陶瓷材料一般分為傳統(tǒng)陶瓷和現(xiàn)代技術(shù)陶瓷兩大類警钥。傳統(tǒng)陶瓷是指用天然硅酸鹽粉末(如黏土、高嶺土等)為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品符殊。因為原料的成分混雜和產(chǎn)品的性能波動大,僅用于餐具晒躺、日用容器、工藝品以及普通建筑材料(如地磚倘秸、水泥等),而不適用于工業(yè)用途√艨瑁現(xiàn)代技術(shù)陶瓷是根據(jù)所要求的產(chǎn)品性能,通過嚴(yán)格的成份和生產(chǎn)工藝控制而制造出來的高性能材料,主要用于高溫和腐蝕介質(zhì)環(huán)境,是現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。下面對現(xiàn)代技術(shù)陶瓷三個主要領(lǐng)域:結(jié)構(gòu)陶瓷轨皮、陶瓷基復(fù)合材料和功能陶瓷作一簡單介紹伪滤。

一、結(jié)構(gòu)陶瓷

同金屬材料相比,陶瓷的最大優(yōu)點是優(yōu)異的高溫機械性能燎厘、耐化學(xué)腐蝕薇硬、耐高溫氧化、耐磨損蠢琳、比重小(約為金屬的1/3),因而在許多場合逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應(yīng)用到金屬材料根本無法勝任的場合,如發(fā)動機氣缸套啊终、軸瓦、密封圈傲须、陶瓷切削刀具等蓝牲。結(jié)構(gòu)陶瓷可分為三大類:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷泰讽。

氧化物陶瓷

主要包括氧化鋁例衍、氧化鋯、莫來石和鈦酸鋁已卸。氧化物陶瓷最突出優(yōu)點是不存在氧化問題,原料價格低廉,生產(chǎn)工藝簡單佛玄。氧化鋁和氧化鋯具有優(yōu)異的室溫機械性能,高硬度和耐化學(xué)腐蝕性,主要缺點是在1000℃以上高溫蠕變速率高,機械性能顯著降低。氧化鋁和氧化鋯主要應(yīng)用于陶瓷切削刀具咬最、陶瓷磨料球翎嫡、高溫爐管、密封圈和玻璃熔化池內(nèi)襯等永乌。莫來石室溫強度屬中等水平,但它在1400℃仍能保持這一強度水平,并且高溫蠕變速率極低,因此被認(rèn)為是陶瓷發(fā)動機的主要候選材料之一惑申。上述三種氧化物也可制成泡沫或纖維狀用于高溫保溫材料。鈦酸鋁陶瓷體內(nèi)存在廣泛的微裂紋,因而具有極低的熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率翅雏。它的主要缺點是強度低,無法單獨作為受力元件,所以一般用它加工內(nèi)襯用作保溫镇纳、耐熱沖擊元件,并已在陶瓷發(fā)動機上得到應(yīng)用枉俗。

非氧化物陶瓷

主要包括碳化硅、氮化硅和賽龍(SIALON)仍枕。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子間主要是以共價鍵結(jié)合在一起,因而具有較高的硬度营俘、模量、蠕變抗力,并且能把這些性能的大部分保持到高溫,這是氧化物陶瓷無法比擬的尚蔗。但它們的燒結(jié)非常困難,必須在極高溫度(1500～2500℃)并有燒結(jié)助劑存在的情況下才能獲得較高密度的產(chǎn)品,有時必須借助熱壓燒結(jié)法才能達到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生產(chǎn)成本一般比氧化物陶瓷高毛凶。

這些含硅的非氧化物陶瓷還具有極佳的高溫耐蝕性和抗氧化性,因此一直是陶瓷發(fā)動機的最重要材料,目前已經(jīng)取代了許多超高合金鋼部件。現(xiàn)有最佳超高合金鋼的使用溫度低于1100℃,而發(fā)動機燃料燃燒的溫度在1300℃以上,因而普遍采用高壓水強制制冷篡搓。待非氧化物陶瓷代替超高合金鋼后,燃燒溫度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系統(tǒng),這在能源利用和環(huán)保方面具有重要的戰(zhàn)略意義帘圣。

非氧化物陶瓷也廣泛應(yīng)用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本較高,但高溫韌性页镜、強度饼酱、硬度、蠕變抗力優(yōu)異得多,并且刀具壽命長纸牌、允許切削速度高,因而在刀具市場占有日益重要地位瘾显。它的應(yīng)用領(lǐng)域還包括輕質(zhì)無潤滑陶瓷軸承、密封件涎才、窯具和磨球等鞋既。

玻璃陶瓷

玻璃和陶瓷的主要區(qū)別在于結(jié)晶度,玻璃是非晶態(tài)而陶瓷是多晶材料。玻璃在遠低于熔點以前存在明顯的軟化,而陶瓷的軟化溫度同熔點很接近,因而陶瓷的機械性能和使用溫度要比玻璃高得多憔维。玻璃的突出優(yōu)點是可在玻璃軟化溫度和熔點之間進行各種成型,工藝簡單而且成本低涛救。玻璃陶瓷兼具玻璃的工藝性能和陶瓷的機械性能,它利用玻璃成型技術(shù)制造產(chǎn)品,然后高溫結(jié)晶化處理獲得陶瓷。工業(yè)玻璃陶瓷體系有鎂-鋁-硅酸鹽业扒、鋰-鎂-鋁-硅酸鹽和鈣-鎂-鋁-硅酸鹽系列,它們常被用來制造耐高溫和熱沖擊產(chǎn)品,如炊具检吆。此外它們作為建筑裝飾材料正得到越來越廣泛的應(yīng)用,如地板、裝飾玻璃程储。

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