zq5陶瓷材料.

五、无机非金属（陶瓷）材料无机非金属材料硅酸盐材料陶瓷材料五、无机非金属材料1)、硅酸盐材料：以地壳中质量分数最大的三种元素:硅、铝、氧(三种元素占地壳各元素总量的90%)所形成的硅酸盐为主要组成。原料丰富。2)、突出性能：极好的耐热性、化学稳定性、高硬度、高模量。最大缺点：韧性差1.1定义以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。20世纪40以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。1、无机非金属材料概述无机非金属材料是否就是指硅酸盐材料呢？1.2分类水泥、陶瓷、耐火材料、玻璃、搪瓷、磨料、铸石、碳素材料、人工晶体等。1.3特性耐热性——高熔点隔热性力学性能——高硬度、高强度、耐磨性化学稳定性——耐腐蚀、抗氧化性、催化电学性能——导电性、半导体、超导材料光学性能——透光性、雷达监控、隐形物（飞机）、光脑磁学性能——磁悬浮列车1.4无机非金属材料的地位和作用在国民经济中占有重要的先行地位，具有超前特性，其发展速度通常高于国民经济总的发展速度。可以说无机非金属材料工业是整个国民经济兴衰的“晴雨表”，与人类的文明生活和国民经济的发展息息相关。我国材料产量统计居世纪第一。水泥14亿吨；平板玻璃2亿重量箱=10ｍ2*2ｍｍ*2.5吨/ｍ3建筑陶瓷25亿平方米卫生瓷5000万件墙地砖2400万ｍ2——25亿ｍ2103倍品种300——2000件陶瓷材料一、陶瓷材料的分类按使用的原材料分类可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。按用途可分为日用陶瓷和工业陶瓷。按化学成分分类可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。导电玻璃玻璃幕墙陶器瓷器胎料普通的粘土瓷土（高岭土）温度一般1000度一般1100度表层不施釉或低温釉多施釉吸水性胎质粗松，断面吸水率高胎体坚固致密，断面基本不吸水，敲之发出清脆的金属声响陶器---瓷器表面效果制作材料烧制温度敲击声音二、陶瓷的制造工艺陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。1.坯料制备2.成型●可塑法●注浆法●压制法3.烧结陶瓷零件陶瓷生产工艺第二节常用工程结构陶瓷材料一、普通陶瓷普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、长石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。其组织中主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，气相占1~3%。普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。景德镇瓷器绝缘子1）定义：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷。2）特种陶瓷与普通陶瓷主要区别：(1)原料。氮化物、氧化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料。二特种陶瓷(2)人工制造的纯化合物较多。(3)在制备工艺上，广泛采用超微细粉制备、等静压成形、热压烧结等现代化工艺手段。(4)在性能上，在高温、机械、电子、宇航、医学工程等名称:先进陶瓷、精细陶瓷、工程陶瓷，新型陶瓷，近代陶瓷，高技术陶瓷，高性能陶瓷。2.1结构陶瓷常用的构陶瓷有(1)高熔点氧化物陶瓷氧化铝，氧化锆。熔点一般都在2000℃以上；(2)碳化物陶瓷。如SiC，wC，HfC，NbC，TaC，ZrC(3)硼化物陶瓷。如ZrB2等，具有很强的抗氧化能力(4)氮化物陶瓷。如，A1N，ZrN，HfN等，以及赛龙陶瓷(sialon)；(5)硅化物陶瓷。如MoSi2，ZrSi等，(6)复合陶瓷（3Al2O3·2SiO2(莫来石)等）2.2功能陶瓷指侧重应用非力学性能(如电磁、光、热、化学和生物）1装置瓷——电绝缘瓷，如高频电绝缘子、插轴、瓷轴、瓷管、基板等。2电容器陶瓷——温度补偿型、温度稳定型、高介电常数型、半导体陶瓷电容器。3压电陶瓷——晶体发生与应力成比例的极化，导致晶体两端表面出现符号相反的电荷，反之……4磁性瓷——又称为铁氧体5导电陶瓷和超导陶瓷6半导体陶瓷——导电性介于导电和绝缘介质之间的陶瓷材料。它多半用于敏感元件7生物功能陶瓷——生物医学材料（氧化铝、碳素材料、高密度羟基磷灰石、氧化锆）结构陶瓷材料氧化物结构陶瓷特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。Al2O3陶瓷ZrO2陶瓷BeO陶瓷MgO陶瓷结构陶瓷材料Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。主晶相为刚玉（α－Al2O3），随着SiO2质量百分数的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶相的不同，分为刚玉瓷、刚玉－莫来石瓷和莫来石瓷。Al2O3有三中结晶形态，即α、β、γ型。α型是高温型，而γ型是低温型。其中刚玉瓷的性能最佳。根据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。氧化铝陶瓷耐高温性能好，可使用到1950℃,。具有良好的电绝缘性能及耐磨性。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石).95瓷纺织件99瓷纺织件氧化铝耐高温喷嘴结构陶瓷材料Al2O3陶瓷的性能及应用1。强度高2。硬度高：机械加工磨料、磨具、切削工具等3。熔点高、抗腐蚀：耐火材料、炉管、热电偶保护套等4。化学稳定性好：坩埚、人体关节、人工骨骼5。电绝缘性好：基板、火化塞、电路外壳6。光学性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光振荡元件等结构陶瓷材料ZrO2陶瓷ZrO2陶瓷有三种晶型。常温下是单斜晶系，1000度以上转变为四方晶系，到2300度以上又转变成立方晶系。由单斜向四方的转变是可逆的，并伴随7％的体积变化。导致陶瓷在烧结时容易开裂，为此，要加入适量的稳定剂，如Y2O3。ZrO2陶瓷的特点是热导率小，是理想的高温绝热材料。化学稳定性好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蚀，可用作特种耐火材料；硬度高，可制作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；强度高、韧性好，可制作发动机构件等。ZrO2氧化锆单相陶瓷部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。部分稳定氧化锆制品结构陶瓷材料BeO陶瓷BeO晶体无色，属六方晶系，在固态下无晶型转变，结构稳定。BeO陶瓷的导热系数大，线膨胀系数不大，抗热震性高，高温电绝缘性好，电导率低，介电常数高；硬度与Al2O3差不多，化学稳定性好，是抵抗炭还原作用最强的一种氧化物。MgO陶瓷耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀，可以用作坩埚冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等。也可用于高温热电偶保护套等结构陶瓷材料炭化物结构陶瓷特点：高耐火度、高硬度、高耐磨性。SiC陶瓷有两种晶体结构：α－SiC和β－SiC。前者属六方晶系，是高温稳定相；后者属等轴晶系，是低温稳定相。SiC陶瓷的莫氏硬度13，在1400度的高温下仍能保持相当高的弯曲强度；碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。常压烧结碳化硅碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC轴承2.碳化物陶瓷碳化物陶瓷的硬度极高，抗磨损能力很强，熔点高达2450℃左右。但在高温下会氧化，其使用温度限定在900℃以下。主要用途是制作磨料。3.其它碳化物陶瓷碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钨等陶瓷的熔点和硬度都很高，所以通常作高温材料。结构陶瓷材料氮化物结构陶瓷特点：高耐火度、高硬度、高耐磨性。Si3N4陶瓷是强共价键材料，原子结合力强，属六方晶系。氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。烧结工艺优点缺点反应烧结烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状密度低，强度低，耐蚀性差热压烧结用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低2.氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷的主晶相是BN，属于共价键晶体。其晶体结构与石墨相仿，为六方晶格，故有白石墨之称。此类陶瓷具有良好的导热性和耐热性；热膨胀系数小；绝缘性好；化学稳定性高；有自润性。热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。Si3N4轴承功能陶瓷材料什么是功能陶瓷功能陶瓷是指具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料，其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等功能陶瓷材料功能陶瓷的种类电子陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷光学陶瓷生物陶瓷敏感陶瓷功能陶瓷材料电子陶瓷压电陶瓷当外力作用于晶体时，发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这种由于形变而产生的电效应，称为压电效应。反之，当在晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场成比例的变形或压力，称之为逆压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料功能陶瓷材料压电陶瓷的种类压电陶瓷主要有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸钡（PZT）、改性PZT等。压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对钛酸钡和钛酸铅，当温度高于居里温度Tc时，为立方晶体，具有对称性，无压电效应；低于Tc时，为四方晶体，具有非对称性，有压电效应。功能陶瓷材料压电陶瓷的应用压电陶瓷的有点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化方向，添加不同成分，可改变压电特性。压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声仪器上的振子；也可用作声电转换器。压电陶瓷收到机械应力的作用时，由压电效应发生的电能可用于煤气灶的点火器和打火机等；压电陶瓷还可用于滤波器等。功能陶瓷材料光电陶瓷当光电陶瓷受到光照射时，由于能带间的迁移和能带与能级间的迁移而引起光的吸收现象时，能带内产生自由载流子，而使电导率增加，这种现象称为光电导现象。光电陶瓷是具有光电导效应的陶瓷材料利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检测从波长很短的X射线到波上很长的紫外线的光敏元件主要是烧结GdS（钆）多晶；如果在GdS中添加Cu杂质，可以用作检测可见光的光敏元件功能陶瓷材料超导陶瓷1986年超导陶瓷的出现，使超导体的临界温度Tc有了很大提高。出现了高温超导体。超导陶瓷主要有：1。镧系高温超导陶瓷：以La2CuO3为代表；2。钇系高温超导陶瓷：以YBa2Cu2Oy为代表；3。铋系高温超导陶瓷：以Bi-Sr-Cu-O为代表；4。铊系高温超导陶瓷：以Ta-Ba-Ca-Cu-O为代表；功能陶瓷材料超导陶瓷的应用在信息领域：用作高速转换元件、通信元件和连接电路。在生物医学领域：用于核磁共振断层摄像仪、量子干涉仪、等。在交通运输领域：完全抗磁体制造的磁悬浮列车、电磁推进器、飞机航天飞机发射台等。在电子能源领域：用于超导磁体发电、超导输电、超导储能等在宇宙开发、军事领域：无螺旋浆无噪声电磁推进器、超导磁炮等。功能陶瓷材料磁性陶瓷什么是铁氧体？铁氧体是铁和其他金属的复合氧化物，MO-Fe2O3，M代表一价、二价金属。铁氧体属半导体，电阻率在1-1010Ωm。由于电阻率高，涡流损失小，介质耗损低，故广泛用于高频和微波领域。磁性陶瓷主要指铁氧体铁氧体软磁铁氧体硬磁铁氧体功能陶瓷材料软磁铁氧体主要有：尖晶石型的Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mg-Zn铁氧体、Li-Zn铁氧体和磁铅石型的甚高频铁氧体（Ba3Co2Fe24O41）。软磁铁氧体主要用于无线电电子学和电讯工