结构陶瓷复习题
结构陶瓷复习题
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新型陶瓷材料的应用与发展
新型陶瓷材料的应用与 发展 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶 瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷， 而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展， 各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科 学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高 速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震 而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各 行各业。 应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐 蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代 表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗 性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被 有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生 物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别 是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质 量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的 研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前 对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作
陶瓷材料的结构与特性
陶瓷材料的結構與特性 【摘要】一般稱為陶瓷的材料是泛指「非金屬的無機固相物質」，它通常是一種化合物，由兩種或兩種以上的帶電離子鍵結所構成。由於離子種類不同，合成的物質具有與金屬材料截然不同的機械、電、磁、光等特性。 英文ceramic（陶瓷）一字源自希臘字"keramikos"，意指「燒過的東西」。在中國的工藝辭彙裡，「陶」與「瓷」卻指不同的燒成品：前者是指燒結後的物品，例如瓦罐，它仍具有表面孔隙，在潮濕的環境中會吸收水分；「瓷」一字指的是表面燒結緻密，不會滲水的日用器皿，其表面常覆蓋著一層玻璃質的釉料，在高溫的燒成後，表層可以隔離水氣的入侵。 陶瓷材料與人類文明的發展息息相關 建築業採用大量的水泥材料，外牆及室內裝飾的壁磚、地磚，以及有利採光與美觀的多色玻璃門窗或幕帷，隨處可見。日常電器用品或資訊產品中，做為個人電腦386／486中央處理器多層電路隔板的氧化鋁基板、電阻材料、多層電容器，都是由高純度的陶瓷所製成。由於某些陶瓷具有優異的抗腐蝕性，這種材料又可用來製作強酸、強鹼的容器，或是製成人工關節，來取代人體內不堪使用的關節。陶瓷的高硬度，使得許多容易磨蝕的組件漸漸採用陶瓷，而且它的熔點比一般的金屬與高分子材料來得高，所以高溫的隔熱材料或是廢熱的熱交換器，都可使用陶瓷材料。其他在國防工業或航太工業，精密陶瓷都有其特定的用途。 如果了解陶瓷材料的原子結構與金屬及高分子材料的不同後，大家一定不會對陶瓷性質的多樣性感到懷疑。一次世界大戰以前，陶瓷產品只限於日常的器物如磚瓦、混凝土或是玻璃器皿。但1940年以後，陶瓷領域已擴展到微電子、電腦、資訊、國防、航太的範圍之中。由於對陶瓷的物、化性質的了解，改善純化與合成的技術，並發展出新的陶瓷製造工程，才使得簡單的建築與日常使用的陶瓷材料，擴展為特定用途的精密陶瓷組件。 最常見的陶瓷原料是天然風化的礦石，像是黏土或石英砂，主要的成分是氧化矽，其次是氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，或是鹼金屬的氧化物。由於大自然長年風化作用的結果，將火山岩漿形成的花崗岩分解，經雨水及二氧化碳作用將其中的長石（含鉀鋁矽的氧化物）部分溶解，殘留的鋁矽酸物轉成高嶺土（一種常見的陶瓷黏土）。這種黏土的基本成分是Al2O3.2SiO2.2H2O，因為含有氧化鐵的雜質，常呈棕褐色，又在自然環境的分離作用下，細小的晶粒（小至1mm的1/1000）沈積成黏土礦，其中混雜著有機質，成為傳統陶瓷原料的主要來源。由於含有有機質（像木質素或藻膠），細緻的黏土很容易與水混合，形成的泥漿也有適當的黏性，由泥漿注模成形的坯體也有相當的強度，可以移入窯爐裡，燒出精緻、美觀的瓷器。 細小的陶瓷顆粒，有些呈圓形，有些呈鬚晶或板片狀，但都有其固定的結晶構造。因為顆粒夠小的關係，燒陶瓷生坯時，不必達到它的熔點就能將陶瓷燒結緻密。緻密的陶瓷器不僅不易吸水，其他的強度、硬度、透明度等性質都能提高不少。 此外，利用燒瓷溫度與時間的調整，細小的陶瓷顆粒在燒結時會逐漸靠近，達到緻密化的目的；晶粒也會逐漸長大，或是長成「柱晶」狀，例如許多白色瓷器的坯體都有的「富鋁紅柱石」（mullite，又稱「莫來石」）。不同的熱處理方法，包括改變加熱的溫度、時間、氣氛，可造成晶粒與孔隙的變化。不同的晶粒大小、分布與晶界間的現象，我們統稱「微結構」，這種結構的尺度就比原子的結構或是晶體結構大上數百倍，乃至數千倍以上。陶瓷材料的性質即決定於陶瓷化合物的「原子結構」、「晶體結構」，以及不同製程產生的「微結構」。 以下按陶瓷的基本分子結構、結晶結構與微結構，由小而大，分階段舉例說明與陶瓷特性間的關係。 陶瓷的分子結構 前面提及最常見的陶瓷材料是以黏土為主的氧化物，包括氧化矽、氧化鋁或氧化鉀的分子，這些分子都含有一定量的陰及陽離子。兩個異性的離子由於游離或吸引電子的能力不同的關係，當它們接近時，除了可藉由共同擁有原子軌道上的電子達到穩定的效果外，這種對價電子親和能力（又稱「陰電性」）也會影響兩個相吸的異性離子的鍵結特性，我們常以「游離率」或「陰電性差值」來表示。 當陰陽離子的陰電性相差愈多，它們形成的化合物的「離子鍵性」愈高，反之則「共價鍵性」高。所以除了少數的例外，大部分的陶瓷材料的分子鍵結形態多屬兩種鍵性的混成。完全的共價鍵材料極少，結晶形的鑽石（碳）即是一例；而接近完全離子鍵的化合物，像食鹽（氯化鈉）則只有非常微弱的共價鍵性。稍後，我們將介紹共價與離子鍵性比例的高低，將直接影響陶瓷材料的熔點、基本分子結構、導電性及其他許多物理性質。
陶瓷材料的分类及发展前景
陶瓷材料的分类及发展前景 学校: 太原理工大学 学院: 材料科学与工程 专业：无机0801 姓名：孙佩
摘要： 根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。通过对各类陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。 引言 陶瓷材料在人类生活和现代化建设中是不可缺少的一种材料。它是继金属材料，非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点，在不断改性的过程中，已经使它的易碎性有了很大的改善。陶瓷材料以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会发展中将发挥非常重要的作用。陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。现代先进陶瓷的性能稳定、高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐酸耐碱、耐磨损、抗氧化以及良好的光学性能、声学性能、电磁性能、敏感性等性能远优于金属材料和高分子材料；而且，先进陶瓷是根据所要求的产品性能，经过严格的成分和生产工艺制造出来的高性能材料，因此可用于高温和腐蚀介质的环境当中，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。在此，笔者将对先进陶瓷的种类及应用领域做详细的介绍。 1.结构陶瓷 陶瓷材料优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、高导热性能、低膨胀系数、
质轻等特点，因而在很多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。 1.1氧化物陶瓷 氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷，氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。 氧化铝陶瓷，利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能，可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。利用其强度和硬度较大的性能，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。 氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。氧化镁在空气中易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造过程中必须注意。为了减少吸潮，应适当提高煅烧温度，增大粒度，也可增加一些添加剂，如TiO2、Al2O3等。 氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数，约为209.34W/（m.k），可用来做散热器件；氧化铍陶瓷还具有良好的核性能，对中子减速能力强，可用作原子反应堆的减速剂和防辐射材料；另外，
生活中的陶瓷材料及其应用
生活中的陶瓷材料及其应用 【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 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。 而我们专业是地理信息系统与其陶瓷材料的联系真的不多，所以在这里就不详细的指出了。陶瓷材料在工程上的应用要数工程塑料了目前，主要的工程塑料制品已有10多种，其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍。以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料，可以节省大量能源、人力和物力。陶瓷材料也可合成橡胶的开发利用，由于生产合成橡胶的原料丰富，其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求，所以合成橡胶出现几十年来，品种已很丰富，一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类。通用合成橡胶性能与天然橡胶相似，用于制造一般的橡胶制品，如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点，多用于特殊环境和高科技领域，如航空、航天、军事等方面。陶瓷材料在合成纤维的开发利用方面合成纤维的品种有几十种，但最常见的是六大种：聚酸胺纤维、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氨纶。高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但又都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。但是，随着高技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色。陶瓷材料中已崛
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。
CERAM TEC 陶瓷材料制品
上海恒团工业设备有限公司samboss@https://www.360docs.net/doc/5913106458.html, From the Experts for Advanced Ceramics
Electronics Experts O ur substrates and many other components are used throughout the field of electronics. For example, ceramic heat-sinks provide the right climate for high-power electron- ics. Our components ensure reliable operation in a erospace technology, the automotive i ndustry, opto-electronics, mea- surement and control technology and in industry and enter- tainment electronics. CeramTec is one of the leading manu- facturers of these components. Electronics keep the world in contact and in motion – CeramTec advanced ceramics make it possible that every-thing works the way we expect it to. Medical Products Experts Advanced ceramics are at work in a wide range of medical devices, such as litho t ripters and ultrasonic cleaners – or in dental ceramics in the field of dentistry. What’s more, CeramTec bioceramics help maintain and increase the quality of life, for instance with implant components for artificial hip and knee joints. Biocompatible and e xtremely resilient ad- vanced ceramics enable doctors to provide patients with op- timum care and help patients master the challenges of every- day life again. Today, every minute, a hip joint replacement featuring BIOLOX? components is implanted around the world. Automotive Industry Experts CeramTec advanced ceramics play a vital role in increasing safety, cost-effectiveness and comfort in vehicle engineering. Piezoceramic components act as sensors for electronic con- trols and provide them with information on the vehicle’s en- gine running smoothness, position and changes in direction. Electronic components based on ceramic substrates r eact to this information and control motor management, safety sys- tems like ABS and ASR and release the airbag when neces- sary. In engines heat-resistant ceramic parts like valve compo- nents, backings in the crankshaft housing and components for gasoline and water pumps ensure increased efficiency, less wear and lower noise emission. As a composite MMC Metal Matrix Ceramics open up new horizons in light metal construction. And last but not least, modern LED lighting sys- tems with ceramic components significantly improve visibility and protective ceramics deliver the required safety. Safety and Functionality Experts Often unseen, but always indispensable. Understated through perfect function. Indispensable for perfor m ance, safety and reliability. This is how we interact with CeramTec advanced ceramics every day, often without even noticing them. When wash- ing our hands, making espresso, talking on our cell phones, driving our cars or at the dentist’s office. Everywhere where other materials are unable to satisfy the specific demands of special areas of application. Or where high levels of functionality and safety are required. There are already many areas of application that depend on the unrivaled properties of advanced ceramics. And this material’s potential is far from being exhausted – because CeramTec a dvanced ceramics offer decisive advantages and benefits for meeting the challenges of the future. Equipment and Mechanical Engineering Experts CeramTec advanced ceramics make it possible to securely control processes, reduce emissions and take responsible care of our resources in many areas of chemicals and process en- gineering. Highest wear resistance, temperature resistance and high corrosion resistance make CeramTec advanced c eramics a reliable alternative to other m aterials in equip- ment, machine and plant engineering. Whether in chemical, environmental or energy technology, in precision engineering or in metal forming – CeramTec products make a decisive contribution to increasing the operating life and performance capability of machines and plants. Metalworking is a good example where high-performance machining with our SPK cutting materials and tools offers high process r eliability along with economic and efficient production by decisively reducing production times and costs. S A f E T y A n d f u n C T I o n A l I T y ? Chemicals and process engineering ? Equipment, machine and plant engineering ?Energy supply and environmental technology ? Metalworking ? Recycling and processing ? Sanitary fittings ? Water treatment ? Engine and turbine construction ? Sensor and actuator technology ? Lighting systems ?Electronics and communications technology ? Medical devices ?Medical implants and prosthetics ArEAS of APPlICATIon AdvAnCEd CErAMICS
先进结构陶瓷材料(精)
先进结构陶瓷材料 课程类别：系统学位课课程编号：70350232 学分：2 课内学时：32 授课教师：谢志鹏教学方式：课堂讲授为主 结构陶瓷是五十年代后迅速发展起来的一类新材料，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、化学性质稳定等一系列优异性能。在宇航、能源、电子、化工、机械制造和生命科学等领域都有重要应用。本课程着重介绍先进结构陶瓷材料性能、结构、制备理论与技术、科学及工程应用。主要包括以下：1)先进结构陶瓷的晶体结构、微观结构及性能，并着重分析结构陶瓷的脆性断裂及其增韧，对氧化物、非氧化物和生物陶瓷，以及陶瓷基复合材料分别进行讨论； 2)对先进结构陶瓷制备的三大过程，即超细粉制备，成型技术和烧结技术进行论述，并重点突出近十年来国内外出现的一些新理论、新工艺、新技术；3)分析国际上先进结构陶瓷研究与应用的现状，讨论结构陶瓷发展方向及关键技术。 第一章结构陶瓷基础概述 1.1 先进结构陶瓷化学键与结构特征 1.2 结构陶瓷的力学、热学及电学性能 1.3 结构陶瓷的熔点与蒸发特性 第二章氧化物结构陶瓷 2.1 氧化铝陶瓷及透明氧化物陶瓷 2.1 氧化锆与相变增韧氧化锆陶瓷 2.1 其它氧化物陶瓷 第三章高温非氧化物结构陶瓷 3.1 氮化硅陶瓷结构、性能与制备 3.2 赛隆（Sialon）陶瓷
3.3 六方氮化硼与立方氮化硼陶瓷 3.4 碳化硅陶瓷结构、性能与制备 3.4 碳化硼陶瓷结构、性能与制备 第四章高性能生物结构陶瓷 4.1 惰性生物陶瓷 4.2 表面活性生物陶瓷 第五章高韧性复相结构陶瓷材料 5.1 陶瓷晶须与陶瓷纤维 5.2 纤维、晶须增韧补强机理 5.3 纤维、晶须增韧的复相结构陶瓷材料第六章结构陶瓷粉体制备新技术 6.1 陶瓷超细粉特性与表征 6.2 化学气相制备法 6.3 化学液相制备法 第七章结构陶瓷的成型新工艺 7.1 胶体化学与胶态成型理论 7.2 胶态原位凝固成型工艺 7.3 计算机辅助无模成型 第八章结构陶瓷先进烧结理论与工艺 8.1 等静压与气压烧结 8.2 微波快速烧结 8.3 自蔓燃反应烧结
陶瓷结构
1.以力学性能和热学性能为主的结构陶瓷 2.以学电、磁、光、声性能为主的功能陶瓷 3.未来的趋势：结构与功能一体化 4.先进结构陶瓷脱胎于古老的传统陶瓷材料 5.所谓“先进”：在于它采用的原料是人工合成的，而传统陶瓷采用的是天然原料。 6.一般说来，瓷器应该具备的几个条件是： 1）是原料的选择和加工主要表现在Al203的提高和Fe2O3的降低，使胎质呈白色2）是经过1200℃以上的高温烧成，使胎质烧结致密、不吸水分、击之发出清脆的金石声 3）是在器表施有高温下烧成的釉，胎釉结合牢固，厚薄均匀 .唐代，并称“南青北白”的分别是南方越窑的青瓷与北方邢窑的白瓷。 [白瓷在青瓷的基础之上而发展起来的。它历经东汉的萌芽阶段、魏晋南北朝的烧制成功阶段，到隋代才达到釉色均匀、细腻莹润的程度。] 2.宋代五大名窑分别是：汝窑、官窑、哥窑、钧窑、定窑。 [一、色如天青的汝窑青瓷;二、釉质如玉的官窑青瓷;三、“巧用缺陷”的哥窑瓷器;四、釉色绚丽的钧窑瓷器;五、印花精美的定窑白瓷] 1.高岭土的应用是我国陶瓷技术的重大突破，我国也成为世界上第一个在瓷器中使用 此物质的国家。 [化学式：Al2O3-2SiO2-2H2O,白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土为白色] 2.中国古陶瓷的釉按照化学成分可分为：钙系釉和铁系釉 [碱金属氧化物含量超过50%，釉的黏度较低，流动性好，光滑度高，大大增加了瓷器的美感]【CaO MgO & K2O Na2O】 中国古陶瓷三大技术突破分别是？ (原料)高铝质黏土和瓷土在陶瓷中的应用 (温度)高温烧成 (釉)釉的发明 4.先进结构陶瓷从化学组成上分类，分为哪几种？ 氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、其他结构陶瓷 5.我国先进结构陶瓷的研究历程分为几个阶段？研究重点分别是什么？ 分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代初，重点研究氧化铝陶瓷；第二阶段为50年代末期至70年代初，重点研究稀土氧化物以及其二元相研究；第三阶段为70年代后，重点开展了氧化物相图及其相关联的研究。 陶瓷材料性能上的主要优点是？ 高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温“两高三耐” 2.无水冷陶瓷发动机通常运用了哪些陶瓷材料？与水冷发动机相比优势在哪？ ■通常运用氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷和莫来石陶瓷。 ■陶瓷水冷发动机是利用陶瓷材料耐高温、强度高、隔热性能好的特点，对柴油机燃烧零部件采用陶瓷或陶瓷涂层隔热，减少由汽气缸盖、气缸套传出的热量，去除气缸套、气缸盖中的冷却水，进而取消发动机独立的冷却水系统，同时增压器回收排气能量，提高了发动机的热效率。 [ 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.发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零
陶瓷材料的力学性能检测方法.
陶瓷材料力学性能的检测方法 为了有效而合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1. 弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲，弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，测试方便，因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到，在纯弯曲且弹性变形范围内，如果指定截面的弯矩为M ，该截面对中性轴的惯性矩为I z ，那么距中性轴距离为y 点的应力大小为： z
I My = σ 在图1-1的四点弯曲中，最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= z I y a P max max 21σ???? ?圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π 其中P 为载荷的大小，a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离，b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度，而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲，最大应力出现在梁的中间，也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???=
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。(E/１
新型陶瓷材料的特性与应用
新型陶瓷材料的特性与应用 摘要：综述了新型陶瓷材料的分类、特性及需求，阐述了其在航空航天、汽车、轴承、军事等方面的应用，探讨了新型陶瓷材料研究近况与发展趋势。 关键词：新型陶瓷；特性；应用；发展 前言 材料是人类文明的里程碑，是人类赖以生存和得以发展的重要物质基础。长期以来曾被作为划分历史时期的标志。正是材料的使用、发现和发明，才使人类在与自然界的斗争中，走出混沌蒙昧的时代，发展到科学技术高度发达的今天。当今世界，能源、信息、材料己成为人类现代文明进步的标志，继金属、有机高分子材料以后，无机非金属材料正以其卓越的性能、繁多的品种和广泛的用途进入各行各业，大有后来者居上之势，被称21世纪的材料。新型陶瓷材料作为无机非金属材料的重要组成部分，发展之快，作用之大，令世人瞩目。新型陶瓷材料已引起了世界各国尤其是发达国家的高度重视，纷纷投入巨资进行研究开发，把新型陶瓷作为本国高技术发展的一个重要领域。 陶瓷有着悠久的历史，人类的文明史从一定程度讲又是一部陶瓷的发展史。新型陶瓷是相对于传统陶瓷而言的，是采用人工精制的无机粉末原料，通过结构设计、精确的化学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处理使之符合使用要求尺寸精度的无机非金属材料。新型陶瓷无论从原料的选用、制备工艺，还是结构性能、应用领域等方面均突破传统陶瓷的范畴，原料从天然矿物到人工合成的高纯的原料；制作工艺从手工作业到高自动化成型；烧成从柴、煤窑到自动化的油、电、气窑进而发展为气相、微波、等离子等现代烧结技术；研究测试方法更是从经验、外观到科学、微观，这些重大的质的变化使其应用从传统的满足生活需要发展到广泛应用于电子、信息、航天、能源、军事、生物医学等领域中。 1 新型陶瓷材料特性与应用 1．1 新型陶瓷材料分类与特性 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷(或工程陶瓷)和功能陶瓷，将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷，而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展，各种超微技术和复合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已逐渐模糊和淡化。根据现代科学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 1．2 新型陶瓷材料应用发展 1．2．1 市场需求 据美国陶瓷工业部门统计，1993年全球陶瓷总产值约900亿美元，其中先进陶瓷为183亿美元，占20％，比1992年增长23％，精细结构陶瓷为48亿美元，占先进陶瓷的24％。全球精细陶瓷超亿美元的生产厂有22家，超过2000万美元的生产厂有54家，超过1000万美元的生产厂有66家，超过100万美元的生产厂有102家。其中前10家的总产值达146亿美元，占80％。.
陶瓷材料的概述
陶瓷材料的概述 姓名：卢光举 学号：0905020102
陶瓷材料的概述 微波介质陶瓷材料介电性能间的制约关系 综述：微波介质陶瓷材料的三个主要参数相对介电常数εr、品质因数Q和谐振频率温度系数之间存在一定的关系。采用一维双原子线性振动模型,分析了微波介质陶瓷材料的εr、Q影响因素和它们之间的相互制约关系;采用Clausius-Mosotti方程,分析了谐振频率温度系数的影响因素以及它和εr之间的相互制约关系。讨论了提高高介微波介质陶瓷材料性能的途径,发现采用同电价质量较轻的离子取代,在基本不影响介电常数的情况下具有提高材料的Q·f 值的可能性。 【作者】朱建华；梁飞；汪小红；吕文中； 《电子元件与材料 , Electronic Components $ Materials》, 2005年03期陶瓷材料抗冲击响应特性研究进展 综述：从陶瓷材料的本构关系及损伤模型,抗冲击响应实验研究包括实验技术、 应变率效应、Hugoniot弹性极限和动态屈服强度以及失效波现象等方面,对弹丸冲击下陶瓷材料的抗冲击响应特性研究进行了较为系统的回顾,最后分析了陶瓷材料抗冲击响应特性数值模拟技术的研究现状,探讨了陶瓷材料抗冲击响应特性研究的发展趋势。 【作者】侯海量；朱锡；阚于龙； 兵工学报 , Acta Armamentarii, 2008年01期 热障涂层用氧化物稳定的ZrO2陶瓷材料研究现状 综述：综述了氧化物稳定的热障涂层用ZrO2陶瓷的研究情况。指出氧化物稳定的ZrO2陶瓷材料主要适用于在1000℃左右工作的热障涂层,而不易用作新型高温热障涂层表面陶瓷层材料。随着航空发动机技术的发展,化学式为A3+2B4+2O7焦绿石结构的陶瓷材料有望替代氧化物稳定的ZrO2陶瓷,根据声子导热理论和晶体化学原理,选用合适的氧化物对A3+2B4+2O7型陶瓷材料进行掺杂进一步降低其热导率并改善热膨胀系数,将为热障涂层技术应用开辟广阔的空间。 【作者】张红松；陈晓鸽；徐强；王富耻；刘玲； 中国陶瓷 , China Ceramics, 2008年03期 热敏陶瓷材料Mn2.25-x Ni0.75Co x O4微结构与电学性能研究 综述：采用氧化物固相法制备Mn2.25-xNi0.75CoxO4(0.8≤x≤1.2)系列 NTC(negative temperature coefficient)热敏电阻粉体材料.利用激光粒度分析、XRD、SEM和电性能测试等手段,表征了煅烧材料的颗粒尺寸、陶瓷体的物相、形貌以及陶瓷材料的电学特性与Co含量的关系.结果表明:在1130～1230℃烧结温度范围内,该材料体系的B值和电阻率ρ25℃随Co含量的变化范围分别为