结构陶瓷材料绪论.ppt

1、结构陶瓷材料,第一章 绪论 第二章 结构陶瓷的结构性能 第三章 氧化铝陶瓷 第四章 氧化锆陶瓷 第五章 非氧化物陶瓷 第六章 纳米陶瓷 第七章 陶瓷基复合材料 第八章 结构陶瓷材料的应用,第一章 绪论,1、材料按组分划分： 金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料 目标：95011000C 超耐热合金 120016000C 只有陶瓷,无机非金属材料,复合材料,高分子材料,金属材料,木材 皮革 纤维,纸,青铜,铁,钢,金,皮胶,橡胶,赛璐珞,陶,玻璃,水泥,火石,合金钢,耐热合金,先进功能陶瓷,各种基体复合材料,功能高分子,高温高分子,高强高模高分子,通用高分子,韧性工程陶瓷,金属陶瓷,耐火材料

2、,时间 / 年,相对占有量,玻璃态金属,5000 公元前,0 公元,1000,1500,1800,1900,1940,1960,1980,1990,2000,2010,纤维增强塑料,稻草杆砖,微合金钢,骨,瓷,二、 材 料 的 发 展 历 史,（1）从发展看，到二十一世纪，金属材料、高分子材料、 无机非金属材 料、复合材料将出现四大类工程材料平 分秋色的局面。,材料今后的发展方向,（3）对新一代材料的主要要求： a. 既是结构材料又具有多种功能的材料； b. 具有感知、自我调节和反馈等能力的智能型材料； c. 制作和废弃过程中尽可能减少污染的绿色材料； d. 充分利用自然资源，能循环作用的可再

3、生性材料； e. 少维修或不维修的长寿命材料。,三、陶瓷材料的发展,1、陶（800900oC）：第一个人工制成的材料 1万年前，南方的洞穴遗址 8千年前： 甘肃大地湾遗址 7千年前，河姆度遗址、磁山遗址 新石器时代：仰韶文化、龙山文化 周朝 （12000C） 釉陶：秦代 瓷（周朝、汉朝13000C) 青瓷、白瓷、彩瓷 区别：胚体的空隙率（原料和烧成温度）,裴李岗文化时期的陶器（距今约8000年）。出土于河南省郑州市新郑市裴李岗村。出土的陶器主要以泥质红陶和夹砂红陶为主，红陶在中国出现最早，烧成温度900左右。,仰韶文化时期陶器 1972年河南省郑州市大河村出土,器形浑圆端正，器壁薄而均匀，将黑

4、陶制品表面打磨光滑，乌黑发亮，薄如蛋壳，厚度仅1mm，人称“蛋壳陶”。,龙山文化时期出土的黑陶（距今约46004000年）,“第一次飞跃”： 殷商时代的陶器从无釉到有釉,商代早期陶器,商代几何纹白陶瓿 陶器向瓷器过渡,彩绘陶甗,黄釉舞乐扁壶,“第二次飞跃”：汉代以后，釉陶逐渐发展成瓷器。,东汉越窑青瓷是迄今为止我国发掘的最早瓷器， 一直贯穿到宋代的五大名窑(汝、定、官、越、钧)。,“第三次飞跃”：唐代是瓷器由半透明釉发展到半透明胎。 唐代越窑的青瓷、邢窑的白瓷、宋代景德镇湖田、湘湖窑的影青瓷都享有盛名。,唐三彩,钧瓷,景德镇陶瓷,2、陶瓷的定义,“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原

5、料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。 传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。,传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、长石、石英等)，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。 因此，陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属“硅酸盐工业”的范畴。,粘土矿物高岭石,钾长石,石英,19世纪：经高温热处理所合成的无机非金属材料 1968年、美国： 以无机非金属物质为主的固体材料及其制备与应用的科学和技术,3、传统陶瓷、特种陶瓷（新型陶瓷、先进陶瓷）,四、特种陶瓷的分类 功能陶瓷、结构陶瓷 1、结构陶瓷：先进陶瓷中发挥其机械、热、化学等效能的一大类材料。

6、 高温下作为结构材料使用，高温结构陶瓷 工程陶瓷 2、性能特点： 较高的室温强度、硬度、耐磨性和耐化学腐蚀性 耐高温、耐腐蚀、耐磨性、耐冲刷 脆性、低可靠性、重复性差,(1)导电陶瓷 (2)介电陶瓷 (3)压电陶瓷 (4)半导体陶瓷,3、功能陶瓷,氧化铝陶瓷制品,氧化锆陶瓷,按性能与使用领域分类： 机械陶瓷： 热机陶瓷： 生物化工陶瓷： 核陶瓷及其他：,Si3N4基陶瓷球轴承,高压钠灯,透明氧化铝陶瓷,五、结构陶瓷的地位与作用,现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础 发展现代军事技术和生物医学不可缺少的材料,1、科学技术发展的作用 （空间技术中热防护系统）,2、建立和发展高新技术产

7、业,光通讯工业：光纤接头处结构材料、氧化锆陶瓷 电子工业：电路板基板 ALN、AL2O3 机械工业：SIN系列、SIC系列ZrO2、Al2O3增韧系列、陶瓷基复合材料 热机,热机 陶瓷热耐高温、低重量、低摩擦、耐损耗少燃料损耗，提高使用寿命电热塞、镶块、转子、内衬,用高温结构陶瓷做的发动机叶片,回收废热高温交换器,冶炼工业：耐火材料是指耐火温度不低于1580, 并在高温下能耐气体、熔融金属、熔融炉渣等物质侵蚀，而且有一定机械强度的无机非金属材料。,硅砖,镁砖,高铝砖,陶瓷刀具 节约成本80亿美元 金属热挤压模： 部分稳定氧化锆较碳化物挤压模，寿命提高350，生产效率提高300，成本下降 50,

8、刀具的切削性能,高速钢,钨钴类YG,钨钛钴类YT,高性能高速钢,普通高速钢,硬质合金,钨钛钽（铌）钴类YW,涂层/陶瓷,纯氧化铝类（白色陶瓷）,TiC添加类（黑色陶瓷）,立方碳化硼CNB,聚晶金刚石 ND,常用刀具材料,合金钢加钨W/钼Mo/钒V/铬Cr/ 钴Co等,强度高、韧性好、易加工，HRC6267,Vc 60m/min.,用钼Mo/镍Ni/钴Co等将WC/TiC/TaC粘合烧结而成,耐热、高硬、但韧性差、加工性差。HRC80,Vc =（410）V高速.,高硬HRC78 、耐热, 抗弯性差、韧性差，抗冲击能力差，易崩刃。,刀具材料选用,涂层硬质合金刀具视涂层材质按相应硬质合金适用性选用。

9、 陶瓷刀片常用于无冲击振动的连续高速车削。 立方氮化硼用于高硬、高强度难切削的铁族材料加工，如淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。 金刚石多用于有色金属及其合金的高速精细加工，如镜面车削。,3、节约资源和节能陶瓷热交换器 3050%陶瓷发动机 1020,4、军事技术,超音速飞机，陶瓷基纤维复合材料 研究经费 42 防弹衣、防弹装甲 ，氧化铝陶瓷装甲 导弹、飞船的端头帽， 碳石英系陶瓷基复合材料，,5、生物医学 牙齿、关节及药物载体,是作为生物医学材料的陶瓷，通常由在生理环境中存在的离子（Ca、P、K、Na等）或对人体只有极小毒性的离子（Al、Ti等）所构成,生物陶瓷,包括:近惰性生物陶瓷：氧化铝、氧

10、化锆生物陶瓷等表面活性生物陶瓷：羟基磷石灰生物活性陶瓷、 生物活性玻璃陶瓷等可吸收生物陶瓷：石膏、磷酸三钙陶瓷等,主要用于肌肉-骨骼系统的修复和替换，也可用于心 血管系统的修复和制作药物释放与传递载体,用生物陶瓷制成的插入式软骨,牙根种植体,弯曲强度：450MPa 硬度：莫氏9级球面光洁度：10 晶粒尺寸：6mm 生物涂层结合强度：30Mpa,采用羟基磷灰石适用于人体松质骨骨折、截骨术和关节融合术的骨块（段）固定。,六、需要考虑的问题： 1）材料的可靠性，充分掌握材料组分、显维结构和性能之间的关系，研究陶瓷材料的最佳工艺，研究现有陶瓷材料的性能及改性的主要途径 2）材料的可利用性，发掘陶瓷材料

11、的潜能和开发新的陶瓷材料 3）半成品的精加工技术、金属化与焊接技术研究 4）材料的制作成本 5）市场前景,七、发展趋势,1）多相复合陶瓷 从单相和高纯度的特点向多相复合的方向发展 2）从微米（粉体和显维结构）尺度向纳米尺度 纳米陶瓷：指陶瓷材料的显维结构中，晶粒、晶界及它们之间的结合都处于纳米尺寸水平，包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸以及缺陷尺寸都处于纳米级。 3）从经验式、炒菜式向 按性能和使用要求对陶瓷材料进行剪裁和设计,八、我国的陶瓷发展,20世纪50年代开展 氧化物陶瓷 Al2O3 60年代 核工业和电子工业，BeO、CaO、立方ZrO2 火箭技术，TI3B4、Zr3B4、Si3N4、SiC 氧化物相图研究 70年代，陶瓷增韧