氧化铝陶瓷ppt课件.ppt

结构陶瓷定义与分类 定义 所谓结构陶瓷 是指能作为工程结构材料使用的陶瓷 它具有高强度 高硬度 高弹性模量 耐高温 耐磨损 耐腐蚀 抗氧化 抗热震等特性 分类 因结构陶瓷往往在高温下作为结构材料使用 因而常称之为高温结构陶瓷或工程陶瓷 高温结构陶瓷大致可分为两大类 一类是在大热流和1500 高温下作短时间 几秒到几十分钟 使用 另一类是在中等热流和1200 以上的高温下长时间 几百到数千小时 使用 前者用于如洲际导弹的端头 回收人造卫星的前缘 火箭尾喷管喉衬和航天飞机外蒙皮等 后者主要用于能源工程 作为各种新型热机 燃气轮机 绝热柴油机 中的耐热 耐磨部件 如燃烧室 活塞顶 蜗轮转子 汽缸套等以及广泛用于汽车 机械 石油化工 纺织等工业领域的耐热 耐磨损 耐腐蚀部件 如各种泵用的密封材料 轴承及轴套等 1 按组分分类 结构陶瓷又可分为 1 氧化物陶瓷 如氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 莫来石陶瓷 氧化镁陶瓷 氧化钙陶瓷 氧化铍陶瓷 锆英石陶瓷等 2 氮化物陶瓷 如氮化硅陶瓷 赛龙 Sialon 氮化铝陶瓷 氮化硼陶瓷等 3 碳化物陶瓷 如碳化硅陶瓷 碳化钛陶瓷 碳化硼陶瓷以及碳化铀陶瓷 4 硼化物陶瓷 如硼化钛陶瓷 硼化锆陶瓷等 由此可见 组成结构陶瓷的元素 如硅 硼 碳 氧 氮 铝均为地壳中含量最多的 这也是结构陶瓷用作发动机部件 取代镍 钴 铬等战略金属 显示其生命力的地方 2 氧化物陶瓷 氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷氧化镁陶瓷氧化铍陶瓷其它氧化物陶瓷 3 氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷是一种以 氧化铝为主晶相的陶瓷材料 氧化铝含量一般在75 99 9 之间 通常习惯以氧化铝的含量来分类 氧化铝的含量在75 左右称为 75瓷 含量在85 左右称作 85瓷 含量在99 左右称作 99瓷 含量在99 以上的称作刚玉瓷或纯刚玉瓷 氧化铝有 刚玉型 等11种变体 其中主要是 两种晶型 而且只有一种热力学稳定相 即 氧化铝 而 氧化铝是含碱的铝酸盐 R2O 11Al2O3或RO 6Al2O3 它们的结构各不相同 4 5 氧化铝结构图 6 蓝宝石 蓝色的蓝宝石 是由于其中混有少量钛 Ti 和铁 Fe 杂质所致 7 红宝石 红色来自铬 Cr 8 Al2O3属立方晶系 尖晶石型结构 氧离子形成立方密堆积 Al3 填充在间隙中 Al2O3的密度小 且高温下不稳定 加热到1100 1200 时 缓慢转变成 Al2O3 到1450 时这一过程才完成 伴随着放热32 8KJ mol 体积收缩14 3 由于 Al2O3是松散结构 机电性能差 可以用它来做多孔材料 自然界没有发现 Al2O3 它一般是由含水的Al2O3矿物 Al2O3 H2O或Al2O3 3H2O 经加热而成 9 10 11 氧化铝粉体的制备 拜耳法工业氧化铝粉体的生产一般采用拜耳法 是由K JBayer 拜耳 所发明 它是将含铝量高的天然矿物 如铝矾土用酸法或碱法处理而得 碱法处理是近代炼铝工业中制造氧化铝的主要方法 酸法生产很少使用 但能提取贫矿中的氧化铝 因而是有发展前途的一种方法 高纯度氧化铝粉体制备 是将高纯度铝盐和金属铝分别热解 氧化而制得的 主要有以下四种方法 1 铵明矾热解法2 有机铝盐加水分解法3 铝的水中放电分解法4 铝的铵碳酸盐热分解法 12 13 14 高纯度氧化铝粉体制备 Al2O3制品的强度 耐热性和电绝缘性等许多性能随杂质含量的增加而劣化 因此在制品要求高强度和优良透光性能时 必须采用高纯度的Al2O3粉末原料 一般采用如下方法制取 1 铵明矾热解法2 有机铝盐加水分解法3 铝的水中放电分解法4 铝的铵碳酸盐热分解法 15 Al2 NH4 2 SO4 4 24H2OAl2 NH4 2 SO4 4 H2O 23H2OAl2 NH4 2 SO4 4 H2OA12 SO4 3 SO3 2NH3 2H2OA12 SO4 3Al2O3 3SO3 Al2O3 Al2O3 例 硫酸铝铵 Al2 NH4 2 SO4 4 24H2O 在空气中热分解制备Al2O3粉体 16 17 Al2O3陶瓷的制备 预烧与晶型转变Al2O3生产中预烧具有以下作用 使 Al2O3转变为稳定的 Al2O3 这样制品在烧成时的线收缩可以从22 降低为14 或者体积收缩从53 降低为37 煅烧后的Al2O3可能形成极细小的 Al2O3单晶颗粒 球状Al2O3的脆性提高 易于研磨 预烧还可以排除原料中的杂质Na2O 提高原料的纯度 从而提高产品的性能 18 19 磨细与配料 20 氧化铝陶瓷的成型 氧化铝陶瓷成型的方法有许多种 依产品的形状 大小 复杂性与精度等要求选用合适的成型方式 最常用的方法有干压法成型 注浆成型 挤压成型 冷等静压法成型 CIP 注射成型 流延成型 热压成型与热等静压成型 HIP 以及近几年来新开发的压滤成型 凝胶注成型 固体自由成型制造技术等 21 烧结 常见的几种烧结工艺均可以用来制备氧化铝陶瓷材料 不同的方法所得材料具有不同的优点 采用烧结助剂无疑是一种比较好的烧结方法 22 影响氧化铝陶瓷烧结的因素 影响氧化铝陶瓷烧结的因素主要是烧成工艺制度和氧化铝粉体的性状 烧成制度 23 24 25 26 27 28 透明氧化铝陶瓷 29 30 透明氧化铝陶瓷的制备 31 32 氧化铝陶瓷的性能和应用 氧化铝陶瓷的用途是十分广泛的 根据氧化铝含量不同 其性能不同 用途也各有差异 机械强度高 氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa 热压产品可达500MPa 氧化铝的成分愈纯 强度愈高 强度在高温下可维持到900 利用氧化铝陶瓷的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件 33 氧化铝装置瓷 34 电阻率高 电绝缘性好 氧化铝的常温电阻率约为1015 cm 绝缘强度15Kv mm 利用其绝缘性和强度可制成各种基板 管座 火花塞和电路外壳等 35 氧化铝火花塞 36 硬度高 莫氏硬度为9 加上优良的抗磨损性 所以广泛地用以制造刀具 磨轮 磨料 拉丝模 挤压模 轴承等 用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时 可以以高的切削速度获得高的精度 37 38 熔点高 抗腐蚀 氧化铝的熔点为2050 能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀 可用作耐火材料 炉管 热电偶保护套等 39 40 化学稳定性好 许多复合的硫化物 磷化物 砷化物 氯化物 溴化物 碘化物 氧化物以及硫酸 盐酸 硝酸 氢氟酸不与A12O3作用 因此A12O3可以制备人体关节 人工骨等生物陶瓷材料 41 42 光学特性氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管 钠蒸气放电可获得一种高效率的光源 但是钠蒸气放电会产生超过1000 的高温 而且钠是一种非常活泼的金属 有很强的腐蚀性 用玻璃制成的灯管无法耐受 而一时又找不到能在高温下抵抗钠蒸气腐蚀的合适灯管材料 透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050 能在1600 的环境里不受钠蒸气的腐蚀 而且可以通过95 的光线 有了它 高压钠灯才在1960年呱呱坠地 并经过不断改进 得到了实际应用 除了高压钠灯外 透明陶瓷还适用于制造其他新型的灯具 如钾灯 铷灯 铯灯 金属卤化物灯等 43 44 高熔点 高硬度 可制成透明陶瓷 无毒 不溶于水 强度高 主要特性 主要用途 坩埚