《高温结构陶瓷》PPT课件.ppt

LOGO高温结构陶瓷高温结构陶瓷主讲人：魏宇希主要内容概述概述1性能性能2生产工艺生产工艺3分类分类4应用应用5展望展望6概述 传统上的“陶瓷”一词是陶器和瓷器的总称。陶瓷的定义为：凡经原料配制、坯料成型、窑炉烧成工艺制成的产品，都称为陶瓷（这也包括了粉末冶金制品）。现代陶瓷的概念已经扩大到了所有无机非金属材料，它同金属、高聚物一起，成为现代工程材料的重要组成部分。概述先进陶瓷先进陶瓷陶瓷陶瓷瓷器瓷器陶器陶器第一阶段 从陶器到瓷器第二阶段 从陶瓷到先进陶瓷（1）从天然矿物原料到高纯超细粉末（2）制备工艺技术不断创新（3）与陶瓷相邻学科的发展概述 陶器高铝质粘土和瓷土的应用高温技术发展传统陶瓷釉的发明原料纯化陶瓷工艺的发展陶瓷理论的发展性能研究的深入相邻学科的推动无损评估的成就精细陶瓷（微米级）纳米陶瓷性能力学性能力学性能 化学性能化学性能 热性能热性能 电学性能电学性能和金属材料相和金属材料相比较，陶瓷的比较，陶瓷的弹性模量大，弹性模量大，硬度高，抗压硬度高，抗压强度高，但脆强度高，但脆性大，抵抗裂性大，抵抗裂纹扩展的能力纹扩展的能力很低。很低。陶瓷的化学性陶瓷的化学性能非常稳定，能非常稳定，具有良好的抗具有良好的抗氧化性和耐热氧化性和耐热性，此外陶瓷性，此外陶瓷对酸、碱、盐对酸、碱、盐和熔融的有色和熔融的有色金属有较强的金属有较强的耐蚀性，不会耐蚀性，不会发生老化。发生老化。陶瓷材料熔点陶瓷材料熔点高，热硬性可高，热硬性可达达1000；但；但陶瓷热膨胀陶瓷热膨胀系数和导热系系数和导热系数小，承受温数小，承受温度快速变化的度快速变化的能力差，在能力差，在高温剧变时开高温剧变时开裂。裂。大多数陶瓷是电大多数陶瓷是电绝缘体，随着科绝缘体，随着科学技术的学技术的 发展，发展，已经出现了具已经出现了具有各种电性能的有各种电性能的陶瓷，如半导体陶瓷，如半导体陶瓷、压电陶陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、瓷、磁性陶瓷、超导陶瓷、电光超导陶瓷、电光和光学陶瓷等。和光学陶瓷等。生产工艺粉末制备预处理成形烧结加工成品热成型生产工艺化工原料（釉料配方）氧化物、金属盐、卤化物天然矿物原料（陶瓷原料主体）传统矿物原料非传统矿物原料粘土类长石类钙镁质硅质其他稀土金属、稀散元素、放射性矿产工业废渣陶瓷工业废渣其他工业废渣原料生产工艺 机械法滚动球磨、振动球磨、搅动（高能）球磨、气流粉碎等粉体制备粉体制备 合成法固相合成法、液相合成法、气相合成法（气相热分解法、蒸发凝聚法）生产工艺原料煅烧原料均化造粒塑化预处理生产工艺可塑可塑粉料粉料料浆料浆Text成型成型高温自蔓延生产工艺烧结烧结 烧结是指生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化（水的蒸发，硅酸盐分解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。生产工艺烧结烧结方法方法制备过程制备过程优点优点缺点缺点热压烧热压烧结法结法粉体置于压模中，从上倒下的压力粉体置于压模中，从上倒下的压力为，边单轴加压为，边单轴加压边加热。边加热。可形成高强度、低空可形成高强度、低空隙率制品隙率制品难于大量生产难于大量生产复杂形状制品。复杂形状制品。热等静热等静压法压法粉体置于能承受压力以粉体置于能承受压力以上及上及高温的真空容器内，高温的真空容器内，以惰性气体为压力介质，边加热边以惰性气体为压力介质，边加热边从各向加压压缩粉体。从各向加压压缩粉体。可以在较低温度下达可以在较低温度下达到完全致密化，产品到完全致密化，产品硬度高、韧性强、可硬度高、韧性强、可制得复杂制品。制得复杂制品。对设备性能要对设备性能要求高，设备昂求高，设备昂贵。贵。化学气化学气相沉淀相沉淀法法原料气体加热，使其发生化学反应原料气体加热，使其发生化学反应形成陶瓷沉积在基片上。形成陶瓷沉积在基片上。不需烧结助剂、有效不需烧结助剂、有效孔率为，可形成高孔率为，可形成高纯致密层。纯致密层。由于基体间热由于基体间热膨胀不同，易膨胀不同，易产生应变。产生应变。反应烧反应烧结法结法通过化学反应而烧结的方法。通过化学反应而烧结的方法。例例Si3N4的制备，的制备，Si粉末置于氮粉末置于氮气气氛中烧结。气气氛中烧结。能制得形状复杂的制能制得形状复杂的制品、成本低、不需助品、成本低、不需助剂。剂。气孔率较高、气孔率较高、难制得高致密难制得高致密制品。制品。等离子等离子体喷射体喷射将粉体通过电子枪或燃料枪，使其将粉体通过电子枪或燃料枪，使其熔化后被高速喷射到基片表面而固熔化后被高速喷射到基片表面而固化。化。适用于各种化学物质、适用于各种化学物质、晶粒大小和形状的镀晶粒大小和形状的镀层。层。粉末易分解或粉末易分解或与周围物质反与周围物质反应。应。分类氮化物耐热陶瓷氮化物耐热陶瓷 其他结构陶瓷其他结构陶瓷 4高熔点氧化物陶瓷高熔点氧化物陶瓷 13 高温碳化物陶瓷高温碳化物陶瓷2分类高熔点氧化物高熔点氧化物高熔点氧化物高熔点氧化物BBE EC CDDAAZrO2陶瓷陶瓷Al2O3陶瓷陶瓷熔融石英陶熔融石英陶瓷瓷氧化铍陶瓷氧化铍陶瓷氧化镁陶瓷氧化镁陶瓷分类高温碳化高温碳化物陶瓷物陶瓷碳化硅陶瓷碳化硼陶瓷碳化钛陶瓷分类氮化物耐热陶瓷氮化硅陶瓷氮化硼陶瓷氮化铝陶瓷塞隆陶瓷分类二硼化锆二硅化钼其他结构陶瓷应用 坩埚、人体关节坩埚、人体关节 、微波整流罩、红外线窗口、微波整流罩、红外线窗口、蓄电池、热电偶保护套、人体关节、坩埚、火花蓄电池、热电偶保护套、人体关节、坩埚、火花塞、电路外壳、高尔夫球棍头塞、电路外壳、高尔夫球棍头、推杆、连杆、轴、推杆、连杆、轴承、气缸内衬、活塞帽承、气缸内衬、活塞帽、高温发热元件、高温发热元件、钢水、钢水桶、流钢水槽的内衬、在连续铸钢中做注口砖桶、流钢水槽的内衬、在连续铸钢中做注口砖、高温燃料电池固体电解质膜、钢液测氧的探测头高温燃料电池固体电解质膜、钢液测氧的探测头等等 应用展望v为了适应节能和节省资源方面的要求，用作高温为了适应节能和节省资源方面的要求，用作高温结构陶瓷的制备技术水平和性能已有了明显的提结构陶瓷的制备技术水平和性能已有了明显的提高，可是要是典型的脆性材料长期的用作高温结高，可是要是典型的脆性材料长期的用作高温结构材料确保其可靠性还必须进行基础技术的研究构材料确保其可靠性还必须进行基础技术的研究和材料特性参数的积累等工作。另外为了设计陶和材料特性参数的积累等工作。另外为了设计陶瓷机械部件及确定这些部件的使用方法，必须做瓷机械部件及确定这些部件的使用方法，必须做出很大努力，以填平陶瓷材料工程学和机械工程出很大努力，以填平陶瓷材料工程学和机械工程学之间的鸿沟。学之间的鸿沟。v今后，先进陶瓷可用作很多领域的材料，此外，今后，先进陶瓷可用作很多领域的材料，此外，先进陶瓷与其他材料复合后也有很多用处，因此，先进陶瓷与其他材料复合后也有很多用处，因此，以电工学、机械工程学、化学工程学为主题，在以电工学、机械工程学、化学工程学为主题，在生物、医学等领域的专业人员配合下，从长远打生物、医学等领域的专业人员配合下，从长远打算，广泛的进行研究十分重要。算，广泛的进行研究十分重要。LOGO