陶瓷的分类及特点分析

（四）氮化硼陶瓷
• 主晶相BN，共价晶体，晶体结构为六方结构， 有白石墨之称； • 良好的耐热性和导热性，热导率与不锈钢相 当，热胀系数比金属和其它陶瓷低得多，故 抗热振性和热稳定性好； • 高温绝缘性好， 2000℃仍是绝缘体，是理想 的高温绝缘材料和散热材料； • 化学稳定性高，能抗 Fe 、 Al 、 Ni 等熔融金属 的侵蚀； • 硬度较其它陶瓷低，可切削加工； • 有自润滑性，耐磨性好。
• 氧化铝陶瓷的强度高，是普通陶瓷的2～6倍， 抗拉强度可达250MPa； • 耐磨性好，硬度次于金刚石、碳化硼、立方 氮化硼和碳化硅，居第5； • 耐高温性能好，刚玉陶瓷可在1600℃下长期 工作，在空气中的最高使用温度达1980℃； • 耐蚀性和绝缘性好； • 脆性大，抗热振性差，不能承受环境温度的 突然变化。
8.2 工程结构陶瓷材料
一、普通陶瓷
又称传统陶瓷、粘土陶瓷。这种陶瓷以天 然硅酸盐矿物，如粘土、长石、石英等为主要 原料配制、烧结而成的。 主晶相为莫来石晶体（3Al2O3﹒2SiO2）， 占25～30％，次晶相为SiO2； 玻璃相约为35～60％； 气相为1～3％。
性能特点
• 硬度高，不会氧化生锈，不导电， 耐1200℃高温，加工成型性好， 成本低廉。 • 玻璃相较多，强度较低，在较高 温度下易软化，故耐高温及绝缘 性不及其它陶瓷。
• 反应烧结氮化硅陶瓷 以硅粉或硅粉与 Si3N4粉的混合料，压制 成型后，放入渗氮炉中进行渗氮处理，直到 所有的硅都形成氮化硅，得到尺寸相当精密 的氮化硅制品。但此制品中有 20 ～ 30 ％的气 孔，故强度不及热压烧结制品，与 95 瓷相近。 性能优异，易于加工。
性能特点
• 硬度高，摩擦系数小（0.1～0.2），有自润 滑性，是极优的耐磨材料； • 蠕变抗力高，热胀系数小，抗热振性能在 陶瓷中是最好的； • 化学稳定性好，除氢氟酸外，能耐各种酸、 王水和碱液的腐蚀，也能抗熔融金属的侵 蚀； • 因氮化硅是共价键晶体，既无自由电子也 无离子，具有优异的电绝缘性能。
（二）陶瓷制品的生产
陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制 备、成型、烧结 • 坯料制备 通过机械或物理或化学方法制备粉料，在 制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、 纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀 等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料 可以是粉料、浆料或可塑泥团。
• 成型 将坯料用一定工具或模具制成一定形状、 尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。 • 烧结 生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接 烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物 理化学变化及相变，如体积减小，密度增加， 强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制 品达到所要求的物理性能和力学性能。
应用
• 日用陶瓷 • 工业上主要用作绝缘的电瓷绝缘 子和耐酸、碱的容器、反应塔管道 等，还可用于受力不大，工作温度 在200℃以下的结构零件。
二、特种陶瓷
（一）氧化铝陶瓷
• 以Al2O3为主要成分，含少量SiO2的陶瓷。 • 根据Al2O3含量不同，分为 75瓷（wAl2O3 75% ）又称刚玉-莫来石瓷； 95瓷、99瓷，又称刚玉瓷。 • Al2O3含量愈高，玻璃相愈少，气孔愈少，陶 瓷的性能愈好，但工艺愈复杂，成本愈高。
特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合 物为主要原料的人工合成化合物。 如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。
日用陶瓷
按用途分类 工程结构陶瓷
工业陶瓷
功能陶瓷
按性能可将陶瓷分 高强度陶瓷 高温陶瓷 压电陶瓷 磁性陶瓷 半导体陶瓷 生物陶瓷
•
特种陶瓷可按化学组成分为 氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 碳化物陶瓷 金属陶瓷（硬质合金）
应用 • 反应烧结氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐 高温，耐腐蚀，形状复杂且尺寸精度高 的制品。如石油化工泵的密封环、高温 轴承、热电偶套管、燃气轮机转子叶片 等； • 热压烧结氮化硅陶瓷用于制造形状简单 的耐磨、耐高温零件和工具。如切削刀 具、转子发动机刮片、高温轴承等。
（三）碳化硅陶瓷
• 主晶相 SiC ，有反应烧结和热压烧结两种碳化 硅陶瓷； • 高 温 强 度 高 ， 工 作 温 度 可 达 1600 ～ 1700℃ 1400℃时，抗弯强度为500～600MPa ； • 有很好的导热性、热稳定性、抗蠕变能力、耐 磨性、耐蚀性，且耐辐射； • 是良好的高温结构材料，主要用于制作火箭喷 管的喷嘴，浇注金属的浇道口、热电偶套管、 炉管，燃气轮叶片，高温轴承，热交换器及核 燃料包封材料等。
• 主要用于制作内燃机火花塞，火 箭、导弹的导流罩，石油化工泵 的密封环，耐磨零件，如轴承、 纺织机上的导纱器，合成纤维用 的喷嘴等，作冶炼金属用的坩埚 等。
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（二）氮化硅陶瓷
• 以 Si3N4 为主要成分；按生产工艺不同，分为 热压烧结氮化硅陶瓷和反应烧结氮化硅陶瓷； • 热压烧结氮化硅陶瓷 以 Si3N4粉为原料，加入少量添加剂，装 入石墨模具中，在 1600 ～ 1700℃高温和 20 ～ 30MPa的高压下烧结成型，得到组织致密，气 孔率接近0的氮化硅陶瓷。因受石墨模具所限 制，只能加工形状简单的制品。
第八章 陶瓷材料 Ceramics
陶瓷材料指所有无机 非金属材料。是用天然或 人工合成的粉状化合物， 经成型和高温烧结而制成 的多晶固体材料。
第一节 概述
一、陶瓷材料的分类与生产 （一）分类
按原料来源分：普通陶瓷、特种陶瓷
普通陶瓷又称传统陶瓷。以天然 硅酸盐矿物为主要原料，如粘土、石 英、长石等。主要制品有：日用陶瓷、 建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、 多孔陶瓷。
• 氮化硼陶瓷常用于制作热电偶套管， 熔炼半导体、金属的坩埚和冶金用 高温容器和管道，高温轴承，下班 制品成型模，高温绝缘材料； • 因BN中含wB=43%，有很大的吸收 中子的截面，可作核反应堆中吸收 热中子的控制棒。
氧化镁陶瓷 氧化锆陶瓷 氧化铍陶瓷 不同种类的特种陶瓷，各具不同的优 异性能，但作为主体结构材料，其共同的 弱点是：塑性、韧性差，强度低