第九章--新型无机非金属材料.ppt

1、第九章新型无机非金属材料,9.1概述现代陶瓷（新型陶瓷、特种陶瓷、精细陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷）与传统陶瓷的比较传统陶瓷：陶器、瓷器陶器：粘土，7001000；多孔，脆，强度低。瓷器：瓷石、高岭土，11001300；致密，脆，强度低。现代陶瓷：高纯人工合成，1300。高致密，高强、高韧。,分类,按成分,氧化物陶瓷：Al2O3、SiO2、ZrO2、BaTiO3、ZrSiO4,碳化物陶瓷：SiC、WC、B4C、TiC，,氮化物陶瓷：Si3N4、AlN、BN、TiN,硼化物陶瓷：ZrB2、TiB2,按性能和用途,结构陶瓷：结构零部件，主要使用其力学、热学、化学性能，如耐磨、耐高温、抗氧化。,功能

2、陶瓷：功能器件，主要使用物理性能，如压电陶瓷、磁性陶瓷、发光材料。,生物陶瓷：人工骨、齿，生物相容性。,包括：氧化物、氮化物、碳化物、金属陶瓷,9.1.1陶瓷的显微结构,晶体相（结晶相）玻璃相气相,Al2O3陶瓷的显微结构,1结晶相2玻璃相3气相,9.1.2陶瓷材料的性能特点,化学键：离子键、共价键。优点：硬度高，耐磨性好；熔点高，耐热性好；化学稳定性高，耐蚀性好。缺点：塑性变形困难；脆性大；裂纹敏感性强。致命缺点，脆性大，韧化很重要。,9.1.3陶瓷的力学性能,9.1.3.1弹性性能（1）弹性和弹性模量弹性模量仍可用虎克定律描述：=EE原子间距的微小变化所需外力的大小。（2）温度对E的影响温

3、度升高，原子间距增大，弹性模量降低。热膨胀系数小，弹性模量高。（3）E与熔点的关系E与熔点成正比例关系，Va原子体积或分子体积。E与kTm/Va之间成线性关系。Tm，E氧化物氮化物硼化物dc，室温下t已转变为m；ddm，相变时诱发了显微裂纹。dcddm：不足以诱发显微裂纹，但m相周围有残余应力。这种显微裂纹与残余应力均会产生韧化作用。didcdm，引起显微裂纹。对某一粒径有一最佳ZrO2含量（1.25m,15%,6.4m,4%）,即此时ZrO2粒子转变诱发显微裂纹的密度较高，又不相互连接。当ZrO2含量过高时，显微裂纹相互连接而使KIC下降。还可看出，随d,临界ZrO2含量（临界裂纹密度），大

4、d诱发的裂纹尺寸大，易连接形成危险裂纹。fZrO2图说明，显微裂纹增韧不强化。,ZrO2含量及粒径对Al2O3+ZrO2陶瓷韧性的影响,c)残余应力韧化：dcdm：显微裂纹韧化dcddm：残余应力韧化diddc：相变韧化d1800)和较长的烧结时间。,A1N陶瓷具有高热导率、低介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数、高电阻、高硬度等优点，且不受熔融金属侵蚀、抗热冲击性好，A1N陶瓷在空气中1000和真空中1400仍能保持稳定。无论是作为功能材料还是结构材料，A1N都是很有前途的候选材料。氮化铝陶瓷是一种较为理想的电子封装材料，受到广泛的重视和研究。近10年来，在发达国家，A1N陶瓷基片被广泛应用于微电子、功率电力电子、微波器件、大规模集成电路和超大规模集成电路，以及高可靠先进的混合集成电路中，并且基本取代惯用的氧化铍(BeO)和部分取代氧化铝(A1203)基片产品。A1N的热导率是A1203的23倍，可用于熔融金属用坩埚、热电偶保护管、真空蒸渡用容器，以及非氧化性电炉的炉衬材料。,除上述三种陶瓷外，硼化物陶瓷也经常使用。最常见的硼化物陶瓷包括硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨、和硼化锆等。其特点是高硬度，同时具有较好的耐化学侵蚀能力。其熔点范围为18002500。比起碳化物陶瓷，硼化物陶瓷