《陶瓷基体复合材料》PPT课件

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1、第七章陶瓷基体复合材料2011.05.31目标与要求了解陶瓷材料的特点掌握常见的陶瓷基体及性能掌握陶瓷基体复合材料增韧机理掌握陶瓷基体复合材料主要的制备方法了解陶瓷基复合材料的应用7.1陶瓷材料的特点熔点高，耐高温硬度大，耐磨性好化学稳定性好，耐腐蚀密度较小韧性低（或脆性）热膨胀系数较小，抗热震性能差化合物熔点/℃化合物熔点/℃化合物熔点/℃Al2O32054ZnO1975ZrN2980ZrO22677TiO21857Ti2B2897莫来石1850SiC2837TiC3070一些陶瓷材料的熔点/℃使用温度材料的密度热膨胀系数断裂韧性因此，陶瓷材料的韧性化问题便成了近年来

2、陶瓷工作者们研究的一个重点问题。现在这方面的研究巳取得了初步进展，探索出了若干种韧化陶瓷的途径。现代陶瓷材料的研究，最早是从对硅酸盐材料的研究开始的，随后又逐步扩大到了其他的无机非金属材料。目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。7.2．常见的陶瓷基复合材料的基体陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物而不是单质，所以它的结构远比金属合金复杂得多。陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。常见的陶瓷基体有：

3、1、氧化物基体，2、非氧化物陶瓷指金属碳化物，氮化物、硼化物等3、微晶玻璃1、氧化物陶瓷主要由离子键结合，也有一定成分的共价键纯氧化物陶瓷的熔点多超过2000℃。在800～1000℃以前强度降低不大氧化物陶瓷在高温下不会被氧化，所以常做高温耐火结构材料常见的基体材料有氧化铝和氧化锆陶瓷1）氧化铝陶瓷的主要性能主要有具有α、β和γ三种晶型，其中α和γ型是纯氧化铝，而β型是含碱的铝酸盐基体材料的氧化铝陶瓷主要是α-Al2O3，纯度为99～99.5％，密度3.75～3.85g/cm3，熔点2054℃。刚玉瓷具有很好的机械强度，加热到1600～1700℃仍保持很高的机械强度。化学

4、稳定性好，与酸碱都不发生作用，常温下，也不与氢氟酸发生作用。具有很好的介电性，同时还可以作为透光度为80％以上的制品。2）氧化锆陶瓷单斜变四方时体积收缩7.7％，晶型转变产生明显的体积收缩或膨胀，可以加入一些的稳定剂，如CaO、MgO等，保持氧化锆的四方结构。氧化锆熔点2667℃，热的不良导体，化学性能稳定。可作为耐火材料，熔融铂、铑、钛等金属的坩锅，最高温度可达2500℃。可用作火箭和喷气发动机的耐腐蚀部件。2、非氧化物陶瓷在自然界很少，需要人工合成。非氧化物陶瓷主要是共价键结合而成，但也有一定的金属键成分。这类陶瓷材料的熔点高、硬度大和耐磨性好。具有特殊的电磁和化学性

5、质。但这类材料的脆性大，高温抗氧化能力不高，所以在高温氧化气氛中使用寿命有限。常见的基体材料有碳化硅和氮化硅陶瓷。1）碳化硅陶瓷α和β两种晶型，α为六方型多层链状结构。β型为立方结构，在2100℃转变为α型。无熔点，在2830℃发生分解。理论密度3.21g/cm3，莫氏硬度9.2，耐磨性好，导热性好，热膨胀系数4.7×10-6/℃。化学稳定性好，除磷酸、硝酸和氢氟酸混合酸外，与所有的酸都不反应。碳化物中抗氧化能力最好。高温下能与金属氧化物发生反应工业陶瓷中碳化硅有黑色和绿色两种，黑色是碳过量，绿色是硅过量2）氮化硅陶瓷氮和硅的唯一化合物。有α、β两中晶型，α属于低温型，在

6、1400～1600℃时转变为β型（高温稳定型）。两种变体均属于六方晶系，但c方向上α型晶格常数β型的2倍。两种晶型密度很相近，相变时几乎不发生体积变化。理论密度为3.184g/cm3，布氏硬度99级，分解温度1900℃，α型膨胀系数为3.0×10-6/℃,β型热膨胀系数为3.6×10-6/℃。20℃时电阻率为1013~14Ω∙cm。机械强度高，尤其是高温机械强度。化学稳定性好，抗氧化能力强氮化硅原子自扩散系数非常小，制备难，近年来人们开始研究添加氧化铝形成的氮化硅固溶体形成Sialon陶瓷（赛隆，含有Si、Al、O、N四种元素）。氮化硅是一种出色的耐腐蚀材料，可用作坩锅，

7、热电欧保护管，金属冶炼炉的内衬材料。有极高的热稳定性和中等的机械强度，可以用作火箭喷嘴、导弹发射台和尾气喷管以及燃气轮叶片。微晶玻璃玻璃组成中引入晶核剂，通过热处理、光照或化学处理等手段，使玻璃内均匀析出大量微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。控制析出的微晶的种类、数量和尺寸，可以获得透明微晶玻璃、膨胀系数为零的微晶玻璃及可切削的微晶玻璃。按照基础玻璃组成，分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐5大类7.3陶瓷复合材料分类按照用途分类结构陶瓷复合材料功能陶瓷复合材料按照增强材料形态分类颗粒增强陶瓷复合材料纤