材料工程基礎(chǔ)課件-陶瓷材料的成形原理及工藝-第十章

第一節(jié)結(jié)構(gòu)陶瓷第二節(jié)功能陶瓷第三節(jié)陶瓷耐火材料第四節(jié)玻璃第十章典型的陶瓷材料第一節(jié)結(jié)構(gòu)陶瓷

陶瓷的分類氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）新型碳化物陶瓷（C3N4等）硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等）復(fù)合陶瓷（3Al2O3·2SiO2(莫來石)等）按成分分類普通陶瓷（硅酸鹽材料）特種陶瓷（人工合成材料）按原料分類結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷陶瓷耐火材料玻璃按用途分類

晶體結(jié)構(gòu)

氧化鋁有十多種同素異構(gòu)體，但常見的主要有三種：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。γ-Al2O3屬于尖晶石型（立方）結(jié)構(gòu)，高溫時不穩(wěn)定，在1600℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3。α-Al2O3屬于六方系，穩(wěn)定性好，在熔點2050℃之前不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。

氧化鋁陶瓷

Al2O3＋少量SiO2。根據(jù)Al2O3含量可分為剛玉-莫來瓷（75瓷，wAl2O3=75%）和剛玉瓷（95瓷，99瓷）。

制備方法：原料煅燒配料球磨成形燒結(jié)

性能與應(yīng)用：1）高強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性：裝飾瓷，噴嘴、火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩；2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，軸承，人造寶石；3）低的介電損耗、高電阻率、高絕緣性：火花塞，電路基板，管座；4）熔點高、抗腐蝕：耐火材料，坩堝，爐管，熱電偶保護(hù)套等；5）離子導(dǎo)電性：太陽能電池材料和蓄電池材料等。6）生物相容性：還可用于制作人工骨骼和人造關(guān)節(jié)等。

晶體結(jié)構(gòu)

氧化鋯陶瓷m-ZrO2：單斜晶系（＜1170℃）t-ZrO2：四方晶系（1170～2370℃）c-ZrO2：立方晶系（2370～2715℃）

備注：氧化鋯熔點為2715℃。

性能與應(yīng)用1）熱導(dǎo)率小，化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕性高：可用于高溫絕緣材料、耐火材料，如熔煉鉑和銠等金屬的坩堝、噴嘴、閥心、密封器件等：2）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高爾夫球棍頭等。3）具有敏感特性：可做氣敏元件，還可作為高溫燃料電池固體電解隔膜、鋼液測氧探頭等。

碳化硅陶瓷以SiC為主要成分的陶瓷。具有很高的高溫強(qiáng)度，在1400℃時抗彎強(qiáng)度仍保持在500～600MPa，工作溫度可達(dá)1700℃；有很好的熱穩(wěn)定性、抗蠕變性、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)熱性、耐輻射性。制作火箭尾噴管噴嘴、澆注金屬的澆道口、軸承、軸套、密封閥片、軋鋼用導(dǎo)輪、內(nèi)燃機(jī)器件、熱電偶保護(hù)套管、爐管、核燃料包封材料等。

氮化硅陶瓷以Si3N4為主要成分的陶瓷。氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系數(shù)小，耐磨性好，抗熱振性大大高于其它陶瓷。它具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐除氫氟酸、氫氧化鈉外的其他酸和堿性溶液的腐蝕，以及抗熔融金屬的侵蝕。它還具有優(yōu)良的絕緣性能。用于制造切削刀具、高溫軸承、泵密封環(huán)、熱電偶保護(hù)套、缸套、活塞頂、電磁泵管道和閥門等。第二節(jié)功能陶瓷

鐵電陶瓷有些陶瓷的晶粒排列是不規(guī)則的，但在外電場作用下，不同取向的電疇開始轉(zhuǎn)向電場方向，材料出現(xiàn)自發(fā)極化，在電場方向呈顯一定電場強(qiáng)度，這類陶瓷稱為鐵電陶瓷，廣泛應(yīng)用的鐵電材料有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁等。鐵電陶瓷應(yīng)用最多的是鐵電陶瓷電容器，還可用于制造壓電元件、熱釋電元件、電光元件、電熱器件等。

壓電陶瓷鐵電陶瓷在外加電場作用下出現(xiàn)宏觀的壓電效應(yīng)，稱為壓電陶瓷。目前所用的壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁、鋯鈦酸鉛等。壓電陶瓷在工業(yè)、國防及日常生活中應(yīng)用十分廣泛。如壓電換能器、壓電馬達(dá)、壓電變壓器、電聲轉(zhuǎn)換器件等。利用壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能或把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的元件稱為換能器。

氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷

ZrO2中加入CaO、Y2O3等后，提供了氧離子擴(kuò)散的通道，所以為氧離子導(dǎo)體。氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷主要用于氧敏傳感器和高溫燃料電池的固體電解質(zhì)。生物陶瓷

氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷與生物肌體有較好的相容性，耐腐蝕性和耐磨性能都較好，因此常用于生物體中承受載荷部位的矯形整修，如人造骨骼等。

導(dǎo)電性介于導(dǎo)電和絕緣介質(zhì)之間的陶瓷材料。主要有鈦酸鋇陶瓷，具有正電阻溫度系數(shù)，應(yīng)用非常廣泛。如用于電動機(jī)、收錄機(jī)、計算機(jī)、復(fù)印機(jī)、變壓器、烘干機(jī)、暖風(fēng)機(jī)、電烙鐵、彩電消磁、燃料的發(fā)熱體、阻風(fēng)門、化油器、功率計、線路溫度補(bǔ)償?shù)取０雽?dǎo)體陶瓷第三節(jié)陶瓷耐火材料

陶瓷耐火材料的重要性能指標(biāo)是：低溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、體密度、孔隙率等。酸性耐火材料（以SiO2、Al2O3為主）堿性耐火材料（如MgO、CaO等）

分類第四節(jié)玻璃主要原料反應(yīng)條件玻璃窯中發(fā)生的主要反應(yīng)成分純堿石灰石石英高溫Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2Na2SiO3CaSiO3SiO2

玻璃是介于結(jié)晶態(tài)和無定型態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)。種類特性用途普通玻璃再高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈，紫外燈，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片，照相機(jī)，顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡用凸凹透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕，不怕燒，不導(dǎo)電，不吸水，隔熱，吸聲，防蛀蟲太空飛行員的衣服，玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫，耐腐蝕，強(qiáng)度大，質(zhì)輕，抗震裂運動器材，微波通訊器材，汽車，火車窗玻璃等幾種玻璃的特性和用途

鋼化玻璃其實是一種預(yù)應(yīng)力玻璃，為提高玻璃的強(qiáng)度，通常使用化學(xué)或物理的方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力，玻璃承受外力時首先抵消表層應(yīng)力，從而提高了承載能力，改善了玻璃抗拉強(qiáng)度。

鋼化玻璃是用普通平板玻璃或浮法玻璃加工處理而成。普通平板玻璃要求用特選品或一等品；浮法玻璃要求用優(yōu)等品或一級品。鋼化玻璃

生產(chǎn)鋼化玻璃工藝有兩種：一種是將普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工藝條件下，經(jīng)淬火法或風(fēng)冷淬火法加工處理而成，即將其加熱到接近玻璃軟化溫度，并立即急劇冷卻而制成的。鋼化玻璃表面形成均勻的壓應(yīng)力，內(nèi)層呈現(xiàn)相應(yīng)的張應(yīng)力。

另一種是將普通平板玻璃或浮法玻璃通過離子交換方法，將玻璃表面成分改變，使玻璃表面形成一層壓應(yīng)力層加工處理而成。（教材P137，玻璃的化學(xué)強(qiáng)化）

鋼化玻璃的主要優(yōu)點: