先进结构陶瓷材料的研究进展.pdf

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1、2009年第1期（第147期）佛山陶瓷37KnowledgeLecture知识讲座先进结构陶瓷材料的研究进展路学成任莹（军事交通学院装运机械系天津300161）摘要先进陶瓷材料因其具有高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优良特性,在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地位。本文综述了先进结构陶瓷材料的研究应用现状和发展趋势。关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展1前言系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术20世纪60年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重计算

2、机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些2先进结构陶瓷及其应用[1～4]技术革命中发挥着重要的作用，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青先进结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为：（1）机春,在尖端科学领域得到广泛的应用,如航天、航空、汽械陶瓷；（2）热机陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。[4，5]车、体育、建筑、医疗等领域。若按化学成分分类可分为：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、先进陶瓷

3、是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、赛龙同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2[1]种陶瓷、工程陶瓷等。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上等)；（5）其它结构陶瓷(莫来石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶[1]发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展瓷以及复合陶瓷等)

4、。史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高由于先进结构陶瓷具有耐高温、高强度、高硬度、高[4]度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进耐磨、耐腐蚀和抗氧化等一系列优异性能，可以承受金行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，已成为具有优异特性的陶瓷。许多新兴科学技术得以实现的关键，在能源、航空航天、先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大机械、交通、冶金、化工、电子和生物医学等方面有着广泛类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、的应用前景。化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可2.1

5、耐高温、高强度、耐磨损陶瓷利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某[6～8]2.1.1氮化物陶瓷种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一氮化物陶瓷是近20多年来迅速发展起来的新型工38FOSHANCERAMICSVol.19No.1（SerialNo.147）程结构陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸盐陶瓷不同之处在步氧化，从而使它能在高温下工作。用热压工艺可以制得于其中氮和硅的结合属于共价键性质的键合，因而有结接近理论密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗弯强度即合力强、绝缘性好的特点。使在1400℃左右的高温下仍可达到500～600MPa，而其氮化硅的烧结与一般陶瓷的

6、烧结工艺不同，采用的它陶瓷材料在1200℃以后，强度都会急剧下降。因此，碳是反应烧结法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能达到很高的化硅是在高温空气中强度最高的材料。致密度，一般只能达到理论密度的79％左右，不能制造高温燃气涡轮发动机要提高效率，就必须提高工作厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是温度，而解决问题的关键是找到能承受高温的结构材料，在高温下进行加压烧结，由此可得到热压氮化硅陶瓷，其特别是发动机内部的叶片材料。碳化硅陶瓷在高温下有室温抗弯强度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加足够的强度，且有良好的抗氧化能力和抗热震性，这些优少量氧化钇和氧化铝的热压氮

7、化硅，室温抗弯强度可达良品质都使它极其适合作为高温结构材料使用。用于在到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界1200～1400℃下工作的高温燃气涡轮发动机叶片的材上最坚硬的物质之一；极耐高温，强度一直可以维持到料，许多科学家认为它和氮化硅陶瓷是最有希望的候选1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到材料。1900℃才会分解；有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所碳化硅陶瓷的热传导能力仅次于氧化铍陶瓷。利用有的无机酸(氢氟酸除外)和30％以下的烧碱溶液，也能这一特性，可作为优良的热