陶瓷材料的基本材料ppt课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master title style,High Confidential,Slide -,#,我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物,陶瓷材料基本知识的培训,江东新材料,周祖直,7.27,陶瓷材料基本知识的培训 江东新材料,Slide -,2,陶瓷材料的,生产过程,1.,造粒,2.,成型,3.,烧结,Slide - 2陶瓷材料的1.造粒,Slide -,3,（,1),：,造粒,造粒工艺是将磨细的粉料，经过干燥、加胶黏剂，制成流动性好、粒径约为,0.1mm,的颗粒。一般使用的胶黏剂应满足以下要求：要有足够的黏性，以保证良好的成型性和坯体的机械强度；经高温锻烧能全部挥发，坯体中不留或少留胶黏剂残留杂质；工艺简单，没有腐蚀性，对陶瓷性能无不良影响。,在功能陶瓷的生产工艺中从利于烧成和固相反应进行的角度考虑，希望获得超细的原料颗粒，但粉料越细，比表面积越大，,流动性,越差，干压成型时不容易均匀的充满模具，经常出现成型件有空洞、边角不致密、层裂、弹性失效的问题。常采用造粒工艺解决这一问题。,Slide - 3（1)：造粒,Slide -,4,（,2,）成型：,粉末原料转化成一定体积和强度的成型体，也称素坯。,.,成型在陶瓷烧结致密化中的重要作用：,残余应力,：,烧结过程中即固相扩散物质迁移致密化的驱动力。没有经过压实的粉末，即使在高温下（,Tm,）烧结，也不会产生致密化而形成陶瓷。,加压,成型,一定形状,减少孔隙度,残余应力,Slide - 4（2）成型：残余应力：烧结过程中即固相扩散,Slide -,5,.,成型工艺：,a:,干压成型：,单轴向压制成型。,密度、应力不均匀，易产生分层，压力高时尤为明显。,适用范围：,形状简单、横截面积大，但高度小的样品。,干 压 成 型,冷等静压成型,热等静压成型,成型工艺,b:,冷等静压成型：,优点：,坯体密度均匀、无缺陷，用于长径比大、形状复杂的零件，压力可加到,400500MPa,，为后续烧结致密化创造有利条件。,Slide - 5.成型工艺： a:干压,Slide -,6,2024/9/8,6,（,3,）、烧结：,将坯体加热到高温，通过固相或部分液相扩散，使物质迁移而消除孔隙，形成特定的显微组织结构的工艺过程。,常压烧结,热压烧结,热等静压,烧结,烧结,时生坯在高温下发生一系列物理化学变化（水的蒸发，硅酸盐分解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并使生坯体积收缩，强度、密度增加，形成致密、坚硬的具有某种显微结构的烧结体。,Slide - 62023/8/56（3）、烧结：将坯体加热,Slide -,7,b,：热压烧结,：,加温同时加压的烧结方式，一般单轴向加压。,优点：,减少气孔率，提高致密度，降低烧结温度。,c,：热等静压,:,等静压与加热的结合，只能通过气体加压。,目前，该方法压力可达,2000MPa,，温度可达,2000,。,a,:,常压烧结法,：,又称无压烧结,在大气中烧结。,Slide - 7b：热压烧结： a:常压烧结法：又称无,Slide -,8,四、陶瓷的性能：,1.,力学性能,:,1,）弹性性能：,陶瓷的应用中，只产生弹性变形。,i,：弹性模量,E,比金属高,;,材料,WC,SiC,Al,2,O,3,SiO,2,玻璃,低合金钢,弹性模量,10,5,MPa,4-,6.5,4.5,3.9,9.4,3.5-,4.5,2-,2.1,几种陶瓷的,E,值,ii,：致密度对陶瓷材料的弹性模量影响很大,，,随气孔增加，,E,值急剧下降。,Slide - 8四、陶瓷的性能：1.力学性能:1）弹性性能,Slide -,9,2,）硬度：,硬度是陶瓷材料重要的力学性能参数。,陶瓷具有高硬度，大多在,HV1500,以上,。 氮化硅和立方氮化硼（,70,）接近金钢石（,90,）的硬度， 淬火钢：,500-800HV,。,陶瓷作为新型的刃具和耐磨零件。,陶瓷硬度的测定方法,：维氏硬度,HV,（最常用）、显微硬度,Hm,、洛氏硬,度,HR,、莫氏硬度。,Slide - 9 2）硬度：,Slide -,10,3,）强度：,由化学键所决定，室温下陶瓷几乎不产生滑移和位错运动。,Slide - 103）强度：,Slide -,11,室温下陶瓷很难产生塑性变形，其破坏方式为脆性断裂。,故室温下只有断裂强度,f,。,f,表示弹性变形达到极限程度而发生断裂的应力。,陶瓷断口,Slide - 11 室温下陶瓷很难产生塑性变形，其破坏方,Slide -,12,i.,气孔率：,气孔降低承载面积,，并引起应力集中。气孔率高，强度急剧下降，例气孔率,10%,，强度下降到无气孔时的一半。,ii.,晶粒尺寸：,晶粒越细，,f,越高。,iii.,晶界相的性质、厚度、晶粒形状：,晶界相最好能阻止裂纹的扩展，玻璃相对,f,不利。晶粒形状最好为均匀的等轴晶粒。,f,的影响因素：,Slide - 12i.气孔率：气孔降低承载面积，并引起应力,Slide -,13,高强度陶瓷的组织要求：,晶粒尺寸小，晶体缺陷少,晶粒尺寸均匀，等轴,晶界相含量适中，减少脆性玻璃相,减少气孔率,高强度陶瓷,块状,纤维,晶须,Al,2,O,3,280,2100,21000,Si,3,N,4,120-140,14000,不同截面大小陶瓷的强度值：,MPa,尺寸越小，缺陷产生的几率越小,强度越高。,Slide - 13高强度陶瓷的组织要求： 晶粒尺寸小，晶体,Slide -,14,.,热性能：,指熔点、热膨胀、导热率、热容量。,i.,熔点：,具有高的熔点，多数在,2000,以上。,ii.,热容：,改变材料温度水平时所需的热量，通常以比热的形,式给出。气孔率大，热容小。,iii.,热膨胀：,线膨胀系数一般为,10,-5,到,10,-6,，结构紧密，,膨胀系数大。,iv.,热传导：,在一定温度梯度下热量在材料中传递的速率。,.,抗热震性：,在温度急剧变化时抵抗破坏的能力。,陶瓷抗热震性一般较差，受热冲击时易破坏。,Slide - 14.热性能： i.熔点：具有高的熔点，多,Slide -,15,陶瓷材料因,高熔点,、,高硬度,、较好的,化学稳定性,、很,强的抗氧化性,，广泛用作高温材料。,例：,特殊的冶金坩埚：,BeO,、,AlN,、,火箭、导弹的雷达保护罩：,Al,2,O,3,、,ZrO,2,燃烧室喷嘴：,SiC,BeO,电炉发热体：,ZrO,SiC,Slide - 15陶瓷材料因高熔点、高硬度、较好的化学稳定,Slide -,16,.,其它物理、化学性能：,i,：高电阻：,良好的绝缘体。,半导体陶瓷、压电陶瓷等。,ii,：特殊光学性能：,固体激光材料：,红宝石；,光导纤维：,玻璃纤维。,iii,：磁性陶瓷：,又名铁氧体，,由,Fe,2,O,3,和,Mn,、,Zn,的氧化物组成。,iv,：高的化学稳定性：,抗氧化，,1000,高温下不氧化。,对酸、碱、盐有良好的抗蚀性。,Slide - 16.其它物理、化学性能：,Slide -,17,常 用 陶 瓷,第 二 节,Ceramic in Common Use,Slide - 17常 用 陶 瓷第 二 节Ceramic,Slide -,18,原材料,粘土（,Al,2,O,3,2SiO,2,H,2,O,）,长石（,K,2,O.Al,2,O,3,.6SiO,2,；,Na,2,O.Al,2,O,3,.6SiO,2,）,石英（,SiO,2,）,一、普通陶瓷,：,坚硬，不氧化、不导电，成型性好，,耐,1200,高温，成本低廉。,强度低，高温下玻璃相易软化。,性能,耐酸碱容器,日用陶瓷,绝缘电磁,用途,Slide - 18原材料粘土（Al2O32SiO2H2,Slide -,19,采用纯度较高的人工合成化合物（如,Al2O3,、,ZrO2,、,SiC,、,Si3N4,、,BN,），经配料、成型、烧结而制得。,二、特种陶瓷：,Slide - 19采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O,Slide -,20,1,、氧化物陶瓷：,氧化铝,陶瓷,:,以,Al,2,O,3,为主要成分，,75,瓷（,75% Al,2,O,3,）又称刚玉,-,莫来石瓷；,95,瓷（,95% Al,2,O,3,）和,99,瓷（,99% Al,2,O,3,）。,后两者称,刚玉瓷,。,氧化铝瓷,缺点是脆性大，抗热振性差,.,耐蚀性及绝缘性好；,耐高温，能在,1600,高温下长期工作；,硬度高，有很好的耐磨性；,强度高，比普通瓷高,5,6,倍；,Slide - 20 1、氧化物陶瓷：氧化铝瓷缺点是脆性大,Slide -,21,牌号,AL,2,O,3,（）,相对密度,硬度,（莫氏）,抗压强度,Mpa,抗拉强度,Mpa,85,瓷,85,3.45,9,1800,150,96,瓷,96,3.72,9,2000,180,99,瓷,99,3.90,9,2500,250,性能：,AL,2,O,3,含量越高，性能越好，,用途：,工具、量具、模具、轴承、坩锅、热电偶套管等。,缺点：,脆性大、抗热震性差,。,氧化铝陶瓷的性能,Slide - 21牌号AL2O3（）相对密度硬度抗压强度,Slide -,22,氧化铝陶瓷转心球阀,氧化铝陶瓷密封环,氧化铝陶瓷坩埚,氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如,耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切,削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花,塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。,Slide - 22氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷密封环氧化铝,Slide -,23,氧化锆,陶瓷,氧化锆陶瓷的熔点在,2700,以上，使用温度为,2000,2200,，能抗熔融金属的侵蚀。用氧化锆作添加剂可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的强度达,1200MPa,、断裂韧度为,15.0MPam,1/2,，分别比原氧化铝提高了,3,倍和近,3,倍。,应用：,可代替金属制造模具、,拉丝模、泵叶轮，还可制造,汽车零件。,Slide - 23氧化锆陶瓷,Slide -,24,氧化镁,/,钙陶瓷,通常由热白云石（镁,/,钙的碳酸盐）矿石除去,CO,2,而制成，其特点是能抗各种金属碱性渣的作用，常作炉衬的耐火砖。缺点是热稳定性差，,MgO,在高温下易挥发，,CaO,甚至在空气中就易水化。,氧化铍,陶瓷,氧化铍陶瓷最大的特点是导热性好，具有很高的热稳定性，抗热冲击性较高，经常用于制造坩埚和真空陶瓷等。,Slide - 24 氧化镁/钙陶瓷 氧化铍陶瓷,Slide -,25,Slide - 25,Slide -,26,2,、氮化物陶瓷：,氮化硅陶瓷：,以,Si,3,N,4,为主要成分的陶瓷,氮化硅的制备,:,工业硅直接氮化：,3Si+2N,2,Si,3,N,4,二氧化硅还原氮化：,3SiO,2,+6C+2N,2,Si,3,N,4,+6CO,氮化硅是由,Si,3,N,4,四面体组,成的共价键固体。,Slide - 26 2、氮化物陶瓷：氮化硅陶瓷：氮,Slide -,27,按制造工艺分,：,热压烧结氮化硅,（,- Si,3,N,4,）,陶瓷；,反应烧结氮化硅,（,- Si,3,N,4,）,陶瓷。,热压烧结氮化硅陶瓷组织致密，气孔率接近于零，强度高。反应烧结氮化硅陶瓷有,20%,30%,气孔,.,烧结工艺,优点,缺点,反应烧结,烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状,密度低，强度低，耐蚀性差,热压烧结,用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好,只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低,Slide - 27 按制造工艺分：热压烧结氮化硅（,Slide -,28,特点：,（,1,）硬度高，摩擦因子小,只有,0.1,0.2,，具有自润滑性；,（,2,）蠕变抗力高，热膨胀系数小,抗热振性能在陶瓷中最佳，比,Al,2,O,3,瓷高,2,3,倍；,（,3,）化学稳定性好,抗氢氟酸以外的各种无机酸和,碱溶液的侵蚀，也能抵抗熔融非,铁金属的侵蚀；,（,4,）具有优异的电绝缘性能,。,Slide - 28特点：,Slide -,29,Si,3,N,4,轴承,应用：,热压烧结氮化硅用于形状,简单、精度要求不高的零件，如,切削刀具、高温轴承等,。,反应烧结氮化硅用,于形状复杂、尺寸,精度要求高的零件，,如机械密封环等。,汽轮机转子,叶片、气阀,Slide - 29Si3N4轴承应用：热压烧结氮化硅用于形,Slide -,30,氮化硼陶瓷,氮化硼陶瓷的主要晶相是,BN,，属于共价晶体，其晶体结构与石墨相仿，为六方晶格。,特点：,具有良好的耐热性和导热性，其热导率与不锈钢相当；热膨胀系数小，绝缘性好，化学稳定性高；硬度较其它陶瓷低，可进行切削加工；有自润滑性。,应用：,制作热电偶套管、坩埚、高温容器和管道。,Slide - 30 氮化硼陶瓷 氮化硼陶瓷的主要,Slide -,31,包括：,碳化硅、碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钛、 碳化钨、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化铪等。,特点：,具有很高的熔点、硬度和耐磨性,缺点：,耐高温氧化能力差，脆性极大,3,、碳化物陶瓷：,Slide - 31 包括：碳化硅、碳化铈、碳化钼、碳化铌,Slide -,32,碳化硅陶瓷：,碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中应用最广泛。其密度为,3.210,3,kgm,-3,，弯曲强度和抗压强度分别为,200,250MPa,和,1000,1500MPa,，硬度为莫氏,9.2,。,特点：,热导率高，而热膨胀系数小。,应用：,常用于制作加热组件、石墨表面保护层及砂轮和磨料等。,Slide - 32 碳化硅陶瓷：碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中,Slide -,33,碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。,碳化硅是用石英沙,(SiO,2,),加焦,碳直接加热至高温还原而成：,SiO,2,+3CSiC+2CO,碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一,层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂,有硼、碳、铝等。,常压烧结碳化硅,Slide - 33碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。,Slide -,34,谢谢！,Slide - 34谢谢！,