工艺技术_精细陶瓷概述

精细陶瓷 第一节概述 一 定义和分类一般认为 采用高度精选原料 具有精确的化学组成 按照便于进行结构设计及控制的制造方法进行制造加工的 具有优异特性的陶瓷称精细陶瓷 精细陶瓷主要有以下特点 产品原料全都是在原子 分子水平上分离 精制的高纯度的人造原料 在制备工艺上 精细陶瓷要有精密的成型工艺 制品的成型与烧结等加工过程均需精确的控制 产品具有完全可控制的显微结构 以确保产品应用于高技术领域 精细陶瓷具有多种特殊的性质 如高强度 高硬度 耐磨耐蚀 同时在磁 电 热 声光 生物工程等各方面有特殊功能 因而使其在高温 机械 电子 计算机 航天 医学工程各方面得到广泛应用 分类 1 结构陶瓷 1 耐高温 高强度 耐磨损陶瓷 2 耐高温 高强度 高韧性陶瓷 3 耐高温 耐腐蚀的透明陶瓷 4 生物陶瓷 2 功能陶瓷 1 导电陶瓷 2 介电陶瓷 3 压电陶瓷 4 半导体陶瓷 第二节精细陶瓷的制备工艺 一 精细陶瓷的粉体制备精细陶瓷的粉体制备方法一般可分为机械法和合成法两种 前一种方法是采用机械粉碎方式将机械能转化为颗粒的表面能 使粗颗粒破碎为细粉 后一种方法是由离子 原子 分子通过反应 成核和成长 收集 后处理等手段获得微细粉末 这种方法的特点是纯度 粒度可控 均匀性好 颗粒细微 并可以实现颗粒在分子级水平上的复合 均化 1 机械法2 合成法化学合成法包括固相法 液相法和气相法三种 二 精细陶瓷成型方法 1 粉料成型法 包括钢模压制 等静压制 2 浆料成型方法 3 可塑成型方法 4 注射成型方法 三 精细陶瓷的烧结方法 烧结的实质是粉末坯块在适当环境或气氛中受热 通过一系列物理 化学变化 使粉末颗粒间的粘结发生质的变化 坯块强度和密度迅速增加 其它物理 力学性能也得到明显的改善 精细陶瓷常用的烧结方法如下 1 普通烧结2 热压烧结3 其它烧结方法电场烧结超高压烧结活化烧结反应烧结自蔓延高温合成 SHS 致密化 一 高温结构陶瓷 氮化硅陶瓷 氮化硅可用多种方法合成 工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300 反应后获得 3Si 2N2 Si3N4也可用化学气相沉积法 使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应 产物沉积在石墨基体上 形成一层致密的层 此法得到的氮化硅纯度较高 其反应如下 3SiCl4 2N2 6H2 Si3N4 12HCl 高熔点氧化物陶瓷 高熔点氧化物陶瓷通常是指熔点超过SiO2熔点 1728 的氧化物 大致有60多种 其中最常用的有Al2O3 ZrO2 MgO BeO CaO和SiO2等六种 这些氧化物在高温下具有优良的力学性能 耐化学腐蚀 特别是具有优良的抗氧化性 好的电绝缘性 所以得到广泛的应用 2 透明陶瓷 二 光导纤维 高纯度的二氧化硅或称石英玻璃熔融体中 拉出直径约100 m的细丝 称为石英玻璃纤维 三 生物陶瓷 四 电子陶瓷 五 金属陶瓷 金属陶瓷是由金属和陶瓷性非金属组成的烧结材料 广义的金属陶瓷包括难熔化合物合金 硬质合金 弥散型核燃料元件和控制棒材料 金属粘结的金刚石工具材料等 狭义的金属陶瓷是指难熔化合物钛 锆 铪 钒 铌 钽 铬 钨 钼等和碳 硼 氮 硅等形成的化合物与金属的烧结材料 金属陶瓷既有陶瓷材料特有的耐高温 耐腐蚀等特性 又具有金属所有的韧性 耐冲击性和易加工性能 所以广泛被用来制作工件的耐磨 耐蚀 耐高温表层 还可用作一些特殊用途 例如 用高温烧结的多层多孔的碳化钛 由于在高温烧结过程其表面形成了氧化钛膜 使其耐高温的熔点温度高达3000摄氏度 因此可作为耐高温材料以及用来制作过滤器和光催化材料 高分子聚合金属陶瓷的应用涉及船舶 海洋工程 石油 化工 冶金 机械 电力 水利 矿山 航空以及军事装备等领域 TiN TiC金属陶瓷刀具具有优良的力学性能 是一种高技术含量和高附加值的刀具 六 超导陶瓷 富勒烯家族 C60是由60个碳原子组成的空心笼状分子 由于形状酷似足球而被称为 布基球 1990年科学家首次观察到C60材料的超导性 并发现掺杂一些钾金属等物质能够使其超导临界温度有所提高 但在临界温度达到40K左右之后 有关研究便停滞不前 往C60材料中掺入杂质 把C60分子彼此推得更开 也可以提高材料的超导临界温度 贝尔实验室的科学家认为 利用类似机理 向含有大量自由