陶瓷的性能资料讲解.ppt

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1、2.2陶瓷的性能2.2.1陶瓷材料的硬度2.2.2陶瓷材料的脆性断裂与强度2.2.3陶瓷材料的透光性2．2．1陶瓷材料的硬度硬度是材料的一种重要的力学性能，但在实际应用中由于测量方法不同，测得的硬度所代表的材料性能也各异。常用的测量方法：划痕硬度和静载压入硬度划痕硬度叫做莫氏硬度，用于陶瓷及矿物材料硬度测试。它只表示硬度由小到大的顺序，不代表硬度的程度，后面的矿物可以划破前面的矿物表面。一般莫氏硬度分为10级，后来因为有一些工人合成的硬度较大的材料出现，又将莫氏硬度分为15级以便比较，表3-3莫氏硬度两种分级的顺序。

2、表3-3莫氏硬度顺序顺序材料顺序材料顺序材料顺序材料1滑石8黄玉5磷灰石12刚玉2石膏9刚玉6正长石13碳化硅3方解石10金刚石7SiO2玻璃14碳化硼4萤石1滑石8石英15金刚石5磷灰石2石膏9黄玉6正长石3方解石10石榴石7石英4萤石11熔融氧化锆常用用静载压入的硬度实验-布氏硬度、维氏硬度及洛氏硬度。原理都是将一硬的物体在静载下压入被测物体表面，表面上被压入一凹面，以凹面单位面积上的载荷表示被测物体的硬度。布氏硬度法主要用来测定金属材料、较软及中等硬度的材料，很少用于陶瓷；维氏硬度法及洛氏硬度法都适于较硬的材料

3、，也用于测量陶瓷的硬度；硬度决定于矿物、晶体和陶瓷材料的硬度的因素-组成和结构。离子半径较小，离子电价越高，配位数越大，结合能就越大，抵抗外力摩擦、刻划和压入的能力也就越强，所以硬度就较大。陶瓷材料的纤维组织、裂纹、杂质等都对硬度有影响。当温度升高时，硬度将下降。2.2.2陶瓷材料的脆性断裂与强度脆性断裂：一般认为脆性断裂就是材料在受力后，将在低于其本身结合强度的情况下作应力再分配，当外加应力的速率超过应力再分配的速率时，就发生断裂。这种断裂没有先兆，是突然发生的，而且是灾难性的。影响因素：材料呈现出脆性或延性并不是

4、绝对的，而是和材料的组分、结构、受力条件和环境等因素有关。强度-材料的强度是抵抗外加负荷的能力。对材料的强度进行大量研究的两个角度。以应用力学为基础，从宏观现象研究材料应力—应变状况，进行力学分析，总结出经验规律，作为设计、使用材料的依据，这是力学工作者的任务。从材料的微观结构来研究材料的力学性质，也就是研究材料宏观力学性能的微观机理，从而找出改善材料性能的途径，为工程设计提供理论依据。以材料脆性断裂的主要根源-微裂纹缺陷为研究对象发展出一门新的学科——断裂力学。一、裂纹的起源与扩展二、静态疲劳三、蠕变断裂四、显微组

5、织对材料脆性断裂的影响一、裂纹的起源与扩展1．裂纹的起源2．裂纹的快速扩展3．影响裂纹扩展的因素1．裂纹的起源（１）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就引起应力集中，导致裂纹成核，位错在材料中运动会受到各种阻碍：Ⅰ.由于晶粒取向不同，位错运动会受到晶界的障碍，而在晶界产生位错塞积；Ⅱ.材料中的杂质原子引起应力集中而成为位错运动的障碍。Ⅲ.热缺陷，交叉（指位错组合、位错线与位错或位错线与其它缺陷相互交叉）都能使位错运动受到阻碍。当位错运动受到各种障碍时，就会在障碍前塞积起来，导致微裂纹形成。图2

6、-2-1就是位错形成微裂纹示意图．图2-2-1位错形成微裂纹示意图（a）位错组合形成的微裂纹；（b）位错在晶界前塞积形成的微裂纹；（c）位错交截形成的微裂纹（２）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹，这种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始。（３）由于热应力而形成裂纹。此外，温度变化时有晶型转变的材料也会因体积变化而引起裂纹。图2-2-2由于热应力形成的裂纹2．裂纹的快速扩展格里菲斯裂纹理论：材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸（临界裂纹尺寸）决定材料的断裂强度

7、，一旦裂纹超过临界尺寸，裂纹就迅速扩展而断裂。对于脆性材料，裂纹的起始扩展就是破坏过程的临界阶段，因为脆性材料基本上没有吸收大量能量的塑性形变。3、影响裂纹扩展的因素外界作用应力；材料中吸收能量的机构。例如金属陶瓷和复合材料、此外人为地在材料中造成大量极微细的裂纹（小于临界尺寸）也能吸收能量，阻止裂纹扩展。二、静态疲劳静态疲劳：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，这种缓慢扩展也叫亚临界扩展，或称为静态疲劳。材料在循环应力作用下的破坏叫做动态疲劳。裂纹缓慢扩展的结果是裂逐渐加大，一旦达到临界尺寸就会失稳扩展而破

8、坏。材料的断裂强度取决于时间，即构件的寿命问题。就是在使用应力下，构件能用多少时间将要破坏。如果能事先知道构件能用多少时间将要破坏，就可以限制使用应力延长寿命，或用到一定时间就进行检修，撤换构件。裂纹缓慢扩展本质的几种观点：1．应力腐蚀理论该理论认为环境对裂纹端部应力集中区域的腐蚀比对裂纹侧面的腐蚀要严重得多，这种腐蚀使裂纹端部原子间的化学键受