文档介绍：第十章陶瓷材料
第十章陶瓷材料
发布人:机械工程材料精品课程网| 发布时间:2009-04-22 | 点击次数:1364
第十章陶瓷材料
陶瓷是陶器和瓷器的总称。许多科学工作者将陶瓷、玻璃、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等凡是经原料配制、坯料成型和高温烧结而制成的固体无机非金属材料都叫做陶瓷。
§ 传统陶瓷与先进陶瓷
陶瓷可粗略地分为传统陶瓷和先进陶瓷。其中,传统陶瓷是利用天然硅酸盐矿物(如黏土、石英、长石等)为原料制成的陶瓷,又称普通陶瓷。先进陶瓷是采用高纯度的人工合成原料(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等)制成的具有各种独特而优异的力学、物理或化学性能的陶瓷,又称特种陶瓷、新型陶瓷、现代陶瓷或精细陶瓷。
一. 陶瓷性能的特点
陶瓷的性能与多种因素有关,波动范围很大,但还是存在一些共同的特性。
1. 力学性能
陶瓷有很高的弹性模量,一般高于金属2~4个数量级。
陶瓷的硬度很高,一般远高于金属和高聚物。例如,各种陶瓷的硬度多为1000—5000HV,淬火钢为500~800HV,高聚物一般不超过
20HV。
陶瓷材料的理论强度很高,然而陶瓷存在大量气孔、缺陷,致密度小,致使它的实际强度远低于理论强度。金属材料的实际抗拉强度和理论强度的比值为1/3—1/50,而陶瓷常常低于1/100。
陶瓷的强度对应力状态特别敏感,它的抗拉强度虽低,但抗压强度高,因此要充分考虑与设计陶瓷应用的场合。
陶瓷一般具有优于金属的高温强度,高温抗蠕变能力强,且有很高的抗氧化性,适宜作高温材料。
陶瓷在室温几乎没有塑性,但在高温慢速加载的条件下,特别是组织中存在玻璃相时,陶瓷也能表现出一定的塑性。陶瓷的韧性低、脆性大,是陶瓷结构材料应用的主要障碍。
2. 物理性能
陶瓷的热膨胀系数比高聚物和金属低得多。陶瓷的导热性比金属差,多为较好的绝热材料。
抗热震性是指材料在温度急剧变化时抵抗破坏的能力,一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高温差来表达。多数陶瓷的抗热震性差,例如,日用陶瓷的抗热震性为220℃。
陶瓷的导电性能变化范围很大,。多数陶瓷具有良好的绝缘性,是传统的绝缘材料。但有些陶瓷具有一定的导电性,甚至出现陶瓷超导。
3. 化学性能
陶瓷的结构非常稳定,常温下很难同环境中的氧发生作用。陶瓷对酸、碱、盐等的腐蚀有较强的抵抗能力,也能抵抗熔融的有色金属(如铝、铜等
)的侵蚀。但在有些情况下,例如,高温熔盐和氧化渣等会使某些陶瓷材料受到腐蚀破坏。
二. 传统陶瓷
传统陶瓷成本低,加工成型性好,质地坚硬,不氧化,耐腐蚀,不导电,能耐一定高温。但强度较低,高温性能也不及先进陶瓷。
普通陶瓷广泛用于日用、电气、化工、建筑、纺织中对强度和耐温性要求不高的领域,例如铺设地面、输水管道和隔电绝缘器件等。
三. 先进陶瓷
1. 氧化铝陶瓷
一般所说的氧化铝陶瓷是指含Al2O3,在95%以上的氧化铝陶瓷又称为刚玉瓷。刚玉瓷的玻璃相和气孔都很少。
氧化铝陶瓷的强度大大高于普通陶瓷。硬度很高,仅次于金刚石、立方氮化硼、碳化硼和碳化硅,居第五位。耐高温性能好,含Al2O3,高的刚玉瓷能在1600℃的高温下长期使用,蠕变很小,也不存在氧化的问题。具有优良的电绝缘性能。
由于铝氧