课程演讲-陶瓷材料的强度影响因素及改善方法ppt课件.pptx
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1、陶瓷材料强度的影响因素及改善方法 汇报人:指导老师:胥钧耀 小组成员:CONTENT简介Overview材料强度S trength改善方法Method影响因素Factor陶瓷材料的强度影响因素及改善方法简介陶瓷材料的强度影响因素及改善方法4 陶瓷具有耐高温、耐磨耗、耐腐蚀、低热传导率以及理论高强度等许多优良特性,作为结构材料而得到广泛的应用。按照其化学组成可以分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷及硼化物等陶瓷。简介4陶瓷材料的强度影响因素及改善方法陶瓷材料氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷 硼化物陶瓷氧化物中作为陶瓷的主要有Al2O3和 ZrO2陶瓷。氮化物中作为陶瓷的主要有Si3N4和 AlN
2、陶瓷。碳化物中作为陶瓷的主要有SiC和B4C陶瓷。硼化物中作为陶瓷的主要有、ZrB2、TiB2。陶瓷材料的优缺点陶瓷材料的强度影响因素及改善方法5陶瓷材料的优点 一般熔点高,在高温下具有极好的化学稳定性;陶瓷的导热性低于金属材料,陶瓷还是良好的隔热材料;陶瓷的线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,陶瓷具有良好的尺寸稳定性;大多数陶瓷材料在高温下不易氧化,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力;大多数陶瓷具有良好的电绝缘性;陶瓷材料还有独特的光学性能、磁性能。陶瓷材料的缺点 抗拉强度较低,塑性和韧性很差,可靠性较差。陶瓷材料的强度陶瓷材料的强度影响因素及改善方法6 强度是陶瓷材料最基本的力学性能,陶
3、瓷材料的性能由其化学键所决定,由于在室温下几乎不能产生滑移或位错运动,因而很难产生塑性变形,所以其破坏方式为脆性断裂。陶瓷的断裂强度具有以下几个特点:1)陶瓷材料的实际断裂强度比理论断裂强度低得多,往往低于金属,大量试验结果表明,陶瓷的实际强度比其理论值小23个数量级,只有晶须和纤维的实际强度较接近理论值;2)陶瓷材料的抗压强度比抗拉强度大得多,其差别的程度大大超过金属;3)气孔和材料密度对陶瓷断裂强度有重大影响。影响材料强度的因素陶瓷材料的强度影响因素及改善方法7 通常陶瓷材料都是用烧结的方法制造的,在晶界上大都存在着气孔、裂纹和玻璃相即非晶相等。而且有时在晶内,也存在有气孔、层错、位错等缺
4、陷。陶瓷的强度除决定于本身材料外,上述微观组织因素对强度也有显著的影响(微观组织敏感性),其中气孔率与晶粒尺寸是两个最重要的影响因素。影响材料强度的因素主要包含以下几点:1)气孔率对强度的影响 2)晶粒尺寸对强度的影响 3)晶界相的性质与厚度、晶粒形状对强度的影响影响材料强度的因素陶瓷材料的强度影响因素及改善方法8 气孔率对强度的影响 气孔是绝大多数陶瓷的主要组织缺陷之一,气孔明显地降低了载荷作用横截面积。同时气孔也是引起应力集中的地方。实验发现,多孔陶瓷的强度随气孔束的增加近似按指数规律下降。有关气孔率与温度的关系式有多种提案,其中最常用的经验公式:o影响材料强度的因素陶瓷材料的强度影响因素
5、及改善方法9 晶粒尺寸对强度的影响 陶瓷材料的强度和晶粒尺寸的关系与金属有类似的规律,但对烧结体陶瓷来讲,要做出只有晶粒尺寸大小不同而其它组织参量都相同的试样是非常困难的,但无论如何,室温断裂强度随晶粒尺寸的减小而增高。晶界相的性质与厚度、晶粒形状对强度的影响 晶界相最好能起阻止裂纹过界扩展并松弛裂纹尖端应力场的作用。晶界玻璃相的存在对强度是不利的,所以应尽量减少晶界玻璃相的数量,并通过热处理使其晶化。对单相多晶陶瓷材料,晶粒形状最好为均匀的等轴晶粒,这样承载时变形均匀而不易引起应力集中,从而使强度得到充分发挥。陶瓷材料的强度影响因素及改善方法改善材料强度的方法10 从断裂力学的观点看,克服陶
6、瓷的脆性和提高其强度的关键是:提高陶瓷材料抵抗裂纹扩展的能力;减缓裂纹尖端的应力集中效应。前者主要是提高材料的断裂能,后者的关键在于减小材料内部所含裂纹缺陷的尺度。材料强度的本质是内部质点(原子、离子、分子)间的结合力,从对材料的形变及断裂的分析可知,在晶体结构既定的情况下,控制强度的主要因素有三个,即:弹性模量E,断裂功(断裂表面能)和裂纹尺寸C。因此,提高陶瓷材料强度的方法主要有以下几个:微晶,高密度与高纯度 预加应力 化学强化 陶瓷材料的增韧 相变增韧 微裂纹增韧 表面残余压应力增韧 弥散增韧陶瓷材料的强度影响因素及改善方法改善材料强度的方法1 1 微晶,高密度与高纯度 为了消除缺陷,提
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