材料科学基础课程ppt课件 第14章 陶瓷材料

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1、材料科学基础主讲教师：施钢班级：08材料B2010年6月1日厦门理工学院第13章陶瓷材料概述陶瓷的分类陶瓷材料的制备陶瓷材料的增韧普通陶瓷原料陶瓷材料的结构与性能常用陶瓷材料简介粉末冶金材料简介教学要求、重点与难点教学要求：1、了解陶瓷材料的发展与分类2、掌握陶瓷材料的制备过程3、掌握陶瓷材料的性能特点与增韧方法4、了解普通陶瓷原料5、了解陶瓷材料的结构6、了解常用陶瓷材料的应用7、了解粉末冶金材料技术教学的重点与难点陶瓷材料的制备过程、性能特点与增韧方法。陶瓷材料概述陶瓷（Ceramics)：无

2、机非金属材料的总称。古老又现代的工程材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘等优点。陶瓷材料的发展的三次重大飞跃。从陶器发展到瓷器从传统陶瓷发展到先进陶瓷从先进陶瓷发展到纳米陶瓷陶瓷的分类按其原料的来源分：普通陶瓷（传统陶瓷）：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，又称硅酸盐陶瓷。特种陶瓷（先进陶瓷）。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。玻璃陶瓷材料的制备1.坯料制备原料粉碎—精洗（去掉杂质）

3、—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。即陶瓷材料致密化、晶体长大、晶界形成的过程。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。普通陶瓷原料原料:长石(化学成份SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2

4、O、Na2O其它)石英(化学成份SiO2，常含有少量Al2O3、CaO、Mg0等)粘土(化学成分硅铝氧化物和水,莫来石3Al2O3·2SiO3的主要来源）高龄土（化学成分硅酸铝水合物A12O3·2SiO2·2H2O)绢云母（化学成分SiO2,Al2O3,K2O+Na2O，H2O43.13-49.04%,27.93-37.44%,9-11%,4.13~6.12%)滑石(化学成分3MgO·4SiO2·H2O)石灰(化学成分CaO)尖晶石(化学成分FeO·A12O3,MgO·A12O3)加入（MgO，Z

5、nO，BaO，Cr2O3等）提高强度；加入（Al2O3，ZrO2等）提高强度和热稳定性；加入（SiC等）提高导热性。陶瓷材料的性能(1)硬度是各类材料中最高的。（高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）(2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MPa，钢207000MPa)(3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。（E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个

6、数量级）较高的高温强度。(4)塑性：在室温几乎没有塑性。(5)韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。(6)热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K）(7)热稳定性—抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220℃）(8)化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐）(9)导电性—大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等）(10)其它：不可燃烧，高耐热，

7、不老化，温度急变抗力低。耐火材料配方设计计算现有原料:石英(Si02)、菱镁矿(MgCO3）、橄榄石（2FeO•SiO2,2MgO•SiO2)，橄榄石中含有15%的FeO。要求产品在1700°C以下不软化。陶瓷材料的结构微观组织：结晶相、玻璃相、气相。结晶相：主要组成相。有氧化物、硅酸盐、非氧化物三种晶体结构。(a)氯化銫(b)氯化鈉(c)閃鋅盐(d)氟石(e)纤矿盐玻璃相：非晶态低熔点物质。利：粘结作用，降低烧结温度，填充气孔间隙，一定程度玻璃特性。弊：降低强度、热稳定性。气相：利：隔热性能提高

8、。弊：强度大大降低。陶瓷材料的增韧陶瓷材料的脆性本质：1、共价键、离子键的破坏。滑移系少，难以通过滑移引起塑性变形。2、烧结方法制备，显微结构上难免存在气孔等缺陷，引起应力集中。增韧途径：1、减少裂纹2、相变增韧3、纤维增韧4、细晶强化常用陶瓷简介氧化铝陶瓷Al2O3＋少量SiO2。根据Al2O3含量可分为刚玉-莫来瓷（75瓷，wAl2O3=75%）和刚玉瓷（95瓷，99瓷）。性能与应用：1）高强度、高温稳定性：装饰瓷，喷嘴、火箭、导弹的导流罩；2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具