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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划陶瓷材料的特性陶瓷材料的力学性能高分子091项淼学号17陶瓷材料陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。金属：金属键高分子：共价键+范德瓦尔键陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。一、陶瓷材料的结构和显微组
2、织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂陶瓷的分类玻璃工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃陶瓷普通陶瓷-日用，建筑卫生，电器，化工，多孔特种陶瓷-电容器，压电，磁性，电光，高温金属陶瓷-结构陶瓷，工具，耐热，电工玻璃陶瓷耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷2.陶瓷的生产(1)原料制备普通陶瓷特种陶瓷(2)坯料的成形(3)烧成或烧结3.陶瓷的性能(1)硬度是各类材料
3、中最高的。(2)刚度是各类材料中最高的；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。耐压，抗弯，不耐拉较高的高温强度。(4)塑性：在室温几乎没有塑性。(5)韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。(6)热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料(7)热稳定性抗热振性急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低(8)化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀(9)导电性大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体(10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。普通陶瓷一.传统陶瓷原料长石，石英，粘土，高龄土，绢云母，滑石，石灰。加入提高强度；加入提高强度和热稳定性；加入提高导热性。1.日用陶瓷性
4、能要求：白度，光洁度，热稳定性，机械强度，热稳定性用途：日用器皿，工艺品艺术品等2.建筑陶瓷性能要求：强度，热稳定性用途：地面，墙壁，管道，卫生洁具等.3.电工陶瓷性能要求：强度，介电性能和热稳定性.用途：隔电，支持及连接，绝缘器件4.化工陶瓷性能要求：耐蚀性.用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。特种陶瓷1.氧化物陶瓷：Al2O3高的强度和高温强度又称刚玉-莫来石瓷；95瓷、99瓷，又称刚玉瓷。?Al2O3含量愈高，玻璃相愈少，气孔愈少，陶瓷的性能愈好，但工艺愈复杂，成本愈高。优势：氧化铝陶瓷的强度高，是普通陶瓷的26倍，抗拉强度可达250MPa；?耐磨性好，硬度次于金刚石、碳化硼、立方氮化
5、硼和碳化硅，居第5；?耐高温性能好，刚玉陶瓷可在1600下长期工作，在空气中的最高使用温度达1980；?耐蚀性和绝缘性好；?脆性大，抗热振性差，不能承受环境温度的突然变化。用途：工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。微晶刚玉-工具,刀具。BeO导热性好，热稳定性较高，消散高能辐射的能力强，强度低用途：熔化某些纯金属的坩埚，真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷ZrO2呈弱酸性或惰性，导热系数小/mh，使用温度XX-2200，抗压强度2060MN/m2MgOCaO抗各种金属碱性渣的作用，热稳定性差，MgO高温易挥发，CaO在空气中易水化2.碳化物陶瓷：碳化硅弯曲强度200-250MN/m2，抗
6、压强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化，不抗强碱。?主晶相SiC，有反应烧结和热压烧结两种碳化硅陶瓷；?高温强度高，工作温度可达160017001400时，抗弯强度为500600MPa；?有很好的导热性、热稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性，且耐辐射；?是良好的高温结构材料，主要用于制作火箭喷管的喷嘴，浇注金属的浇道口、热电偶套管、炉管，燃气轮叶片，高温轴承，热交换器及核燃料包封材料等。用途：加热元件，石墨的表面保护层，砂轮，磨料碳化硼硬度高，抗磨，熔点高2450用途：磨料，超硬质工具材料。3.氮化物陶瓷：氮化硼石墨类型六方结构-介电体和耐火润滑剂。立方结构、烧结钨、青铜石墨、铁石
7、墨等?液相烧结：在烧结时形成部分液相的液-固共存状态。金属陶瓷硬质合金、高速钢WC、铬钼钢WC等4.后处理加工为改善或得到某些性能，有些粉末冶金制品在烧结后还要进行后处理加工。如齿轮、球面轴承等在烧结后再进行冷挤压，以提高其密度、尺寸精度等；铁基粉末冶金零件进行淬火处理，以提高硬度等等。陶瓷材料的力学性能强度韧性、硬度、断裂韧度、疲劳等。一、陶瓷材料的弹性变形、塑性变形与断裂弹性A）弹性模量大是金属材料的2倍以上。共价键结构有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。晶体结构复杂，滑移系很少，位错运动困难。B）弹性模量呈方向性；压缩模量高于拉伸弹性模量结构不均匀性；缺陷C）气孔率，弹性模量塑性变形
8、a）室温下，绝大多数陶瓷材料塑性变形极小。b）1000以上，大多数陶瓷材料可发生塑性变形c）陶瓷的超塑性超细等轴晶，第二相弥散分布，晶粒间存在无定形相。-2-11250，10S应变速率=400%。利用陶瓷的超塑性，可以对陶瓷进行超塑加工断裂以各种缺陷为裂纹源裂纹扩展，瞬时脆断。缺陷的存在是概率性的。用韦伯分布函数表示材料断裂?F(?)?1?exp?()?0m?v(?m)dv?F()断裂概率m韦伯模数0特征应力，该应力下断裂概率为、试样内部的应力及它们的最大值二、陶瓷材料强度和硬度陶瓷的实际强度比其理论值小12个数量级。弯曲强度三点弯曲、四点弯曲四点弯曲试样工作部分缺陷存在的几率较大。强度比三点
9、的低。抗拉强度夹持部位易断裂常用弯曲强度代之，高20%40%。抗压强度比抗拉强度高得多，10倍左右。硬度高HRA，AT45N小负荷的维氏硬度或努氏硬度。陶瓷材料的断裂韧度比金属的低12个数量级测定方法单边切口法、山形切口法、压痕法、双扭法、双悬臂梁法。KIC值受切口宽度的影响。金属材料：、KIC；陶瓷材料：、KIC。尖端塑性区很小。陶瓷材料的增韧：改善组织相变增韧微裂纹增韧陶瓷材料的疲劳强度静态疲劳，动态疲劳，循环疲劳和热疲劳静态疲劳对应于金属材料的应力腐蚀和高温蠕变断裂。“温度、应力、环境介质”分成的个区孕育区低速区da/dt随K而中速区da/dt仅与环境介质有关，与K无关。Ti3SiC2高
10、温力学性能的研究Ti3SiC2同时显示金属和陶瓷独特组合的性质。然而，它的刚度和强度在1050以上迅速降低，这是这种材料的高温应用的主要障碍。为了提高Ti3SiC2的高温力学性能，锆，铪，或Nb被掺杂进Ti3(SiAl)C2。在室温时，锆，铪，或Nb掺杂的Ti3SiC2陶瓷与Ti3SiC2陶瓷具有相当的刚度，硬度，强度，和断裂韧性。然而，在高温下(Ti1-xTx)3(SiAl)C2(T=Zr,Hf,orNb)的刚性和强度显著改善。(Ti1-xTx)3(SiAl)C2可以保持高温刚度和强度达到1200，比Ti3SiC2的1050高了150。I.IntroductionTi3SiC2是吸引人的层状
11、三元陶瓷Mn+1AXn的一员，其中M是过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N.其晶体结构可以被描述为通过硅层交错和Ti-C的层和Si层是相对较弱的Ti-C的层之间的结合。由于其独特的晶体结构，Ti3SiC2具有低密度，高弹性模量，耐损伤性在室温下，良好的机械加工性，并能抵抗热冲击和高温氧化。然而，低硬度，低的耐磨性，和高于1000差的高温力学性能限制了它的广泛应用.为了提高机械性能，硬质陶瓷粒子，例如TiC，SiC和氧化铝分别加入钛碳化硅。与单片钛碳化硅相比，这些颗粒增强钛碳化硅基复合材料表现出更高的弹性模量和维氏硬度，以及在室温下提高耐磨损性。然而，这些颗粒增强钛碳化硅复合材料也显
12、示出在1000以上强度不满意的机械性能。例如，钛碳化硅-SiC复合材料的强度和刚度高于1000迅速下降。近日，大宗三元铝碳化物在系统中成功地合成和表征。它们的晶体结构可以被描述为通过Al3C2或4C3层交错的Zr-C层。由于过渡金属的碳化物和铝的碳化物非常保守强共价键合，这些锆的Al的-C陶瓷在室温下显示出相当高的硬度和刚度。硬度为大约ZrC的一半，但三至四倍该钛碳化硅的，并且弹性刚度为约80-90的ZrC那的。最重要的是，Zr-Al系的-C陶瓷的杨氏模量随温度缓慢降低，并且1600弹性刚度保持约80在室温下的这一点。高度的刚度即保持在升高的温度下赋予它们作为极有希望的候选者用于在高温和超高温
13、环境下的应用。另外，该含铌MAX相如Nb2AlC和Nb4AlC3，陶瓷也显示出了优异的高温机械性能。一般来说，高温刚性的劣化，强度以及蠕变多晶陶瓷的电阻可以由几个原因，包括晶界滑移，晶界的软化，并且位错运动引起的。我们以前的工作已经表明，有在最大相，锆-铝的-C和Hf-的Al-C的陶瓷的晶粒边界无非晶相。这些结果已给出一个提示，大尺寸的过渡金属如锆，铪，铌和可在这些碳化物陶瓷的高温力学性能方面发挥关键作用。以前的工作已经证明，掺杂Y，La和Zr的Al2O3增加了Al2O3抗蠕变性通过在晶界处形成强的化学结合的。如含锆，铪，铌的陶瓷具有优异的高温机械性能，预计钛碳化硅与锆，铪，和铌掺杂将增强钛碳
14、化硅的高温机械性能。批准这一假设，在本工作中，我们制备ZR-，HF-Nb-掺杂，并通过原位热压/固-液反应法，并在室温和高温下测得的机械性能。正如我们将展示在后面的章节中，该ZR-，HF-，以及Nb掺杂TI3C2的室温机械性能接近TI3C2，而高温机械性能大大提高，其中突出了新的途径，在高温下，以改善最大相的机械性能。II.ExperimentalProcedure锆掺杂的TI3C2散装材料具有不同的Zr含量为1，3，5，7，8，和10原子是由原位热压/固液钛的反应，锆，硅，铝，和石墨的粉末。在所有的样品中，约5原子的Si，以消除的TiC杂质代替铝。根据目标组合物的混合粉末，在300rpm用无水乙醇和玛瑙球在玛瑙罐的速率匀化在行星式球磨机15小时。然后，将磨
