氧化铝-氧化锆陶瓷的制备课件.ppt

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1、氧化铝-氧化锆陶瓷的制备指导教师：梁小平教授李建新教授2014年本科生大型综合实验一、实验背景（一）氧化铝陶瓷（二）氧化锆陶瓷（三）氧化铝-氧化锆陶瓷氧化铝有α（刚玉型）、β、γ、δ等11种变体，其中主要是α、γ两种晶型，而且只有一种热力学稳定相，即α氧化铝。而β氧化铝是含碱的铝酸盐(R2O·11Al2O3或RO·6Al2O3)。它们的结构各不相同。α氧化铝俗称刚玉，熔点高，硬度大，耐化学腐蚀，优良的介电性，是氧化铝各种型态中最稳定的晶型，也是自然界中唯一存在的氧化铝的晶型。氧化铝陶瓷少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致；红色来自铬(Cr)Al2O3陶瓷的成型

2、氧化铝陶瓷成型的方法有许多种，依产品的形状、大小、复杂性与精度等要求选用合适的成型方式。最常用的方法有干压法成型、注浆成型、挤压成型、冷等静压法成型（CIP),注射成型、流延成型、热压成型与热等静压成型(HIP)以及近几年来新开发的压滤成型、凝胶注成型、固体自由成型制造技术等。Al2O3陶瓷的低温烧结工艺液相烧结热等静压烧结法微波加热烧结法热压烧结微波等离子体烧结放电等离子烧结Al2O3陶瓷的性能和应用氧化铝陶瓷的用途是十分广泛的，根据氧化铝含量不同，其性能不同，用途也各有差异。机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。氧

3、化铝的成分愈纯，强度愈高。强度在高温下可维持到900℃。利用氧化铝陶瓷的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件。电阻率高，电绝缘性好：氧化铝的常温电阻率约为1015Ω·cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基板、管座、火花塞和电路外壳等硬度高：莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050℃，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。化学稳定性好：许

4、多复合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、溴化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与A12O3作用。因此A12O3可以制备人体关节、人工骨等生物陶瓷材料。高熔点高硬度可制成透明陶瓷无毒、不溶于水，强度高主要特性主要用途坩埚刚玉球磨机高压钠灯的灯管水龙头阀门芯将氧化铝陶瓷主要特性和主要用途一对应并连线氧化铝陶瓷的不足氧化铝陶瓷材料的脆性极大地限制了它的推广应用!为了减小脆性，除了采用先进的制备工艺外，人们研究了许多增韧的手段。ZrO2相变增韧、纳米技术增韧、晶须和纤维增韧、颗粒弥散增韧、复合增韧、表面改性增韧等。纯净的ZrO2为白色粉末，含有杂质时略

5、带黄色或灰色。氧化锆有三种晶相，分别为单斜晶相、四方晶相和立方晶相，三者之间的转变关系如下：单斜ZrO2转变为四方ZrO2会产生7－8%的体积收缩，而逆向转变则会有相应的体积膨胀，实际生产过程中一般采用添加稳定剂（CaO、MgO、Y2O3、CeO2）的方法来制备氧化锆陶瓷材料。由于它的一些良好的性能(如它的断裂韧性高于氧化铝陶瓷)，因而越来越受到人们的重视。氧化锆陶瓷ZrO2陶瓷增韧机制氧化锆增韧机制有多种:相变增韧微裂纹增韧弥散增韧氧化锆陶瓷性质与应用Y-TZP陶瓷由于具有良好的性能，因此在很多领域都有广泛的应用。磨介：Y－TZP相对于锆珠、氧化铝球、玻璃

6、球和钢球而言，其耐磨性最好，目前正逐步取代其他磨介，在涂料等行业中广泛应用。用量最大的就是磨球，国内主要有深圳南玻等厂商在生产。工艺路线为干压和等静压成形工艺，以等静压工艺为主。磨介市场非常广阔，虽然普通的磨球市场已经饱合，但是各种研磨罐、搅拌磨中的磨盘和磨头等由于制备工艺相对复杂，仍主要以国外产品为主。切割应用：在特定的切割应用中，Y－TZP占据了一定的市场份额，特别是对一些韧性和强度要求不是很高的场合，Y－TZP刀具得到了极大的发展。例如光纤剪刀、切纸刀、民用刀具和理发推剪等。其中发展比较成功的是京瓷的民用刀具，经过近十年的发展已经成为一个国际品牌。阀类

7、应用：这类应用市场范围广泛。最典型的产品是氧化锆水阀片。氧化锆主要用于制作油田和化工行业中用的球阀等。国内有深圳南玻等厂商在生产。工艺路线主要采用等静压工艺。这类产品加工和成品率非常重要，部件大，成品率对成本影响很大。陶瓷轴承：在陶瓷轴承方面，氧化锆陶瓷相对于氮化硅陶瓷并不是最好，其主要优势是成本较低。可用于抗腐蚀、避免污染的场合，如食品工业等。另外一个领域就是新开发的陶瓷风扇，这大大拓展了氧化锆陶瓷轴承的应用空间。富士通公司首先推出了陶瓷轴承风扇，获得了较好的市场响应。轴芯全面采用3nm氧化锆生物应用：研究表明,氧化锆在人体口腔中无过敏现象,在合理设计的前

8、提下,可保证使用50年依然坚固.氧化锆可以用于几乎所