机械工程材料第2版 作者 王章忠 主编 第十章.pptVIP

第一节 概 述 传统的陶瓷材料是粘土、石英、长石等硅酸盐类材料，而现代陶瓷材料是无机非金属材料的统称。其原料已不再是单纯的天然矿物材料，而是扩大到人工化合物（如Al2O3、SiO2、ZrO2等）。 （一）按化学成分分类 1.氧化物陶瓷  2.碳化物陶瓷  3.氮化物陶瓷  4.硼化物陶瓷 应用不广，主要作为其它陶瓷的第二相或添加剂。 5.复合瓷、金属陶瓷和纤维增强陶瓷等 陶瓷材料的分类  可分为普通陶瓷（硅酸盐材料）和特种陶瓷（人工合成材料）。特种陶瓷按化学成分也分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、金属陶瓷、纤维增强陶瓷等。 陶瓷材料的分类  按用途可分为日用陶瓷、结构陶瓷和功能陶瓷等。按性能可分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷等。 第二节 陶瓷材料的结构和性能 陶瓷材料是多相多晶材料，一般由晶相、玻璃相和气相组成。其显微结构是由原料、组成和制造工艺所决定的。 晶相是陶瓷材料的主要组成相，有化合物或固溶体。晶相分为主晶相、次晶相和第三晶相等。主晶相对陶瓷材料的性能起决定性作用。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物三种。 陶瓷材料的结构  玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是粘接非晶态晶相，填充晶相间的空隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相的组成随着坯料组成、分散度、烧结时间以及炉（窑）内气氛的不同而变化。玻璃相会降低陶瓷的强度、耐热耐火性和绝缘性，故陶瓷中玻璃相的体积分数一般为20%～40%。 陶瓷材料的结构  气相（气孔）是指陶瓷孔隙中的气体。气孔的数量、形状、分布会影响陶瓷的性能，如降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低绝缘性，降低致密度，提高绝热性和抗振性等，对功能陶瓷的光、电、磁等性能也会产生影响。普通陶瓷的气孔率为 5%～10%（体积分数），特种陶瓷和功能陶瓷为5%以下。 （一）力学性能 陶瓷材料具有极高的硬度，其硬度一般为1000～5000HV，而淬火钢一般为500～800HV，因而具有优良的耐磨性。陶瓷的弹性模量高、刚度大，是各种材料中最高的。由于缺陷的存在，陶瓷的实际强度比理论值要低得多，其强度和应力状态有密切关系。陶瓷的抗拉强度很低，抗弯强度稍高，而抗压强度很高（一般比抗拉强度高10倍）。另外，陶瓷的塑性、韧性低，脆性大，在室温下几乎没有塑性，故难以进行塑性加工。 陶瓷材料的性能 陶瓷的熔点很高，大多在2000℃以上，因此具有很高的耐热性能；线膨胀系数小，导热性和抗热振性都较差，受热冲击时容易破裂；陶瓷的化学稳定性高，抗氧化性优良，对酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性。陶瓷还有各种电学性能，大多数陶瓷具有高电阻率，少数陶瓷具有半导体性质。许多陶瓷具有特殊的性能，如光学性能、电磁性能等。 第三节 陶瓷生产工艺与粉末冶金 粉末冶金法是一种用粉末制备，经压制成型、烧结而制成零件的方法。陶瓷的生产工艺和粉末冶金的生产工艺一般都经过原料配制、坯料成型、制品烧结、后加工处理等四个阶段，因此粉末冶金法可看成是陶瓷生产工艺在冶金中的应用。 （一）原料配制 原料配制包括粉末制取、配料、混料、制成坯料等步骤。通过机械、物理及化学的方法制备粉末：其中机械法有球磨法、雾化法等；物理化学法有还原法、电解法、化学置换法等。粉末的形状、粒度、纯度以及混料混合的均匀程度都会对产品的质量产生显著影响，一般粉末越细、越纯、越均匀，产品的性能越好。 生成的坯料根据成型方法不同有可塑泥料、浆料和粉料等。粉料中通常要加入一些成型剂和增塑剂，如汽油橡胶溶液和石蜡等。 陶瓷生产与粉末冶金生产的工艺  将坯料装入模具内，通过一定方法制成具有一定形状、尺寸和密度的生坯。生坯含水较多，强度不高，需进行干燥。 成型方法有可塑成型、注浆成型、压制成型等。压制成型又有干压成型、热压成型、注射成型、冷等静压成型、热等静压成型、爆炸成型等。成型方法的选择主要取决于制品的形状和性能要求及粉末自身的性质。 陶瓷生产与粉末冶金生产的工艺  烧结是将干燥后的生坯加热到高温，通过一系列的物理化学变化，获得所要求的性能。 烧结方法有常压烧结、热压烧结、反应烧结、气氛加压烧结和热等静压烧结等。 普通陶瓷烧结一般在窑炉中常压进行，特种陶瓷和粉末冶金的烧结一般在通保护气氛的高温炉或真空炉中进行 陶瓷生产与粉末冶金生产的工艺  陶瓷制品烧结后一般不再加工，若要求高的精