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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高温氧化腐蚀陶瓷材料的分类及发展前景学校:太原理工大学学院:材料科学与工程专业：无机0801姓名：孙佩摘要：根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。通过对各类陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。引言陶瓷材料在人类生活和现代化建设中是不可缺少的一种材料。它是继金属材料，非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点，在不断
2、改性的过程中，已经使它的易碎性有了很大的改善。陶瓷材料以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会发展中将发挥非常重要的作用。陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。现代先进陶瓷的性能稳定、高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐酸耐碱、耐磨损、抗氧化以及良好的光学性能、声学性能、电磁性能、敏感性等性能远优于金属材料和高分子材料；而且，先进陶瓷是根据所要求的产品性能，经过严格的成分和生产工艺制造出来的高性能材料，因此可用于高温和腐蚀介质的环境当中，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。在此，笔者将对先进陶瓷的种类及应用领域做详细的介绍。1.结构陶瓷陶瓷材料优异的特
3、性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、高导热性能、低膨胀系数、质轻等特点，因而在很多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。氧化物陶瓷氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷，氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。氧化铝陶瓷，利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能，可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。利用其强度和硬
4、度较大的性能，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。氧化镁在空气中易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造过程中必须注意。为了减少吸潮，应适当提高煅烧温度，增大粒度，也可增加一些添加剂，如TiO2、Al2O3等。氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数，约为/，可用来做散热器件；氧化铍陶瓷还具有良好的核性能，对中子减速能力强，可用作原子反应堆的减
5、速剂和防辐射材料；另外，利用它的高温比体积电阻较大的性质，可用来做高温绝缘材料；利用它的耐碱性，可以用来作冶炼稀有金属和高纯金属铍、铂、钒的坩埚。氧化锆陶瓷耐火度高，比热和导热系数小，是理想的高温绝缘材料；化学稳定性好，高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀。氧化锆坩埚用于冶炼金属及合金，如铂、钯、铷、铑的冶炼和提纯。对钢水很稳，是连续铸锭的耐火材料。氧化锡陶瓷热膨胀系数小，导热系数高，高温稳定性高，所以可以用来做高温导热材料。高温时的导电率高，可以用作高温导电材料。另外，氧化锡陶瓷抵抗玻璃液的侵蚀能力强，可做坩埚和玻璃电熔的电极。莫来石陶瓷机械强度较高，高温荷重下变形小，热膨胀系数小，抗冲击性好。
6、可用来制造热电偶保护管、电绝缘管，高温炉衬，还可以用来制造多晶莫来石纤维，高频装置瓷的零件等。非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷包括碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷不同于氧化物陶瓷，在自然界中存在的很少，需要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺制成成品。氮化物、碳化物、硫化物的标准生成自由焓一般都大于相应氧化物，说明生成的氧化物更为稳定。所以，在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物。氧化物原子间的化学键主要是离子键，非氧化物之间一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷难熔、难烧结。碳化硅陶瓷共价键性极强，在高温下仍保持高的键和强度，强度降低不明显，且膨胀系数小，耐蚀性优良，可
7、作高温结构零部件。碳化硅陶瓷由于熔点高、硬度大主要用作超硬材料、工具材料、耐磨材料，以及高温结构材料；利用它导热系数高、膨胀系数低的特点，可作导热材料、发热材料等。碳化硅陶瓷主要应用于石油工业、化学工业、汽车、飞机、火箭、机械矿业、造纸工业、热处理、核工业、微电子工业、激光等行业。氮化物陶瓷种类很多，它包括氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化钛陶瓷等。氮化硅陶瓷具有耐高温、耐磨性，在陶瓷发动机中用于燃气轮机的转子、锭子和涡形管；由于抗震性好、耐腐蚀、摩擦系数小、热膨胀系数小等特点，广泛应用于冶金和热加工工业中。氮化铝陶瓷可作为熔融金属用坩埚、保护管、真空蒸度用容器，还可用作真空中蒸镀Au的
8、容器、耐热转、耐热夹具等。电绝缘电阻高、优良的介电系数和低的介电损耗，机械性能好，耐腐蚀，透光性强，根据以上特性可用作高温构件、热交换材料、浇注模具材料以及非氧化电炉的炉衬材料等。氮化硼陶瓷较好的耐高温性、电绝缘性，用作电气工业部门的绝缘材料。由于导热性几乎不随温度变，及对微波辐射的穿透性能，可用作雷达的传递窗。氮化硼中有硼原子存在，故具较强中子吸收能力用作原子反应堆的结构材料。利用它的熔点高、热膨胀系数小及几乎对所有熔融金属都稳定的性能，可用作高温金属冶炼坩埚、耐火材料、热片及导热材料，是制造发动机部件的最佳材料氮化硅陶瓷硬度高、熔点高、化学稳定性好且具金黄色金属光泽材料连接新技术学院：班级
9、:姓名:先进陶瓷材料的连接陶瓷是指以各种金属的氧化物、氮化物、碳化物(来自:写论文网:陶瓷材料的高温氧化腐蚀)、硅化物为原料，经适当配料、成形和高温烧结等人工合成的无机非金属材料。陶瓷具有很多独特的性能。这类材料一般是由共价键、离子键和混合键结合而成，键合力强，具有很高的弹性模量和硬度。陶瓷材料按其应用特性分为功能陶瓷和工程结构陶瓷两大类。功能结构陶瓷是指具有电、磁光、声、热等功能的陶瓷材料，从性能上分有铁电、压电、光电、声光、磁光、生物等功能陶瓷。工程结构陶瓷强调材料的力学性能，以其具有的耐高温、高强度、超硬度、高绝缘性、高耐磨性、耐腐蚀等性能，在工程领域得到广泛应用。陶瓷材料是用天然或合成
10、化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷材料多相多晶材料，一般由晶相，玻璃相和气相组成。其显微结构是由和制造工艺所决定的。晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐，氧化物和非氧化物三种。玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是连接晶相，填充晶相间的间隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相的组成随着胚料组成，分散度，烧结时间以及炉内气氛的不同而变化。玻璃相会降低陶瓷的强度，耐热耐火性和绝缘性。气相是指陶瓷孔隙中的气体。
11、陶瓷的性能受气孔的含量，形状，分布等的影响。气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低绝缘性，降低致密度，提高绝热性和抗震性。对功能陶瓷的光，电，磁等性能也会有影响。氧化物陶瓷:氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。例如：氧化铝陶瓷:三氧化二铝为主晶相。根据三氧化二铝含量和添加剂的不同，有不同系列。如根据三氧化二铝含量不同可分为75瓷，85瓷，99瓷等；根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷；根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚
12、玉等。氮化物陶瓷：氮化物包括非金属和金属元素氮化物，他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多，但都不是天然矿物，而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼、氮化铝、氮化钛等。例如：氮化硅陶瓷:Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小，因此具有较好的抗热震性能;在陶瓷材料中，Si3N4的弯曲强度比较高，硬度也很高，Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化，抗执化温度达1800。陶瓷的主要制备工艺过程包括坯料制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：坯料制备、成型、干燥、烧结、后处理、成品。制备：通过机
13、械或物理或化学方法制备坯料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团；成型：将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型；烧结：生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。烧结是指成型后的坯体在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固烧结体的致密化过程。工
14、程结构陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度、耐磨损、抗氧化、抗腐蚀等优良性能，广泛应用于航空航天、电力电子、能源交通等领域，成为经济和国防发展中不可缺少的支撑材料。但是由于陶瓷本身的脆性使其加工性能差，难以制成尺寸大、形状复杂的构件，从而限制了其进一步的应用与发展。金属材料具有优良的室温强度、延展性、导电性和导热性，与陶瓷材料在性能上形成了一种明显的互补关系。将两种材料结合起来，就可以充分利用各自的优良性能，制造出满足要求的复杂构件，不仅能够降低成本，对陶瓷与金属材料的应用与发展也具有重要意义。由于陶瓷与金属在物理、化学性质上的差异，使得二者之间的连接成为国内外学者研究的热点问题。陶瓷与金属的连
15、接方法：陶瓷与金属的连接问题主要表现在以下几个方面：陶瓷与金属键型不同，难以实现良好的冶金连接；陶瓷与金属的热膨胀系数差异大，连接接头容易产生较大的残余应力，致使接头强度低；陶瓷表面润湿性差，连接工艺确定困难。目前，关于陶瓷与金属连接方法的研究已有很多，包括机械连接、粘接连接、钎焊连接、固相扩散连接、瞬时液相连接、熔化焊、自蔓延高温合成连接、摩擦焊、微波连接、超声连接等方法。钎焊是最常用的连接陶瓷与金属的方法之一，它是以熔点比母材低的材料做钎料，加热到略高于钎料熔点的温度，利用熔化的液态钎料润湿被连接材料表面，从而填充接头间隙，通过母材与钎料间元素的互扩散实现连接。普通金属钎料在陶瓷表面的润湿
16、性较差，因而提高钎料在陶瓷表面的润湿性成为获得高质量钎焊接头的保证。陶瓷与金属的钎焊连接可以分为直接钎焊和间接钎焊。直接钎焊又叫活性金属钎焊法，是在钎料中加入活性元素，通过化学反应在陶瓷表面形成反应层，以提高钎料在陶瓷表面的润湿性。这些活性元素通常包括Ti、Zr、Hf、V、Ta、Nb、Cr等，如Ag-Cu-Ti钎料就是在Ag-Cu共晶钎料中加入活性元素Ti，显著提高了钎料的润湿能力，是现在应用非常广泛的一种钎料。非晶态高温钎料的研制，也大大地增加了陶瓷与金属钎焊接头的应用范围间接钎焊是先将陶瓷表面进行金属化，再利用常规钎料进行钎焊连接，因而又称两步法钎焊。陶瓷表面与金属化的目的就是解决钎料在陶瓷表面润湿性差的问题，电子工业中
