文档介绍：无机非金属材料专业毕业论文
新型无机非金属材料的发展3>与挑战
金属材料、高分子合成材料、无机非金属材料与人们的衣、食、住、行关系非常密切。材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料,我们就无法留下青春的回忆;没有特殊的荧光材料,就没有彩色电视;没有高纯的单晶硅,就没有今天的“奔腾IV”;没有特殊的新型材料,“神舟号”宇宙飞船就无法上天。随着科学和生产技术的发展以及人们生活的需要,一些具有特殊结构、特殊功能的新材料相继研制出来,如半导体材料:超硬材料、耐高温材料、发光材料等,我们称这些材料为新型无机非金属材料。水泥、玻璃、陶瓷等都属于传统的非金属材料,像玻璃刀上的人造金刚石、作为手表轴承的人造红宝石、煤气炉中用于电子打火的压电陶瓷、传输信息的光导纤维都属于新型无机非金属材料。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。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。高温氧化物结构陶瓷指熔点高于1728的氧化物(如氧化硅晶体)或某些复合氧化物(如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙和氧化钍等)。它们的重要特点是高温下的化学稳定性好,尤其是抗氧化性能好。但弱点是脆性较大,耐机械冲击性差。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, 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。
氧化铝结构陶瓷的生产,采用
γ-氧化铝(见氧化铝)为原料与少量添加剂(如MgΟ等),经粉碎和混合后按产品的形状,尺寸及用途,采用不同的方法成型。干压成型时需先将混合后的坯料造粒,然后用油压机压制成坯样。采用注浆成型时,则将混合后的粉料制成悬浮料浆,注入石膏模中成型。采用热压注时,用适量石蜡与混合料制成料浆,用热压注机成型。烧成的坯体需按使用的要求,进行机械加工或研磨。
高温非氧化物结构陶瓷包括氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等。其中有发展前途的是氮化硅、碳化硅和氮化硼等材料。与氧化物比较,难熔化合物的热导率较高,热膨胀系数较低,因此具有良好的抗热震性。氮化硅与碳化硅还具有较高强度,硬度仅次于金刚石,耐磨性好,是很好的热机材料。采用氮化硅或碳化硅作为燃气轮机和陶瓷发动机的高温部件,与金属部件比较,可承受较高的工作温度,省去水冷却系统,减轻自重,因而节能效果显著。由于氮化硼具有优良的热稳定性,而且对金属熔体有很好的耐蚀性,用它作为水平连续铸钢的分离环,可较氮化硅有更长的使用寿命。
氮化硅结构陶瓷的烧成,按氮化硅合成的方式可分为反应烧结法和烧结法。反应烧结法是将硅粉预先成型,然后在通氮的情况下烧结,使氮化硅 Si3N4 的形成和烧结同时完成。烧结法是将预先合成的氮化硅粉末在高温与压力同时作用下热压烧结,或是将氮化硅粉末压成坯体后,在高温下无压烧结。氮化硅陶瓷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***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。外观与性状:润滑,、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。红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3(刚玉)。