第2章 复合材料的陶瓷基体材料.pptVIP

高分子复合材料 主讲教师: 邹忠利 北方民族大学材料科学与工程学院 三、陶瓷基体 陶瓷材料发展历史及概念 传统陶瓷：采用粘土及其天然矿物质经过粉碎、加工成型、烧结等过程制得。如建筑陶瓷、日用陶瓷，主要原料是硅酸盐矿物，归属于硅酸盐类材料。 特种陶瓷：高温陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、高耐蚀陶瓷等，所用材料不局限于天然矿物，而是扩大到经人工提纯加工或合成的化工材料。 现代陶瓷：以特种陶瓷为基础由传统陶瓷发展起来的具有与传统陶瓷不同的鲜明特点的一类新型陶瓷。它超出传统陶瓷的概念和范畴，属于高新技术的产物。 陶瓷材料的特点： 很好的耐热性 很好的化学稳定性 高的耐磨性能 低的密度 低的韧性 作业题 热塑性聚合物基体材料的特点，举最常见的四种类型的例子； 聚合物基体材料、金属基体材料的选用原则； 结构复合材料的金属基体的分类及实例（至少举一实例）； 陶瓷基体材料的种类，它与金属、聚合物基体材料的区别。 　　CSH(2)式型与CSH(1)式型往往同时出现，粒子相互啮合成网络状。 　　 CSH(２)式型以集合体出现，粒径小于0.3um，是不规则的等径粒子。 　　Ca(OH)2在早期大量生成，初生成时，为六角形的薄片，宽度由几十微米到100多微米，以后逐渐增厚并失去六角形轮廓。 　　Ca(OH)2晶体与水化硅酸钙交叉在一起，对水泥石的强度及其与集料颗粒、纤维的胶结起着主要作用。 　　CSH纤维状晶体，在水泥石长期水化中，仍继续存在，并且还可发育生长，有的可达几十微米。 　　长纤维网络起着改善水泥石本身强度和变形的作用。 4 非氧化物陶瓷 　　非氧化物基陶瓷是指非氧化物系耐高温结构材料，包括氮化物、碳化物、硼化物和硅化物等。 　　它们的特点是耐火性和耐磨性好，硬度高，但脆性也很强。 　　碳化物和硼化物的抗热氧化温度约900~1000 ℃。氮化物略低些，硅化物的表面能形成氧化硅膜，所以抗热氧化温度达1300~1700 ℃。 　　氮化硼具有类似石墨的六方结构，在高温(1360 ℃)和高压作用下可转变成立方结构的?~氮化硼，耐热温度高达2000 ℃ ，硬度极高，可作为金刚石的代用品。 (1) 氮化硅陶瓷基体 　　　以氮化硅(Si3N4)为主要成分的陶瓷称氮化硅陶瓷。氮化硅陶瓷有两种形态，即?和? 两种六方晶型，由于氮化硅中Si-N键结合强度高，属难烧结物质。 　　氮化硅陶瓷主要制备技术有烧结氮化硅，热压氮化硅(HPSN)，反应化合氮化硅(RBSN)，化学气相沉积(CVD)氮化硅等。 　　各种制备技术所需的工艺条件各不相同，所得氮化硅的性能也有所差异。 　　如反应化合氮化硅比热压氮化硅有较低的抗氧化性， 　　另外，在HPSN制备技术中，MgO作为通常的烧结助剂加入后与 ?-Si3N4表面含有的SiO2形成液相的硅化镁，这些硅化镁渗透在Si3N4颗粒中间，成为?-Si3N4渗析的通道。 　　从微观结构的HPSN颗粒中可以看到，少量硅化镁表层的存在是导致1200℃以上氮化硅强度降低的主要原因。 　　在HPSN制备技术中，除了加入MgO外，还可以加人Y2O3、CeO2和ZrO2等作为烧结助剂。 下表中列出了不同制备方法的氮化硅的一些物理性能。 不同制备方法的氮化硅的一些物理性能 　　氮化硅还具有热膨胀系数低，优异的抗冷热聚变能力，能耐除氢氟酸外的各种无机酸和碱溶液，　　此外，还可耐熔融的铅、锡、镍、黄钢、铝等有色金属及合金的侵蚀且不黏留这些金属液。 氮化硅陶瓷刀具 氮化硅陶瓷轴承滚珠 (2)氮化硼陶瓷基体 　　以氮化硼(BN)为主要成分的陶瓷称为氮化硼陶瓷。氮化硼是共价键化合物，有立方和六方两种晶型结构。 氮化硼可以分为下面的三种： ①?--BN，这是一种六方晶型，层状结构类似于石墨，理论密度为2．27g／cm3。 ② ? --BN，它一种立方晶型，结构和硬度都类似于钻石，理论密度为3．48g／cm3。 ③ ? --BN，它也是一种六方晶型，理论密度为3.48g/cm3。 　　由于六方晶型BN具有类似于石墨的结构，具有润滑性好和硬度低等特点，故称“白石墨”，在热压陶瓷过程中主要被当作脱模剂使用。 　　BN与石墨不同，是绝缘体，六方晶型BN的莫氏硬度为2，无明显熔点，升华分解温度为3000℃，理论密度2.27g/cm3。 　　BN的抗氧化性能优异，可在900℃以下的氧化气氛中和2800℃以下的氮气和惰性气氛中使用。 　　如果把BN粉末加入到氮化硅和氧化铝中，则混合物热导率(20℃)为15.07~28.89W／(m·K)，且随温度变化不大；热膨胀系数约为(5~7)*106／K，热稳定性好。 　　　高纯BN电阻率为1011?.m（1000℃高温下为102~104 ?.m)，介电常数为3.0~5.3