文档介绍：三、陶瓷的显微结构
二、陶瓷加工工艺
第二节陶瓷材料
一、陶瓷材料概述
显微镜下观察到的陶瓷的组织结构
主要由晶粒和晶界构成
晶界:晶粒与晶粒间的界面层
陶瓷的结构与其制作过程密切相关,是决定材料性能的重要因素
(一)晶粒
陶瓷的基本组成、其性能往往能表征材料的特性
刚玉陶瓷:机械强度高、电性能优良、耐高温、耐化学侵蚀
刚玉晶体:
结构紧密、离子键力很强
具有自发极化
锆钛酸铅(PZT)晶体:
PZT 陶瓷:具有优良的压电性
自由生成的晶粒、会按其结晶习性生成规则的几何多面体
陶瓷中的晶粒生长非自由:
烧结(成长)时、受到周围物理化学条件和边界条件的制约
形状、大小不规则
气孔
析出相
自形晶
它形晶
自形晶:
较自由的环境下、按其结晶习性长成的完整的晶形
半自形晶:
它形晶:完全不规则
陶瓷材料中大多数晶粒都是形状不规则的它形晶
晶粒的形状、大小对材料性能的影响极大:
陶瓷晶粒
针状
陶瓷晶粒
粒状或短柱状
抗折强度:
抗折强度:
生长受到抑制、其晶形只能是部分完整
(二)晶界
烧制过程中发育、长大的晶粒的相遇处
晶界内的原子排列:
从一晶粒的晶格结构向另一相邻晶粒的晶格结构过渡的不规则排列状态
晶界宽度:取决于相邻晶粒的取向和材料的纯度,
取向差异越大、杂质含量越高、晶界越宽
几十—几百个原子层
晶界对材料的物理性能有显著影响
陶瓷断裂的路径:
沿晶界断裂、裂纹的扩展沿迂回曲折的晶界路径
晶粒愈细、初始裂纹尺寸愈小、总路径愈长、材料的机械强度愈高
晶界应力集中处:
(1)原子排列不规则、原子数密度不均匀,引起微观应力;
(2)晶粒的取向不同、晶粒晶相的可能不同及晶粒与晶界
化学组分的差异,导致内部局部热膨胀系数、弹性模量不同,引起烧成后的冷却过程中在晶界处大的应力
晶界杂质富集处:
(1)减弱晶界的内应力、降低系统的能量;
上部空隙大、直径较大的杂质原子;下部空隙小、直径较小的杂质原子
上部原子受挤压
下部原子受拉伸
如、刃型位错
减小内应力、降低内能
(2)限制烧结过程中晶粒的过于长大、改善材料的性能
如、刚玉中掺入少量的
晶粒间形成镁铝尖石薄晶界
包围晶粒、阻止其长大
晶界处缺陷多、其内的原子扩散比晶粒内容易得多
晶界是原子扩散过程的重要通道
Solid reaction or diffusion in Metal (film) / semiconductor (substrate) system
第三节高分子聚合物材料
一、聚合物的分子结构与分子聚集态结构
(一)高分子
由成千上万个主要以共价键相连的原子组成
1、定义:
分子量在几万~几百万之间
2、高分子的组成元素: C、H、O、N、S 等。
3、高分子结构特征:由许多的结构单元重复链接的长链
如、聚乙烯:由许多乙烯小分子链接起来、仅包括 C 和 H
聚乙烯
聚乙烯
单体(Monomer) : 合成聚合物的起始原料-小分子
乙烯单体
结构单元(Structure unit)-链节:在大分子链中出现的以
聚合度:高分子中的重复结构单元数目
链节
聚合度
单体和链节通常具有相同的化学组成
聚丙烯
聚四氟乙烯
单体结构为基础的原子团-高分子中的重复结构单元
聚甲基丙烯酸甲酯
高分子分子量:
重复结构单元的分子量( m ) 与聚合度( n ) 的积
4、高分子的特性
柔顺、自发卷曲;在外电场作用下可能沿外场择优取向
有些高分子聚合物有结晶能力,但由于复杂的空间结构、得不到完善的结晶
5、高分子分类
按主链的元素和结构构成、可分类为
(4)芳、杂环高分子:主链上有芳环或杂环
(1)碳链高分子:主链上仅含 C 元素,绝大部分烯类、
(2)杂链高分子:主链上除 C 外,还有氧、氮、或硫等其它元素
(3)元素有机高分子:
聚碳酸酯
二烯类聚合物属于这一类。如:PE,PP,PS,PVC
如:聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚
分子主链除碳、氧、氮、硫等外,还有其他元素的原子参与,或完全由其他元素的原子所组成,并连接有机基团的聚合物
如有机硅、有机锡、有机钛、有机硅铝、有机硅硼等聚合物