典型的陶瓷材料.ppt

第一节第一节 结构陶瓷结构陶瓷第二节第二节 功能陶瓷功能陶瓷第三节第三节 陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料第四节第四节 玻玻 璃璃第七章第七章 典型的陶瓷材料典型的陶瓷材料第一节第一节 结构陶瓷结构陶瓷q 陶瓷的分类陶瓷的分类氧化物陶瓷（氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）等）碳化物陶瓷（碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）等）氮化物陶瓷（氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）等）新型碳化物陶瓷（新型碳化物陶瓷（C3N4等）等）硼化物陶瓷（硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等）等）复合陶瓷（复合陶瓷（3Al2O32SiO2(莫来石莫来石)等）等）按成分按成分按成分按成分分分分分 类类类类普通陶瓷（硅酸盐材料）普通陶瓷（硅酸盐材料）特种陶瓷（人工合成材料）特种陶瓷（人工合成材料）按原料分类按原料分类按原料分类按原料分类结构陶瓷结构陶瓷功能陶瓷功能陶瓷陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料玻玻 璃璃按用途分类按用途分类按用途分类按用途分类 晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构 氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3。-Al2O3属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，在在1600转变为转变为-Al2O3。-Al2O3 属于六方系，稳定属于六方系，稳定性好，在熔点性好，在熔点2050 之前不发生晶型转变。之前不发生晶型转变。q 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 Al2O3少量少量SiO2。根据。根据Al2O3含量可分为刚玉含量可分为刚玉-莫来莫来瓷（瓷（75瓷，瓷，wAl2O3=75%）和刚玉瓷（）和刚玉瓷（95瓷，瓷，99瓷）。瓷）。制备方法制备方法制备方法制备方法：原料煅烧原料煅烧配料配料球磨球磨成形成形烧结烧结 性能与应性能与应性能与应性能与应 用用用用：1）高高强强度度、高高温温稳稳定定性性：装装饰饰瓷瓷，喷喷嘴嘴、火火箭箭、导导弹弹的导流罩的导流罩；2）高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性：切切削削工工具具，模模具具，磨磨料料，轴轴承承，人造宝石；人造宝石；3）低低的的介介电电损损耗耗、高高电电阻阻率率、高高绝绝缘缘性性：火火花花塞塞，电电 路基板，管座；路基板，管座；4）熔熔点点高高、抗抗腐腐蚀蚀：耐耐火火材材料料，坩坩埚埚，炉炉管管，热热电电偶偶保护套等；保护套等；5）离子导电性：）离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。太阳能电池材料和蓄电池材料等。6）生物相容性：）生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。还可用于制作人工骨骼和人造关节等。晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构q 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷m-ZrO2：单斜晶系（：单斜晶系（1170）t-ZrO2：四方晶系（：四方晶系（11702370）c-ZrO2：立方晶系（：立方晶系（23702715）备注：备注：氧化锆熔点为氧化锆熔点为2715。性能与应用性能与应用性能与应用性能与应用1）热导率小，化学稳定性好、耐腐蚀性高：）热导率小，化学稳定性好、耐腐蚀性高：可用于高可用于高温绝缘材料、耐火材料，如熔炼铂和铑等金属的坩埚、温绝缘材料、耐火材料，如熔炼铂和铑等金属的坩埚、喷嘴、阀心、密封器件等：喷嘴、阀心、密封器件等：2）硬度高，耐磨性好：）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高尔夫球棍头等。剪刀、高尔夫球棍头等。3）具有敏感特性：）具有敏感特性：可做气敏元件，还可作为高温燃料可做气敏元件，还可作为高温燃料电池固体电解隔膜、钢液测氧探头等。电池固体电解隔膜、钢液测氧探头等。q 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 以以SiC为主要成分的陶瓷。为主要成分的陶瓷。具有很高的高温强度，在具有很高的高温强度，在1400时抗弯强度仍保持时抗弯强度仍保持在在500600MPa，工作温度可达，工作温度可达1700；有很好的热稳；有很好的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐辐射性。辐射性。制作火箭尾喷管喷嘴、浇注金属的浇道口、轴承、制作火箭尾喷管喷嘴、浇注金属的浇道口、轴承、轴套、密封阀片、轧钢用导轮、内燃机器件、热电偶保轴套、密封阀片、轧钢用导轮、内燃机器件、热电偶保护套管、炉管、核燃料包封材料等。护套管、炉管、核燃料包封材料等。q 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 以以Si3N4为主要成分的陶瓷。为主要成分的陶瓷。氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系数小，耐磨氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系数小，耐磨性好，抗热振性大大高于其它陶瓷。它具有优良的化学性好，抗热振性大大高于其它陶瓷。它具有优良的化学稳定性，能耐除氢氟酸、氢氧化钠外的其他酸和碱性溶稳定性，能耐除氢氟酸、氢氧化钠外的其他酸和碱性溶液的腐蚀，以及抗熔融金属的侵蚀。它还具有优良的绝液的腐蚀，以及抗熔融金属的侵蚀。它还具有优良的绝缘性能。缘性能。用于制造切削刀具、高温轴承、泵密封环、热电用于制造切削刀具、高温轴承、泵密封环、热电偶保护套、缸套、活塞顶、电磁泵管道和阀门等。偶保护套、缸套、活塞顶、电磁泵管道和阀门等。第二节第二节 功能陶瓷功能陶瓷q 铁电陶瓷铁电陶瓷 有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用下，不同取向的电畴开始转向电场方向，材料出现自发下，不同取向的电畴开始转向电场方向，材料出现自发极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸铝等。铝等。铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器，还可用于铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器，还可用于制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。q 压电陶瓷压电陶瓷 铁铁电电陶陶瓷瓷在在外外加加电电场场作作用用下下出出现现宏宏观观的的压压电电效效应应，称称为为压压电电陶陶瓷瓷。目目前前所所用用的的压压电电陶陶瓷瓷主主要要有有钛钛酸酸钡钡、钛钛酸铅、锆酸铝、锆钛酸铅等。酸铅、锆酸铝、锆钛酸铅等。压压电电陶陶瓷瓷在在工工业业、国国防防及及日日常常生生活活中中应应用用十十分分广广泛泛。如如压压电电换换能能器器、压压电电马马达达、压压电电变变压压器器、电电声声转转换换器器件件等等。利利用用压压电电效效应应将将机机械械能能转转换换为为电电能能或或把把电电能能转转换换为为机械能的元件称为换能器。机械能的元件称为换能器。q 氧化锆固体电解质陶瓷氧化锆固体电解质陶瓷 ZrO2中中加加入入CaO、Y2O3等等后后，提提供供了了氧氧离离子子扩扩散散的的通通道道，所所以以为为氧氧离离子子导导体体。氧氧化化锆锆固固体体电电解解质质陶陶瓷瓷主主要用于氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。要用于氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。q 生物陶瓷生物陶瓷 氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷和和氧氧化化锆锆陶陶瓷瓷与与生生物物肌肌体体有有较较好好的的相相容容性性，耐耐腐腐蚀蚀性性和和耐耐磨磨性性能能都都较较好好，因因此此常常用用于于生生物物体体中承受载荷部位的矫形整修，如人造骨骼等。中承受载荷部位的矫形整修，如人造骨骼等。导导电电性性介介于于导导电电和和绝绝缘缘介介质质之之间间的的陶陶瓷瓷材材料料。主主要要有有钛钛酸酸钡钡陶陶瓷瓷，具具有有正正电电阻阻温温度度系系数数，应应用用非非常常广广泛泛。如如用用于于电电动动机机、收收录录机机、计计算算机机、复复印印机机、变变压压器器、烘烘干干机机、暖暖风风机机、电电烙烙铁铁、彩彩电电消消磁磁、燃燃料料的的发发热热体体、阻阻风门、化油器、功率计、线路温度补偿等。风门、化油器、功率计、线路温度补偿等。q 半导体陶瓷半导体陶瓷第三节第三节 陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料 陶陶瓷瓷耐耐火火材材料料的的重重要要性性能能指指标标是是：低低温温强强度度、高高温温强度、体密度、孔隙率等。强度、体密度、孔隙率等。酸性耐火材料（以酸性耐火材料（以SiO2、Al2O3为主）为主）碱性耐火材料（如碱性耐火材料（如MgO、CaO等）等）分类分类分类分类第四节第四节 玻玻 璃璃主主主主 要要要要原原原原 料料料料反应反应反应反应条件条件条件条件玻璃窑中发生的主要反应玻璃窑中发生的主要反应玻璃窑中发生的主要反应玻璃窑中发生的主要反应成分成分成分成分纯碱纯碱纯碱纯碱石灰石石灰石石灰石石灰石石英石英石英石英高高高高 温温温温NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 =CaSiO=CaSiO3 3+CO+CO2 2 Na Na2 2SiOSiO3 3 CaSiO CaSiO3 3 SiO SiO2 2 玻璃是介于结晶态和无定型态之间的一种物质状态，玻璃是介于结晶态和无定型态之间的一种物质状态，称为玻璃态物质。称为玻璃态物质。种种种种 类类类类特特特特 性性性性用用用用 途途途途普通玻璃普通玻璃再高温下易软化再高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体外灯，光导纤维，压电晶体等等光学玻璃光学玻璃透光性能好，有折光透光性能好，有折光和色散性和色散性眼镜片，照相机，显微镜，眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪望远镜用凸凹透镜等光学仪器器玻璃纤维玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢太空飞行员的衣服，玻璃钢等等钢化玻璃钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等汽车，火车窗玻璃等几种玻璃的特性和用途几种玻璃的特性和用途石英玻璃石英玻璃玻璃纤维玻璃纤维