常见陶瓷材料性能及运用-讲义..
陶瓷材料介绍
优点: 1.可以大大提高效率。 2.降低了能源消耗,而且减少了环境污染。 3.陶瓷的热传导性比金属低,节省能源。 4.可延长发动机的使用寿命
不足:阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和 由此导致的低可靠性。
陶瓷车身及内饰 法拉利中国限量版艺术典藏跑车
布加迪全陶瓷外观装饰汽车
陶瓷内饰
希望大家都有一个美好的前程!
陶瓷
功能陶瓷
生电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
陶瓷材料 Ceramic materials
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷材料在汽车方面的应用
纳米陶瓷材料用于汽车车膜
优点: 1、最先进的隔热,抗紫外技术 2、最清晰的视野,最安全的保 障 3、真正实现信号零干扰 4、绝不氧化,永不褪色 5、环保健康,低碳生活 6、经典美观,超长耐用
陶瓷发动机
陶瓷,尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和 耐磨性,用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求 的目标。
陶瓷材料及其应用
陶瓷材料及其应用【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面,比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料,陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。
可用作结构材料、刀具材料,由于陶瓷还具有某些特殊的性能,又可作为功能材料。
随着社会的进步,人们对材料的要求也越来越高,这种表现不仅表现在对科学研究领域,也表现在人们的日常生活当中。
材料的进步很大程度上推动了社会的进步,而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。
拿陶瓷材料来说,陶瓷材料已经贯穿了人类的历史,并且随着历史不停的发展,在材料科学领域崭露头角。
【关键字】陶瓷材料应用发展一、陶瓷材料概述陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料,普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成,是典型的硅酸盐材料,主要组成元素是硅、铝、氧,这三种元素占地壳元素总量的 90%,普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。
这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。
特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料,利用精密控制工艺成形烧结制成,一般具有某些特殊性能,以适应各种需要。
根据其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等;特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。
其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能,根据用途不同,特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
二、陶瓷材料的分类随着生产与科学技术的发展.陶瓷材料及产品种类日益增多.为了便于掌握各种材例或产品的特征,通常以不同的角度加以分类。
1.按化学成分分类(1)氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷种类繁多,在陶瓷家族中占有非常重要的地位。
最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、 SiO2、 MgO、 ZrO3、 CeO2, CaO. Cr2O3 及莫莱石(3Al2O3.2SiO4) 和尖晶石 (MgAl2O3)等。
陶瓷材料介绍课件
原料加工
将基础原料进行破碎、粉 碎、筛选等加工,制备成 适合成型工艺的细粉料。
成型工 艺
塑形
将细粉料混合一定量的水、 粘土等添加剂,制成具有 一定形状和强度的坯体。
干燥
将坯体放入干燥室内进行 干燥,去除水分,提高坯 体强度。
修整
对干燥后的坯体进行修整, 去除毛刺、裂纹等缺陷。
烧成工艺
装窑
将干燥修整后的坯体放入窑炉中 进行烧成。
氧化锆陶瓷是一种以氧化锆(ZrO2)为主 要成分的陶瓷材料。它具有高硬度、高韧性 和优异的耐磨性、耐腐蚀性,可在极端环境 下保持稳定的性能。氧化锆陶瓷广泛应用于 航空航天、石油化工、汽车等领域,作为密
封件、轴承、切削工具等产品的制造材料。
优势
陶瓷材料的优势在于其优良的绝缘性能、耐磨性能、耐高温性能以及生物相容 性等,使其在电子、通讯、航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。
02
陶瓷材料的生
原料制 备
01
02
03
原料选择
根据陶瓷产品的性能要求, 选择合适的天然矿物或工 业原料作为基础原料。
配料计算
根据产品配方进行原料配 比,确保原料成分符合要 求。
低毒性和无致敏性
陶瓷材料在正常使用过程中释放的物质对生物体无毒性和致敏性, 因此对生物体安全无害。
04
陶瓷材料的未来展与 挑
新料研 发
高温陶瓷
随着工业技术的发展,对能在高温环境下保持优良性能的陶 瓷材料的需求越来越大。新材料研发将致力于提高陶瓷的耐 热性、抗氧化性和抗蠕变性,以满足各种高温应用的需求。
陶瓷材料介
• 陶瓷材料概述 • 陶瓷材料的生产工艺 • 陶瓷材料的性能与应用 • 陶瓷材料的未来发展与挑战 • 案例分析:几种典型陶瓷材料介
陶瓷材料的性能特点
第八章陶瓷材料第1节陶瓷材料概述第4讲陶瓷材料的性能特点先进陶瓷分类(按其性能和功能)结构陶瓷:作为工程结构材料使用的陶瓷功能陶瓷:具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性,且具有相互转化功能的一类陶瓷力学性能特点1硬度高510152025几种典型陶瓷材料的维氏硬度与不锈钢材料的对比图维氏硬度/G P a结构陶瓷的力学性能陶瓷材料硬度高→陶瓷材料耐磨性好→陶瓷材料可以制作刀具50100150200250300350400450几种典型陶瓷材料的弹性模量与不锈钢材料的对比图弹性模量/G P a力学性能特点2高弹性模量陶瓷材料高弹性模量陶瓷材料硬度弹性模量熔点变化规律具有一致性是其主晶相结合键能高低的外在反映弹性模量高→零件/构件的刚度好氧化铝机械加工精度高加工前加工中加工后不锈钢加工过程后发生挠曲变形,精度无法保证金属材料与陶瓷材料的应力-应变曲线(示意图)应力应变陶瓷金属力学性能特点3无塑性变形,断裂强度低陶瓷材料室温下拉伸时没有塑性变形→脆断人们常说的陶瓷强度,主要指它的断裂强度陶瓷材料的实际断裂强度和理论断裂强度对比材料理论值/MPa实测值/MPa理论/实测强度比值Al2O3(蓝宝石)4900063077.0Si3N4(热压)3770098038.5SiC(热压)4800093051.5 Si3N4(反应烧结)37700290130.5奥氏体型钢200003240 6.4陶瓷材料的实际断裂强度比理论强度低很多陶瓷材料实际断裂强度低的原因•存在不规则形状的气孔,相当于裂纹•内部组织结构复杂、和不均匀性2004006008001000120014001600几种典型陶瓷材料的抗弯强度抗弯强度/M P a陶瓷材料的强度,一般采用抗弯强度(弯曲强度)和抗压强度(压缩强度)表示采用三点弯曲测试抗弯强度示意图力学性能特点4低抗压强度高,抗弯强度低几种典型陶瓷材料的抗压强度抗压强度/M P a碳钢铸铁高速钢氧化铝(A479)单晶蓝宝石(SA100)金属陶瓷(TC30)01000200030004000•陶瓷材料抗压强度高,为抗拉强度的10~40倍•陶瓷材料承受压应力的能力大大超过拉应力的能力抗压强度测试示意图•陶瓷材料抗压强度比金属(碳钢)高力学性能特点5冲击韧性、断裂韧性低陶瓷材料是脆性材料冲击韧性~10kJ/m2几种材料的断裂韧性材料K IC/MPa∙m1/2不锈钢(SUS304)21045钢90球墨铸铁20~40氮化硅陶瓷 3.5~5氧化锆7-8氧化铝(99%)3-4K IC约为金属的1/60~1/100物理与化学性能1 较低的密度12345678密度/g ∙c m -3几种典型陶瓷材料的密度与钢的对比图2 熔点高一般在2000℃以上,陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属3化学稳定性高•抗氧化性优良,在1000℃高温下不会氧化•对酸、碱、盐有良好的抗蚀性4 热胀系数小24681012141618几种典型陶瓷材料的热膨胀系数与钢的对比图膨胀系数X 10-6/K40~400℃•随气孔率增加,陶瓷的热胀系数、热导率降低•多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料20406080100120140160几种典型陶瓷材料的热导率与钢的对比图导热率W /m ∙K5 热导率受材质和气孔影响大6具有特殊性能光学,电学,声学和磁学性能结构陶瓷→功能陶瓷高硬度、耐高温、耐磨损、抗热震、耐腐蚀、抗氧化密度小弹性模量大陶瓷材料性能优势脆性大,韧性差,难加工安全可靠性低陶瓷材料性能短板避免服役过程中工况:冲击载荷、大的拉应力分析服役环境,取长补短可发挥优势工况条件:高温、高压、强腐蚀、强磨损。
陶瓷材料的应用全解
切割加工
工业上,最常用的是磨料切割,其多数采用金刚石 砂轮进行切割,可以得到精度相当高的切割面。
金刚石砂轮
切割机
打孔加工
对直径在一定范围的孔,广泛采用金刚石钻 头(空心钻头)进行圆孔加工。
金刚石钻头
陶瓷打孔机
激光、超声波加工
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
七、陶瓷材料的应用
民用陶瓷
三、传统陶瓷与先进陶瓷
• 传统陶瓷
其原料主要是石英、 长石和粘土等自然界中存 在的矿物,归属于硅酸盐 类材料;
普 通 陶 瓷
• 先进陶瓷
其原料一般经一系列 人工合成或提炼处理过的 化工原料,超出了传统陶 瓷的概念和范畴,是高新 技术的产物。
先 进 陶 瓷
普通陶瓷与先进陶瓷的主要区别
区别 原料
普通陶瓷
(2)水解法:
四氧化锆 循环加水分解 氯化钇
氧化锆粉+分散剂+粘结剂
水合氧化锆
焙烧
氧化锆纳米粉
(3)喷雾法:
氧化锆粉体
化学合成法三:气相法
直接利用气体或通过某种手段将物质变为气体,使之 在气体状态下发生物理化学反应,最后在冷却过程中凝 聚长大形成纳米微粒。
化 学 气 相 沉 积 法
2、胚体成型
••••••
2. 按使用的原材料分类:
可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。
普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作
原料。
特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。
3. 按性能和用途分类:
结构陶瓷
a.主要用于制造结构零部件;
b.力学性能要求:强度、韧性、硬度、模量、耐磨性及高 温性能等。 a.主要用于制造功能器件;
陶瓷性能介绍
洛氏硬度(HR)测试当被测样品过小或者布氏硬度(HB)大于450时,就改用洛 氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为 1.59mm/3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度求出材料 的硬度。根据实验材料硬度的不同,可分为三种不同标度来表示: HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度,用于硬度较高的材料。例如:硬 质合金。 HRB 是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度,用于硬度较低的 材料。例如:退火钢、 铸铁等。 HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料。例如: 淬火钢等
陶瓷
•
陶瓷的分类
• 陶瓷的性能
• 陶瓷基板
陶瓷分类
陶瓷有很多种分类,一般人们习惯按以下几个方面进行分类: 1. 按用途分类:日用陶瓷、艺术陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、电器陶瓷、 电子陶瓷、化工陶瓷、防治陶瓷、透千陶瓷等等。 2. 按是否施釉来分:有釉陶瓷和无釉陶瓷。 3. 按陶瓷性能:高强度陶瓷、铁电陶瓷、耐酸陶瓷、高温陶瓷、压电陶瓷、 高韧性陶瓷、电解质陶瓷、光学陶瓷、磁性陶瓷、电介质陶瓷、生物陶 瓷等等。 4. 简单的也可分为:硬质陶瓷、软质陶瓷、特种陶瓷。
BeO用于制造熔化某些金属的坩埚,并可作为真空陶瓷和原子反应堆用 陶瓷。
四、非氧化物陶瓷 碳化硅陶瓷主要用作加热元件、石墨的表面保护层,以及作砂轮、磨料等。 氮化硼陶瓷(白石墨)具有石墨类型六方结构,可用作为介电体和耐火润滑剂。 五、透明陶瓷 它的强度高,能耐高温,抵抗化学腐蚀性能好,甚至难经受强烈的辐射等。
耐磨性好:大于1500Hv(淬火钢500-800Hv,高聚物小于20Hv) 2、抗拉强度低,抗压强度较高:因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷,实际 强度仅为理论强度的1/100—1/200.但抗压强度高,为抗拉强度的10—40倍。 二、高弹性模量,高脆性 E=100~400GPa(金属210),在拉伸时几乎没有塑形,在拉力作用下产生 一定的弹性变形后直接断裂。
陶瓷材料的应用PPT课件
2021
13
2. 按使用的原材料分类:
可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。 ❖ 普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作
原料。 ❖ 特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。
2021
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3. 按性能和用途分类:
结构陶瓷
a.主要用于制造结构零部件; b.力学性能要求:强度、韧性、硬度、模量、耐磨性及高
温性能等。
功能陶瓷
a.主要用于制造功能器件; b.物理性能要求:电、磁、热、光及生物等物理性能。
结构/功能一体化陶瓷材料 对力学和物理性能均有要求
陶瓷球阀
2021
透明陶瓷灯
15
✓功能陶瓷
按特性分类,功能陶瓷可分为:
电子陶瓷:如绝缘陶瓷、介电陶 瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、磁性 陶瓷、导电陶瓷、超导陶瓷等;
(Microstructure)和性能(Properties)之间的关 系。
陶瓷材料学是材料科学与工程的一部分,亦是研究材 料的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能四者 关系与规律的科学;
• 功能材料—以材料独特的物理性能、化学 性能等为基础而形成的一类材 料。
从物理化学属性来分,可分为:
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 高分子材料 • 复合材料
陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非 金属材料通称。
工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷 器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展, 出现了许多性能优良的新型陶瓷。
等静压成型;又称静水压成 型,利用液体介质不可压缩 性和均匀传递压力性的一种 成型方法。
优点
胚体密度高 制品密度接近理论密度 不易变形
缺点
设备投资成本高 不易自动化 生产效率不高
陶瓷材料的分类及性能
陶瓷材料的力学性能高分子091 项淼学号17陶瓷材料陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。
金属:金属键高分子:共价键(主价键)+范德瓦尔键(次价键)陶瓷:离子键和共价键。
普通陶瓷,天然粘土为原料,混料成形,烧结而成。
工程陶瓷:高纯、超细的人工合成材料,精确控制化学组成。
工程陶瓷的性能:耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。
硬度高,弹性模量高,塑性韧性差,强度可靠性差。
常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。
一、陶瓷材料的结构和显微组织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物;以离子键和共价键为主要结合键。
可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。
如“六方氮化硼为松散的绝缘材料;立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相,玻璃相,气相晶界、夹杂(种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。
(可通过热处理改善材料的力学性能)陶瓷的分类※玻璃—工业玻璃(光学,电工,仪表,实验室用);建筑玻璃;日用玻璃※陶瓷—普通陶瓷--日用,建筑卫生,电器(绝缘),化工,多孔……特种陶瓷--电容器,压电,磁性,电光,高温……金属陶瓷--结构陶瓷,工具(硬质合金),耐热,电工……※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃,光子玻璃陶瓷,无线电透明微晶玻璃,熔渣玻璃陶瓷…2. 陶瓷的生产(1)原料制备(拣选,破碎,磨细,混合)普通陶瓷(粘土,石英,长石等天然材料)特种陶瓷(人工的化学或化工原料---各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物)(2)坯料的成形(可塑成形,注浆成形,压制成形)(3)烧成或烧结3. 陶瓷的性能(1)硬度是各类材料中最高的。
(高聚物<20HV,淬火钢500-800HV,陶瓷1000-5000HV)(2)刚度是各类材料中最高的(塑料1380MN/m2,钢207000MN/m2)(3)强度理论强度很高(E/10--E/5);由于晶界的存在,实际强度比理论值低的多。
陶瓷材料详解PPT课件
90
球墨铸铁
20~40
氮化硅陶瓷
3.5~5
2020年9月28日
23
2. 物理与化学性能
• 熔点高 一般在2000℃以上,故陶瓷高温强度和
高温蠕变抗力优于金属。 • 热胀系数小、热导率低
随气孔率增加,陶瓷的热胀系数、热导 率降低,故多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料。
热振性差。能
2020年9月28日
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(二)陶瓷的性能
1. 力学性能
• 硬度高、耐磨性好;
>1500Hv ( 淬 火 钢 500~800Hv , 高 聚 物 <20Hv)
• 抗拉强度低,抗压强度较高;
因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷,实 际强度仅为理论强度的1/100~1/200。但抗 压强度高,为抗拉强度的10~40倍。
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。
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3
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
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红宝石(α-Al2O3掺铬离子)、钇铝石榴石、 含钕玻璃等可作固体激光材料;玻璃纤维可作光
导纤维材料,此外还有用于光电计数、跟踪等自 控元件的光敏电阻材料。
870℃
1470℃
1713℃
α-石英
α-鳞石英
α-方石英
熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β-石英
陶瓷材料的结构与性能分析
陶瓷材料的结构与性能分析陶瓷材料是一类广泛应用于建筑、电子、航空等领域的材料,具有优异的物理和化学性质。
而想要深入了解陶瓷材料的性能表现,首先必须对其结构进行分析。
一、结晶结构陶瓷材料主要由氧化物组成,常见的有硅酸盐、氮化硅、氧化铝等。
在陶瓷材料中,原子或离子按照一定的几何排列方式组成结晶结构。
例如,硅酸盐陶瓷中的硅离子和氧离子以正方形或三角形的排列方式拼接成网络结构。
而氮化硅陶瓷则由氮离子和硅离子按照边长相等的正六边形排列形成具有大空隙的结构。
结晶结构的不同会导致陶瓷材料的性能差异,如硬度、热传导性等。
二、晶粒大小晶粒大小是陶瓷材料表面性能的重要指标之一。
晶粒的尺寸越小,材料的强度和硬度往往越高,因为小晶粒内部的晶界相对较多,在晶界上形成了许多阻碍位错运动的障碍点,从而提高了材料的抗变形能力。
因此,控制陶瓷材料的晶粒尺寸,对提高其力学性能具有重要意义。
三、杂质含量陶瓷材料中的杂质含量对其性能影响举足轻重。
杂质的存在会破坏材料的完整晶体结构,从而导致性能的下降。
例如,陶瓷材料中的铁、镉等金属离子会影响其电学性能,氮化硅材料中杂质的存在会导致其电阻率的变化。
因此,在制备陶瓷材料时,对原材料进行严格筛选和纯化,以及控制烧结工艺的条件,能够有效减少杂质含量,提高材料的性能。
四、孔洞结构孔洞是陶瓷材料中普遍存在的结构特征之一。
孔洞会影响材料的力学性能、热导率等。
例如,在陶瓷材料中,孔洞的存在可以减小材料的密度,从而提高其机械强度。
此外,孔洞还能影响热的传导、吸附等性质。
因此,对陶瓷材料的孔洞结构进行合理设计和控制,能够改善其性能,拓宽其应用范围。
五、晶界结构陶瓷材料中的晶界是由相邻晶粒之间的原子之间形成的。
晶界的存在会影响材料的力学性能、导电性能、疲劳寿命等。
在力学性能方面,晶界是位错移动的阻碍剂,增加了材料的塑性变形程度;在导电性能方面,晶界处存在能带偏移和电阻率增加现象,使材料的导电性能下降。
因此,控制晶界的结构,合理改善晶界的质量和数量,对提高陶瓷材料的性能至关重要。
陶瓷材料的力学性能
氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受 到外力作用时,这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场 松弛,增加裂纹扩展阻力,从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。
部分稳定氧化锆的导热率低,绝热性好;热膨胀系数大,接 近于发动机中使用的金属,抗弯强度与断裂韧性高,除在常 温下使用外,已成为绝热柴油机的主要侯选材料,如发动机 汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。
27
二、陶瓷材料的增韧
陶瓷材料强度提高,断裂韧度值增大,因此陶瓷材料的增韧常 与增强相联系。
陶瓷增韧途径:(除纤维、纳米颗粒等制备陶瓷基复合材料外) 1)改善陶瓷显微结构
a.使材料达到细、密、匀、纯 b.晶粒长宽比增大,KIC值增大。 2)相变增韧:受使用温度限制(应<800℃) 3)微裂纹增韧 主裂纹扩展遇到微裂纹发生分叉转向前进,增加扩展过程中的 表面能;主裂纹尖端应力集中被松弛,扩展减慢。
得到复杂的形状
性差
用较少的助剂就能致密化,只能制造简单形状,烧
强度、耐蚀性最好
结助剂使高温强度降低
13
② 性能特点及应用 氮化硅的强度、比强度、比模量高;硬度仅次于金刚石、
碳化硼等;摩擦系数仅为0.1~0.2;热膨胀系数小;抗热震 性大大高于其他陶瓷材料;化学稳定性高。
热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件, 如切削刀具、高温轴承等。
4)陶瓷材料KIscc/KIC> ΔKth /KIC说明应力腐蚀开裂比疲劳 更难产生。
33
三、抗热震性 1、热震破坏分类
热震断裂:由热震引起的瞬时断裂; 热震损伤:在热冲击循环作用下,材料先出现开裂,随之裂 纹扩展,导致材料强度降低,最终整体破坏。 2、陶瓷材料的抗热震性通常用抗热震参数表示。
陶瓷材料介绍
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷材料在汽车方面的应用
纳米陶瓷材料用于汽车车膜
优点: 1、最先进的隔热,抗紫外技术 2、最清晰的视野,最安全的保 障 3、真正实现信号零干扰 4、绝不氧化,永不褪色 5、环保健康,低碳生活 6、经典美观,超长耐用
陶瓷发动机
陶瓷,尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和 耐磨性,用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求 的目标。
优点: 1.可以大大提高效率。 2.降低了能源消耗,而且减少了环境污染。 3.陶瓷的热传导性比金属低,节省能源。 4.可延长发动机的使用寿命
不足:阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和 由此导致的低可靠性。
陶瓷车身及内饰 法拉利中国限量版艺术典藏跑车
布加迪全陶瓷外观装饰汽车
陶瓷内饰
希望大家都有一个美好的前程!
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
陶瓷材料的性能特点及其应用(ppt 37页)
硅氧四面体在空间组成的三维网状结构 (SiO2、钠长石、钙长石)
(2)氧化物结构
• 1.NaCl型结构(AX型) • 2.CaF2(AX2型) • 3. 刚玉结构(A2X3型) • 4. 钙钛矿型或钛铁矿型结构(ABX3型) • 5.尖晶石结构(AB2X4型)
(3)非氧化物的结构
• 1.定义:
•
2.石英(20~30%):化学组成为SiO2,是一种耐热性、抗 蚀性、高硬度的物质,是陶瓷制品的骨架。
• 3.长石(20~30%):含K+、Na+、Ca+的无水铝硅酸 盐,高温下熔融,可以溶解部分石英和高岭土分解物,起 高温胶结作用。
(2)传统陶瓷可塑坯料的制备过程
长石
石英
粘土及高岭土
拣选 洗涤 粗碎
陶瓷材料
姓名: 班级: 学号:
• 概况
• 一.陶瓷的工艺过程
• 二.陶瓷的结构
• 三.陶瓷材料的性能 特点
• 四.陶瓷材料及其应 用 Nhomakorabea1.陶瓷的工艺过程
1、原料的制备 (1)生产陶瓷的三种主要原料
1.粘土(40~60%):含水铝硅酸盐,主要化学成分为 SiO2、Al2O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。
• 2.玻璃化转变
• ①玻璃化转变温度(Tg) • ②软化温度(Tf)
• 3.石英玻璃与石英晶体的区别
•
若玻璃中含有氧化铝或氧化硼,则四面体中的硅被铝或硼部分
取代,形成铝硅酸员或硼硅酸盐的结构网络。玻璃中含有碱金属(
Na、K)和碱土金属(Ca、Mg、Ba)的离子时,它们在结构中分布在
四面体群的网络里, Na2O等氧化物的存在,会使很强的Si—O— Si 键破坏,因而降低玻璃的强度、热稳定性和化学稳定性,但有利于生
陶瓷材料简要介绍资料.pptx
碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中应用最广泛。其密度为 3.2×103kg·m-3,弯曲强度和抗压强度分别为200~250MPa 和1000~1500MPa,硬度为莫氏9.2。
特点:热导率高,而热膨胀系数小。 应用:常用于制作加热组件、石墨表面保护层及砂轮和 磨料等。
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碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、 浇注金属的喉管、热电偶套管、炉 管、燃气轮机叶片及轴承,泵的密 封圈、拉丝成型模具等。
性能:Al2O3含量越高,性能越好, 氧化铝陶瓷的性能
牌号
85瓷 96瓷 99瓷
Al2O3 (%)
85 96 99
相对 密度 3.45 3.72
3.90
硬度 抗压强 (莫氏) 度Mpa
9
1800
9
2000
9
2500
抗拉强 度Mpa
150 180 250
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应用
化学稳定性:A12O3陶瓷与大多数熔融金属不发生反映,只 有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫 酸能溶解A12O3,热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用。 可作为耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套,输送酸的管道 内衬和阀门
P<PC(左)和P>PC(右)时压痕
(以PC作为可是压痕产生裂纹的临界负荷)
2024/9/30
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压痕法
K IC
1
Ha 2
H
E
2
5
0.055
• lg8.4
a c
KIC是断裂韧性 φ为一常数,约等于3
HV是维氏硬度
a为压痕对角线长度的一半
c为表面裂纹长度的一半
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陶瓷材料的分类和性能
• 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;
化学稳定性高,抗氧化性优良,在1000℃高 温下不会氧化,并对酸、碱、盐有良好的抗蚀性 。故在化工工业中广泛应用。
第二节工程结构陶瓷材料
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;
陶瓷材料的分类和性能
除了金属材料以外的无 机材料都属于无机非金属材料, 在众多无机非金属材料中,以 陶瓷的种类最多,应用最广, 以下主要介绍陶瓷材料。
第一节 概述
一、陶瓷材料的分类与生产
• 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。
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 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。
• 用作保温的陶瓷和化工用的过滤 多孔陶瓷等需要增加气孔率,有 时气孔率可高达60%。
(二)陶瓷的性能
• 1. 力学性能
• 硬度高、耐磨性好; • 抗拉强度低,抗压强度较
高;
• 高弹性模量,高脆性。 E=100~400GPa (金属210) 在拉伸时几乎没有塑性,在拉力作用 下产生一定的弹性变形后直接断裂。
常见陶瓷材料性能及运用
4科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION1 前言20世纪后期随着许多新技术(如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等)的兴起,以及基础理论(如矿物学、冶金学、物理学等)和测试技术(如电子显微镜技术、X 射线衍射技术和各种频谱仪等)的发展,人们对材料结构和性能之间的关系有了深刻认识。
通过控制材料的化学成分和微观组织结构,研制出了许多具有不同性能的陶瓷材料,如各种功能陶瓷(电子材料、光导纤维、敏感陶瓷材料)及高温结构陶瓷。
与传统陶瓷材料相比其强度得到了成百上千倍的提高,再加上陶瓷材料本身具备的优异的耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘等特性,使其在许多重要领域得到了越来越广泛的应用。
常用工程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素所组成的化合物,如硼和硅的碳化物和氮化物。
根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。
此外,近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。
2 氧化物陶瓷氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主,存在部分共价键,因此具有许多优良的性能。
大部分氧化物具有很高的熔点,良好的电绝缘性能,特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性,在工程领域已得到了较广泛的应用。
2.1氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷又称刚玉瓷,一般以α-Al2O3 为主晶相。
根据Al2O3 含量和添加剂的不同,有不同系列。
如根据Al2O3含量不同可分为75瓷,85瓷,95瓷,99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。
Al2O3陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;Al2O3陶瓷与大多数熔融金属不发生反映,只有Mg、Ca、Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫酸能溶解Al2O3 ,热的HCl,HF对其也有一定腐蚀作用;Al2O3 陶瓷的蒸汽压和分解压都是最小的。
陶瓷材料的应用
2. 按使用的原材料分类:
可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。 ❖ 普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作
原料。 ❖ 特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。
3. 按性能和用处分类:
a.主要用于制造构造零部件;
构造陶瓷 b.力学性能要求:强度、韧性、硬度、模量、耐磨性及高
温性能等。
a.主要用于制造功能器件; b.物理性能要求:电、磁、热、光及生物等物理性能。
4、陶瓷材料的工艺特点
陶瓷是脆性材料,大部分陶瓷是通过粉 体成型和高温烧结来成形的,因此陶 瓷是烧结体。
烧结体也是晶粒的聚集体,有晶粒和晶 界,所存在的问题是其存在一定的气 孔率。
5.陶瓷材料与金属材料的构造特点比较
金属材料: 原子间结合力为金属键良好的塑变能力
晶体构造:陶瓷材料:原子间结合力为离子键、共价键或离子/共 价混合键,具有强的方向性及高的结合能 难以塑变。
高压钠灯 绝缘材料
人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3。 红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合
物; 蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合
物。
❖ 氧化锆陶瓷
构造陶瓷方面:由于其高韧性、高抗弯强度、高耐磨性,优异 的隔热性能、热膨胀系数接近于钢等优点,因此被广泛应用于 构造陶瓷领域。
生物陶瓷:如生物活性陶瓷、医用 陶瓷等稀土。
发 光 陶 瓷
六 陶瓷材料的制备工艺简介
粉体制备 胚体成型 胚体烧结 精加工
陶 瓷 烧 结 炉
1、粉体制备
粉体制备是指将各种原料通过物理机械或 化学方法,制成所需的粉体。
物理粉碎法 粉体制备方法
化学合成法
➢ 物理粉碎法
物料粉碎法分为:机械粉碎和气流粉碎。
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氮化硼(BN)陶瓷
碳化硅(SiC)陶瓷 碳化硼(BC)陶瓷 低膨胀玻璃陶瓷 玻璃陶瓷 表面可强化玻璃陶瓷
可加工玻璃陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主,存在部分共价键,因此具有许多 优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点,良好的电绝缘性能,特别是具 有优异的化学稳定性和抗氧化性,在上程领域已得到了较广泛的应用。
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2.2 氮化铝(AlN)陶瓷
AIN属于共价键化合物,六方晶系,纤维锌矿型结构,白色或灰白色,密度 3.26g/cm2,无熔点,在2200℃- 2250℃升华分解,热硬度很高,即使在分解温 度前也不软化变形。具有优异的抗热震性。AlN对Al和其它熔融金属、砷化稼等 具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,此外,还具有优良的 电绝缘性和介电性质;但AlN的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解。 AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器,也可用作真空 中蒸镀金的容器、耐热砖等,特别适用于作为2000℃左右氧化性电炉的炉衬材 料;AlN的导热率是A1203的2-3倍,热压时强度比Al203还高可用于高强度、高导 热的场合,例如大规模集成电路的基板等。
玻 璃 陶 瓷
表面可强化玻璃陶 瓷
可加工玻璃陶瓷 独特地显微结构使其具备可加工性能, 电绝缘、微波技术、精密仪器和航空、航天领 可以采用普通的钻、锯或车削、磨等 域 加工到精密尺寸 具有高热震抗力、哟一的绝缘性能
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1 氧化物陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化物陶瓷 氧化锆(Zr02)陶瓷 MgO陶瓷 氮化硅(Si3N4)陶瓷 氮化物陶瓷 陶瓷 碳化物陶瓷 氮化铝(AlN)陶瓷 六方BN 立力BN 稳定Zr02陶瓷 部分稳定Zr02陶瓷
稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成,其耐火度高、比热与导热系数小,是理想 的高温隔热材料,可以用做高温炉内衬,也可作为各种耐热涂层。 稳定Zr02陶瓷化学稳定性好,高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀,但不能 抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应,可 以用来作为熔炼这此金属的坩埚。 纯Zr02是良好的绝缘体,由于其明显的高温离子导电特性,可作为2000℃使 用的发热元件,高温电极材料,还可用作产生紫外线的灯。 此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性,可制成氧气传感器,进行氧浓度的测 量。
MgO陶瓷
氧 化 物 陶 瓷
稳定氧化锆(ZrO2) 陶瓷
部分稳定Zr02陶瓷
高强度、断裂韧性及抗热冲击性能 导热系数小,隔热效果好,热膨胀系 数大
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常见陶瓷分类
分类 名称 氮化硅(Si3N4)陶瓷 特点 主要用途
氮 化 物 陶 瓷
热膨胀系数小,抗热震,弯曲强度高, 惹急材料,切削工具,高级耐火材料,抗腐蚀、 硬度高,自润滑,摩擦系数小,抗腐 抗磨损的密封件 蚀 热硬度高,抗热震,良好地电绝缘性 和介电性质 自润滑性,耐热性,导热,绝缘,质 量轻 化学稳定兴高,导热剂耐热性能号, 硬度高 性度高,热导率高,抗热震性能好, 化学稳定性高, 比重低,低膨胀系数,高导热,高硬 度和高耐磨性, 熔炼金属用的坩埚,热电偶保护管,真空蒸镀 容器,耐热砖,大规模集成电路基板 高温固体润滑剂,轴承,坩埚,绝缘材料,压 力传递材料和容器,航空高温结构材料,火箭 喷嘴 磨料,切削刀具 炉膛结果材料、隔焰板、撸管,发热元件,高 温、耐磨、耐腐蚀机械部件、汽轮机高温部件 磨料,耐磨零件、热电偶原件、高温半导体、 宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应 堆控制棒与屏蔽材料等
常见陶瓷材料性能及运用
2013年1月17日
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常见陶瓷分类
20世纪后期随着许多新技术(如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术 等)的兴起,以及基础理论(如矿物学、冶金学、物理学等)和测试技术(如电子 显微镜技术、X射线衍射技术和各种频谱仪等)的发展,人们对材料结构和性能 之间的关系有了深刻认识。通过控制材料的化学成分和微观组织结构,研制出 了许多具有不同性能的陶瓷材料,如各种功能陶瓷(电子材料、光导纤维、敏 感陶瓷材料)及高温结构陶瓷。与传统陶瓷材料相比其强度得到了成百上千倍 的提高,再加上陶瓷材料本身具备的优异的耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘等特 性,使其在许多重要领域得到了越来越广泛的应用。 常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、 氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素所组成的化合物,如硼和 硅的碳化物和氮化物。 根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化 物陶瓷和硼化物陶瓷。此外,近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应 用。
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2 氮化物陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化物陶瓷 氧化锆(Zr02)陶瓷 MgO陶瓷 氮化硅(Si3N4)陶瓷 氮化物陶瓷 陶瓷 碳化物陶瓷 氮化铝(AlN)陶瓷 氮化硼(BN)陶瓷 碳化硅(SiC)陶瓷 碳化硼(BC)陶瓷 低膨胀玻璃陶瓷 玻璃陶瓷 表面可强化玻璃陶瓷 可加工玻璃陶瓷 稳定Zr02陶瓷 部分稳定Zr02陶瓷
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1.2.2 部分稳定氧化锆(ZrO2)陶瓷
部分稳定Zr02陶瓷由t c双相组织组成,具有非常高的强度,断裂韧性和抗热 冲击性能,被称为“陶瓷钢”。同时其热传导系数小,隔热效果好,而热膨 胀系数又比较大,比较容易与金属部件匹配,在日前所研制的陶瓷发动机中 用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件。 部分稳定Zr02陶瓷还可作为采矿和矿物工业的无润滑轴承,喷砂设备的喷嘴, 粉末冶金上业所用的部件,制药用的冲压模等。 另外,部分稳定Zr02陶瓷还可用作各种高韧性,高强度工业与医用器械。如 纺织工业落筒机用剪刀、羊毛剪,磁带生产中的剪刀,微电子工业用工具, 此外由于其不与生物体发生反应,也可用作生物陶瓷材料。
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常见陶瓷分类
分类 名称 氧化铝陶瓷 特点 化学性质稳定,机械强度高 电绝缘性,低介质损耗 对可见光和红外线的良好透过性,耐 温耐热耐腐蚀 高温下比体积电阻高,介质损耗低, 具有良好的电绝缘性 对碱性熔渣有较强的抗侵蚀能力 比热、导热系数小 化学稳定性号,耐酸性及中性物质腐 蚀 绝缘性 主要用途 叶轮泵体轴套阀门管道内衬等 电子电器应用 纺织耐磨零件,刀具,火花塞 高压钠灯灯管,红外检测装置窗口 用于制备熔炼金属的坩埚,浇铸金属的模子, 高温热电偶保护管,高温炉内衬 高温隔热材料、高温炉内衬、耐热涂层 坩埚 高温发热元件,高温电极材料,产生紫外线的 灯 氧气传感器 陶瓷发动机中的汽缸内壁、活塞、缸盖等部件 无润滑轴承,喷砂设备喷嘴、制药用冲压模 工业剪刀、羊毛剪、微电子工业用具、微生物 陶瓷材料
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1.2 氧化锆(ZrO2)陶瓷
Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。 根据所含相的成分不同,Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02 陶瓷。
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1.2.1 稳定氧化锆(ZrO2)陶瓷
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1.3 氧化镁(MgO)陶瓷
MgO陶瓷的主晶相为MgO,属立方晶系氯化钠结构,熔点2800℃,理论密度 3.58 g/cm2,在高温下比体积电阻高,介质损耗低,介电系数为9.12具有良 好的电绝缘性,属于弱碱性物质。MgO对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力, 与镁、镍、铀钍、铝、钼等不起作用,可用于制备熔炼金属的坩锅、浇注金 属的模子,高温热电偶的保护管,高温炉的炉衬材料等。
氮化铝(AlN)陶瓷 六方氮化硼(BN)陶 瓷 立力氮化硼(BN)陶 瓷
碳 化 物 陶 瓷
碳化硅(SiC)陶瓷 碳化硼(BC)陶瓷
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常见陶瓷分类
分类 名称 低膨胀玻璃陶瓷 特点 热膨胀系数低(可为负值)、强度高、 热稳定性能好、使用温度高 主要用途 航天飞机零件、高级炊具、高温作业观察窗、 微波炉盖、望远镜、激光元器件及航天飞机上 的重要零部件
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1.1 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷又称刚玉瓷,一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂 的不同,有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷,85瓷,95瓷,99瓷 等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的 不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。 Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;A1203陶瓷 与大多数熔融金属不发生反映,只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原 作用;热的硫酸能溶解A1203,热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用;A1203陶瓷 的蒸汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性,可广泛地 用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套,输送酸的管道内衬和阀门等。 氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等 特点,因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。 A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零 件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。 透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性,同时具有高温强度高、耐 热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。