC,陶瓷的特性,低密度、高模量,高温,强度高、高温蠕变小,高,硬度、低摩擦系数,低热,膨胀、高热导，抗热冲击好,化学稳定性好,SiC陶瓷的特性低密度、高模量,14,低热膨胀陶瓷,堇青石（,2MgO,2Al,2,O,3,5SiO,2,）,0.61.2 10,-6,-1,热膨胀,系数各向异性、烧成温度范围窄,汽车尾气净化器载体、高温过滤器、窑具,低热膨胀陶瓷堇青石（ 2MgO2Al2O35SiO2）0,15,可加工陶瓷,一般烧结致密的结构陶瓷具有高硬度、低韧性的特点，难以机加工,添加具有层状晶体结构的软质相：六方氮化硼、云母、,LaPO4,等,MAX,相三元化合物陶瓷,可加工陶瓷一般烧结致密的结构陶瓷具有高硬度、低韧性的特点，难,16,MAX,相层状陶瓷,M,：过渡金属,A,：主要是,、,主族元素,X,：,C,或,N,n,：,1,2,3,5,通式：,X,占据,6,个,M,形成的,8,面体中心，共价键成分高,A,在,XM68,面体层之间，较弱的金属键,M,X,A,MAX相层状陶瓷M：过渡金属通式：X占据6个M形成的8面体中,17,MAX,相陶瓷特性,金属性,高导热、高导电、低硬度、高损伤容限、高抗热震性、可加工性,陶瓷性,高弹性模量、高温强度高、抗氧化、抗腐蚀,MAX相陶瓷特性金属性,18,MAX,相陶瓷应用,可加工陶瓷,发热体、电刷材料,MAX相陶瓷应用可加工陶瓷,19,超高温陶瓷,能够长时间在超高温（,1600,）有氧环境下使用的陶瓷材料,2760,o,C,1930,o,C,1260,o,C,过渡金属硼化物（,ZrB2,，,HfB2,TaB2,）、碳化物（,ZrC,、,HfC,）和氮化物（,HfN,）,超高温陶瓷能够长时间在超高温（1600）有氧环境下使用的陶,20,超高温陶瓷,课题：,烧结,高温氧化,抗热震,超高温陶瓷课题：,21,陶瓷基复合材料,复相陶瓷：,ZrO2,增韧陶瓷,金属陶瓷,层状结构,陶瓷基复合材料复相陶瓷：ZrO2增韧陶瓷,22,纤维增强陶瓷基复合材料,SiO,2f,/SiO,2,C/C, C/SiC, SiC/SiC,纤维增强陶瓷基复合材料SiO2f/SiO2,23,航空航天材料中的陶瓷,热障涂层（,ZrO,2,）,陶瓷型芯（,Al,2,O,3,SiO,2,）,高温陶瓷基复合材料（,C,f,/SiC,SiC,f,/SiC,）,高温透波材料（,SiO,2, Si,3,N,4,）,高温、超高温热防护材料（,ZrB,2,/SiC,）,航空航天材料中的陶瓷热障涂层（ZrO2）,24,