陶瓷分类及用途

陶瓷分类及用途

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/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4) 塑性：在室温几乎没有塑性。

(5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。

(6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K）

(7) 热稳定性—抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220℃）

(8) 化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性—大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等） (10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。

普通陶瓷

一. 传统陶瓷原料—

长石，石英，粘土，高龄土，绢云母，滑石，石灰。

加入（MgO，ZnO，BaO，Cr2O3等）提高强度；加入（Al2O3 ，ZrO2等）提高强度和热稳定性；

加入（SiC等）提高导热性。 1. 日用陶瓷

性能要求：白度，光洁度，热稳定性，机械强度，热稳定性用途：日用器皿，工艺品艺术品等 2. 建筑陶瓷

性能要求：强度，热稳定性

用途：地面，墙壁，管道，卫生洁具等. 3. 电工陶瓷（高压瓷）

性能要求：强度，介电性能和热稳定性. 用途：隔电，支持及连接，绝缘器件 4. 化工陶瓷

性能要求：耐蚀性.

用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。特种陶瓷

1.氧化物陶瓷：

※Al2O3 —高的强度和高温强度（抗压2493MN/m2)，高化学稳定性和介电性能

•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（Al2O3 含量为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。

优势：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。

用途：工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。

微晶刚玉（弯曲强度5000MN/m2 ，HRA92-93 红硬性1200℃）---工具,刀具。※ BeO —导热性好（180 kcal/m·h·℃），热稳定性较高，消散高能辐射的能力强，强度低（抗压强度（785MN/m2）

用途：熔化某些纯金属的坩埚，真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷※ZrO2 ——呈弱酸性

或惰性，导热系数小1.5-1.7kcal/m·h·℃，使用温度2000-2200℃，抗压强度2060MN/m2 ※ MgO CaO 抗各种金属碱性渣的作用，热稳定性差，MgO高温易挥发，CaO在空气中易水化

2.碳化物陶瓷：

※碳化硅—弯曲强度200-250MN/m2，抗压强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化，不抗强碱。

•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。

用途：加热元件，石墨的表面保护层，砂轮，磨料※碳化硼—硬度高，抗磨，熔点高2450℃用途：磨料，超硬质工具材料。 3. 氮化物陶瓷：

※氮化硼—石墨类型六方结构（白石墨）----介电体和耐火润滑剂。

立方结构（β-BN)----极高硬度，抗加热温度2000℃，是金刚石的代用品。

•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。

用途：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。

4. 金属陶瓷

以金属氧化物或碳化物为主要成分，加入适量的金属粉末，通过粉末冶金的方法制成的，具有某些金属性质的陶瓷。

金属陶瓷是金属切削刀具、模具和耐磨零件的重要材料。粉末冶金方法及其应用

•金属材料的制备：熔炼、铸造

高熔点的金属及金属化合物难以通过熔炼或铸造的方法制备粉末冶金：陶瓷生产工艺在冶金中的应用粉末制备----压制成型----烧结成零件或毛坯。

粉末冶金法的基本工艺过程１. 粉末制备

包括粉末制取、配料、粉料混合等步骤。

粉末的纯度、粒度、混合的均匀程度等对粉末冶金制品的质量有重要影响。粉末愈细、愈均匀、纯度愈高，陶瓷的性能愈好。 2. 压制成型

多采用冷压法，即将粉料装入模具型腔内，在压力机下压制成致密的具有一定强度的