《精细陶瓷》PPT课件

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陶瓷是各种无机非金属材料的总称，是现代工业固体材料的三大支柱之一，是许多高新技术领域中不可缺少的关键材料。　　陶瓷在汽车上的应用很广，如耐高温、高压的火花塞，陶瓷发动机等。第7章精细陶瓷 一、陶瓷的分类1.传统陶瓷以天然的硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷，主要用于日用、建筑、卫生陶瓷制品以及工业上应用的高低压电瓷、耐酸及过滤陶瓷等。第一节陶瓷的分类、组成及性能 2.精细陶瓷区别于传统陶瓷，近代发展起来的各种陶瓷总称为精细陶瓷，也可称为新型陶瓷、高技术陶瓷或特种陶瓷。第一节陶瓷的分类、组成及性能 ①按性能分分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、卫生陶瓷。②按用途分分为结构陶瓷和功能陶瓷。第一节陶瓷的分类、组成及性能 ③按化学组成分分为氧化物（氧化铝、氧化锆、氧化镁）陶瓷；氮化物（氮化铝、氮化硅、氮化硼）陶瓷；碳化物（碳化硅、碳化硼）陶瓷；复合陶瓷（氧氮化硅铝陶瓷、镁铝尖晶石陶瓷、锆钛酸铝镧陶瓷）；金属陶瓷和纤维增强陶瓷。第一节陶瓷的分类、组成及性能 二、陶瓷的组织结构由晶相、玻璃相、气相组成。各相的组成、数量、形状和分布都会影响陶瓷的性能。第一节陶瓷的分类、组成及性能 1．晶相是陶瓷的基本组成。主要有两种晶体结构，即离子键构成的离子晶体和共价键组成的共价晶体。它们都具有很高的结合能。第一节陶瓷的分类、组成及性能 2．玻璃相陶瓷烧结时，各组成物和杂质经物理化学反应形成的液相，冷凝后仍为非晶态结构的部分。分布在晶相之间，起粘结晶体、填充气孔空隙和抑制晶粒长大的作用。3．气相即陶瓷中残留的气体形成的气孔。第一节陶瓷的分类、组成及性能 三、陶瓷的性能1．力学性能高硬度、高耐磨性，几乎没有塑性，完全是脆性断裂，冲击韧度和断裂韧度很低。抗拉强度低，但抗压强度较高。弹性模量高，可达金属的数倍。第一节陶瓷的分类、组成及性能 2．热性能熔点高，高温强度好。耐高温，不氧化，高温抗蠕变能力强。热膨胀系数低，导热性小，高温绝热性好，但抗热震性差，温度剧烈变化时易破裂。第一节陶瓷的分类、组成及性能 3．化学性能对酸、碱、盐有良好抗蚀能力，化学稳定性很高。第一节陶瓷的分类、组成及性能 4．电性能陶瓷都有较好的电绝缘性能，可直接作绝缘材料，也可做半导体材料。第一节陶瓷的分类、组成及性能 精细陶瓷以精制高纯化工产品为原料，采用各种先进的成型、烧结或其它工艺制成。在热学上具有耐热、隔热、导热、集热等特性；在力学上具有硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨胀性；在化学上具有强的化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂作用；在电磁学上具有绝缘性、导电性、压电性、半导体性、磁性、介电性、离子导电性、电子发射性等。第二节精细陶瓷简介 一．氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是A1203和SiO2。A1203含量越高性能越好，按A1203的含量分为75瓷、85瓷、96瓷、99瓷等。第二节精细陶瓷简介 氧化铝陶瓷的特性1．氧化铝陶瓷强硬度高2．氧化铝陶瓷脆性大3．氧化铝陶瓷高温性能好4．氧化铝瓷的耐磨性好第二节精细陶瓷简介 二．氮化硅陶瓷(一)氮化硅生产方法1.反应烧结法将硅粉或硅粉与Si3N4粉混合成型后，放入氮化炉中于1200℃预氮化，然后可以用机械加工的方法加工成所需要的尺寸形状，最后再放人炉中在1400℃进行20～25小时的最终氮化，成为尺寸精确的制品。第二节精细陶瓷简介 2.热压烧结法在Si3N4粉中加入少量促进烧结的添加剂（如氧化镁），装入石墨制造的模具中，在1600～1700℃和2～3×107Pa条件下烧结，得到几乎没有气相的致密制品。第二节精细陶瓷简介 （二）氮化硅陶瓷性能和应用1．氮化硅稳定性好2．氮化硅硬度高3．氮化硅耐磨性好4．氮化硅热胀系数小5．氮化硅组织致密6．制造特殊性能零件7．制造刀具第二节精细陶瓷简介 三．碳化硅陶瓷碳化硅粉是把石英、碳和木屑装入电弧炉中，在1900～2000℃的高温下合成的。第二节精细陶瓷简介 1．碳化硅陶瓷生产方式碳化硅和氮化硅一样，生产方式也有反应烧结和热压烧结两种。2．碳化硅陶瓷特性高温强度大，热传导能力高，热稳定性、耐蚀性、耐磨性、抗蠕变性优异。第二节精细陶瓷简介 3、碳化硅陶瓷的应用碳化硅用于火箭尾喷嘴、浇注金属用的喉嘴、热电偶套管、炉管、燃气轮机的叶片、轴承等零件。及高温下热交换器材料、核燃料的包封材料和制作各种泵的密封圈。第二节精细陶瓷简介 四．氮化硼陶瓷氮化硼晶体结构与石墨相似，性能也有很多相近之处，又称“白石墨”。有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，是理想的散热材料和高温绝缘材料。第二节精细陶瓷简介 氮化硼化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的侵蚀。有很好的自润滑性。硬度低，可进行机械加工。用于制造熔炼半导体的坩埚及冶金用高温容器、半导体散热绝缘零件、高温轴承、热电偶套管及玻璃成型模具等。第二节精细陶瓷简介 五．氧化物陶瓷⑴氧化锆陶瓷氧化锆具有高强度和韧性、高硬度和耐磨性以及高抗化学腐蚀性，导热系数小。可用做刀具、隔热材料，以及做滑动零部件，如拔丝模、轴承、喷嘴、泵部件、粉碎机部件等。第二节精细陶瓷简介 氧化锆陶瓷第二节精细陶瓷简介 ⑵氧化铍陶瓷氧化铍陶瓷导热性好，抗热冲击性好，适于做高频电炉的坩埚。还可用做激光管、晶体管散热片、集成电路的外壳和基片等。第二节精细陶瓷简介 汽车陶瓷电路板第二节精细陶瓷简介 ⑶氧化镁陶瓷氧化镁陶瓷是典型的碱性耐火材料，用于冶炼高纯度铁、铁合金、铜、铝、镁等以及熔化高纯度铀、钍及其合金。但机械强度低、热稳定性差、易水解。第二节精细陶瓷简介 精细陶瓷具有各种优异的特性，应用于汽车上，可以有效地降低车辆的重量、提高发动机的热效率、降低油耗，减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都有重要意义。第三节陶瓷在汽车上的应用 保时捷的陶瓷刹车第三节陶瓷在汽车上的应用 保时捷陶瓷复合制动第三节陶瓷在汽车上的应用 奥迪A8陶瓷制动刹车盘第三节陶瓷在汽车上的应用 汽车蜂窝陶瓷第三节陶瓷在汽车上的应用 汽车陶瓷载体催化剂第三节陶瓷在汽车上的应用 尾气用蜂窝陶瓷载体第三节陶瓷在汽车上的应用 汽车大灯陶瓷插座第三节陶瓷在汽车上的应用 汽车陶瓷灯座第三节陶瓷在汽车上的应用 1．陶瓷纤维活塞用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，耐磨性好，可以有效地防止铝合金活塞由于热膨胀系数大而产生的“冷敲热拉”现象。第三节陶瓷在汽车上的应用 2．陶瓷气门、气门座、摇臂零件精细陶瓷可用于制作气门、气门座、摇臂等零件，以充分发挥其耐热性、耐磨性优良的特性。第三节陶瓷在汽车上的应用 陶瓷机械结构件第三节陶瓷在汽车上的应用 陶瓷机械结构件第三节陶瓷在汽车上的应用 3．陶瓷火花塞，进、排气管精细陶瓷耐蚀性强，高温热稳定性好，用作火花塞基体。陶瓷作进、排气管，可以承受800～900℃的高温，取消隔热板，减少发动机体积，并使排气净化效果提高2倍。第三节陶瓷在汽车上的应用 火花塞第三节陶瓷在汽车上的应用 火花塞第三节陶瓷在汽车上的应用 火花塞第三节陶瓷在汽车上的应用 4．陶瓷传感器功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件制作中，如稀空燃比燃烧传感器及传动装置传感器、温度传感器、废气传感器（包括浓差电池式氧化锆传感器、临界电流式氧化锆传感器、半导体型氧化锆传感器、CO传感器等）、湿度传感器、压电性传感器（爆震性传感器、超声波传感器）、硅压力传感器等。第三节陶瓷在汽车上的应用 汽车陶瓷压力传感器第三节陶瓷在汽车上的应用 5．陶瓷绝热发动机陶瓷发动机的汽缸套、活塞、气门等燃烧室零件有40％为陶瓷材料制成，取消了散热器和冷却装置，提高功率10％，燃烧消耗降低30％。第三节陶瓷在汽车上的应用 陶瓷密封环第三节陶瓷在汽车上的应用 陶瓷喷嘴第三节陶瓷在汽车上的应用 第三节陶瓷在汽车上的应用 小结一、陶瓷的组织是由晶体相、玻璃相和气相组成。陶瓷在力学性能上表现出突出的硬而脆的特点。在热性能上表现出高熔点、高热强性、高抗氧化性，是有发展前途的高温材料。另外，陶瓷的耐蚀性、绝缘性也都很好。 小结二、常用精细陶瓷有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷（包括氧化锆陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化镁陶瓷等）。三、在汽车上，利用精细陶瓷特性可以制作陶瓷绝热发动机、气门、气门座、摇臂、汽油机点火系火花塞的基体，进、排气管，活塞、活塞环、喷嘴、轴承等零件以及汽车调控系统的敏感元件等。