工程材料基础 特种陶瓷 143特种陶瓷（25）.pptVIP

特 种 陶 瓷 主讲人： 赵海峰 课程：工程材料基础 了解特种陶瓷的概念、分类，掌握特种陶瓷的特性和用途。 教 学 目 标 1. 特种陶瓷的定义 主要是指以耐高温、高强度、耐磨、耐腐蚀为特征的结构陶瓷、用以进行能量转换的功能陶瓷以及生物陶瓷、原子能陶瓷等。 特 种 陶 瓷 按陶瓷的主要组成分： 氧化物陶瓷、硼化物陶瓷、 氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。 2. 性能特点 1）原料上：纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等，材料组成精确调配； 2）性质上：特殊力学、物理和化学性能。 特 种 陶 瓷 3）制备上：突破了炉窑的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段。 3. 分类及用途 1）氧化铝陶瓷：氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷 。 特 种 陶 瓷 Al2O3化工、耐磨陶瓷配件 Al2O3密封、气动陶瓷配件 根据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。 氧化铝陶瓷耐高温性能好，可使用到1950℃,具有良好的电绝缘性能及耐磨性。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石). 特 种 陶 瓷 95瓷纺织件 99瓷纺织件 氧化铝耐高温喷嘴 氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。 特 种 陶 瓷 氧化铝陶瓷坩埚 3. 分类及用途 2）氮化硅（Si3N4）陶瓷：氮化硅是由Si3N4四面体组成的共 价键固体。 特 种 陶 瓷 氮化硅的制备与烧结工艺： 1）工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4 2）二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO 3）反应烧结和热压烧结 性能和特点: 氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。 特 种 陶 瓷 烧结工艺 优点 缺点 反应烧结 烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状 密度低，强度低，耐蚀性差 热压烧结 用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好 只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低 特 种 陶 瓷 应用：1）热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。 2）反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。 Si3N4轴承 汽轮机转子 4. 分类及用途 3）碳化硅（SiC）陶瓷：通过键能很高的共价键结合的晶体。 碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成： SiO2+3C→SiC+2CO。 特 种 陶 瓷 烧结工艺：也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。 特点：是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。 碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。 特 种 陶 瓷 4）氧化锆陶瓷：陶瓷中最高的韧性，极高的强度，热膨胀系数接近金属，适合与金属接合，常温下绝缘，高温下具有离子电导（燃料电池），良好的生物相容性。 特 种 陶 瓷 1、采用纯度较高的人工合成原料，如氧化物，氮化物，硅化物，硼化物，氟化物等制成的具有各种特殊力学，物理，化学性能的陶瓷统称为特种陶瓷。 课 程 小 结 2、氧化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷都属于常见的特种陶瓷。 1、特种陶瓷的共有的性能特点？ 作业布置 2、特种陶瓷的分类及应用有哪些？ 作业 * *