特种陶瓷总结课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,特种陶瓷工艺学,学 院：材料科学与工程,授课人：臧传义,绪论,1、特种陶瓷定义，及与传统陶瓷的区别,采用,高度精选,的原料，具有能,精确控制的化学组成,，按照便于进行结构设计及控制的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。,特种陶瓷有很多种叫法，例如：,精细陶瓷,、,技术陶瓷,、,现代陶瓷,、,新型陶瓷,等等。,绪论,2、特种陶瓷分类,结构陶瓷,以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征。,功能陶瓷,以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，在通信电子、自动控制、集成电路、计算机、信息处理等方面的应用日益普及。,陶瓷基复合材料,陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。,绪论,3、陶瓷发动机的优点,提高发动机热效率。,燃烧室采用陶瓷隔热零件并取消冷却系统后，会降低热量损失，提高热效率,减少辅助功率消耗，发动机结构简化。,采用陶瓷隔热技术，可部分取消或完全取消冷却系统。,适应多种燃料燃烧,降低噪声，减少排气污染,减轻质量,资源丰富。,绪论,4、陶瓷与金属材料相比的优缺点，从化学键的角度分析原因,优点：,高硬度，耐磨,高熔点，耐高温,高强度,高化学稳定性,比重小，约为金属1/3,缺点：,脆性差,原因：,化学键差异造成的。,金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好,陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合能大，很难塑性形变，脆性大，裂纹敏感性强,第一章 粉体性能及制备,1）化学成分纯度高，均匀性好 2）相组成均匀，准确 3）粒度小于1um，粒度分布范围窄 4）颗粒形状为球形式自形晶形 5）团聚程度低 6）粉体流动性好,特种陶瓷粉体要求,第二章 陶瓷成型工艺,利用带电粒子在水溶液中的双电位模型，说明Al,2,O,3,瘠性粒子分别在酸和碱体系中的悬浮原理？,扩散层,吸附层,对于固定体系E是固定的,可通过塑化剂或者解凝剂调整,当粒子和介质固定时，和扩散层厚度成正比；,而电位的增高，可提高团粒间的斥力，有助于克服范德华力和和布朗运动，获得良好的悬浮性。,以Al,2,0,3,为例，Al,2,0,3,用盐酸处理后，在粒子表面生成三氯化铝(AlCl,3,)，三氯化铝立即水解，生成AlCl,2+,和AlCl,2,+,离子，犹如Al,2,0,3,粒子表面吸附了一层阳离子，使其成为一个带正电荷的胶粒，然后胶粒吸附OH,而形成一个庞大的胶团。,生产中可以利用此原理来调整Al,2,0,3,的PH值，使之悬浮或者凝聚,碱性介质中，,Al,2,0,3,料浆的PH值、,电位以及粘度的关系曲线。,当PH值由114时，,电位出现两次最大值，最大值处粘度最低,酸性介质中粘度更低,第二章 陶瓷成型工艺,简单了解几种陶瓷成型方法的优缺点？,第三章 陶瓷烧结,何谓烧结？烧结驱动力是什么？,坯体在高温作用下，随着时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙（气孔）和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体，这种现象称为烧结。烧结是减少成形体中气孔，增强颗粒之间结合，提高机械强度的工艺过程。,晶界具备那些特点？晶界工程可以通过哪几个方面实现？,提高晶界玻璃相的粘度,晶界相的结晶化,晶界相与晶粒起作用,使晶界相消失,烧结过程中，外添加剂具有那些作用？,添加剂是促进烧结致密化的一种有效办法,其作用机理方式主要有以下几种：,(1)改变点缺陷浓度,从而改变某种离子的扩散系数;,(2)在晶界附近富集,影响晶界的迁移速率,从而减少晶粒长大的干扰作用;,(3)提高表面能/界面能比值,直接提高致密化的动力;,(4)在晶界形成连续第二相,为原子扩散提供快速途备,(5)第二相在晶界的钉扎作用,阻碍晶界迁移。,热压烧结和热等静压烧结区别在哪里？加压烧结具有那些优点？,优点：,热压时，粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化,同时加温加压，有助于粉料接触和扩散，降低烧结温度，缩短烧结时间，同时抑制晶粒长大,热压法易获得接近理论密度、气孔率接近零的烧结体，易得到细晶粒的组织，故易得到性能好的制品,第四章 氧化物陶瓷,氧化铝陶瓷烧结时原料为什么要预烧？预烧质量如何判断？,预烧目的：,使-Al,2,0,3,全部变为型,去除Na,2,O，提高原料纯度,预烧质量判断：,染色法,利用有机染料,光学显微镜法,利用两者折射率不同,密度法,利用密度不同,稳定ZrO,2,、部分稳定ZrO,2,、和全稳定ZrO,2,区别？,在ZrO,2,中加入某些适量的氧化物(例如Y,2,O,3,、CaO、MgO、CeO,2,等),可使ZrO,2,变成无异常膨胀、收缩的立方、四方晶型的,稳定ZrO,2,。,将稳定剂数量减少，可得到,部分稳定ZrO,2,（PSZ）,。,常用稳定剂有,Y,2,O,3,、CaO、MgO、CeO,2,和其他稀土氧化物，其阳离子半径与Zr,4,接近，在ZrO,2,中溶解度大，可与ZrO,2,形成单斜、四方和立方等晶型的置换固溶体。而这种固溶体可通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。,快冷得到的立方固溶体以后保持稳定，不再发生相变，无体积变化，称为,全稳定ZrO,2,（FSZ）,。,当稳定剂含量适当时，可得到全部为,四方晶,的,稳定ZrO,2,（TZP）。,这是目前具有,最高韧性,的陶瓷材料。,相变增韧的多晶转变要求,高温相转变为低温相的体积膨胀要大,多晶转变可以通过改变晶体粒度、加入稳定剂或增加压力等手段使之在室温下不能进行,相变速度要快,晶体本身要有高强度,ZrO,2,由四方相到单斜相的变化属于马氏体相变，满足上述条件，因此不仅用在本身，也在其他陶瓷有明显的效果。,相变增韧对多晶转变有什么要求？,ZrO,2,相变增韧机理？主要利用哪一相变过程？相变增韧效果主要取决于什么？,ZrO,2,颗粒弥散在其它陶瓷(包括ZrO,2,本身)基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，在冷却过程中ZrO,2,颗粒周围则有不同的受力情况，当它受到,基体的压抑,，ZrO,2,的相转变也将受到压制。,ZrO,2,的相变温度随着,颗粒尺寸,的降低而下降,甚至可以降到室温以下。,当基体对ZrO,2,颗粒有足够的压应力,而ZrO,2,的颗粒度又足够小,则其相变温度可降至室温以下,这样在室温时,ZrO2仍可以保持四方相,。,当材料受到外应力时,基体对ZrO,2,的压抑作用得到松弛，ZrO,2,颗粒即发生,四方相到单斜相的转变,并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量,达到增加断裂韧性的效果,这就是ZrO,2,的,相变增韧,。,单斜ZrO,2,四方ZrO,2,立方ZrO,2,液相,1170,2370,2715,ZrO,2,相变增韧陶瓷的使用缺陷是什么？可以怎么解决？,ZrO,2,相变增韧的陶瓷以其强度和韧性成倍增高著称于世，但单纯相变增韧的效果是有限的，特别是温度提高到800以上时，相变增韧效果明显减退或消失，这成为相变增韧扩大应用的一大障碍。,复合增韧机制：,细晶强化增韧,晶界增强增韧,弥散增强增韧,纤维或晶须增强增韧,莫来石陶瓷作为高温材料的优势在哪里？,高纯莫来石陶瓷，Al,2,O,3,含量为6878，其室温强度均在300400MPa之间。,当化学计量偏向富硅时，高温力学性能优于常温，尤其是Al,2,O,3,含量为68wt%的莫来石陶瓷，1300抗弯强度达570MPa，断裂韧性达到5.7,均比常温高1.6倍，这种,随温度升高、强度和韧性不仅不降反而大幅度提高的陶瓷材料，在现有的高温陶瓷材料中除了SiC外，是绝无仅有的。,这是高纯莫来石陶瓷作为高温材料吸引人的特性之一。,高温下,强度和韧性提高的原因,可能是少量晶界玻璃相在高温下呈高粘塑状态，可能钝化裂纹尖端或缓解应力；此外，随着温度升高，玻璃相软化，部分柱状莫来石粒子可能存在拨出效应而消耗能量。,第五章 非氧化物陶瓷,Si,3,N,4,陶瓷烧结为什么要使用埋粉？,Si,3,N,4,陶瓷烧结对原料粉体有何要求？,高纯，相含量高，粉料细，无团聚，颗粒最好为球形,