第七节_新型陶瓷材料.ppt

新型陶瓷材料Special Ceramic Materials 主要内容 陶瓷材料的发展 新型陶瓷材料 纳米陶瓷材料 　 　　　　　一、陶瓷的发展概述 传统陶瓷 新型陶瓷 纳米陶瓷 陶器 我国研制的胶态原位凝固成型的各种陶瓷部件 国外研究现状概述 国际上从20世纪60年代开始重视研究先进陶瓷材料，结构陶瓷略早于功能陶瓷。 60～70年代伴随着陶瓷学研究的新进展，一大批具有优良性能的结构和功能陶瓷材料被发现和合成。 80年代以陶瓷发动机为背景，陶瓷材料已经能够基本满足各种苛刻条件下（包括陶瓷发动机部件在内）使用的耍求。但材料的稳定性、可靠性和高成本等问题仍阻碍了先进陶瓷材料的应用。 90年代中后期，对陶瓷材料的研究转向材料性能稳定性、结构与功能性能一体化、低成本制备工艺等方面 目前全球各类先进陶瓷材料及其产品的市场销售总额每年达数百亿美元，年增长率达８％，结构陶瓷占销售额的30％左右。我国的销售额占1％~2％ 我国研制的透明金刚石薄膜 铁电电容器（PTZ薄膜） 二、新型陶瓷材料 从性能上可把新型陶瓷分为工程结构陶瓷(Structral ceramics)和功能陶瓷(Functional Ceramics)两大类。 功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。种类繁多,这里只介绍几种 陶瓷电容器 在工程结构上使用的陶瓷称工程陶瓷，因其主要在高温下使用，又称高温结构陶瓷。目前研究最多、并认为最有发展前途的是氮化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料 陶瓷止回阀 1 氮化硅（Si3N4）陶瓷 （1）氮化硅的结构 氮化硅是由SiN4四面体组成的共价键固体。它有?和?两种结构，都是六方晶格。 Si N N N N (2) 性能特点 A 强度、比强度、比模量(弹性模量/密度)高 B 硬度与耐磨性 氮化硅硬度很高，仅次于金刚石、碳化硼等几种物质,氮化硅的摩擦系数仅为0.1-0.2 ?? Properties Si3N4?|Reactionsintered Si3N4?Hot pressedsintered Si3N4Gas pressuresintered ?? Density (g/cm3) 3.14 3.29 3.2 ?? Hardness (HV) 1700 1900 1800 ?? Flexural?? Strength (Mpa) 700-750 800-1000 750 ?? Fracture?? Toughness?? (Mpam1/2) 5-6 7-8 6-7 ?? Young’s?? Modulus (Gpa) 270 310 300 C 抗热震性能 所谓抗热震性能是指材料承受温度急剧变化（即热冲击）而不失效的能力 热膨胀 Si3N4 热冲击 Si3N4 D 化学稳定性高 抗氧化温度达1000℃。分解温度约1900℃。 ( 3 )主要用途 热压烧结氮化硅用于制造形状简单、精度要求不高的零件。如切削刀具、高温轴承等。 轴承 氮化硅刀具 氮化硅刀具 氮化硅刀片切削高硬高合金铸铁 反应烧结氮化硅强度、韧性低于热压烧结氮化硅，多用于制造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。如泵的机械密封环(比其他陶瓷寿命高6-7倍)、热电偶套管、泥沙泵零件等。 氮化硅陶瓷件 氮化硅陶瓷件 氮化硅陶瓷件 2 碳化硅(SiC)陶瓷 1891年美国人阿奇逊偶然发现了SiC材料。 SiC四面体和六角层状排列中四面体取向 平行 反平行 四面体 Si C C C C (1)碳化硅的结构 A 碳化硅有?- SiC 和?- SiC两种，是由SiC四面体以不同方式堆垛而成。一种是平行堆积，一种是反平行堆积。?- SiC为高温稳定相，呈六方结构，?-SiC为低温稳定相，呈立方结构。 (2) 性能特点 碳化硅有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，热传导能力很强，在陶瓷中仅次于氧化铍陶瓷。 碳化硅的最大特点是高温强度高，在1400℃时抗弯强度仍保持在500~ 600MPa的较高水平。 H2SO4 (96%) 40℃ SiC (3) 主要用途 可用于制造火箭喷嘴、浇注金属用的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承等。 因其良好的耐磨性，可用于制造各种泵的密封圈、拉丝成型模具等。作为陶瓷发动机材料的研究也在进行。 耐磨耐热及半导体工业用SiC件 3 导电陶瓷 一般氧化物陶瓷是不导电的，但如果把某些氧化物加热，或者用其它的方法激发，使外层电子获得足够的能量，足以克服原子核对它的吸引力而成为自由电子，这种氧化物陶瓷就成为电子导体或半导体. 导电陶瓷 陶瓷加热器 铬酸镧导电陶瓷是新型电热材料，其使用温度可达1800℃