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      常見陶瓷材料性能及運用

      發布時間:2021-05-26 14:23:25  瀏覽次數:2125

      (一)前言 20世紀后期隨著許多新技術(如電子技術、空間技術、激光技術、計算機技術等)的興起,以及基礎理論(如礦物學、冶金學、物理學等)和測試技術(如電子顯微鏡技術、X射線衍射技術和各種頻譜儀等)的發展,人們對材料結構和性能之間的關系有了深刻認識。通過控制材料的化學成分和微觀組織結構,研制出了許多具有不同性能的陶瓷材料,如各種功能陶瓷(電子材料、光導纖維、敏感陶瓷材料)及高溫結構陶瓷。與傳統陶瓷材料相比其強度得到了成百上千倍的提高,再加上陶瓷材料本身具備的優異的耐高溫、耐磨、耐腐蝕、絕緣等特性,使其在許多重要領域得到了越來越廣泛的應用。 常用上程陶瓷材料主要包括:金屬(過渡金屬或與之相近的金屬)與硼、碳、硅、氮、氧等非金屬元素組成的化合物,以及非金屬元素所組成的化合物,如硼和硅的碳化物和氮化物。 根據其元素組成的不同可以分為:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。此外,近年來玻璃陶瓷作為結構材料也得到了廣泛的應用。 

      (二)氧化物陶瓷 氧化物陶瓷材料的原子結合以離子鍵為主,存在部分共價鍵,因此具有許多優良的性能。大部分氧化物具有很高的熔點,良好的電絕緣性能,特別是具有優異的化學穩定性和抗氧化性,在上程領域已得到了較廣泛的應用。 (1)氧化鋁陶瓷 氧化鋁陶瓷又稱剛玉瓷,一般以α-A1203為主晶相。根據A1203含量和添加劑的不同,有不同系列。如根據A1203含量不同可分為75瓷,85瓷,95瓷,99瓷等;根據其主晶相的不同可分為莫來石瓷、剛玉-莫來瓷和剛玉瓷;根據添加劑的不同又分為鉻剛玉、鈦剛玉等。 Al203陶瓷是耐火氧化物中化學性質最穩定、機械強度最高的一種;A1203陶瓷與大多數熔融金屬不發生反映,只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定溫度以上對其有還原作用;熱的硫酸能溶解A1203,熱的HCl, HF對其也有一定腐蝕作用;A1203陶瓷的蒸汽壓和分解壓都是最小的。由于A1203陶瓷優異的化學穩定性,可廣泛地用于耐酸泵葉輪、泵體、泵蓋、軸套,輸送酸的管道內襯和閥門等。 氧化鋁的含量高于95%的Al203陶瓷具有優異的電絕緣性能和較低的介質損耗等特點,因而在電子、電器方面有十分廣闊的應用領域。 A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在機械領域得到了廣泛應用。如制造紡織耐磨零件、刀具。各種發動機中還大量使用A1203陶瓷火花塞。 透明Al203陶瓷對于可見光和紅外線有良好的透過性,同時具有高溫強度高、耐熱性好、耐腐蝕性強等特點??捎糜谥圃旄邏衡c燈燈管、紅外檢測窗口材料等。 (2)氧化鋯(Zr02)陶瓷 Zr02有二種鋯同素異形體立方結構(c相)、四方結構(t相)及單斜結構(m相)。根據所含相的成分不同,Zr02陶瓷可分為穩定Zr02陶瓷材料、部分穩定Zr02陶瓷。 Ⅰ穩定Zr02陶瓷 穩定Zr02陶瓷主要由立方相組成,其耐火度高、比熱與導熱系數小,是理想的高溫隔熱材料,可以用做高溫爐內襯,也可作為各種耐熱涂層。 穩定Zr02陶瓷化學穩定性好,高溫時仍能抗酸性和中性物質的腐蝕,但不能抵抗堿性物質的腐蝕。周期表中第V , VI ,VII族金屬元素與其不發生反應,可以用來作為熔煉這此金屬的坩堝。 純Zr02是良好的絕緣體,由于其明顯的高溫離子導電特性,可作為2000℃使用的發熱元件,高溫電極材料,還可用作產生紫外線的燈。 此外利用穩定Zr02的氧離子傳導特性,可制成氧氣傳感器,進行氧濃度的測量。 Ⅱ部分穩定Zr02陶瓷 部分穩定Zr02陶瓷由t c雙相組織組成,具有非常高的強度,斷裂韌性和抗熱沖擊性能,被稱為“陶瓷鋼”。同時其熱傳導系數小,隔熱效果好,而熱膨脹系數又比較大,比較容易與金屬部件匹配,在日前所研制的陶瓷發動機中用于氣缸內壁、活塞、缸蓋板部件。 部分穩定Zr02陶瓷還可作為采礦和礦物工業的無潤滑軸承,噴砂設備的噴嘴,粉末冶金上業所用的部件,制藥用的沖壓模等。 另外,部分穩定Zr02陶瓷還可用作各種高韌性,高強度工業與醫用器械。如紡織工業落筒機用剪刀、羊毛剪,磁帶生產中的剪刀,微電子工業用工具,此外由于其不與生物體發生反應,也可用作生物陶瓷材料。 (3) MgO陶瓷 MgO陶瓷的主晶相為MgO,屬立方晶系氯化鈉結構,熔點2800℃,理論密度3.58 g/cm2,在高溫下比體積電阻高,介質損耗低,介電系數為9.12具有良好的電絕緣性,屬于弱堿性物質。MgO對堿性金屬熔渣有較強的抗侵蝕能力,與鎂、鎳、鈾釷、鋁、鉬等不起作用,可用于制備熔煉金屬的坩鍋、澆注金屬的模子,高溫熱電偶的保護管,高溫爐的爐襯材料等。

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