高温结构陶瓷分类
陶瓷的分类及性能
陶瓷材料的力学性能陶瓷材料陶瓷、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MN/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。
2 （E/1000--E/100）。
结构陶瓷
按功能，材料分为结构材料和功能材料两大类。 按功能，材料分为结构材料和功能材料两大类。 结构材料 两大类 一种材料主要利用其力学功能时 一种材料主要利用其力学功能时，这种材料被称为 力学功能 结构材料。 结构材料。 如果主要利用其非力学性能时，则被称为功能材料。 如果主要利用其非力学性能时 则被称为功能材料。 非力学性能 力学性能通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度等 力学性能通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度等； 强度 而非力学性能主要指声 而非力学性能主要指声、电、光、磁、热和化学等。 热和化学等
3. 1. 2 氧 化 锆 陶 瓷
氧化锆陶瓷是新近发展起来的仅次于氧化铝陶瓷的一种很 重要的结构陶瓷。由于它的一些良好的性能 如它的断裂韧性高 重要的结构陶瓷。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。 于氧化铝陶瓷 ，因而越来越受到人们的重视。 在自然界，含锆的矿石，主要有两种，即斜锆石 在自然界，含锆的矿石，主要有两种，即斜锆石(ZrO2)和 和 锆英石(ZrO2·SiO2)。工业氧化锆主要是由含锆矿石提炼出来的。 锆英石 。工业氧化锆主要是由含锆矿石提炼出来的。 高纯ZrO2为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。 为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。 高纯 ZrO
二、氧化铝粉末的制备
氧化铝在地壳中藏量丰富，约占地壳总质量的 氧化铝在地壳中藏量丰富，约占地壳总质量的25%，价 ， 格低廉，性能优良。地壳中的 是以铝土矿的形式存在， 格低廉，性能优良。地壳中的Al2O3是以铝土矿的形式存在， 即一水铝石和三水铝石的形式存在，其中含有 即一水铝石和三水铝石的形式存在，其中含有SiO2、Fe2O3、 TiO2等杂质。 等杂质。 拜尔（ 拜尔（Bayer）法 ） 是工业生产Al 是工业生产 2O3 的主要方法。 的主要方法。
高温结构陶瓷
• 由于SIC陶瓷高温强度大，高温蠕变小，硬 度高、耐磨、耐腐蚀、耐氧化以及热稳定 性好，所以它是1400℃以上良好的高温结 构陶瓷材料，在许多领域都有广泛的应用。 在航天航空上主要用于发动机燃料燃烧构 件方面（涡轮增压器转子、燃气轮机叶片 以及火箭喷嘴）。
美国F-22生产车间
航天轴承
四、我国现状及应用前景
三、在航天航空上的应用
• 材增加运载能力，提 高机动性能，加大飞行距离或射程，减少 燃油或推进剂的消耗。 • 比强度＝σ/ρ • 比刚度＝E/ρ
航天航天材料的要求
• • • • 1、航空航天材料—优良的耐高低温性能 2、航空航天材料—耐老化和耐腐蚀 3、航空航天材料—适应空间环境 4、航空航天材料—寿命和安全 4
end！ The end！
制作人：贺育武
利用氧化锆相变作用增韧氧化物陶瓷在 20世纪70年代末获较大进展，氧化锆增韧 氧化铝，断裂韧性参数由2.9MPa/m2提高 到 15MPa/m2，抗折强度由 350MPa提高 到1200MPa。加有氧化钇的半稳定氧化锆， 断裂韧性参数也高达 9～16MPa/m2。增韧 氧化物陶瓷可用于制造锤子、水果刀、剪刀、 轴和发动机部件等，可以承受一定冲击而不 碎裂。高温氧化物陶瓷可用作高温炉衬，熔 炼稀有金属和纯金属的坩埚，以及磁流体发 电装置的高温电极材料和热机材料。
高温结构陶瓷
一、高温结构陶瓷简介 二、高温结构陶瓷分类 三、SIC陶瓷在航天航空上的应用 四、我国现状及前景
一、简介
在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强 度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。金 属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由 于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合 在高温时使用。高温结构材料的出现，弥补了 金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、 不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密 度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。
高温结构陶瓷
高温结构陶瓷摘要：高温结构陶瓷（high temperature structural ceramics），用于某种装置、或设备、或结构物中，能在高温条件下承受静态或动态的机械负荷的陶瓷。
具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。
高温结构陶瓷包括高温氧化物和高温非氧化物（或称难熔化合物）两大类。
在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。
金属作为结构材料，一直被广泛使用。
但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。
高温结构材料的出现，弥补了金属材料的弱点。
这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。
关键词：高温结构陶瓷膨胀系数生产与应用高温结构陶瓷的分类主要有以下几种：氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化锆陶瓷、刚玉、等。
§1.1氮化硅陶瓷1．1．1 定义与性能氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料。
他是氮和硅的唯一化合物，他有两种变体：α—Si3N4和β—Si3N4,均属六方晶系，在20～1000℃线性膨胀系数为2.75×10-6℃-1。
是很好的介电体。
具有较高的机械强度，特别是在高温下仍保持一定强度。
对酸、水蒸气和许多金属熔体（Al、Pb、Zn、等）的作用都是稳定的。
抗氧化能力较强，摩擦系数低，硬度高。
1．1．2 工艺方法它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形状，在氮气中及１２００℃的高温下进行初步氮化，使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅，这时整个坯体已经具有一定的强度。
然后在１３５０℃～１４５０℃的高温炉中进行第二次氮化，反应成氮化硅。
用热压烧结法可制得达到理论密度９９％的氮化硅。
反应方程式：3Si+2N2→Si3N41．反应烧结生产Si3N4采用一级结晶硅块，在球磨中湿磨，酒精作研磨介质，磨至小于０.０７ｍｍ。
6.1高温结构材料汇总
与前面学过的尖晶石的形成过程类似，在金
属表面形成氧化物后，能否继续向内部扩展，取
决于氧原子穿过表面氧化膜的扩散速度，而此速
度取决于温度和表面氧化膜的结构。
以铁的氧化为例来看一下金属的氧化过程。通常铁 能与氧形成FeO，Fe3O4，Fe2O3等一系列氧化物。 570℃以下，铁表面形成的是构造复杂的Fe3O4， Fe2O3氧化膜，氧原子难以扩散，这种氧化膜起着减 缓进一步氧化、保护内部的作用，但温度高于570℃， 氧化物中除了Fe3O4，Fe2O3氧化膜外，还增加了FeO 成分，而FeO晶格结构很疏松，所以为了阻止进一步
的氧化，必须设法阻止FeO的形成。
改进的方法:
在钢中加入对氧的亲和力大于铁的Cr，Si，Al
等，可优先形成稳定、致密的Cr2O3、Al2O3、
SiO2等氧化物保护膜，从而可以提高钢的耐热性。
超耐热合金的发展过程：
50年代前后，钴基合金（较高的耐用温度） →50年代后期，镍基合金（合金体为稳定的面心 立方结构）→高温合金中镍含量越来越高，可以
（2)非氧化物陶瓷
•碳化硅：
高温强度大（～1400℃
•氮化硅： 高化学稳定性；
500～600MPa）；
高温结构件（炉管、火箭尾管喷嘴）。
耐蚀、耐磨材料（赛隆刀具）。
•氮化硼：
耐热、绝缘性好；
高温结构元件及刀具等。
氮化硅陶瓷
氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧 性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、 隔热、电绝缘等一系列优良性能。 Si3N4基陶瓷球轴承 氮化硅陶瓷部件
提高使用温度、延长高温下的使用时间、并减
轻质量。
习惯上，将含镍25%-60%及含铁的高温合金
称为铁镍基高温合金。
陶瓷材料分类
陶瓷材料分类一、陶瓷的概述陶瓷是一种重要的无机非金属材料，具有高硬度、高耐磨性、高温稳定性和化学稳定性等优点。
根据其成分和性质的不同，陶瓷可以分为多种不同的类型。
二、陶瓷的分类方式根据陶瓷材料的成分、结构和应用等方面的不同，可以将陶瓷材料进行以下分类。
1. 按成分分类（1）氧化物陶瓷：由氧化物组成的陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆等。
（2）非氧化物陶瓷：由非氧化物组成的陶瓷材料，如碳化硅、氮化硼等。
2. 按结构分类（1）结晶性陶瓷：具有规则的晶体结构，如氧化铝陶瓷。
（2）非晶性陶瓷：没有规则的晶体结构，如玻璃陶瓷。
3. 按应用分类（1）结构陶瓷：用于制造机械零件、航空航天部件等的陶瓷材料，如氧化锆陶瓷。
（2）电子陶瓷：用于制造电子器件的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷。
（3）生物陶瓷：用于医疗器械和人工骨骼等的陶瓷材料，如氧化锆陶瓷。
三、常见陶瓷材料分类1. 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是一种常见的结构陶瓷材料，具有高硬度、高耐磨性、高绝缘性和耐高温等特点。
由于其良好的性能，氧化铝陶瓷被广泛应用于制造机械零件、电子器件和耐火材料等领域。
2. 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷是一种结构陶瓷材料，具有高硬度、高强度和耐磨性等特点。
由于其优异的性能，氧化锆陶瓷被广泛应用于制造航空航天部件、人工骨骼和医疗器械等领域。
3. 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷是一种非氧化物陶瓷材料，具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特点。
由于其出色的性能，碳化硅陶瓷被广泛应用于制造切割工具、研磨材料和耐火材料等领域。
4. 氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷是一种非氧化物陶瓷材料，具有高硬度、高导热性和化学稳定性等特点。
由于其优良的性能，氮化硼陶瓷被广泛应用于制造切割工具、研磨材料和高温工具等领域。
5. 玻璃陶瓷玻璃陶瓷是一种非晶性陶瓷材料，具有良好的透明性、耐热性和耐腐蚀性等特点。
由于其特殊的结构和性能，玻璃陶瓷被广泛应用于制造厨具、电子器件和医疗器械等领域。
四、陶瓷材料的发展趋势随着科技的不断进步，陶瓷材料也在不断发展。
先进陶瓷材料第二讲 结构陶瓷材料(I)
金属无机盐 金属有机盐
水解
溶胶
凝胶化 凝胶
煅烧、分散
超微粉体
块体
干燥
陶瓷粉体的制备
基本特点： 均匀性好 纯度高 颗粒较小（凝胶颗粒<0.1µm） 易烧结
是制备纳米粉体的一种常用方法
微乳液法
原理
利用双亲性物 质稳定后得到 的水包油或油 包水型分散系
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
（一）陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
制备科学的内涵及其重要性
可“靠为性了，实陶现瓷具制有备均科匀学性是和必重使需复用的性效”的能（无60缺年代陷美显国微材料结顾构问，委员提会高材
料领域调研报告）
先进陶瓷材料涉及学科
凝合聚成态与物制理备 固态化学
结晶化学
性能 组成与结构
LiCoPO4 粉体的显微形貌
Bi4Ti3O12 粉体的显微形貌
特点： 产物纯度高 结晶状态好 工艺相对简单 适合于产业化
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
沉淀法
基本思路 ：
添加沉淀剂
金属盐溶液
盐或氢氧化物 热分解 氧化物粉末
分离
陶瓷粉体的制备
（1）直接沉淀法 BaTiO3制备 将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在异丙 醇或苯中，加水分解（水解）就能得到 颗粒直径为5-15nm的高纯BaTiO3粉末
胶体化先学进陶瓷材料科学与工程四面体
合成与制备－组成与结构－性能－使用效能
结构陶瓷的制备 原料制备
结构陶瓷材料的制备科学
烧结
坯料制备
后处理
坯体成型
陶瓷粉体的制备
超微粉体的制备方法 结构陶瓷——由晶粒和晶界构成的多晶体 粉体——成型——烧结——多晶体 粉体性质——陶瓷材料性能 粉体制备方法： 固相法 液相法 气相法
高温结构陶瓷的分类以及区分方法(图)
高温结构陶瓷是一种具有高熔点等特点的结构陶瓷。
高温结构陶瓷分为氧化铝陶瓷、氮化硅
陶瓷、氮化硼陶瓷和碳化硼陶瓷。
下面让科众陶瓷讲诉这些不同材质的高温结构陶瓷的区别。
氧化铝陶瓷:
氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。
它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。
氧化铝高温结构陶瓷
氮化硅陶瓷:
氮化硅陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且
耐磨损，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。
而且它
还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
氮化硼陶瓷:
氮化硼陶瓷，外观与性状:润滑易吸潮.氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。
将B2O3与
NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。
通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗
称为白色石墨。
碳化硼陶瓷:
碳化硼材料具有质量轻、高硬度、高耐磨损、高耐冲击、吸收中子等性能，在高技术工业、核电技术、国防军工等领域具有广阔的应用前景，是国民经济和国防建设中重要的战略物资材料，具有广泛的用途。
有高温结构陶瓷自然也会有低温结构陶瓷，与低温结构陶瓷区分方法有：
听声音可以简单区分，高温的瓷化程度好，声音清脆。
但根本是还是看吸水率的大小，高温烧结的陶瓷吸水率小。
无论哪种测法，都是先将瓷片称重，得m0，实验后称重得m1，吸水率为(m1-m0)/m0。
每种测法所得数据略有不同，但只要两种瓷片是用同一种方法测得，结果不有可比性。
结构陶瓷的增强与增韧
谢谢观看
Thank you
A
(a) (b)
增韧
裂纹偏折和 弯曲增韧
裂纹弯曲 裂纹端与细分散第二相粒子间的相互作用，弥散分布的第二相 有钉扎裂纹端的作用，使裂纹前端在两粒子间向外突出弯曲。 裂纹前端形状的改变、长度的增加以及新裂纹表面的形成都消 耗了能量。
弥散颗粒含量大、平均间距小且颗粒半径较大时，微裂纹弯曲 增韧作用较大。
增韧
微裂纹增韧
微裂纹增韧（microcrack toughening）是指因热膨胀失配 或相变诱发出显微裂纹，这些尺寸很小的微裂纹在主裂纹尖端 过程区内张开而分散和吸收能量，使主裂纹扩展阻力增大，从 而使断裂韧性提高。 式中E1为主裂纹尖端含有微裂纹材料的 弹性模量，fs为显微裂纹密度，W为过 程区宽度的一半，为显微裂纹引起的 膨胀应变。
增韧
C
相变增韧的贡献
相变增韧
K IC
2 REVi ( G U sef 0 2 ( K IC ) 2 1
)
1/ 2
0 K IC 为无相变基体材料的断裂韧性， R 为相变区宽度， E 为弹性模量， C G 为化学驱动力， 为波松比， Vi 为可转变t相的体积分数。 U sef 为残留相应变能。
特性
金属材料在室温静拉伸载荷下，断裂前 般都要经过弹性变形和塑性 变形两 一般都要经过弹性变形和塑性变形两个阶段，而陶瓷材料一 般都不出现塑性变形阶段，极微小应变的弹性变形后立即出现脆性 断裂，伸长率和面缩率都几乎为零。
金属材料和陶瓷材料应力-应变曲线比较
特性
金属的断裂韧度范围为10～50 MPa·m1/2，而大多数单质陶瓷和玻璃仅 有 质陶瓷和玻璃仅有0 5.～6 MPa·m1/2，远低于金属。虽然经过不断的 努力，复合陶瓷也只达到10～12 MPa·m1/2的水平。事实证明，陶瓷低 的KIC已成为阻碍其应用和发展成为阻碍其应用和发展的最重要的问题。
高性能陶瓷
High Performance Ceramics
马娅丽
简单介绍
21世纪，信息、材料、能源被誉为“科 21世纪，信息、材料、能源被誉为“ 世纪 学的三大支柱” 学的三大支柱”。材料是人类生产和生活 的物质基础， 的物质基础，是人类进步与人类文明的标 志。高性能材料已经成为材料科学发展的 必然趋势。 必然趋势。无机非金属材料是三大材料之 一，而陶瓷材料是无机非金属材料的重要 一员。由于陶瓷材料具有高强度、高硬度、 一员。由于陶瓷材料具有高强度、高硬度、 耐腐蚀、耐高温等特征， 耐腐蚀、耐高温等特征，使之成为新材料 的发展中心，受到广泛关注。 的发展中心，受到广泛关注。
高性能陶瓷（ 高性能陶瓷（High Performance Ceramics）， ）， 又称特种陶瓷（ ），通常认为是 又称特种陶瓷（Special Ceramics），通常认为是 ）， 采用高度精选的原料，具有精确控制的化学组成， 采用高度精选的原料，具有精确控制的化学组成， 按照便于控制的制造技术加工的，便于结构设计， 按照便于控制的制造技术加工的，便于结构设计， 并具有优越特性的陶瓷 。高性能陶瓷在许多方面突 破了传统陶瓷的范畴，原料从原来的天然矿物到人 破了传统陶瓷的范畴， 工合成超细、高纯度的原料； 工合成超细、高纯度的原料；陶瓷内部结构由以硅 -氧四面体为基体发展到以锆 氧、铍-氧、钛-氧、 氧四面体为基体发展到以锆-氧 氧四面体为基体发展到以锆 氧 氧 硅等多面体为基体； 碳-硅、氮-硅等多面体为基体；工艺从手工作坊到 硅 硅等多面体为基体 高自动化、高新烧结技术等新工艺； 高自动化、高新烧结技术等新工艺；而其应用也从 传统的生活和艺术中的应用发展到被广泛应用于电 信息、航天、能源、军事、生物医学等行业中。 子、信息、航天、能源、军事、生物医学等行业中。
结构陶瓷
10.2.1 氧化铝陶瓷的类型和性能
A12O3陶瓷通常以配料或瓷体中的A12O3的含量来分类，习惯上把A12O3含量在99
％左右的陶瓷称为“99瓷”，把含量95％和90％左右的依次称为“95瓷”和“90 瓷”。 A12O3含量在85％以上的陶瓷通常称高铝瓷，含量99％以上的称为刚玉瓷
或纯刚玉瓷。
2016/6/19 6
按照布拉维格进行考查，则为氧离子
六方晶格与 Be 离子六方晶格的穿插。
BeO 具有较强的共价键性，但其平均
原子量很低，只有12。决定了BeO具有 极高的热导率。
2016/6/19 19
10.3.3 BN瓷
BN与单质晶体碳在结构类型与结构特征上都极其相似。
立方BN和具有纤锌矿结构的 BN都是在高温高压下制备的，是比较典型的共 价键晶体。其键强高、硬度大，平均原子量低(只有12.11)，为热的良导体。 立方 BN 的单晶热导率测定数据尚未见报道，理论估计值应达 13W/(cm· K) 。 立方BN多晶陶瓷材料的热导率已有过2W/(cm· K)的报道。立方BN价格昂贵， 目前不宜用于生产通常使用的高热导陶瓷材料。
构基元种类多和质量高都会增强对晶格波的干扰和散射，从而使热导率降低。 ③ 对于某些层状结构的晶体来说，沿层片方向强的共价键结合可以保证沿
层片方向有高的热导率，但是层片与层片之间弱的结合力，会使沿垂直层片 方向的热导率显著降低。
2016/6/19
17
2016/6/19
18
10.3.2 BeO瓷
氧化铍具有纤锌矿型结构: 氧离子按照 六方最紧密堆积方式排列的六方晶格 , Be 离子处于氧离子堆积结构的半数四 面体空隙内。
2016/6/19
15
根据量子理论，晶格波或热波可以作为一种粒子 ——声子的运动处理，即热波和其他 波一样有波动性，也有粒子性。声子通过晶体结构基元 (原子、离子或分子 )的相互制 约和相互谐调的振动来实现热的传递。可以设想，如果晶体为完全理想结构的非弹性 体，则热可以自晶体的热端不受任何干扰或散射，径直传向冷端，即晶体的热导率可 以很高。但是，事实并是这样。温度非常低的情况下，即使通常的声波也不能在一个 最完整的晶体中径直传播而不受干扰或散射。 任何晶体总有一定的弹性，而晶体中的结构基 元总是处在不断的热起伏中。 在任何一瞬间，晶体内的结构基元都不可能具
6新型结构材料解析
材料化学
新型结构材料
•机械合金化法(MA) 原理：将机械混合粉末进行高能球磨以获得复合
粉末再经压实成材。
90年代美国Incoa公司采用该方法研制的IncoMAPAl -905XL合金(Al-Mg-Li)具有极好的抗应力腐蚀性能和热稳 定性,并生产出136kg和544kg的真空热压坯料,已用于美国 F-18大黄蜂战斗机舱罩,机械合金化法铝锂合金因其热强 度优于其它铝锂合金,可能在航天材料中占有特殊地位。
成各种织物，沿纤维轴方向强度很，力 学性能突出。 碳纤维比重小，比强度很高。 用途：与树脂、金属、陶瓷等基体复 合做结构材料。
24
材料化学
新型结构材料
工业化生产碳纤维方法，按原料路线分类 •聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 •沥青基碳纤维：由沥青制取碳纤维，原料来源 丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品
如：B737将可减重2178kg B747SP可减重4200kg B747—200可减重5200kg A310可减重2600kg A340可减重3900kg
17
材料化学
新型结构材料
铝锂合金的生产工艺 •铸造法(IM)，应用最早。
各国生产的几种比较成熟的铸造铝锂合金： 美国的2090、2091和8090、8091, 英国的8090和8091, 法国的CP271(8090)和CP274(2091)， 前苏联的BAД23、01420、1421等。
5
材料化学
新型结构材料
(2)镍基合金：耐高温，使用时间长，质轻。 镍基超耐热合金基体：镍，镍含量＞50% 使用范围：700~1000℃
镍基可溶解较多的合金元素，可保持其较 好的组织稳定性。含Cr的镍基合金比铁基的抗 氧化性和抗腐蚀性更好。 实例：现代喷气发动机中，涡轮叶片几乎全部
陶瓷的分类及特点高级教育
古柏文书
26
4. 后处理加工
为改善或得到某些性能，有些粉 末冶金制品在烧结后还要进行后处理 加工。
如齿轮、球面轴承等在烧结后再 进行冷挤压，以提高其密度、尺寸精 度等；铁基粉末冶金零件进行淬火处 理，以提高硬度等等。
古柏文书
27
减摩材料 含油轴承
利用粉末冶金材料的多孔性，将材料浸在润 滑油中，在毛细力作用下，可吸附大量润滑油 （一般含油率达12～30％），从而减摩。常用含 油轴承材料有铁基（Fe+石墨、Fe+S+石墨）和铜 基（Cu+Sb+Pb+Zn+石墨） 结构材料
用碳钢或合金钢的粉末为原料，采用粉末冶 金方法制造结构零件。这种零件的精度较高、表 面光洁，不须或少须切削加工即为成品零件。
古柏文书
Байду номын сангаас
28
高熔点金属材料 W、Mo、WC、TiC等金属及金属化合物
熔点高（＞2000℃），用熔炼和铸造方法生 产较难，且不易保证其纯度和冶金质量。
这些材料可以通过粉末冶金生产，如各 种金属陶瓷、钨丝及Mo、Ta、Nb等难熔金属 和高温合金。 特殊电磁性能材料
古柏文书
34
① 钨钴类硬质合金
由WC和Co组成
代号：YG×
YG－“硬”、“钴”，×－钴的含量。
如：YG6表示 类硬质合金
wCo=6%，余量
为WC
的钨钴
② 钨钴钛类硬质合金
由WC、TiC和Co组成
代号：YT×
YT－“硬”、“钛”，×－TiC含量
的钨钴如钛：类YT硬1质5表合示金wTiC=15%，余量为WC和Co
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。
高温陶瓷材料中微观结构与性能关系研究
高温陶瓷材料中微观结构与性能关系研究高温陶瓷材料作为一类重要的材料，在航空航天、能源、电子等领域中具有广泛而重要的应用。
针对这类材料，研究其微观结构与性能的关系至关重要。
一、微观结构高温陶瓷材料的微观结构决定了其性能。
这类材料常见的微观结构包括晶粒、孔隙、晶间相和晶内缺陷等。
1. 晶粒晶粒是高温陶瓷材料中最基本的微观结构单元。
晶粒的大小和形状对材料的性能有着显著影响。
较小的晶粒有助于提高材料的力学性能和抗疲劳性能；而较大的晶粒则可减小材料的内应力，提高材料的热稳定性。
2. 孔隙孔隙是高温陶瓷材料中的空隙。
它们可以是小到纳米级的微孔，也可以是大到微米级的宏孔。
孔隙对材料的性能有重要影响。
较多的孔隙会导致材料的强度和耐磨性下降，但也可以提高材料的热隔热性能。
3. 晶间相在高温陶瓷材料中，晶间相是指存在于晶粒间的相。
晶间相的存在可以增强材料的韧性和抗磨损性能，但也可能降低材料的强度和导热性能。
4. 晶内缺陷晶内缺陷是指存在于晶体内部的缺陷，如晶格缺陷、位错等。
晶内缺陷会对材料的力学性能、导热性能和电性能产生显著影响。
二、性能表现高温陶瓷材料的性能表现取决于其微观结构。
下面将针对几种常见性能进行讨论。
1. 强度性能高温陶瓷材料的强度取决于晶粒尺寸、颗粒分布、晶界和晶间相等因素。
较小的晶粒有助于提高材料的强度，而晶界与晶间相的存在则能够增强材料的韧性。
2. 耐磨性能材料的耐磨性能主要由晶粒大小和材料硬度决定。
小尺寸的晶粒和较高的硬度可以提高材料的耐磨性能。
3. 导热性能高温陶瓷材料的导热性能与晶粒尺寸、晶间相和孔隙等因素有关。
较小的晶粒和较少的孔隙可以提高材料的导热性能，而晶间相的存在则可能降低导热性能。
4. 电性能高温陶瓷材料的电性能主要与晶内缺陷和施加的电场有关。
晶内缺陷会导致材料电阻率的变化，而施加电场则在一定程度上可以改变材料的电性能。
三、结构调控与性能优化为了改善高温陶瓷材料的性能，结构调控是一种常用的方法。
陶瓷的概念种类
陶瓷的概念种类陶瓷是一种受烧结的无机非金属材料，通常由粘土、石英砂和长石等原料经过成型、烧结和装饰等工艺制成。
陶瓷在人类历史上有着悠久的发展历史，不仅在日常生活中广泛应用，还在艺术、建筑、化工等领域发挥着重要作用。
下面将对陶瓷的概念和种类进行详细介绍。
1. 根据材质的不同，陶瓷可以分为三大类：磁性陶瓷、结构陶瓷和装饰陶瓷。
磁性陶瓷：主要由铁、镍、钴等金属氧化物和粘土等原料制成，具有磁性能，常用于制作磁铁、传感器和电子元件等。
结构陶瓷：通常由氧化铝、二硅化硅、碳化硅等材料制成，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀等特性，常用于制作发动机部件、刀具和高温炉具等。
装饰陶瓷：主要由粘土、石英砂和长石等原料制成，经过成型、烧结和装饰等工艺制成各类陶器和瓷器，广泛应用于生活用品、装饰品和艺术品等领域。
2. 根据制作工艺和特点的不同，陶瓷可以分为多种种类：如高温陶瓷、低温陶瓷、瓷质陶瓷、磁性陶瓷和玻璃陶瓷等。
高温陶瓷：是指在高温下制成的陶瓷制品，如石英陶瓷、氧化锆陶瓷和氧化钇陶瓷等。
它们具有高熔点、耐高温、抗化学侵蚀和优良的绝缘性能。
低温陶瓷：是指在低温下制成的陶瓷制品，如石膏陶瓷和瓷砖等。
它们具有低成本、易制作、广泛应用于建筑、装饰和生活用品等领域。
瓷质陶瓷：是指主要由氧化铝、硅酸铝和硅酸钠等原料制成的陶瓷制品，具有优良的绝缘性能、高硬度和耐腐蚀性，常用于电力设备、化工容器和瓷砖等。
磁性陶瓷：是指具有一定磁性能的陶瓷制品，常用于电子元件、磁铁和传感器等。
玻璃陶瓷：是指由玻璃和陶瓷组成的特种陶瓷制品，具有玻璃的透明性和陶瓷的耐热性，常用于制作高温容器、太阳能电池和光导纤维等。
3. 根据用途和功能的不同，陶瓷还可以分为生活陶瓷、工艺陶瓷和技术陶瓷等。
生活陶瓷：通常由粘土和石英砂等原料制成，如陶器、瓷器、瓷砖和马桶等。
生活陶瓷广泛应用于日常生活，如食具、器皿、家居装饰等。
工艺陶瓷：是指具有一定艺术性和装饰性的陶瓷制品，如花瓶、茶具、壁画和雕塑等。
新型功能陶瓷材料的分类与应用
新型功能陶瓷材料的分类与应用一、本文概述随着科学技术的飞速发展，新型功能陶瓷材料以其独特的物理、化学和机械性能，在众多领域展现出广阔的应用前景。
这些材料不仅具备传统陶瓷的高硬度、高耐磨、高耐温等特性，更在电学、磁学、光学、热学等方面表现出优异的性能，因此被广泛应用于能源、电子、通信、生物医疗、航空航天等关键领域。
本文旨在全面介绍新型功能陶瓷材料的分类及其在各领域的应用情况。
我们将对新型功能陶瓷材料进行详细的分类，包括按照功能性质、制造工艺和应用领域等不同的分类方法。
我们将重点介绍这些材料在能源转换与储存、电子与通信、生物医疗以及航空航天等领域中的具体应用案例和前景。
我们将对新型功能陶瓷材料的未来发展趋势和挑战进行展望，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。
通过本文的阐述，读者可以对新型功能陶瓷材料的分类和应用有一个全面而深入的了解，同时也能够把握这些材料在未来的发展趋势和应用前景，为相关领域的研究和产业发展提供有益的借鉴和指导。
二、新型功能陶瓷材料的分类新型功能陶瓷材料，也称为先进陶瓷或精细陶瓷，凭借其独特的物理、化学和机械性能，在众多领域都有着广泛的应用。
这些材料的分类通常基于其主要的功能特性和应用领域。
以下是新型功能陶瓷材料的主要分类：结构陶瓷：这类陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨性和良好的抗腐蚀性。
常见的结构陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷等。
它们在汽车、航空航天、机械等领域有着广泛的应用。
电子陶瓷：电子陶瓷具有良好的导电性、介电性和压电性，是电子工业的重要基础材料。
常见的电子陶瓷包括压电陶瓷、铁电陶瓷、超导陶瓷和半导体陶瓷等。
它们在通信、计算机、传感器、电子元件等领域发挥着重要作用。
生物陶瓷：生物陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性，可用于制作人工牙齿、人工骨骼、人工关节等医疗器械。
常见的生物陶瓷包括生物活性玻璃陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷等。
光学陶瓷：光学陶瓷具有高折射率、高透光性和良好的化学稳定性，广泛应用于光学仪器、激光器、光通信等领域。
4--现代陶瓷之结构陶瓷
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
相变增韧
微裂纹增韧
光纤连接器用陶瓷：光纤连接器与光纤跳接线是光纤 网路中应用面最广且需求量最大的光无源器件。但是 目前国际上只有美日等发达国家有技术生产氧化锆插 芯和套筒，其毛坯生产技术在国内还是空白。陶瓷插
芯毛坯由于内含一个0.1mm的小孔，且对尺寸同心度 的要求都很高，因此采用传统的陶瓷材料成型方法难 以制备，只有通过注射成型的方法才有可能。
光学特性
氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。钠 蒸气放电可获得一种高效率的光源。但是钠蒸气放电会 产生超过1000℃的高温，而且钠是一种非常活泼的金属， 有很强的腐蚀性，用玻璃制成的灯管无法耐受，而一时 又找不到能在高温下抵抗钠蒸气腐蚀的合适灯管材料。 透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环 境里不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95％的光线。有 了它，高压钠灯才在1960年呱呱坠地，并经过不断改进， 得到了实际应用。
氧化铝装置瓷
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
氧化铝火花塞
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。
高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐和金属铝分别热
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高温结构陶瓷分类
1、氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。
它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。
利用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉磨球机，用来研磨比它硬度小的材料。
用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
2、氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
正是氮化硅具有如此良好的特性，人们常常用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
3、氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷
氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷，外观与性状:润滑,易吸潮.氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。
将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。
通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。
另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。
这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，用于制作钻头、磨具和切割工具。
4、人造宝石
人造宝石：红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。
红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。
1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。
现在，已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。
传统陶瓷指硅酸盐陶瓷，而结构陶瓷则不受指范围限制，不一定是硅酸盐材料。
二者在性能方面也有很大的不同。
1.耐高温性：与普通材料相比，陶瓷都耐高温的，结构陶瓷也是。
2.耐磨性：普通陶瓷也较耐磨，因为有较大的硬度。
但结构陶瓷则可能具备更大的硬度，比如是SiN结构陶瓷，常做成刀具切割金属或普通陶瓷。
3.韧性：因为陶瓷普遍有较大的硬度，大通常特别脆，所以很容易碎，因此陶瓷强度的提高很大程度上要信赖对其韧性的提高。
经过增韧的结构陶瓷会有较大的强度，再加上其不生锈，耐高温，免润滑的特性，结构陶瓷会成为性质优良的材料，比如目前对陶瓷发动机的研究。
如果强度等性能过关，陶瓷发动机可以不用润滑，不用水箱冷却，将大大节能。
4.热稳定性：结构陶瓷在热稳定性方面也会有很大的提高，急冷急热不会开裂。