《陶瓷的连接》PPT课件

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1、材料连接新技术第五章陶瓷材料的连接主要内容陶瓷材料的性能特点陶瓷连接的要求和存在的问题陶瓷材料的焊接性问题陶瓷材料的连接方法1.陶瓷材料概论1.1陶瓷概念第一节陶瓷材料的性能特点陶瓷的英文名为Ceramic，起源于希腊语Keramos(意为陶器)陶瓷是指以各种金属的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物为原料，经适当配料、成型和高温烧结等人工合成的无机非金属材料。特种陶瓷普通陶瓷陶瓷日用陶瓷（包括艺术陈列陶瓷）建筑卫生陶瓷化工陶瓷化学瓷电瓷及其他工业用陶瓷1.2陶瓷的分类按陶瓷概念和用途来分类结构陶瓷功能陶瓷结构陶瓷，是指那些利用其高强度、高

2、硬度、良好的耐磨性等力学性能及耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特性，作为结构部件使用的陶瓷材料。功能陶瓷，是指那些利用其电、磁、声、光、电、热等直接效应和耦合效应所提供的一种或是多种性质来实现某种使用功能的特种陶瓷。特种陶瓷与传统陶瓷区别物质结构：指组成材料的化学键和晶体结构显微结构：指在显微镜下看到的结构陶瓷具有多相多晶体结构：由晶相(1)、玻璃相(2)和气相(3)所组成1.3.陶瓷材料的结构1.3.1晶相晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷的性能起决定性作用。晶相的性质：①结合键是离子键、共价键、混合键陶瓷晶相具有牢固结合键的性质，是陶瓷材

3、料具有高熔点、高耐热性、高硬度、高耐蚀性和无塑性的根本原因氧化物结构的结合键以离子键为主，又称离子晶体。Si3N4、SiC、BN等以共价键为主，称共价晶体。α-石英870℃α-鳞石英1470℃α-方石英1713℃熔融SiO2573℃β-石英163℃β-鳞石英117℃γ-鳞石英180~270℃β－方石英急冷加热石英玻璃SiO2的同素异构转变②有些晶相存在同素异构转变，同一种化合物能够获得不同的晶体结构③晶粒越细，强韧性越高细晶强化是提高陶瓷材料强韧性的有效措施晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸为200μm时，抗弯

4、强度为74MPa，1.8μm时抗弯强度可高达570MPa。④主晶相的性质是决定陶瓷性能的主要因素玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的非晶态物质。1.3.2玻璃相玻璃相的作用将分散的晶相粘结在一起；降低烧结温度；抑制晶相的晶粒长大填充气孔。气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常为5~10%，要力求使其呈球状，均匀分布。气孔对陶瓷的性能有显著影响，使陶瓷强度降低、介电损耗增大，电击穿强度下降，绝缘性降低。1.3.3气相气相可使陶瓷的密度减小，

5、并能吸收振动；用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要增加气孔率，有时气孔率可高达60％。陶瓷材料的结合键特点陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。共价键离子键2.结构陶瓷的性能特点(1)线胀系数比金属低，大约10-5~10-6K铜：17.7×10-6K铝：23×10-6K铁：11.76×10-6K镁：24.3×10-6K随气孔率增加，陶瓷的热胀系数降低(2)熔点比金属高得多，一般在2000℃以上铜：1083℃铝：660℃铁：1538℃镁

6、：650℃故陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属。2.1物理性能(3)导电性大多数是良好的绝缘体也有一些半导体，如NiO、Fe3O4等(4)导热性导热性差，大多为良好的绝热体λ=10-2~10-5W/m·K随气孔率增加，陶瓷的热导率降低(5)有些陶瓷具有特殊的光学性能红宝石（α-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自控元件的光敏电阻材料。(6)磁性磁性陶瓷又名铁氧体或铁淦氧，主要是Fe2O3和Mn、Zn等的氧化物组成的陶瓷材料，为磁性陶瓷材料，可用作磁芯、磁

7、带、磁头等。2.2化学性能化学稳定性高原因：金属原子被非金属原子包围，受到非金属原子的屏蔽，因而形成极为稳定的化学结构。表现：抗氧化(不再与介质中的氧发生作用，甚至在1000℃的高温下也不会氧化)抗腐蚀(具有较强的抵抗酸、碱、盐类的腐蚀，以及抵抗熔融金属腐蚀的能力)2.3力学性能(1)硬度硬度是各类材料中最高的，可作为刀具材料使用高聚物＜20HV淬火钢500~800HV陶瓷1000~5000HV(2)强度抗压不抗拉，(抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级)，抗弯(抗弯强度高)。内部存在微裂纹和气孔等缺陷，是导陶瓷材料抗拉强度较低的原因

8、高弹性模量，E=100~400GPa（金属210）韧性陶瓷硬度压痕脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹(3)塑性在室温几乎没有塑性，韧性差，脆性大，是陶瓷的最大缺点σε在拉力作用下产生一定的弹性变形后直接断裂冲击韧性、断裂韧性低K