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第十章 陶瓷材料 Ceramics

自然界中的材料品种繁多 , 并且各具特色 , 人们通常将材料分为 :. 第十章 陶瓷材料 Ceramics. 金属材料 无机非金属材料 高分子材料. 为什么陶瓷材料缺乏韧性 , 不能变形 , 或者说变形能力很差 ?. 陶瓷化合物 原子 负电性差 离子键 % 共价键 %. MgO Mg-O 2.3 73 27

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第十章 陶瓷材料 Ceramics

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  1. 自然界中的材料品种繁多,并且各具特色,人们通常将材料分为:自然界中的材料品种繁多,并且各具特色,人们通常将材料分为: 第十章 陶瓷材料 Ceramics 金属材料 无机非金属材料 高分子材料 为什么陶瓷材料缺乏韧性, 不能变形,或者说变形能力很差?

  2. 陶瓷化合物 原子 负电性差 离子键% 共价键% MgO Mg-O 2.3 73 27 Al2O3 Al-O 2.0 63 37 SiO2 Si – O 1.7 51 49 Si3N4 Si – N 1.2 30 70 SiC Si - C 0.7 11 89 一 陶瓷中化合物的离子键及共价键 第1节 陶瓷材料的晶体结构 表8.1 部分陶瓷化合物的离子键与共价键的比例

  3. 二 离子晶体的结构 第1节 陶瓷材料的晶体结构 在离子晶体中, 离子的堆垛方式主要决定于两方面的因素 • 离子间尺寸差的大小; • 配位数的大小,即离子晶体要保持其电中性所需的负离子数. 阳离子 阴离子

  4. 临界半径比: 阳离子与阴离子刚好接触时,阳离子半径与阴离子半径比. 第1节 陶瓷材料的晶体结构

  5. 三 CsCl的晶体结构(CsBr, TlCl, TlBr) 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.3 CsCl的晶体结构(a)离子的坐标位置示意图及(b)原子模型。晶体中8个Cl-离子围绕一个Cs+离子即配位数为8，而在这个单胞中只有一个Cl-离子和一个Cs+离子

  6. 四 NaCl的晶体结构 (MgO,CaO,NiO,FeO) 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.4 (a) NaCl晶体中Na+离子(半径=0.102nm)和Cl-离子(半径=0.181nm)的位置，(b) 6个Cl-离子包围1个Na+离子形成一个八面体

  7. 五 ZnS的晶体结构 第1节 陶瓷材料的晶体结构 很多半导体化合物如: CaS, InAs, InSb ZnSe 都具有ZnS的晶体结构 图8.8 ZnS晶体结构

  8. 六 CaF2的晶体结构 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.9 CaF2的晶体结构

  9. 七 刚玉(Al2O3)的晶体结构 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.9 Al2O3的晶体结构

  10. 八 钙太矿结构 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.9 钙钛矿结构

  11. 一 点缺陷 陶瓷材料中的晶格缺陷

  12. 一 点缺陷 ( Frankel & Schottky 缺陷) 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.9 CaF2的晶体结构

  13. 一 点缺陷 第1节 陶瓷材料的晶体结构

  14. 一 点缺陷 第1节 陶瓷材料的晶体结构 图8.9 CaF2的晶体结构

  15. 陶瓷的生产过程 第2节 陶瓷的生产工艺过程 粉末 混料 成型 脱成型剂 烧结

  16. 烧结 第2节 陶瓷的生产工艺过程 烧结过程示意图

  17. 陶瓷材料的组织结构 第2节 陶瓷的生产工艺过程 晶体相: 陶瓷材料的主体, Al2O3, ZrO2 玻璃相: 通常是陶瓷的连接相, MgO 气相: 一般是残留物, 它也是影响陶瓷材料性能的因素

  18. 陶瓷材料相对来说是比较脆的,而且其力学性能变化范围较大陶瓷材料相对来说是比较脆的,而且其力学性能变化范围较大 第3节 陶瓷材料的力学性能 一 陶瓷材料的变形机制 NaCl晶体中两个不同滑移系示意图

  19. 二 影响陶瓷材料强度的因素 第3节 陶瓷材料的力学性能 1.空隙: 陶瓷中空隙是产生应力集中的地方 2.裂纹: 也是影响陶瓷强度的一个重要因素 3.温度与环境: 温度与环境也是影响陶瓷材料的因素

  20. 二 陶瓷空隙度对材料性能的影响 第3节 陶瓷材料的力学性能

  21. 三 陶瓷材料的增韧途径 第3节 陶瓷材料的力学性能 • 相变增韧: 利用ZrO2增韧陶瓷,是通过四方相ZrO2(t- ZrO2)转变成单斜相ZrO2(m- ZrO2)时,即马氏体相变来实现的. t-ZrO2 m-ZrO2 这一相变过程伴随着3~5%的体积变化 如: YSZ陶瓷, ZTA陶瓷

  22. 相变增韧 第3节 陶瓷材料的力学性能

  23. 微裂纹增韧 第3节 陶瓷材料的力学性能 部分稳定陶瓷在由四方相向单斜相转变时, 由于体积膨胀而导致产生微裂纹, 而这些微裂纹并非是集中在某一定的方向,而是非常细小分布在不同的方向,这样的微裂纹就可起到吸收能量的作用,使陶瓷增韧.

  24. ●刚度高，硬度高 因陶瓷材料的结合键非常牢固，弹性模量高，故其具有很高的 刚度。又因陶瓷材料含有大量高硬度的化合物组分，所以具有高硬度和优良的耐磨性。 ●塑性差，韧性差 陶瓷为硬脆材料，塑性韧性均很低，极易发生脆性断裂。 ●强度 陶瓷材料有高的抗弯、抗压强度，但因受其组织成分各种缺陷的影响，抗拉强度不高。提高陶瓷材料的致密度，细化晶粒，可以提高陶瓷材料的抗拉强度。 第3节 陶瓷材料的力学性能

  25. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  26. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  27. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  28. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  29. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  30. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  31. 第3节 陶瓷材料的力学性能

  32. 热性能 陶瓷材料的熔点高，热膨胀系数低，具有优良的耐热性，导热性低，是优良的绝热材料。陶瓷材料在温度骤变时抵抗破坏的能力低，即热稳定性低。 　可做绝热材料 　　　高温材料 第4节 陶瓷材料的物理性能

  33. ● 电性能和光学特性 一些陶瓷材料具有优良的电性能和光学特性，已开发成功多种功能材料，如：压电陶瓷、半导体陶瓷、红外光学材料、激光材料、光导纤维等。 ●化学性能 陶瓷的结构很稳定，具有优良的抗氧化性和不可燃性，对酸、碱、盐介质有很高的抗蚀性，与多种金属熔体也不发生作用，是很好的耐蚀材料和坩埚材料。 第4节 陶瓷材料的物理性质

  34. 1。氧化铝（Al2O3）陶瓷 • Al2O3陶瓷俗称刚玉，是应用最广的氧化物陶瓷。 • 特性：硬度高，耐磨性高，耐高温，耐蚀性好。 • 用途：高速切削刀具（切削温度可达1200℃）、拉丝模、冷挤模、高温炉零件、内燃机火花塞等。 • 2。氮化硅（Si3N4）陶瓷 • 特性： 具有极强的结合键，硬度高，耐磨性好，耐蚀性好， • 热稳定性好。 • 用途：高速切削刀具、高温轴承、燃气轮机叶片、燃烧室喷嘴 高温模具等。 陶瓷材料在机械制造业中的应用举例

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