《固溶体相》PPT课件

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1、Chapter4陶瓷材料的相图§4.1陶瓷材料的显微结构陶瓷材料的显微结构：在各种光学显微镜和电子显微镜下所观察到的陶瓷内部组织结构。有：不同晶相与玻璃相的存在及分布，晶粒的大小、形状与取向，气孔的尺寸、形状与分布，各种杂质、缺陷和微裂纹的形式和分布，以及晶界的特征等，这些因素综合起来构成陶瓷的显微结构。陶瓷材料的显微结构对材料的性能有着重要的影响。无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构显微结构的形成：一方面是化学变化使系统自由能降至最低，形成各种平衡相；另一方面是物理因素对显微结构的形成也有不可忽视的作用，诸如烧结、玻璃化、晶粒长大过程中，随

2、着表面和界面面积的减少使系统自由能达到更低的状态，以及与新相形成有关的应变能和表面能的作用。将要讨论：显微结构、相图、非平衡相无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构构成陶瓷材料显微结构最基本的要素是晶体相、玻璃相和气相。晶相是陶瓷的主要组成相，往往决定着陶瓷的物理、化学性能；玻璃相是一种非晶态低熔点固态相，起粘结分散的晶相、填充气孔、降低烧结温度等作用，有时陶瓷中的玻璃相可多达20％～60％，陶瓷材料中的玻璃相经常与晶界相联系。气孔是陶瓷生产过程中不可避免残存下来的，一般会使材料性能降低，但有时为了特殊需要，有目的地控制气孔的生成。无机非金属

3、材料概论C.2陶瓷显微结构1.陶瓷材料中的晶相:晶粒------多晶陶瓷材料晶相的存在形式和组成单元①陶瓷是由各向异性的晶粒通过晶界聚合而成的多晶体。②晶相是陶瓷的基本组成，晶相的性能表征材料的特性，例如刚玉瓷具有机械强度高、耐高温、耐化学腐蚀等优异性能，这是因为主晶相Al2O3是一种结构紧密，离子键强度很高的晶体。③晶粒是多晶陶瓷材料中晶相的存在形式和组成单元。④晶粒的形状与大小对材料的性能影响很大。无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构⑤固态第二相夹杂物的存在有利于抑制晶粒长大，MgO加入Al2O3中，CaO加入ThO2中都是这种例子。在

4、晶粒尺寸较大材料的烧结后期，气孔与界面的同时移动也会使晶粒长大变慢。少量界面液相的存在也是抑制晶粒长大的一个重要因素，实际中发现氧化铝中引入适量硅酸盐液相可以阻止经常发生在纯氧化铝中的大幅度晶粒生长。无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构2.陶瓷中的玻璃相:在晶粒周围形成,影响高温强度与高温蠕变性能,由于玻璃相高温粘度下降,将导致材料高温性能下降。传统陶瓷材料中存在的各种硅酸盐成分，以及在各种先进工程陶瓷烧结过程中为促进烧结致密化，降低烧结温度而加入的各种添加剂，在高温烧结时会形成熔体，冷却时熔体固化，经常在晶体颗粒周围不结晶而直接生成很薄的玻

5、璃相，对材料的高温强度与高温蠕变性能造成显著的影响，由于玻璃相高温粘度的下降，将导致材料高温性能的下降。可以通过适当的热处理使晶界玻璃相结晶化，提高界面相的耐火度，改善材料的高温机械性能。无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构3.陶瓷中的气孔相:陶瓷坯体烧结后,烧结体中存在的气相即气孔。气孔分为显气孔(开气孔)和闭气孔。气孔率的增加将导致材料弹性模量与强度的降低。陶瓷坯体烧结后，所获得的陶瓷烧结体中不可避免地总要出现气相即气孔。气孔必须算作是一个独立的相，即气相。如Al203瓷，虽然它是由单组分的晶粒组成，但在烧制过程中有些气孔未从晶体中排出，

6、就形成了固气两相材料。可以用气孔体积分数、大小、形状和分布来描述气孔的特征。显气孔是与表面相联通的气孔，也称为开口气孔。闭气孔是与表面不相联通的气孔，气孔在材料中的相对体积称为气孔率，相应的有总气孔率、显气孔率和闭气孔率。无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构无机非金属材料概论在烧结前，几乎全部气孔都是开气孔，在烧结过程中，气孔体积分数中的一部分被排除，另一部分变成闭气孔，甚至有一部分气孔由于晶粒的长大而被晶粒所包裹。气孔的测量可以用几种方法进行。用抛光切面在显微镜下进行直线或面积分析，这种分析可以用人工，也

7、可以直接用图像分析仪进行。人工分析的步骤是这样的，在显微镜下样品上或显微照片上随机放置点计数网格，或是随机移动显微镜十字线，然后数落在气孔相上的点数，计算占总点数的百分数就直接给出气孔率。直线分析则是采用显微镜中的一条直线或在照片上画出一条直线，然后计算气孔相所截出的长度分数。这种方法也用于测量显微结构中的其它相的相对数量。C.2陶瓷显微结构Fig.1Microstructureofatypicaldenseceramic典型致密陶瓷的显微组织无机非金属材料概论C.2陶瓷显微结构Fig.2Arefractorymicrostructurema

8、defrompowderswithalargerangeofsizes(耐火材料的显微组织)无机非金属材料概论C.2陶瓷相图§4.2陶瓷材料的基本相图1.一元相图2