科普小论文神奇的高温结构材料

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1、神奇的高温结构陶瓷我们都知道，金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用，并因此对工程建设和工业生产产生了很大的制约作用。但是一种叫做高温结构陶瓷的材料的出现，弥补了金属材料的诸多弱点。高温结构陶瓷是指能够在高温条件下承受静态或动态的机械负荷的陶瓷。它具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐蘑损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。因此，在空间科学和军事技术的许

2、多场合，它往往是唯一可用的材料。从高速切削刀具、高温气体交换器到汽车、坦克和飞机的发动机与燃气轮机、磁流体发电的导管、核聚变反应堆内壁、火箭和导弹的喷管喉部与端头，以及航天飞机外层的绝热瓦等，制作材料无不首推高温结构陶瓷，所以高温结构陶瓷在当今时代有着广泛的发展空间。高温结构陶瓷主要包括高温氧化物和高温非氧化物（或称难熔化合物）两大类。其中，高温氧化物的代表应数氧化铝陶瓷（也叫人造刚玉），它是一种极有前途的高温结构材料。它的熔点很高，可作高级耐火材料，如堆圳、高温炉管等。利用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉球磨机，

3、用来研磨比它硬度小的材料。用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。除了高温氧化物，高温非氧化物在高温结构陶瓷中也占据着具足轻重的地位。氮化硅陶瓷是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损,除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000°C以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。止是氮化硅具有如此良好的特性，氮化硅陶瓷在热机及汽车工业上已有许多重要应用，前景广阔。而利用它的高强度、耐蘑损、耐腐蚀性能，还可在热机以外的领域得

4、到许多应用。在机械工业上，氮化硅陶瓷可用作切削工具、滚珠轴承和密封磨环。在冶金工业上，可用于制造铝合金浇铸模具、泵、阀门、管道以及测量铝液温度的热电偶套管等。在生物医药工程上，可以用来制造人造关节和人造骨等。碳化硅是除氮化硅外的另一类重要的非氧化物高温结构陶瓷。与氮化硅相比，碳化硅陶瓷的室温强度稍低，但其强度随温度的上升降低很少，并可一直保持到1600-1700°Co碳化硅的蠕变小、抗氧化性好、耐磨损、耐腐蚀性能均优于氮化硅陶瓷。但碳化硅的热导串高，断裂韧性小。碳化硅陶瓷适合于制作燃气轮机热流通道部件，尤其是需要有良好导热性的如热

5、交换器等。碳化硅与氮化硅陶瓷各有所长，不能相互取代。在未来的热机中，将会同时采用多种高温结构陶瓷，而不是单一的某种陶瓷。除热机外，碳化硅陶瓷还有重要应用。利用其耐磨性，可以制作多种能在恶劣环境下使用的机械泵密封环。利用导热性，可以制成多种热交换器，用于太阳能电站中收集热能，或用于热机及工业窑炉中回收废热。例如有一种开槽锻炉，釆用碳化硅热交换器后在1300°C运行，嫩料消耗可减少42%o在碳化硅中添加2%氧化镀后制成的陶瓷，既有很好的导热性同时又是绝缘的，因而这种碳化硅陶瓷可用作大规模集成电路的基板，解决因集成度愈来愈高而产生的散热

6、问题。此外，利用碳化硅耐放射性元素辐照的特性，还可以制成核燃料包封材料、核聚变反应护的笫一壁材料等。而另一种氮化硼陶瓷则是一种白色、润滑、易吸潮、难溶、耐高温的物质。将B2O3与NH4C1共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构，故俗称为口色石墨。另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温(1800°C)、高压(800Mpa)下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B—N键长(156pm)与金刚石在C—C键长(154pm)相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热

7、性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，用于制作钻头、蘑具和切割工具。除此以外，碳化硼陶瓷具有质量轻、高硬度、高耐磨损、高耐冲击、吸收中子等性能，在高技术工业、核电技术、国防军工等领域具有广阔的应用前景，是国民经济和国防建设中重要的战略物资材料，具有广泛的用途。它具体用于：1、中子吸收和防辐射材料。B元素具有高达600barn的中子吸收截面，是核反应堆中减速元件一控制棒或核反应堆防辐射部件的主要选用材料。2、复合装甲材料。利用其轻质、超硬和高模量等特性，用作轻型防弹衣和防弹装甲材料。采用碳化硼制作的防弹农，比同型钢质防弹衣要轻50%

8、以上。碳化硼同时还是陆上装甲车辆、武装直升机以及民航客机的重要防弹装甲材料。如AH一64阿帕奇(AH—64Apazhe)、超级眼镜蛇(SuperCobra)>超级美洲豹(S叩erPuma)>黑鹰(BlackHawk)等直升机上都使刚了碳化硼装甲。3