结构陶瓷PPT课件

高温升华分解：Si3N4（1900）、AlN（2450）、BN （3000）
高熔点：TiN（2950）、ZrN（2980）、HfN（3310）， Si3N4固溶体：SiAlON（塞隆） 高硬、高强 高温抗氧化性能差
反应烧结（RBSN）：Si粉成形体氮化 热压烧结（HPSN）：Si3N4加氧化物烧结助剂，热压 无压烧结（SSN）：在埋粉中常压N2气氛下 气压烧结（GPSSN）：在0.5-20MPa N2或Ar气压下
烧结
切削刀具 发动机高温部件 陶瓷轴承 冶金、化工部件 航空航天
SiC, B4C; TiC, ZrC, HfC 高熔点（3000 ℃ ，HfC：3887 ℃ ） 高硬度，B4C仅次于金刚石和立方氮化硼 高温抗氧化 脆
反应结合SiC：α-SiC和C为原料，成型后在1500 ℃渗 Si，Si与C反应生成β -SiC，使原有的SiC烧结
按氧化铝的纯度分为99瓷、97瓷和95瓷 硬度高、耐磨性好、机械强度高 电绝缘好，特别是高温绝缘和抗高压性好 化学稳定性好 透光性好
耐磨件：纺织瓷、切削刀具、拉丝模、研磨介质、耐 磨衬、喷嘴、阀片等
高温：高温炉管、坩埚、热电偶护管 绝缘：电路基板、电真空器件绝缘管壳等 耐腐蚀：化工设备部件、高压钠灯管（透明） 生物瓷
汽车尾气净化器载体、高温过滤器、窑具
一般烧结致密的结构陶瓷具有高硬度、低韧性的特点， 难以机加工
添加具有层状晶体结构的软质相：六方氮化硼、云母、 LaPO4等
MAX相三元化合物陶瓷
通式：
M n1 AX n
M：过渡金属 A：主要是Ⅲ 、Ⅳ主族元素 X：C或N n：1,2,3,5
X占据6个M形成的8面体中心，共价
高温透波材料（SiO2, Si3N4） 高温、超高温热防护材料（ZrB2/SiC）
Leabharlann Baidu
晶粒尺寸以及晶粒所受到的束缚有关
1975年Garvie等在《Nature》发表 “Ceramic Steel”
PSZ强度250MPa提高到600MPa；KIC达 到10MPam1/2
1977年出现了四方氧化锆多晶体TZP陶 瓷
现在TZP力学性能：2GPa，20MPam1/2
耐磨零件、研磨介质 陶瓷轴承、 光纤连接器接插件 陶瓷弹簧、陶瓷刀 高级手表
有10余种同质异构晶体，α相是唯一的热力学稳定相。
矿物名：刚玉；熔点：2050、密度：3.99、化学稳定 性极好
0.2~5.5μm透光性好，纯氧化铝无色透明；含微量Cr 的氧化铝单晶俗称红宝石；含微量Ti的氧化铝单晶俗 称蓝宝石
为了在较低温度下烧结，添加烧结助剂高岭土、滑石、 SiO2等
热压烧结：添加剂Al2O3, AlN,B,C,B4等；2000 ℃/40MPa；相对密度>95%
无压烧结：添加C+B，2020℃，相对密度98%
低密度、高模量 高温强度高、高温蠕变小 高硬度、低摩擦系数 低热膨胀、高热导，抗热冲击好 化学稳定性好
堇青石（ 2MgO· 2Al2O3· 5SiO2）0.6~1.2 ×10-6 ℃-1 热膨胀系数各向异性、烧成温度范围窄
氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷 低膨胀陶瓷 可加工陶瓷 超高温陶瓷 陶瓷基复合材料 结构/功能一体化材料
氧化物结构陶瓷是发展较早、应用广泛、成本较低的 一类陶瓷材料。
一般是指熔点高于SiO2（1730℃）的氧化物 高强度、耐磨损、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘
SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, TiO2,莫来石 （3Al2O3•2SiO2）,尖晶石（MgAl2O4），堇青石 （2MgO•2Al2O3•5SiO2）等
m ZrO2
1170o C 950o C
t ZrO2
2370o C
C ZrO2
2680o C
熔融
其中，t→m的相变为马氏体相变，产生3~4%体积膨胀。
ZrO2能与CaO、MgO、Y2O3、CeO2形成
固溶体，该固溶体的相变温度降低，甚至在
室温下t和C相可以存在。因此，这些氧化物
FSZ
被称作稳定剂。该相变温度与稳定剂含量、
键成分高
A在[XM6]8面体层之间，较弱的金属
M
键
X
A
金属性
◦ 高导热、高导电、低硬度、高损伤容限、高抗热震性、可加 工性
陶瓷性 ◦ 高弹性模量、高温强度高、抗氧化、抗腐蚀
可加工陶瓷 发热体、电刷材料
能够长时间在超高温（>1600）有氧环境下使用的陶瓷材料
>1930oC
>2760oC
>1260oC
• 过渡金属硼化物（ZrB2，HfB2,TaB2）、碳化物 （ZrC、HfC）和氮化物（HfN）
课题：
◦ 烧结 ◦ 高温氧化 ◦ 抗热震
复相陶瓷：ZrO2增韧陶瓷 金属陶瓷 层状结构
SiO2f/SiO2 C/C, C/SiC, SiC/SiC
热障涂层（ZrO2） 陶瓷型芯（Al2O3,SiO2） 高温陶瓷基复合材料（Cf/SiC,SiCf/SiC）