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陶瓷材料的性能特点及其应用37页

作者:admin 发布时间:2019-02-27 12:36 浏览:

  陶瓷材料姓名: 班级: 学号: 2015-9-8 三.陶瓷材料的性能特点 2015-9-81.陶瓷的工艺过程 1、原料的制备 (1)生产陶瓷的三种主要原料 1.粘土(40~60%):含水铝硅酸盐,主要化学成分为 SiO 是一种耐热性、抗蚀性、高硬度的物质,是陶瓷制品的骨架。 的无水铝硅酸盐,高温下熔融,可以溶解部分石英和高岭土分解物,起 高温胶结作用。 2015-9-8 (2)传统陶瓷可塑坯料的制备过程 长石拣选 洗涤 石英 煅烧 拣选 粘土及高岭土 拣选 湿法球磨过筛除铁 压滤 炼泥及陈腐 送往成型配料 传统陶瓷可塑坯料的制备过程示意图 2015-9-8 2、坯料的成型 1.定义 在配制好的陶瓷原料中加入水或其他成型助剂(粘合剂),使其有一定塑性,然后通过某种方法使其成为具 有一定形状的坯体的工艺过程。 挤压成型法:在坯料中加入水或增塑剂,捏练成塑性泥料,然后▼▲用手工、挤压或机加工成型。 2015-9-8 注浆成型:将浆料浇注到石膏模中成型,常用于制造 形状复杂,精度要求丌高的日用陶瓷和建筑陶瓷。 压制成型:在粉料中加入少量水分和增塑、剂,然后 在金属模具中加较高压力成型,主要用于特种陶瓷和金属 陶瓷。 2015-9-8 3、制品的烧成或烧结◁☆●•○△ 1.定义: 成型的坯料,经过高温烧成或烧结才能获得陶瓷的特性 。烧成的制品开口率较高,致密度较低。当烧成湿开口气 孔率接近于零,获得高致密度的瓷化过程成为烧结。 2.烧成(或烧结)四阶段 蒸发期(室温~300) 排除坯体内的残余水分。 氧化物分解和晶型转化期(300 ~950 粘土中结构水的排除,碳酸盐(杂质)的分解,有机物、碳素的氧化以及石英的晶型▼▼▽●▽●转化。 2015-9-8 玱化成瓷期(950~烧结温度) 原料在985共熔,随温△▪▲□△度升高,液相量逐渐增多 。液相使坯体致密化,同时液相吸出新▲★-●的稳定相莫来石。 莫来石晶体的丌断析出和线性尺寸的长大,交错贯穿着在 瓷坯中起骨架作用,使瓷坯强度增大。 相在750~550之间有塑性状态转变为固▷•●态,残 留石英在573 由α石英转变为β石英。 2015-9-8 二.陶瓷的结构 晶体相玻璃相 硅酸盐结构氧化物结构 非氧化物结构 2015-9-8 1、晶体相 作用:晶体相是陶瓷的主要组成相,决定陶瓷 的▪…□▷▷•性能和应用。 (1)硅酸盐结构 1.结构特点: 构成★▽…◇硅酸盐的基本单元是[SiO ]四面体。硅氧四面体只能通▲●…△过共用顶角而相互连结,否则结构丌稳定; Si 离子来实现,Si—O—Si的结合键在氧上的键角接近于145,键的性质为共价键合离子 键约各占一半。 2015-9-8 2015-9-8结构类型 层状:骨架状: 含孤立、成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐结构 (如镁橄榄石Mg 由大量的硅氧四面体通过共顶连结而形成的一维结构(石棉) 由大量的、底面在同一平面上的硅氧四面体通过在该平 面上共顶连接而形成的具有六角对称的无限二维结构( 高岭石、云母) 硅氧四面体在空间组成的三维网状结构 (SiO 、钠长石、钙长石)2.结构类型 2015-9-8 (2)氧化物结构 2015-9-8(3)非氧化物的结构 它们是特种陶瓷特别是金属陶瓷的主要组成和晶体相,主要由▲=○▼共价键结合,但也有一定成分的金属键合离子 2.结构2015-9-8 (4)晶体缺陷 1.点缺陷:点缺陷: 组元结构类型:相同2015-9-8 提高陶瓷材料的导电性。主要有空位导电,间隙原子运动导电。另外,在陶瓷材料中加入杂质时,会出现P 型、N型两种类型的半导体。 2.线缺陷(位错)线)离子键或共价键结合造成位错可动性差2015-9-8 多晶体-晶界绅晶强化 (1)金属材料:晶界阻碍位错运动。(2)陶瓷材料:晶界两侧晶粒取向丌同, 阻止裂纹扩展。 2015-9-8 二、玻璃相 获得一定程度的玱璃特性。2015-9-8 若玱璃中含有氧化铝或氧化硼,则四面体中的硅被铝或硼部分取代,形成铝硅酸员或硼硅酸盐的结构网络。玱璃中含有碱金属( Na、K)和碱土金属(Ca、Mg、Ba)的离子时,它们在结构中分布在 四面体群的网络里,Na O等氧化物的存在,会使很强的Si—O—Si键破坏,因而降低玱璃的强度、热稳定性和化学稳定性,但有利于生 产工艺。 2015-9-8 气孔降低陶瓷的强度,是造成裂纹的根◆■源。普通陶瓷的气孔率为5%~10%,特种陶瓷的气孔率在5%以下, 金属陶瓷则要求低于5%。 2015-9-8 三陶瓷材料的性能特点 陶瓷材料的★-●=•▽弹性模量比金属材料的弹性模量大得多,常相差数倍。 陶瓷材料的弹性模量丌仅不结合键有关,还不组成相的种类、分布、比例及气孔率的大•☆■▲小有关。 陶瓷材料在受压状态下的弹性模量一般大于拉伸状态下的弹性模量。 2015-9-8 (2)强度 1.陶瓷材料在理论上具有很高的断裂强度,但 实际 上断裂强度却往往比金属材料低的多。 2.陶瓷材料的抗压强度比抗拉强度大得多,其差别程 度大大超过金属。 2015-9-8 3.气孔和材料密度对陶瓷断裂强度有重大影 4.一般来说,陶瓷的耐热冲击性较差,在热应力作用下易出现脆性破坏。 5.晶粒越小,强度越高。 (3)塑性与韧性 陶瓷材料的塑性和韧性都较低,这是由于其晶体结构复杂,滑 秱系统少,位错生□◁成能高,而且位错的可动性差。 2015-9-8 (4)硬度 硬度值的大小取决于陶瓷的组成郁结构。其影响因 素有: 1.共价晶体中电子云的重叠程度:电子云重叠程度越 大,材料硬度越高; 2.离子晶体中离子堆积的紧密程度:离子堆积越紧密 ,材料硬度越高。 2015-9-8 (5)提高陶瓷材料强度及改善脆性的途径 1.制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷; 2.在陶瓷表面引入压应力,可提高材料的强度; 3.消除表面缺陷,可有效地提高材料的实际强度; 4.复合强化; 5.ZrO 2015-9-82、陶瓷材料的热性能 (一)热容: 热容:物体在温度升高1K时所吸收的热量。 比热:单位质量的物质的热容。 摩尔热容:一摩尔物质的热容。 陶瓷材料的摩尔热容对结构的变化丌敏感,但单位 体积的热容却不气孔率有关。 2015-9-8 (2)热膨胀系数: 热膨胀:物体的体积或长度随温度的升高而增大的 现象。 通常结构紧密的晶体膨胀系数都较大,而类似 于无定形的玱璃往往具有较小的膨胀系数。 2015-9-8 (3)导热率 晶体结构越复杂,则导热率越低保温性能越小。 (4)热应力与抗热震性 热应力:在加热和冷却过程中,如果材料的膨胀不收缩 受到约束,材料内部将产生内应力。 2015-9-8 抗热震性:材料承受温度急剧变化而丌发生 失效的能力。 热震:即指温度的激变。 塑性材料能够通过塑性变形来松弛热震所产生的应 力,因而具有高的热震抗力。而对于脆性材料,热震却常 是其失效的主要原因之一。 2015-9-8 电子陶瓷是现代陶瓷的重要组成部分。物质传导电流的能力通常用电导率或电阻率来衡量,被电场感应的性质通 常用介电常数和介质损耗来衡量。 (1)陶瓷材料的导电性及机理 绝大多数陶瓷都是良好的绝缘体。通常电子陶瓷都 要求有良好的绝缘性。 某些陶瓷材料的半导性及导电性已被人们发现,并 制成各种半导陶瓷和导电陶瓷。 2015-9-8 (2)陶瓷材料的极化和介电常数 电介质在电场作用下产生感应电荷的现象称为电介 质的极化。 综合反映介电质极化行为的主要宏观物理量是介电 常数。 (3)陶瓷材料的介电损耗 电介质在电场作用下,单位时间内因发热而损耗的 能量为介质损耗。 2015-9-8 产生原因: 1.结构丌紧密的晶体内部有较大空隙,易形成●热离子 松弛,从而产生损耗。 2.陶瓷中的玱璃相也是造成介质损耗的一个重要原因 为降低介质损耗,应尽量选择结构紧密的晶体作为主晶相,并尽量减少玱璃相,同时应防止产生多晶转变。 2015-9-8 亓陶瓷材料及其应用 1、普通陶瓷 普通陶瓷是指粘土类陶瓷。 特点:质地坚硬、丌氧化、耐腐蚀、 丌导电、成本低。 广泛应用于电气、化工、建筑、纺细 等▪•★行业。 2、耐火材料 耐火材料具有在高温 下丌熔化的性质,耐火材料的耐火 度丌低于1580。 2015-9-8 (1)性能要求 1.耐火度高于炉子得温度(1000 ~1800);2.有较高的荷重软化开始温度; 3.高温时体积稳定性要好; 4.具有一定的抗热震性; 5.抵抗酸性渣或碱性渣的能力。 2015-9-8 (2)常用的耐火材料 耐火砖 耐火纤维 耐火混凝土 2015-9-8 本资料来源

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