北航材工 第十章 典型陶瓷材料

第十一章典型陶瓷材料一、结构陶瓷（氧化铝陶瓷）

熔点高、硬度高、化学性能稳定1.晶体结构

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷

-Al2O3：属三方晶系，20500C熔化前稳定。

-Al2O3：是一种氧化铝含量高的的铝酸盐矿物。

-Al2O3：属尖晶石型结构（立方）。

后两种在温度高于16000C时全部转化为-Al2O3类型：高铝瓷、刚玉、95瓷、99瓷等。2.氧化铝陶瓷制备①Al2O3预烧目的：使-Al2O3全部转变为-Al2O3；还可以排除原料中的Na2O，提高纯度，从而保证性能。预烧方法：1400～14500C，2～3小时。排除Na2O方法：加入0.3～3％的H3BO3Na2O＋2H3BO3Na2B2O4

＋3H2O细磨：锻烧过的Al2O3需要进行磨细，粉体细度对产品性能有很大影响。一般2微米左右，0.5～5

微米的范围。②

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷③加入烧结促进剂

变价氧化物：如TiO2，与Al2O3形成固溶体，同时产生晶格缺陷，促进烧结，使烧结温度降低150～2000C。生成液相的添加剂：如SiO2，形成液相烧结。烧结气氛：一般为空气，透明高纯的Al2O3陶瓷用氢气，因空气分子大，不易完全排出。④生产流程：原料煅烧细磨配料添加粘接剂成型烧结表面处理

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷3.用途

耐高温零件，如：坩锅。绝缘材料，如：瓷柱。

钠灯管，透明。

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷99％Ａl2Ｏ3瓷直型坩埚、垫板氧化铝真空管氧化铝波纹管95％Ａl2Ｏ3瓷热压铸系列产品二、氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷的晶体结构不同温度下氧化锆陶瓷发生相变，在1170℃以下为单斜相（m-ZrO2），在1170℃

～2370℃之间时，为四方相（t-ZrO2）,在2370℃

～2715℃之间，为立方相（c-ZrO2）。t-ZrO2c-ZrO2

m-ZrO21170℃液相2370℃2715℃在氧化锆的四方相与单斜相的相变过程中，由7％－9％的体积变化，当发生高温t-ZrO2相到低温m-ZrO2相转变时，体积膨胀，导致开裂。通常加Y2O3，形成室温为t-ZrO2的四方相，或c-ZrO2立方相，不发生相变，消除晶型转变时体积变化。2.氧化锆陶瓷的主要力学性能

1）应力诱发相变增韧裂纹尖端局部发生四方t-ZrO2相到单斜m-ZrO2相马氏体相变，消耗能量，消除裂纹扩展。

2）相变诱发微裂纹增韧裂纹尖端局部发生四方t-ZrO2相到单斜m-ZrO2相马氏体相变时，体积膨胀，产生压应力，使裂纹尖端闭合。所以，氧化锆陶瓷在室温下具有很高的强度和韧性，但高温时无相变增韧，强度和韧性皆下降。3.氧化锆陶瓷的应用

1）高强、高韧和耐磨，制成气缸内衬、高速轴承等；

2）耐腐蚀，制成输送腐蚀性介质的阀芯；

3）绝热性，制成飞机叶片表面的热障涂层。

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷其它结构陶瓷产品氧化锆陶瓷垫片氧化锆陶瓷喷咀氧化锆结构件系列氧化锆陶瓷刀具氧化锆结构件系列

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷氧化钛陶瓷无压烧结碳化硅氮化硅轴套氮化硅喷嘴

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷陶瓷纤维布陶瓷纤维扭绳氧化锆陶瓷表链陶瓷调节阀陶瓷基板

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷刚玉质氧化铝衬砖氮化硅基陶瓷球轴承二、功能陶瓷（压电陶瓷）

1.陶瓷的铁电性自发极化，如：ABO3，钙钛矿型结构。间隙半径为

0.1365nm，钛离子半径为0.128nm；高温时为立方相，温度很低（<1200C）时转变为四方相，由于c>a，使得电荷发生偏移而造成极化（自发极化）。画图祥解①电畴形成90°畴壁和180°畴壁陶瓷整体对外不显电极性②

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷电滞回线③居里点：铁电陶瓷在高温下失去自发极化性能，在低温时具有自发极化性能成为铁电相，此相变温度称为居里温度或居里点。④铁电陶瓷：具有铁电性的陶瓷材料。⑤

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷

2、压电陶瓷压电材料特性先极化，表面产生束缚电荷。正压电效应：若受压，C方向收缩，极化强度降低，放电。逆压电效应：加电场，C轴伸长，极化强度提，充电。①

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷典型的钙钛矿型压电材料（PZT）Pb（Zr、Ti）O3，当Zr:Ti为52:48时，压电性能最优。②压电陶瓷的制备方法③⑴原料处理

原料：金属氧化物（TiO2、ZrO2、PbO）。要求：为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2微米。步骤：球磨，细磨，混料。⑵预烧处理

PbO＋TiO2PbTiO3PbTiO3＋PbO＋ZrO2

Pb（Zr、Ti）O312000C

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷⑶

粉碎，成型，排塑粘结剂：聚乙烯醇、甘油、酒精、水。成型方法：轧模成型、压型、等静压成型。排塑：800～850oC，保温1小时。⑷

烧结排塑后的生坯重新装炉烧结。⑸上电极

烧成的陶瓷经精修、研磨、清洁后，就可以被覆电极了、一般采用涂布银浆烘干，然后装炉，加热到750oC，保温

10～20分钟，使银浆中的氧化银还原为银，并烧渗到陶瓷表面，形成牢固结合层。或用CVD法。

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能陶瓷压电陶瓷的应用电声换能器、超声换能器、加速度计等。④

·结构陶瓷用途陶瓷铁电性压电陶瓷晶体结构制备工艺·功能