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授课教师：***第四章 3D打印陶瓷材料第一节 陶瓷打印材料的种类单相Al2O3陶瓷组织Al2O3密封、气动陶瓷配件Al2O3化工、耐磨陶瓷配件⑴ 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。氧化铝耐高温喷嘴95瓷纺织件99瓷纺织件根据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). 氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷坩埚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。 ⑵ 氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面体组成的共 价键固体。① 氮化硅的制备与烧结工艺工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO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 Si3N4轴承③ 性能特点及应用氮化硅的强度、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。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。叶片气阀等零件汽轮机转子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。常压烧结碳化硅⑶ 碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅是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。碳化硅的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。SiC密封件碳化硅的最大特点是高温强度高，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。SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC轴承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。 ZrO2氧化锆单相陶瓷⑷ 氧化锆陶瓷 氧化锆陶瓷是指以ZrO2为主要成分的陶瓷材料，它不但具有普通陶瓷材料耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度等优点，而且其韧性也是陶瓷材料中最高的(与铁及硬质合金相当)。 高纯氧化锆为白色粉末，密度为5.49g/cm，熔点高达2715°C。单纯氧化锆具有两种晶体结构，低温型和高温型。低温型属单斜晶系，在1000°C以下稳定，到更高的温度就转变成较致密的四方晶系的高温形态。ZrO2陶瓷耐火件在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ)，其力学性能低，抗热冲击性差。氧化锆的晶型转变：立方相?四方相?单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方相的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆稳定，所以称部分稳定氧化锆(PSZ)。 部分稳定氧化锆组织氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。部分稳定氧化锆制品部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。 性能 部分稳定氧化锆在常温下的机械强度是所有陶瓷材料中最高的，其断裂韧性和挠曲强度约是氧化铝陶瓷的2倍，远远高于其他结构陶瓷．因而有人把部分稳定氧化锆称之为“陶瓷钢”(Ceramic steel)。 氧化锆是一种生物惰性陶瓷，具有良好耐腐蚀性，其生物相容性以及与骨组织的结合状况大体与氧化铝相似。应用氧化锆陶瓷的应用范围也大体与氧化铝相似，曾用作人工牙根、人工关节和骨折固定用螺钉等。也有人利用氧化锆具有高强度，高韧性的特性采取氧化锆与生物活性陶瓷复合烧结的方法来提高生物活性陶瓷种植体的强度。氧化锆材料由于其优异的机械性能．因此已成为口腔修复领域重要的应用材料之一。首先．它强度非常高，其抗弯强度超过900MPa。其次．它的极限负载能力强，在三单位冠桥上的承受力大约为2000牛顿。第三是它高的抗断裂能力。该材料可被用于制备侧牙区的修复体，它的抗断裂韧性(K )值超过7。此外氧化锆也是作为强化增韧陶瓷材料的有效添