先进陶瓷材料.ppt

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1、单击此处编辑母版标题样 式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 第三章 先进陶瓷材料 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合 物，经过成型和高温烧结制成的，由无 机化合物构成的多相固体材料。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 在远古的石器时代，人类的祖先用天然的石头做成刀 、斧、针和武器。 在人类学会用火之后，人们用粘土加上水，合成泥， 捏

2、成各种器皿的形状，然后在火中焙烧，得到了十分坚硬 的陶器。据考古学家分析，距今大约1万年前，就有陶器出 现。这是人类最早、最伟大的文明创造。恩格斯把陶器的 出现称为新石器时代开始的标志。 在我国，陶器大约出现在8000年前，经过历代的改进 ，技术水平提高很快。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 兵马俑，亦称陶俑，是典型的陶制品 宜兴紫砂壶自明朝流传至今，制造技术精湛，色 泽淳朴，用来泡茶，茶不失原味，耐热保温，不 易变质。紫砂泥由粘土、石英、云母、赤铁矿组 成，其中Fe2O3含量

3、约占7%-10%，TiO21%。 著名的唐三彩创始于唐高宗时期 ，用白色粘土做胎，以Cu、Fe、 Co、Mn等的矿物做釉的着色剂， 经两次烧制后，成为绚丽多彩的 陶器精品，另世人叹服。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 在远古的石器时代，人类的祖先用天然的石头做成刀 、斧、针和武器。 在人类学会 用火之后，人们用粘土加上水，合成泥， 捏成各种器皿的形状，然后在火中焙烧，得到了十分坚硬 的陶器。据考古学家分析，距今大约1万年前，就有陶器出 现。这是人类最早、最伟大的文明创造。恩格斯

4、把陶器的 出现称为新石器时代开始的标志。 在我国，陶器大约出现在8000年前，经过历代的改进 ，技术水平提高很快。 有了陶器，人类可以吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可 以长时间地储存食物；陶器也是最初的耐火材料，为以后 的铜、铁冶炼提供了物质条件，为人类的进化立下了不朽 的功勋。 陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到瓷，在 技术上主要实现了三大突破： 瓷土的发现和利用 瓷土与陶土相比，Fe2O3、CaO、M

5、gO等称为助 熔剂的物质明显减少，SiO2的含量也降至70%以下，而Al2O3的含量 显著增加。 釉的发明和创新 釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是用 矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一定的 比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。 烧制温度的提高 烧制温度从8001000提高到1200以上，相应 配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表面 ，冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 瓷

6、器是我国古代最重要的发明之一，凝聚着我国劳动人民的智慧 。最早出现于距今3000多年前的商周，后经过近1000年的发展，到汉 代已日趋成熟，在唐、宋、元、明、清历代，造瓷技术水平登峰造极 ，江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬。 至今藏于中国故宫博物院的大批古瓷器都是传世珍品。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 中国瓷器精美绝伦，作为中华文明的象征，征服了西方（17世 纪）。 据考证，系统向西方介绍中国瓷器的原料、配方和制作技术的 是一个叫殷弘绪的法国传教士，

7、他在清康熙年间来到中国，并在景 德镇居住了7年，通过与当地瓷工的接触了解造瓷技术，1712年9月1 日他在发往欧洲的一封信中，详细介绍了中国的造瓷术，1716年这 封信被刊登在欧洲“专家”杂志上。1717年他又将中国的瓷土（高岭 土）寄往欧洲。此后，寻找高岭土，仿制中国瓷器的热潮席卷欧洲 ，1750年法、英相继找到瓷土，1768年制出瓷器，与此前后丹麦、 西班牙也先后做出瓷器。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 第一部分 陶瓷基础知识 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体

8、与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 1. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物99%) ，在沉积岩中的石英砂岩（ SiO2 =9095%) ，地面风化 后有石英砂； 水晶（最纯）、鹅卵石（最不纯）； SiO2在常压下有七种结晶态和一个玻璃态：-石英（三 方晶系）、-石英（六方）、 -鳞石英（斜方）、-鳞 石英（六方）、 -鳞石英（六方）、 -方石英（四方） 、-方石英（等轴）及石英玻璃（非晶态）。 光学石英玻璃 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规

9、范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 （2）Al2O3(刚玉)陶瓷 Al2O3陶瓷通常称刚玉瓷，与天然矿物刚玉同名，天然刚玉是一种纯氧化 铝矿物； 工业生产的刚玉主要成分是Al2O3和SiO2， Al2O3 含量越高， Al2O3陶瓷 性能越好； 刚玉瓷这一名词只限于氧化铝含量为95%以上的，主晶相为刚玉的陶瓷 材料，工业上大量生产氧化铝含量为95%的刚玉瓷（简称95瓷），也生产 97%、99%的刚玉瓷； 刚玉瓷具有较高的室温和高温机械强度、很好的绝热性能、 高化学稳定 性、良好的介电性能、高硬度、高耐磨性； 用途： 1.高温热电偶套管、坩埚、电子陶瓷材料的热压烧结模具、高温炉衬

10、、内 燃机火花塞、航空火花塞； 2.化工高压机械泵零件、理化器皿，酸、碱都不与其发生化学作用； 3.电绝缘、无线电、电真空等技术中使用的陶瓷元件，如雷达天线罩、微 波电介质、超高频大功率电子管的支架、集成电路的构件等； 4.高速切削工具、轴承、磨料磨具等； 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 致密的刚玉可用作电真空陶瓷； 氧化铝透明陶瓷高压钠灯的灯管、红外光管的窗口等； 多孔（氧孔率达90%）的氧化铝陶瓷在17001750C温度范 围内的优良绝热材料； 刚玉瓷作为很前途的生物陶瓷材

11、料，已被制成骨移植器件 ，人工关节，应用于临床医学； 等等。 其它用途： 刚玉陶瓷缺点是脆性大，抗热振性差，不能承受环境温度的突然变化。 羟基磷灰石（HA）是一种活性陶瓷材料,由于其成份接近生物机体骨骼 的无机成份、能诱发新骨生长、具有良好的生物相容性和生物活性等 特点,作为替代材料已广泛应用于人体硬组织的修复。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 （3）ZrO2陶瓷 ZrO2 陶瓷熔点高（2667C，在单一的纯氧化物中仅次于ThO2-3330C、MgO -2800C、HfO2-2

12、770C），导热系数小； 自然界中分布最广的二氧化锆是天然矿物斜锆矿，一般含80%90%，质量 最好的可达96%99% ； 另一种分布较广的是锆英石（ZrSiO4）， ZrO2 67.03%、SiO2-32.97%； ZrO2有三种晶型：立方结构、四方结构、单斜结构。三者可以相互转化。 立方四方单斜 1200C 1000C 2300C 2300C 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 部分稳定氧化锆的断裂韧性远高于其他结构陶瓷，并由此获得了 “陶瓷钢”的称誉，也常用这类材料去增韧其他

13、陶瓷材料即氧化锆 增韧陶瓷（ZTC） ； 氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的强度达1200MPa、断裂韧度为 15.0MPam1/2，分别比原氧化铝提高了3倍和近3倍； 应用：可代替金属制造模具、拉丝模、泵叶轮，还可制造汽车 零件。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 MgO陶瓷，熔点高、呈碱性，可以制作坩埚，炉衬，高温装置 BeO陶瓷，导热性好，具有高的热稳定性，强度较差，用于制造熔化某 些纯金属的坩埚，还可用作真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷； ThO2、UO2陶瓷，具有很高的熔点、高的密度

14、，并具有放射性，主要用 于制造熔化铑、铂、银和其他金属的坩埚、电炉构件、动力反应堆中的放 热元件等； 莫来石，是Al2O3-SiO2系中唯一稳定的二元化合物，其组成可在 3Al2O32SiO2到2Al2O3SiO2之间变化， 3Al2O32SiO2为化学计量莫来石： 1.结构空隙大、比较疏松，具有较低的热膨胀系数、低的热导率和热 容，弹性模量也较低，因而具有良好的绝热、抗震和耐腐蚀性； 2.具有较低的蠕变性（指材料受不变的拉力下,长度不断伸长的现象。 蠕变使筋材承受拉力的能力不断下降 ）； 3.大多数结构陶瓷其强度随温度上升均有不同程度的退化，而莫来石 在一定组成和温度内不仅不下降反而有一定的

15、起跳。 （4）其它氧化陶瓷 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 常见氧化物陶瓷的基本性能 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 3.2.2 非氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 （1）氮化硅陶瓷 它是以Si3N4为主要成分的陶瓷，按其制造工艺不同可分为热压烧结 氮化硅（- Si3N4 ）陶瓷和反应烧结氮化硅（- Si3N4 ）陶瓷。热压烧结 氮化硅陶瓷组织致密，气孔率接近于零，强度高

16、。反应烧结氮化硅陶瓷 有20%30%气孔， 特点：氮化硅陶瓷硬度高，摩擦因子小，只有0.10.2，具有自润滑 性；蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性能在陶瓷中最佳，比Al2O3瓷 高23倍；化学稳定性好，抗氢氟酸以外的各种无机酸和碱溶液的侵蚀 ，也能抵抗熔融非铁金属的侵蚀；同时具有优异的电绝缘性能。 应用：反应烧结氮化硅陶瓷主要用于制作形状复杂、尺寸精度高、 耐热、抗蚀、耐磨、绝缘制品。热压烧结氮化硅陶瓷只用于制作形状简 单的耐磨、耐高温零件。 道德是一定社会、一定阶级调节人与人之间、个体与社会、个体与自然之间各种关系的行为规范的总和。这种规范是靠社会舆论、传统习惯、教育和内心信念来维持的。 （2）氮化硼陶瓷 氮化硼陶瓷的主要晶相是BN，属于共价晶体，其晶体结构与石墨 相仿为六方晶格，因而有白石墨之称； 高温（15002000C）、高压（69103MPa）下，六方BN可转化 为立方BN，其硬度接近于金刚石，是极好的耐磨材料。