陶瓷材料相关资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,*,工程材料,第四章 陶瓷材料,4.1 概 述,陶瓷是陶器与瓷器的总称。它是一种既古老而又现代的工程材料，亦称无机非金属材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘等优点。,陶瓷材料的发展经历了三次重大飞跃。从陶器发展到瓷器，是陶瓷发展史上的第一次重大飞跃；从传统陶瓷发展到先进陶瓷，是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃；从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。,一、陶瓷的分类,按其原料的来源不同可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（先进陶瓷）。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为原料（粘土、长石、石英），经过原料加工、成型、烧结而成，因此又叫硅酸盐陶瓷。特种陶瓷是采用纯度较高的人工合成化合物（如,Al,2,O,3,、ZrO,2,、SiC、Si,3,N,4,、BN），,经配料、成型、烧结而制得。,二、陶瓷的制造工艺,1.坯料制备,原料粉碎 精洗（去掉杂质） 磨细（达到一定粒度） 配料（保证制品性能） 脱水（控制坯料水分） 炼坯、陈腐（去除空气）,2.成型,（1）可塑法,（2）注浆法,（3）压制法,3.烧结,烧结,是指生坯在高温加热时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，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。常见的烧结方法有热压或热等静压法、液相烧结法、反应烧结法。,1.,单晶硅,立方晶系、,共价晶体、,sp,3,杂化，,8个原子,4.2 陶瓷结构,2.,氯化钠与氯化铯,Sodium chloride (Rock salt) and Cesium chloride,正负离子半径比 配位数,Na,+,/Cl,-,0.524 6,正八面体配位,Cs,+,/Cl,-,0.933 8,立方体配位,Figure,Figure,FIGURE,A section of the rock salt,crystal structure from which a corner has,been removed. The exposed plane of anions (light spheres inside the triangle) is a 111-type plane; the cations (dark spheres),occupy the interstitial octahedral positions.,3.,氟化钙,Fluorite (CaF,2,),F: 8* 1/8,12*1/4,6* 1/2,1,=8,Figure,4.,面心立方,ZnS,和六方,ZnS,极性共价键,Zn-S ZnS,4,4-,面心立方,ZnS,S,配位数4、位于面心立方点上,Zn,配位数4、位于四面体间隙,Figure,六方,ZnS,5.,钙钛矿,晶体,CaTiO,3,A,m,B,n,X,p-TYPE,立方晶系,Ca,2+,立方体顶角 配位数,12,O,2-,面心 配位数,6,，,Ti,4+,体心 配位数,6,位于八面体间隙,TiO,6,8-,八面体,Ti,4+,八面体中心,6 .硅酸盐晶体,结构,Silicate Crystalline Structures,结构基础,SiO,4,4-,四面体,，,Si,4+,中心，,O,2-,顶。,两个邻近四面体之间,共顶,相连，,不共棱或面。,Silicon-Oxygen Tetrahedron,排列方式,5种：,络阴离子团,岛状,：4个,O，,非桥氧原子。,SiO,4,4-,联岛 ,Si,2,O,7,6-,组群状,：2个,O，,非桥氧原子，连成环状。,Si,3,O,9,6-,链状,： 2个,O，,线形。 单链,1,Si,2,O,6,4-,双链,1,Si,4,O,11,6-,层状,： 1个,O,2, Si,2,O,5,2-,架状,: 0个,O，,如石英。,3,SiO,2,Layered Silicates,kaolinite clay.,粘土（高岭土）,SiO,2,层 铝酸盐层,7.,非晶体结构,Noncrystalline Structure-Amorphous,无机玻璃,的,组织结构,Texture,主要成份,：,SiO,2,、Na,2,O、K,2,O、CaO、MgO、Al,2,O,3,。,键合形式,：离子键、共价键，及其混合键。,慢冷 结晶,形成： 熔体,急冷(粘度大) 无定形（玻璃结构），,无规网络,network,无规网络与高分子不同,固体为三维网状，无定形，加热熔融，反复使用。,硅酸盐熔体结构,模型示意图,二氧化硅网络,结构示意图,网络外体氧化物和中间体氧化物对玻璃结构的影响,Silica,Crystal,Silica,Glass,网体氧化物：,SiO,2, B,2,O,3, P,2,O,5, GeO,网体外氧化物：,Na,2,O, K,2,O, CaO, BaO,中间体氧化物：,MgO, ZnO, Al,2,O,3,SiO,2,%,升高，共价键成分增多,膨胀系数降低耐热玻璃,钢化玻璃,石英玻璃,Y= 4 （,Y,结构参数,桥氧原子的平均数,）,硅酸盐玻璃,Y 2,结构参数,Y,对玻璃性质的影响,玻璃组成,Y,值,熔融温度，,膨胀系数,10,7,Na,2,O.2SiO,2,3,1523,146,P,2,O,5,3,1573,140,Na,2,O.SiO,2,2,1323,220,Na,2,O.P,2,O,5,2,1373,220,X+Y=Z,X+Y/2=R,X=2R-Z,Y=2Z-2R,X,非桥氧,Y,桥氧,Z,氧,R,氧硅比,R=5:2, X=1, Z=4, Y=3,4.3 陶瓷的显微结构,一.决定陶瓷性能的结构因素,陶瓷的构成因素(组成),超微结构,(原子离子级别),原子的种类，原子的金属性和非金属性，化学结合的方式，结晶结构,微结构,(晶粒、晶界级别),多晶体,晶粒直径,气孔量(晶界、晶粒内),晶界(分凝、析出相),缺陷(裂纹、位错),表面状态(伤痕等),晶格的各向异性和取向,机械性质,电学性质,热学性质,化学性质,硬度、强度、比重、弹性率、断裂韧性,电阻、热释电性、介电常数、压电性、电光效应、离子导电性、绝缘破坏强度,熔点、比热、热导率、热膨胀系数,耐酸、碱、电化学腐蚀，与金属的亲合性,陶,瓷,的,性,质,显微结构,陶瓷的,显微结构,是指在光学显微镜（如金相显微镜、体式显微镜等）或是电子显微镜（,SEM、TEM）,下观察到的陶瓷内部的组织结构，也就是陶瓷的各种组成（晶相、玻璃相、气相）的形状、大小、种类、数量、分布及晶界状态、宽度等。研究陶瓷的显微结构时往往将样品放大数百倍到数千倍，观察范围为微米数量级,。,微观结构,陶瓷的,微观结构,是指晶体结构类型、对称性、晶格常数、原子排列情况及晶格缺陷等，其研究分析手段有,X,射线衍射、电子衍射、场离子显微镜等。研究微观结构时需将样品放大数百万倍，分析精度可达数埃。,晶相,晶相是指陶瓷材料中具有晶态结构的相，它是陶瓷材料最基本最主要的部分。,晶相的性质决定着陶瓷材料的性质，不同的材料决定不同的晶相，晶相包括主晶相和次晶相（或称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。,2 玻璃相,玻璃相是指陶瓷材料中的非晶态物质。玻璃相分布在晶粒的周围成连续状或仅仅分布在三界处，也可能形成孤岛状。,显微结构,玻璃相的作用：,a,粘结的作用，填充晶粒的间隙把晶粒粘在一起使陶瓷密化,b,降低烧结温度促进烧结的作用蒸发一凝聚扩散机理,c,阻止或延缓晶型转变抑制二次晶粒长大,因此玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度,玻璃相的缺点：结构疏松,Na,+,，,K,+,等金属离子作为网络的变性剂易进入玻璃网络，在外电场作用下易迁移故电导产生松驰,极化使介质损耗对材料的机械强度、热稳定性也有影响。,显微结构, 气相：,形成：:烧结过程就职气孔排除材料改变密化的过程，坯体中的空气水汽粒合剂和易挥发物形成形成的气体，化合物分解的气体等在烧结过程中大部分沿陶瓷晶界扩散排除，然而总有点少部分特别是裹在晶粒中的气体不能排除它们以,O,2,，H,2,，N,2,，CO,2,，H,2,O,等形成式停留在材料中而形成气相气相对陶瓷材料的电学热学光学和机械强度都有影响。,影响：,a,使抗电强度下降；,b,使机械强度下降；,c,气孔使光的透过率下降,显微结构,4晶界:在多晶材料的形成过程中，晶粒是各自为核心长大的，到后期晶粒长大至相互接触，共同组成了晶粒间界。,1. 晶界是指同类物质的晶粒间界（,GB），,相界是指不同类（异相）物质的晶粒间界（,PB）,晶界的特点（性质）：,A,晶界处存在大量缺陷,B,晶界处有空间电荷区,C,晶界上易出现杂质偏析,显微结构,5 相界的特点：,由于两相物质之间成分结构，键特性不同，晶格场有较大的区别，故相界结构一般都较同类晶界复杂，且厚些。两相物质间可能出现互扩散和超限固溶，晶相能高。,异相共格模型,分类： 互扩散模型,过渡层模型,显微结构,杂质在陶瓷晶界的分布,谢谢观看,/,欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,内容总结,第四章 陶瓷材料。从传统陶瓷发展到先进陶瓷，是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃。从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。3. 氟化钙Fluorite (CaF2)。6* 1/2。4. 面心立方ZnS和六方ZnS。 Si3O9 6-。7. 非晶体结构。无机玻璃的组织结构 Texture。网络外体氧化物和中间体氧化物对玻璃结构的影响。中间体氧化物：MgO, ZnO, Al2O3。膨胀系数降低耐热玻璃。玻璃相分布在晶粒的周围成连续状或仅仅分布在三界处，也可能形成孤岛状。b降低烧结温度促进烧结的作用蒸发一凝聚扩散机理。因此玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度。分类： 互扩散模型。谢谢观看/欢迎下载,