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1、陶瓷是各种无机非金属材料的总称，是陶瓷是各种无机非金属材料的总称，是现代工业固体材料的三大支柱之一，是许多现代工业固体材料的三大支柱之一，是许多高新技术领域中不可缺少的关键材料。高新技术领域中不可缺少的关键材料。陶瓷在汽车上的应用很广，如耐高温、陶瓷在汽车上的应用很广，如耐高温、高压的火花塞，陶瓷发动机等。高压的火花塞，陶瓷发动机等。第7章 精细陶瓷一、陶瓷的分类一、陶瓷的分类1. 1.传统陶瓷传统陶瓷 以天然的硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫以天然的硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷，主要用于日用、建筑、卫生陶瓷硅酸盐陶瓷，主要用于日用、建筑、卫生陶瓷制品以及工业上应用的高低压电瓷、耐酸
2、及过制品以及工业上应用的高低压电瓷、耐酸及过滤陶瓷等。滤陶瓷等。第一节 陶瓷的分类、组成及性能2. 2.精细陶瓷精细陶瓷 区别于传统陶瓷，近代发展起来的各种陶区别于传统陶瓷，近代发展起来的各种陶瓷总称为精细陶瓷，也可称为新型陶瓷、高瓷总称为精细陶瓷，也可称为新型陶瓷、高技术陶瓷或特种陶瓷。技术陶瓷或特种陶瓷。第一节 陶瓷的分类、组成及性能按性能分按性能分 分为高强度陶瓷、高温陶瓷、分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、卫瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、卫生陶瓷。生陶瓷。 按用途分按用途分 分
3、为结构陶瓷和功能陶瓷。分为结构陶瓷和功能陶瓷。第一节 陶瓷的分类、组成及性能 按化学组成分按化学组成分 分为氧化物（氧化铝、氧分为氧化物（氧化铝、氧化锆、氧化镁）陶瓷；氮化物（氮化铝、氮化锆、氧化镁）陶瓷；氮化物（氮化铝、氮化硅、氮化硼）陶瓷；碳化物（碳化硅、碳化硅、氮化硼）陶瓷；碳化物（碳化硅、碳化硼）陶瓷；复合陶瓷（氧氮化硅铝陶瓷、化硼）陶瓷；复合陶瓷（氧氮化硅铝陶瓷、镁铝尖晶石陶瓷、锆钛酸铝镧陶瓷）；金属镁铝尖晶石陶瓷、锆钛酸铝镧陶瓷）；金属陶瓷和纤维增强陶瓷。陶瓷和纤维增强陶瓷。第一节 陶瓷的分类、组成及性能二、陶瓷的组织结构二、陶瓷的组织结构 由晶相、玻璃相、气相组成。各相的组成、由
4、晶相、玻璃相、气相组成。各相的组成、数量、形状和分布都会影响陶瓷的性能。数量、形状和分布都会影响陶瓷的性能。第一节 陶瓷的分类、组成及性能1 1晶相晶相 是陶瓷的基本组成。主要有两种晶是陶瓷的基本组成。主要有两种晶体结构，即离子键构成的离子晶体和共价键组体结构，即离子键构成的离子晶体和共价键组成的共价晶体。它们都具有很高的结合能。成的共价晶体。它们都具有很高的结合能。第一节 陶瓷的分类、组成及性能2 2玻璃相玻璃相 陶瓷烧结时，各组成物和杂质经陶瓷烧结时，各组成物和杂质经物理化学反应形成的液相，冷凝后仍为非晶物理化学反应形成的液相，冷凝后仍为非晶态结构的部分。分布在晶相之间，起粘结晶态结构的部
5、分。分布在晶相之间，起粘结晶体、填充气孔空隙和抑制晶粒长大的作用。体、填充气孔空隙和抑制晶粒长大的作用。3 3气相气相 即陶瓷中残留的气体形成的气孔。即陶瓷中残留的气体形成的气孔。第一节 陶瓷的分类、组成及性能三、陶瓷的性能三、陶瓷的性能1 1力学性能力学性能 高硬度、高耐磨性，几乎没有高硬度、高耐磨性，几乎没有塑性，完全是脆性断裂，冲击韧度和断裂韧塑性，完全是脆性断裂，冲击韧度和断裂韧度很低。抗拉强度低，但抗压强度较高。弹度很低。抗拉强度低，但抗压强度较高。弹性模量高，可达金属的数倍。性模量高，可达金属的数倍。第一节 陶瓷的分类、组成及性能2 2热性能热性能 熔点高，高温强度好。耐高温，熔点
6、高，高温强度好。耐高温，不氧化，高温抗蠕变能力强。热膨胀系数低，不氧化，高温抗蠕变能力强。热膨胀系数低，导热性小，高温绝热性好，但抗热震性差，导热性小，高温绝热性好，但抗热震性差，温度剧烈变化时易破裂。温度剧烈变化时易破裂。第一节 陶瓷的分类、组成及性能3 3化学性能化学性能 对酸、碱、盐有良好抗蚀能力，对酸、碱、盐有良好抗蚀能力，化学稳定性很高。化学稳定性很高。第一节 陶瓷的分类、组成及性能4 4电性能电性能 陶瓷都有较好的电绝缘性能，可陶瓷都有较好的电绝缘性能，可直接作绝缘材料，也可做半导体材料。直接作绝缘材料，也可做半导体材料。第一节 陶瓷的分类、组成及性能 精细陶瓷以精制高纯化工产品为
7、原料，采精细陶瓷以精制高纯化工产品为原料，采用各种先进的成型、烧结或其它工艺制成。用各种先进的成型、烧结或其它工艺制成。在热学上具有耐热、隔热、导热、集热等特在热学上具有耐热、隔热、导热、集热等特性；在力学上具有硬质、耐磨、高温强度高、性；在力学上具有硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨胀性；在化学上具有强的润滑性、耐热低膨胀性；在化学上具有强的化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂作用；在电磁学上具有绝缘性、导电性、压作用；在电磁学上具有绝缘性、导电性、压电性、半导体性、磁性、介电性、离子导电电性、半导体性、磁性、介电性、离子导电性、电子发射性等。性
8、、电子发射性等。第二节 精细陶瓷简介一氧化铝陶瓷一氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是氧化铝陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是A1A12 20 03 3和和SiOSiO2 2。A1A12 20 03 3含量越高性能越好，按含量越高性能越好，按A1A12 20 03 3的含量分为的含量分为7575瓷、瓷、8585瓷、瓷、9696瓷、瓷、9999瓷等。瓷等。第二节 精细陶瓷简介 氧化铝陶瓷 的特性 1 1氧化铝陶瓷强硬度高氧化铝陶瓷强硬度高 2 2氧化铝陶瓷脆性大氧化铝陶瓷脆性大 3 3氧化铝陶瓷高温性能好氧化铝陶瓷高温性能好 4 4氧化铝瓷的耐磨性好氧化铝瓷的耐磨性好第二节 精细陶瓷简介二氮
9、化硅陶瓷二氮化硅陶瓷( (一一) )氮化硅生产方法氮化硅生产方法1. 1.反应烧结法反应烧结法 将硅粉或硅粉与将硅粉或硅粉与Si Si3 3N N4 4粉混合成型后，放入粉混合成型后，放入氮化炉中于氮化炉中于12001200预氮化，然后可以用机械预氮化，然后可以用机械加工的方法加工成所需要的尺寸形状，最后加工的方法加工成所需要的尺寸形状，最后再放人炉中在再放人炉中在14001400进行进行20202525小时的最终氮小时的最终氮化，成为尺寸精确的制品。化，成为尺寸精确的制品。第二节 精细陶瓷简介2. 2.热压烧结法热压烧结法 在在Si Si3 3N N4 4粉中加入少量促进烧粉中加入少量促进烧
10、结的添加剂（如氧化镁），装入石墨制造的结的添加剂（如氧化镁），装入石墨制造的模具中，在模具中，在1600160017001700和和2 23103107 7PaPa条件条件下烧结，得到几乎没有气相的致密制品。下烧结，得到几乎没有气相的致密制品。第二节 精细陶瓷简介（二）氮化硅陶瓷性能和应用 1 1氮化硅稳定性好氮化硅稳定性好 2 2氮化硅硬度高氮化硅硬度高 3 3氮化硅耐磨性好氮化硅耐磨性好 4 4氮化硅热胀系数小氮化硅热胀系数小 5 5氮化硅组织致密氮化硅组织致密 6 6制造特殊性能零件制造特殊性能零件 7 7制造刀具制造刀具第二节 精细陶瓷简介三碳化硅陶瓷三碳化硅陶瓷 碳化硅粉是把石英、碳
11、和木屑装入电弧炉碳化硅粉是把石英、碳和木屑装入电弧炉中，在中，在1900190020002000的高温下合成的。的高温下合成的。第二节 精细陶瓷简介1 1碳化硅陶瓷生产方式碳化硅陶瓷生产方式 碳化硅和氮化硅一样，生产方式也有反应碳化硅和氮化硅一样，生产方式也有反应烧结和热压烧结两种。烧结和热压烧结两种。 2 2碳化硅陶瓷特性碳化硅陶瓷特性 高温强度大，热传导能力高，热稳定性、高温强度大，热传导能力高，热稳定性、耐蚀性、耐磨性、抗蠕变性优异。耐蚀性、耐磨性、抗蠕变性优异。第二节 精细陶瓷简介3 3、碳化硅陶瓷的应用、碳化硅陶瓷的应用 碳化硅用于火箭尾喷嘴、浇注金属用的喉碳化硅用于火箭尾喷嘴、浇注
12、金属用的喉嘴、热电偶套管、炉管、燃气轮机的叶片、嘴、热电偶套管、炉管、燃气轮机的叶片、轴承等零件。及高温下热交换器材料、核燃轴承等零件。及高温下热交换器材料、核燃料的包封材料和制作各种泵的密封圈。料的包封材料和制作各种泵的密封圈。第二节 精细陶瓷简介四氮化硼陶瓷四氮化硼陶瓷 氮化硼晶体结构与石墨相似，性能也有很氮化硼晶体结构与石墨相似，性能也有很多相近之处，又称多相近之处，又称“白石墨白石墨”。有良好的耐。有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，是理想的散热材料和高温绝缘材料。是理想的散热材料和高温绝缘材料。第二节 精细陶瓷简介 氮化硼化学稳定性好
13、，能抵抗大部分熔融氮化硼化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的侵蚀。有很好的自润滑性。硬度低，金属的侵蚀。有很好的自润滑性。硬度低，可进行机械加工。可进行机械加工。 用于制造熔炼半导体的坩埚及冶金用高温用于制造熔炼半导体的坩埚及冶金用高温容器、半导体散热绝缘零件、高温轴承、热容器、半导体散热绝缘零件、高温轴承、热电偶套管及玻璃成型模具等。电偶套管及玻璃成型模具等。第二节 精细陶瓷简介五氧化物陶瓷五氧化物陶瓷氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷 氧化锆具有高强度和韧性、氧化锆具有高强度和韧性、高硬度和耐磨性以及高抗化学腐蚀性，导热高硬度和耐磨性以及高抗化学腐蚀性，导热系数小。可用做刀具、隔热材料，以及做滑系数小。
14、可用做刀具、隔热材料，以及做滑动零部件，如拔丝模、轴承、喷嘴、泵部件、动零部件，如拔丝模、轴承、喷嘴、泵部件、粉碎机部件等。粉碎机部件等。第二节 精细陶瓷简介氧化锆陶瓷第二节 精细陶瓷简介氧化铍陶瓷氧化铍陶瓷 氧化铍陶瓷导热性好，抗热氧化铍陶瓷导热性好，抗热冲击性好，适于做高频电炉的坩埚。还可用冲击性好，适于做高频电炉的坩埚。还可用做激光管、晶体管散热片、集成电路的外壳做激光管、晶体管散热片、集成电路的外壳和基片等。和基片等。第二节 精细陶瓷简介汽车陶瓷电路板汽车陶瓷电路板第二节 精细陶瓷简介氧化镁陶瓷氧化镁陶瓷 氧化镁陶瓷是典型的碱性耐氧化镁陶瓷是典型的碱性耐火材料，用于冶炼高纯度铁、铁合金
15、、铜、火材料，用于冶炼高纯度铁、铁合金、铜、铝、镁等以及熔化高纯度铀、钍及其合金。铝、镁等以及熔化高纯度铀、钍及其合金。但机械强度低、热稳定性差、易水解。但机械强度低、热稳定性差、易水解。第二节 精细陶瓷简介 精细陶瓷具有各种优异的特性，应用于汽精细陶瓷具有各种优异的特性，应用于汽车上，可以有效地降低车辆的重量、提高发车上，可以有效地降低车辆的重量、提高发动机的热效率、降低油耗，减少排气污染、动机的热效率、降低油耗，减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都有重要意义。有重要意义。第三节 陶瓷在汽车上的应用保时捷的陶瓷刹车保时捷的陶瓷刹车第三节
16、陶瓷在汽车上的应用保保时时捷捷陶陶瓷瓷复复合合制制动动第三节 陶瓷在汽车上的应用奥奥迪迪A A8 8陶陶瓷瓷制制动动刹刹车车盘盘第三节 陶瓷在汽车上的应用汽汽车车蜂蜂窝窝陶陶瓷瓷第三节 陶瓷在汽车上的应用汽汽车车陶陶瓷瓷载载体体催催化化剂剂第三节 陶瓷在汽车上的应用尾气用蜂窝陶瓷载体尾气用蜂窝陶瓷载体第三节 陶瓷在汽车上的应用汽汽车车大大灯灯陶陶瓷瓷插插座座第三节 陶瓷在汽车上的应用汽车陶瓷灯座汽车陶瓷灯座第三节 陶瓷在汽车上的应用1 1陶瓷纤维活塞陶瓷纤维活塞 用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，耐磨性好，可以有效地防止铝合金活塞由于耐磨性好，可以有效地防
17、止铝合金活塞由于热膨胀系数大而产生的热膨胀系数大而产生的“冷敲热拉冷敲热拉”现象。现象。第三节 陶瓷在汽车上的应用2 2陶瓷气门、气门座、摇臂零件陶瓷气门、气门座、摇臂零件 精细陶瓷可用于制作气门、气门座、摇臂精细陶瓷可用于制作气门、气门座、摇臂等零件，以充分发挥其耐热性、耐磨性优良等零件，以充分发挥其耐热性、耐磨性优良的特性。的特性。第三节 陶瓷在汽车上的应用陶瓷机械结构件陶瓷机械结构件第三节 陶瓷在汽车上的应用陶陶瓷瓷机机械械结结构构件件第三节 陶瓷在汽车上的应用3 3陶瓷火花塞，进、排气管陶瓷火花塞，进、排气管 精细陶瓷耐蚀性强，高温热稳定性好，用精细陶瓷耐蚀性强，高温热稳定性好，用作火
18、花塞基体。陶瓷作进、排气管，可以承作火花塞基体。陶瓷作进、排气管，可以承受受800800900900的高温，取消隔热板，减少发的高温，取消隔热板，减少发动机体积，并使排气净化效果提高动机体积，并使排气净化效果提高2 2倍。倍。第三节 陶瓷在汽车上的应用火花塞火花塞第三节 陶瓷在汽车上的应用火花塞火花塞第三节 陶瓷在汽车上的应用火花塞火花塞第三节 陶瓷在汽车上的应用4 4陶瓷传感器陶瓷传感器 功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件制作中，如稀空燃比燃烧传感器及敏感元件制作中，如稀空燃比燃烧传感器及传动装置传感器、温度传感器、废气传感器传动装置传感器、温度
19、传感器、废气传感器（包括浓差电池式氧化锆传感器、临界电流（包括浓差电池式氧化锆传感器、临界电流式氧化锆传感器、半导体型氧化锆传感器、式氧化锆传感器、半导体型氧化锆传感器、COCO传感器等）、湿度传感器、压电性传感器传感器等）、湿度传感器、压电性传感器（爆震性传感器、超声波传感器）、硅压力（爆震性传感器、超声波传感器）、硅压力传感器等。传感器等。第三节 陶瓷在汽车上的应用汽车陶瓷压力传感器第三节 陶瓷在汽车上的应用5 5陶瓷绝热发动机陶瓷绝热发动机 陶瓷发动机的汽缸套、活塞、气门等燃烧陶瓷发动机的汽缸套、活塞、气门等燃烧室零件有室零件有4040为陶瓷材料制成，取消了散热为陶瓷材料制成，取消了散热
20、器和冷却装置，提高功率器和冷却装置，提高功率1010，燃烧消耗降，燃烧消耗降低低3030。第三节 陶瓷在汽车上的应用陶陶瓷瓷密密封封环环第三节 陶瓷在汽车上的应用陶陶瓷瓷喷喷嘴嘴第三节 陶瓷在汽车上的应用第三节 陶瓷在汽车上的应用小结一、陶瓷的组织是由晶体相、玻璃相和气相一、陶瓷的组织是由晶体相、玻璃相和气相组成。陶瓷在力学性能上表现出突出的硬而组成。陶瓷在力学性能上表现出突出的硬而脆的特点。在热性能上表现出高熔点、高热脆的特点。在热性能上表现出高熔点、高热强性、高抗氧化性，是有发展前途的高温材强性、高抗氧化性，是有发展前途的高温材料。另外，陶瓷的耐蚀性、绝缘性也都很好。料。另外，陶瓷的耐蚀性
21、、绝缘性也都很好。小结二、常用精细陶瓷有氧化铝陶瓷、氮化硅陶二、常用精细陶瓷有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷（包括氧化锆陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化镁陶（包括氧化锆陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化镁陶瓷等）。瓷等）。三、在汽车上，利用精细陶瓷特性可以制作三、在汽车上，利用精细陶瓷特性可以制作陶瓷绝热发动机、气门、气门座、摇臂、汽陶瓷绝热发动机、气门、气门座、摇臂、汽油机点火系火花塞的基体，进、排气管，活油机点火系火花塞的基体，进、排气管，活塞、活塞环、喷嘴、轴承等零件以及汽车调塞、活塞环、喷嘴、轴承等零件以及汽车调控系统的敏感元件等。控系统的敏感元件等。
