《结构陶瓷材料》PPT课件

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1、第四章无机非金属材料第一节陶瓷概述第二节普通陶瓷材料第三节结构陶瓷材料第四节功能陶瓷材料第五节无机建筑材料结构陶瓷材料结构陶瓷的生产工艺特点氧化铝陶瓷的生产工艺、性能特点及应用氧化锆陶瓷的性能特点及应用（相变增韧原理）耐火材料的性能特点及应用结构陶瓷的生产工艺特种陶瓷：结构陶瓷&功能陶瓷特种陶瓷的特点：原料：高纯化工原料和合成矿物烧结：真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段性质：特殊的性质和功能特种陶瓷的生产工艺粉末制备要求：纯度高，粒度小方法：固相法气相法液相法机械法溶剂蒸发法粉末制备成形烧结特种陶瓷的成形特点粉末预处理：预烧、粉碎、分级、净化等

2、成形方法：普通陶瓷的成形方法冷等静压成形注射成形爆炸成形特种陶瓷的烧结特点特种陶瓷的烧结一般是在容量较小的高温炉中进行的，其烧成温度很高，须精确控制，有时需在保护气氛中进行。烧结方法常压烧结：氧化物陶瓷气氛烧结：非氧化物陶瓷热压烧结：共价键非氧化物陶瓷热等静压烧结反应烧结：非氧化物陶瓷（SiC,Si3N4)电火花烧结：碳化物、氮化物、金刚石制品自扩散高温合成氧化物陶瓷——氧化铝（Al2O3）陶瓷成分：以Al2O3为主要成分（>45wt%），含有少量的SiO2，α-Al2O3（刚玉）为主晶相Al2O3有多种结晶形态：α-Al2O3：简单六方点阵，氧离子的密排六

3、方结构，结构最紧密，活性低，高温稳定，存在于自然界中（天然刚玉、红宝石、蓝宝石等）β-Al2O3：质量分数很高的多铝酸盐矿物，MeO·6Al2O3和M2O·11Al2O3，具有明显的离子导电和松弛极化现象，介质损耗大，电绝缘性不好，在自然界不存在γ-Al2O3：属尖晶石结构，高温不稳定，机电性能差，在自然界不存在尖晶石结构AB2O4型化合物中最重要的一种结构，具有尖晶石结构的化合物有100多种，其中A可以是Mg2+,Mn2+,Fe2+,Co2+,Zn2+,Cd2+,Ni2+等二价金属离子，B可以是Al3+,Cr3+,Fe3+,Co3+等三价金属离子。其结构特点是，O

4、2-离子为立方密排，A和B离子则填充在O2-离子间隙中典型的尖晶石MgAl2O4（MgO·Al2O3）结构，具有面心立方点阵的特点尖晶石结构Mg2+离子形成金刚石结构在每个四面体间隙中有4个密堆的氧离子，形成四面体（或连成小立方体），其中心即为四面体间隙的中心，且各四面体（或小立方体）的位向都相同在中心没有Mg2+离子的氧离子小立方体的其余4个顶点上分布有Al3+离子Mg2+:Al3+:4×4=16O2-:4×8=32AB2O4型尖晶石结构MgAl2O4（MgO·Al2O3）氧化铝（Al2O3）陶瓷Al2O3的质量分数较高的瓷坯中，主要晶相是刚玉（α-Al2O

5、3），随着SiO2的质量分数的增加，还出现了莫来石晶相及玻璃相分类：根据Al2O3含量的不同分为：75瓷（75%Al2O3），又称刚玉-莫来石瓷；95瓷（95%Al2O3）和99瓷（99%Al2O3）。后两者又称刚玉瓷氧化铝（Al2O3）陶瓷氧化铝陶瓷中Al2O3的含量越高，玻璃相越少，气孔也越少，其性能也越好，因此刚玉瓷的性能最佳，但工艺复杂，成本高性能特点：强度高氧化铝瓷强度比普通瓷高2～3倍，有的甚至高5～6倍硬度高莫氏硬度为9，有很好的耐磨性熔点高，抗腐蚀含Al2O3高的刚玉瓷有高的蠕变抗力，能在1600℃高温下长期工作优良的化学稳定性耐腐蚀性好电

6、绝缘性好优良的光学特性氧化铝（Al2O3）陶瓷应用：内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩；用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等；用于冶炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等用于制造钠蒸汽灯管、微波整流罩红窗口、激光振荡器原件等氧化铝粉末制备生产氧化铝陶瓷的原料有两种：工业氧化铝和电熔刚玉工业氧化铝碱法处理[NaOH或Na2CO3处理铝矾土，煅烧Al(OH)3]白色松散的结晶粉末，颗粒是由许多粒径小于0.1μm的γ-Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体电熔刚玉（人造刚玉）α-Al2O3，质量分数高达99%氧化铝陶瓷工艺特点——以用工业氧化铝粉末生产刚玉

7、瓷为例预烧减少烧成收缩，保证产品性能，提高原料纯度细磨采用钢球将原料磨洗，以利于烧结致密酸洗盐酸与铁生成FeCl2或FeCl3而溶解，可以用水洗达到除铁的目的预烧细磨酸洗人工配比并混合均匀成形烧结氧化铝陶瓷工艺特点刚玉瓷生产的关键：化学组成要合适，没有或很少有害的物质在尽可能低的温度、玻璃相很少的情况下，烧结致密全部转变为α-Al2O3相，要求晶粒细小而分布均匀人工配比（氧化铝+添加剂）一是与Al2O3能够生成固溶体的，增加刚玉晶体缺陷，活化晶格，促进烧结；但是，因为晶格中缺陷较多，会增加电导和松弛化，降低材料的电阻率及提高了介质损耗，对陶瓷的电气性能不利T