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发布时间:2023-08-17 11:40:25 浏览: 次
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1、陶瓷质料的分类和机能除了金属质料以表的无机质料都属于无机非金属质料,正在繁多无机非金属质料中,以陶瓷的品种最多,行使最广,以下重要先容陶瓷质料。第一节 概述大凡陶瓷又称古板陶瓷。以自然硅酸盐矿物为重要原料,如粘土、石英、长石等。重要成品有:日用陶瓷、修设陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷。一、陶瓷质料的分类与坐蓐分类按原料出处分:大凡陶瓷、特种陶瓷特种陶瓷是以纯度较高的人为合成化合物为重要原料的人为合成化合物。如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4陶瓷、BN等。 按用处分类日用陶瓷工业陶瓷工程布局陶瓷成效陶瓷按用处分类: 高强度陶瓷 高温陶瓷 压电陶瓷 磁性陶瓷 半导体陶瓷 生物陶瓷特种陶瓷
2、可按化学构因素为氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷金属陶瓷(硬质合金)造粉通过呆板或物理或化学措施造备粉料,正在造备坯料时,要操纵坯料粉的粒度、形态、纯度及脱水脱气,以及配料比例和混料匀称等质料哀求。按区其余成型工艺哀求,坯料可能是粉料、浆料或可塑泥团。(一)陶瓷成品的坐蓐陶瓷成品的坐蓐都要通过三个阶段:造粉成型烧结成型将坯料用必然东西或模具造成必然形态、尺寸、密度和强度的成品坯型(亦称生坯)。烧结生坯经发端干燥后,举行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时,陶瓷内部会产生一系列物理化学转化及相变,如体积减幼,密度减少,强度、硬度普及,晶粒产生相变等,使陶瓷成品抵达所哀求的物理机能和力学机能。二、陶瓷质料的
3、布局与机能特性陶瓷质料是多相多晶质料,陶瓷布局中同时存正在晶体相玻璃相气相各构成相的布局、数目、状态、巨细及散布决策了陶瓷的机能。(一)陶瓷质料的布局1晶相晶相是陶瓷质料的重要构成相,对陶瓷的机能起决策性用意。陶瓷中的晶相的连系键为 离子键 共价键 混淆键氧化物布局的连系键以离子键为主,又称离子晶体。Si3N4、SiC、BN等以共价键为主,称共价晶体。氧化物布局的重要特性是氧离子密切摆列组成晶格骨架,构成六方或面心立方点阵,而正离子位于骨架的适合间隙之中。如:CaO、MgO、Al2O3、ZrO2现实陶瓷晶体与金属晶体一律也存正在晶体缺陷,这些缺陷可加快陶瓷的烧结扩散进程,还影响陶瓷机能。晶粒愈细,
4、陶瓷的强度愈高。如刚玉(Al2O3)晶粒均匀尺寸为200m时抗弯强度可高达570MPa。陶瓷质料中往往同时存正在多种晶相,对陶瓷机能起决策用意的晶相当主晶相,其余为次晶相。. 玻璃相玻璃相是一种非晶态固体,是陶瓷烧结时,各构成相与杂质发生一系列物理化学反映酿成的液相正在冷却凝结时酿成的。玻璃相的用意将分离的晶相粘结正在沿途;下降烧结温度;胁造晶相的晶粒长大填充气孔。玻璃相是陶瓷质料中不成短少的构成相。玻璃相熔点低、热坚固性差,正在较低温度下首先软化,导致陶瓷正在高温下产生蠕变,且此中常有少许金属离子而下降陶瓷的绝缘性。故工业陶瓷中玻璃相的数目要予以操纵,一 般2040%。. 气相气相指陶瓷孔隙中的气体即
5、气孔。是坐蓐进程中不成避免的,陶瓷中的孔隙率常为510%,要力图使其呈球状,匀称散布。气孔对陶瓷的机能有明显影响,使陶瓷强度下降、介电损耗增大,电击穿强度降落,绝缘性下降。气相可使陶瓷的密度减幼,并能摄取振动;用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等须要减少气孔率,有时气孔率可高达60。(二)陶瓷的机能1. 力学机能硬度高、耐磨性好;抗拉强度低,抗压强度较高; 高弹性模量,高脆性。 E=100400GPa (金属210) 正在拉伸时险些没有塑性,正在拉力用意下发生必然的弹性变形后直接断裂。打击韧性、断裂韧性低 KIC 约为金属的1/601/100 物理与化学机能熔点高 凡是正在2000以上,故陶瓷高温
6、强度和高温蠕变抗力优于金属。热胀系数幼、热导率低 随气孔率减少,陶瓷的热胀系数、热导率下降,故多孔或泡沫陶瓷可作绝热质料。 热振性差。有些陶瓷拥有非常的光学机能 红宝石(-Al2O3掺铬离子)、钇铝石榴石、含钕玻璃等可作固体激光质料;玻璃纤维可作光导纤维质料,其余另有效于光电计数、跟踪等自控元件的光敏电阻质料。磁性 磁性陶瓷别名铁氧体或铁淦氧,重倘使Fe2O3和Mn、Zn等的氧化物构成的陶瓷质料,为磁性陶瓷质料,可用作磁芯、磁带、磁一级。布局坚固 化学坚固性高,抗氧化性优异,正在1000高温下不会氧化,并对酸、碱、盐有杰出的抗蚀性。故正在化工工业中普遍行使。第二节工程布局陶瓷质料又称古板陶瓷、粘土
7、陶瓷。这种陶瓷以自然硅酸盐矿物,如粘土、长石、石英等为重要原料配造、烧结而成的。主晶相为莫来石晶体(3Al2O32SiO2),占2530,次晶相为SiO2;玻璃相约为3560;气相为13。一、大凡陶瓷机能特性硬度高,不会氧化生锈,不导电,耐1200高温,加工成型性好,本钱低廉。玻璃相较多,强度较低,正在较高温度下易软化,故耐高温及绝缘性不足其它陶瓷。行使日用陶瓷工业上重要用作绝缘的电瓷绝缘子和耐酸陶瓷、碱的容器、反映塔管道等,还可用于受力不大,处事温度正在200以下的布局零件。二、特种陶瓷(一)氧化铝陶瓷以Al2O3为重要因素,含少量SiO2的陶瓷。依照Al2O3含量区别,分为75瓷( )又称刚玉-莫
8、来石瓷;95瓷、99瓷,又称刚玉瓷。Al2O3含量愈高,玻璃相愈少,气孔愈少,陶瓷的机能愈好,但工艺愈庞大,本钱愈高。氧化铝陶瓷的强度高,是大凡陶瓷的26倍,抗拉强度可达250MPa;耐磨性好,硬度次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅,居第5;耐高温机能好,刚玉陶瓷可正在1600下持久处事,正在气氛中的最高行使温度达1980;耐蚀性和绝缘性好;脆性大,抗热振性差,不行经受境况温度的猛然转化。重要用处: 电器绝缘构件 呆板构件 耐磨构件和模具 化工构件 耐火质料(二)氮化硅陶瓷以Si3N4为重要因素;按坐蓐工艺区别,分为热压烧结氮化硅陶瓷和反映烧结氮化硅陶瓷;热压烧结氮化硅陶瓷以Si3N4粉为原料
9、,参加少量增加剂,装入石墨模具中,正在16001700高温和2030MPa的高压下烧结成型,获得构造致密,气孔率挨近0的氮化硅陶瓷。因受石墨模具所范围,只可加工形态简略的成品。反映烧结氮化硅陶瓷以硅粉或硅粉与Si3N4粉的混淆料,压造成型后,放入渗氮炉中举行渗氮照料,直到全盘的硅都酿成氮化硅,获得尺寸相当稹密的氮化硅成品。但此成品中有2030的气孔,故强度不足热压烧结成品,与95瓷附近。机能优异,易于加工。行使反映烧结氮化硅陶瓷重要用于耐磨、耐高温,耐侵蚀,形态庞大且尺寸精度高的成品。如石油化工泵的密封环、高温轴承、热电偶套管、燃气轮机转子叶片等;热压烧结氮化硅陶瓷用于修筑形态简略的耐磨、耐高温
10、零件和东西。如切削刀具、转子唆使机刮片、高温轴承等。(三)碳化硅陶瓷主晶相SiC,有反映烧结和热压烧结两种碳化硅陶瓷;高温强度高,处事温度可达16001700 1400时,抗弯强度为500600MPa ;有很好的导热性、热坚固性、抗蠕变才能、耐磨性、耐蚀性,且耐辐射;是杰出的高温布局质料,重要用于创造火箭喷管的喷嘴,浇注金属的浇道口、热电偶套管、炉管,燃气轮叶片,高温轴承,热相易器及核燃料包封质料等。 机能特性 1:拥有高的导热机能和负的导热温度系数,热膨涨系数幼,尺寸坚固性高。 2:硬度高,莫氏硬度为9.29.5级。显微硬度为3340kg/cm,仅次于金刚石。 3:断裂韧度较低,抗拉强度也不
11、高,但高温抗弯轻度比其他陶瓷好。 5:与大大都无机酸不产生反映,但硝酸和氢氟酸的混淆液能将碳化硅氧化,并使氧化硅溶化。(四)氮化硼陶瓷主晶相BN,共价晶体,晶体布局为六方布局,有白石墨之称;杰出的耐热性和导热性,热导率与不锈钢相当,热胀系数比金属和其它陶瓷低得多,故抗热振性和热坚固性好;高温绝缘性好,2000仍是绝缘体,是理思的高温绝缘质料和散热质料;化学坚固性高,能抗Fe、Al、Ni等熔融金属的腐蚀;硬度较其它陶瓷低,可切削加工;有自润滑性,耐磨性好。(五)碳化硼陶瓷碳化硼为玄色,莫氏硬度9.3,显微硬度5567GPA。它的硬度挨近于金刚石和立方氮化硼的高硬质料八戒体育,拥有低的密度、高的模量和优异
12、的高温机能。可能用来创造非常耐磨的呆板构件,也可能举动磨料行使。机能拥有低密度、高硬度、高弹性模量、高热导率、高熔点、高耐磨是碳化硼最大的特性拥有较高弯曲强度和断裂韧性耐酸碱机能好,正在很多侵蚀介质中发扬出杰出的坚固性用处 呆板构件 避弹构件 半导体质料和高温器件区别品种的特种陶瓷,各具区其余优异机能,但举动主体布局质料,其联合的弱点是:塑性、韧性差,强度低第三节金属陶瓷以金属氧化物或碳化物为重要因素,参加适量的金属粉末,通过粉末冶金的措施造成的,拥有某些金属本质的陶瓷。金属陶瓷是金属切削刀具、模具和耐磨零件的紧急质料。一、粉末冶金措施及其行使粉末冶金粉末造备-压造成型-烧结成零件或毛坯金属质料
13、的造备:熔炼、锻造高熔点的金属及金属化合物难以通过熔炼或锻造的措施造备(一)粉末冶金法的根本工艺进程. 粉末造备囊括粉末造取、配料、粉料混淆等设施。粉末的纯度、粒度、混淆的匀称水平等对粉末冶金成品的质料有紧急影响。粉末愈细、愈匀称、纯度愈高,陶瓷的机能愈好。2. 压造成型多采用冷压法,即将粉料装入模具型腔内,正在压力机下压造成致密的拥有必然强度的坯体。为了革新粉末的可塑性和成型性,普通正在粉料中会参加必然比例的增塑剂,如汽油橡胶溶液、白腊等。3烧结将压造成型的坯体放入通过爱戴空气的高温炉或真空炉中举行烧结,正在维持起码一种组元仍处于固态的烧结温度下,长时辰保温,通过扩散、再结晶、化学反映等进程,得回
14、与凡是合金相同的构造,并存正在少许细幼的孔隙的粉末冶金成品。依照烧结进程中有无液相发生,烧结分为:固相烧结和液相烧结。固相烧结:正在烧结时不酿成液相。无偏析高速钢、烧结铝(Al-Al2O3)、烧结钨、青铜石墨、铁石墨等液相烧结:正在烧结时酿成一面液相的液-固共存状况。金属陶瓷硬质合金(WC-Co、WC-TiC-Co等)、高速钢WC、铬钼钢WC等4后照料加工为革新或获得某些机能,有些粉末冶金成品正在烧结后还要举行后照料加工。如齿轮、球面轴承等正在烧结后再举行冷挤压,以普及其密度、尺寸精度等;铁基粉末冶金零件举行淬火照料,以普及硬度等等。(二)粉末冶金的行使减摩质料含油轴承行使粉末冶金质料的多孔性,将质料浸
15、正在润滑油中,正在毛细力用意下,可吸附多量润滑油,从而减摩。常用含油轴承质料有铁基和铜基。布局质料用碳钢或合金钢的粉末为原料,采用粉末冶金措施修筑布局零件。这种零件的精度较高、轮廓光洁,不须或少须切削加工即为造品零件。高熔点金属质料W、Mo、WC、TiC等金属及金属化合物熔点高,用熔炼和锻造措施坐蓐较难,且不易保障其纯度和冶金质料。这些质料可能通过粉末冶金坐蓐,如各式金属陶瓷、钨丝及Mo、Ta、Nb等难熔金属和高温合金。非常电磁机能质料如硬磁质料、软磁质料,多孔过滤质料,假合金质料二、金属陶瓷硬质合金硬质合金是金属陶瓷的一种,它是以金属碳化物(WC、TiC、TaC等)为基体,再参加适量的金属粉末(
16、如Co、Ni、Mo等)举动粘结剂造成的,拥有金属本质的粉末冶金质料。Co基体WC(一)硬质合金的机能特性高硬度、高热硬性、耐磨性好(重要特性)因以碳化物为骨架,常温下硬度6981HRC,热硬性达9001000,举动切削刀具,其耐磨性、寿命和切削速率比高速钢明显普及。力学机能抗压强度高(6000MPa),抗弯强度低(惟有钢的1/31/2),弹性模量高(是高速钢的23倍),韧性差(约为淬火钢的3050)耐蚀性、抗氧化性好,热胀系数比钢低因抗弯强度低、脆性大、导热性差,故正在加工、用意进程中要避免打击和温度快速转化;硬度高,无法举行切削加工,可采用电加工(电火花、线切割)和特意砂轮磨削加工。(二)硬质
17、合金的分类和行使1. 分类常用硬质合金按因素和机能特性分为三类钨钴类硬质合金钨钴钛类硬质合金通用硬质合金2. 行使重要用于修筑切削刀具、冷作模具、量具和耐磨零件。钨钴类硬质合金刀具重要用来切削加工脆性质料,如铸铁、有色金属、胶木及其它非金属质料;钨钴钛类硬质合金重要用来切削加工韧性质料,如各式钢。含Co量多的硬质合金韧性好,适宜粗加工,含Co量少的适于精加工。通用硬质合金既可切削脆性质料,亦可加工韧性质料(三)钢结硬质合金以一种或几种碳化物(WC、TiC)为硬化相,以合金钢(高速钢、铬钼钢)粉末为粘结剂,经配料、压型、烧结而成的一种新型硬质合金。与大凡硬质合金比拟,钢结硬质合金可锻造、焊接、热照料,并可切削加工。正在锻造退火后,其硬度约4045HRC,可用凡是措施切削加工,加工成型后,经淬火低温回火,硬度达6973HRC。
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