第三章结构陶瓷概述.pptVIP

第三章 结构陶瓷 3.1 氧化物结构陶瓷 3.1.1 Al2O3结构陶瓷 1. Al2O3晶体结构 Al2O3陶瓷是以α- Al2O3（75%~99%）为主晶相的陶瓷材料，其同素异构体有十多种，常用的有α- Al2O3、β-Al2O3 、γ-Al2O3 三种。Al2O3的晶体结构不同，性能也不同。 依配料中Al2O3的含量分为75瓷、85瓷、95瓷、99瓷。 （a） γ-Al2O3 γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶．其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中． γ-Al2O3密度小，高温不稳定，可转化为α- Al2O3，密度随加热温度升高而发生变化。工业Al2O3中γ-Al2O3占绝大多数，在自然界γ-Al2O3不存在。 γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强．工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体。 2. Al2O3的物理性能 纯Al2O3是无色的氧化物（白宝石）、含有Cr为红色（红宝石）、含Ti为蓝色（蓝宝石）、含Co、Ni、V为绿色（绿宝石）、含Fe和Mn时为玫瑰红色等。熔点为2050℃，莫氏硬度为9，密度3.95~4.10g/cm3，膨胀系数与金属相当，不溶于酸，具有良好的化学稳定性、介电性能和机械性能。 3. Al2O3陶瓷的制备工艺 因要求的使用性能、制品的形状尺寸等因素不同，从而导致Al2O3陶瓷的配方、成型、烧结方法等工艺不相同，但大体上要经过以下几个主要工序： 图3-3. （1）原料配方 原料的配方（各组分的含量）首先要考虑材料的使用性能，其次还要考虑到原料的成型性、烧结性、工艺复杂性及经济性等因素。 传统陶瓷不需要加塑化剂（坯料中含有可塑粘土成分）。 特种陶瓷所用的都是化工原料，这些原料没有可塑性，因此从成型的角度考虑需要添加适量的有机塑化剂（有利于烧结过程顺利排出）。 常用塑化剂有PVA(聚乙烯醇）、PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、CMC（羧甲基纤维素）、EC（乙基纤维素） 对于热压、等静压烧结，可以不加塑化剂。 （2）预烧 Al2O3具有同素异构体，晶型转变会引起体积变化，预烧可以减少烧结过程中坯体的收缩。 预烧可以除去原料中的Na2O，提高原料的纯度。 预烧的方法不同、添加剂及气氛不同，效果也不同，预烧的质量也不同。 表3-1 预烧常用的添加剂为H3BO3、NH4F、AlF等，加入量一般为0.3%~3%。 预烧质量还与预烧温度有关，预烧温度偏低不能完全转化为Al2O3，且电性能降，若预烧温度过高，粉料发生烧结，不易粉碎且活性降低。 （3）烧结 工程实际应用的Al2O3陶瓷一般Al2O3含量在75%~99.9%之间，通常习惯以配料中Al2O3含量来分类，如Al2O3含量在75%左右的称“75瓷”，含量在85%左右的称“85瓷”，含量在99%左右的称“99瓷”. Al2O3含量不同，烧结方法不同，烧结温度也不相同。 根据Al2O3使用性能的不同，可采用常压烧结、热压烧结、热等静压烧结。 4. Al2O3陶瓷强韧化措施 Al2O3的烧结温度高、强度和韧性低，限制了其广泛应用,因此必需添加适当的添加剂来提高其韧性。 根据添加剂用途的不同提高Al2O3强度及韧性的方法有两种： 一是添加合适的烧结助剂提高烧结性能 一是添加第二相强化相来提高Al2O3的强度和韧性 就提高烧结性能而言，氧化物添加剂归纳起来可以分为两类： 一类是与Al2O3形成固溶体，这一类添加剂促进烧结烧结有以下规律： 第一、和Al2O3形成有限固溶体的添加剂比形成连续固溶体的作用大 第二、可变价添加剂比不可变价添加剂作用大 第三、离子电价高的添加剂作用大 另一类添加剂是生成液态相 添加第二相强化相来提高Al2O3的强度和韧性主要有以下三类 （1）颗粒弥散强韧化 （2）ZrO2相变强韧化 （3）晶须强韧化 5.应用 3.1.2 ZrO2陶瓷 高纯 ZrO2为白中略带粉色，熔点为2680℃ ，莫氏硬度为7级。 ZrO2有三种晶体结构： 发生t至m的可逆相变时，伴随有5%左右的体积膨胀和8%左右的切应变。 室温下纯ZrO2是良好的绝缘体，加入稳定剂后导电率明显提高，高温下是良好的离子导体陶瓷。 耐酸性能良好，耐碱性能相对较差。 ZrO2的t-m相变 由于ZrO2的t-m相变有