陶瓷物理力學性能課件

陶瓷材料物理、力學性能NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.、陶瓷基本物理性能陶瓷的密度及測試陶瓷的硬度及表征陶瓷的熔點與蒸發(fā)、陶瓷力學性能及表征NORTHWESTERNPOLYTECHINICALUNIVERSITYNPU.1.陶瓷基本物理性能1.1陶瓷的密度及測試密度是指單位體積的質量,常用g/cm3表示。陶瓷材料密度有如下幾種表示1)結晶學密度:是指原子組成的沒有缺陷的連續(xù)晶格計算出來的理想密度2)理論密度:與結晶學密度同義,但考慮了固溶體和多相3)體積密度:陶瓷體實際測出的密度,包括陶瓷內部所有的晶格缺陷,各種相組成和制造中形成的氣孔。4)相對密度:指陶瓷實測體積密度與其理論密度比值的相對百分數(shù)。前兩種密度是指陶瓷內沒有缺陷的理想情況,意味著制造過程形成的氣孔為零,所以在結構內的原子之間只有間隙。在含有制造過程中形成的缺陷和氣孔的情況下,通常使用烋積蜜或相懟蜜腐NPU表13陶瓷、金屬及有機材料的密度類別密度/g/cm氧化鋁oAl,Or氧化鋁3.47氮化硼氧化鈦酸鋇OnTo金剛石2.1~2.3阿瓷氧化鉻5,21材料尖FeLoNFeFe,O氧簞氧化鉿HiO68LiAISeOM:ALSi,OaMgO鎂欖石Mi方石英碳化硅NPU密度/g/cm氧化TIO,1040鋼Fe基合金耐鹽酸鎳基合金X(Hastelloyx)鎳基合金Hs3(1鈷基合金青銀鷦10.4聚苯乙烯苯乙烯聚合物有機特氟隆聚四氟乙烯度材料對熱有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯乙烯聚合物小相對在陶瓷、金屬、有機高分子這三類材料中,有機材料的密度最低,這是因為有機材料主要有C和H及其他相對原子質量小的元素如C和F構成的。材料的密度由什么決定呢?NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.密度的影響因素1)陶瓷材料的密度主要取決于元素的尺寸、元素的質量和結構堆積的緊密程度。原子序數(shù)和相對原子質量小的元素(如H、Be、C、Si等)使材料具有低的結晶學密度或理論密度原子序數(shù)和相對原子質量大的元素(如W、Zr、Th釷、U等)使材料具有高的結晶學密度或理論密度2)原子堆積情況也產(chǎn)生一定影響,但影響較小。金屬鍵合陶瓷中的原子形成緊密堆積,會使其密度比共價鍵鍵合陶瓷(較開放的結構)的密度更高一些,例如鋯英石(ZrSi03)和氧化鋯(Zr02),若單從相對原子質量看會以為鋯英石的密度更高一些,然而,鋯英石結構由于Sⅰ-0共價鍵合,形成開放式內部結構,因而ZrSi03密度(4.65g/cm3)比Zr02(5.8g/cm3)低很多NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.密度的計算與測量)結晶學密度或理論密度可以從晶體結構數(shù)據(jù)(晶胞參數(shù))和所含元素的相對原子質量通過計算得2)陶瓷體(燒結后)的體積密度的測量通常釆用排水法,按阿基米德原理計算出來。測量步驟①在空氣中先稱出陶瓷試樣的質量D②將試樣放在沸水中煮沸2-5h,然后冷卻至室溫,靜放24h③將陶瓷試樣懸掛在水中稱其質量S:④將試樣在水中取出,并用干凈棉紙或紗布輕輕將試樣表面的水擦去,在空氣中稱其質量W;體積密度D顯氣孔率W-DP100%NORTHWESTERNPOLYTECHINICALUNIVERSITYNPU.密度的計算與測量3)此外,還有一種較為簡單,但精度稍低的方法,即在含聯(lián)通氣孔的陶瓷試樣表面涂上一層密封性好的石蠟層,此時可按無聯(lián)通氣孔,即不吸水的陶瓷材料直接用排水法測定。體積密度:pD吸水率:A4)如果陶瓷具有簡單的均勻對稱的幾何形狀,則可通過測量外形尺寸計算出體積,在稱量試樣在空氣中干重,進而求出體積密度。5)對于陶瓷素坯(燒結前)的體積密度測定,則不能采用“水煮法”(因易吸附水,進而與水反應,造成性能的改變)。規(guī)則形狀:測體積和干重計算復雜形狀:表面涂石蠟,排水法排汞法:原理和排水法相同,液態(tài)汞在常壓下不潤濕陶瓷NUKIHWESIEKNPULYIECHNICALUNIVEKSIIY12陶瓷硬度及表征硬度:材料抵抗硬的物體壓陷表面或破壞的能力。常見硬度表示法莫氏硬度布氏硬度洛氏硬度維氏硬度努普硬度顯微鏡度HK用于陶瓷材用于陶瓷和礦物的硬度用于硬質金用于較硬材用于較脆而顯微觀察時測試,為劃中較軟及中屬和陶瓷材薄材料,如測試等硬度的材料,如陶瓷評定某一組織或某一相的硬度NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYNPU.由于測量方法不同,測得的硬度所代表的材料性能也各異。金屬材料:常用的硬度測量方法是在靜載荷下將一種硬的物體壓入材料,這樣測得的硬度主要反映材料抵抗塑性形變的能力。陶瓷、礦物材料:常用劃痕法測試硬度,反映材料抵抗破壞的能力所以,硬度沒有統(tǒng)一的定義,各種硬度的單位也不同,彼此間沒有固定的換算關系。