1. 2.1 分類與特點(diǎn)
陶瓷材料是典型的硬脆材料。在20世紀(jì)中后期以前,人們認(rèn)為氧化鋯陶瓷材料不可加工或者無法加工,因此只能在制作生坯時(shí),將其加工成所需形狀,燒成后就直接使用。其原因除去陶瓷材料本身的硬脆特性,主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺乏加工工具和加工手段。雖然人們很早以前就發(fā)現(xiàn)了金剛石、立氮化硼等硬度大大超過陶瓷材料的超硬材料,但是陶瓷材料的機(jī)械加工卻是最近幾十年才發(fā)展起來的,人們將金剛石、立方氮化硼制作成加工工具并找到了合適的加工方法,才實(shí)現(xiàn)了對硬脆陶瓷材料的磨削加工。進(jìn)入21世紀(jì)后,已經(jīng)發(fā)展到精密加工和微納加工。
陶瓷一般是含有玻璃相和氣孔相的多晶多相的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)陶瓷是一種或幾種金屬元素與非金屬元素組成的化合物。按照性能和用途,陶瓷可分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷,后者隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,氧化鋁陶瓷又不斷賦予新的命名和定義,如精細(xì)陶瓷、高性能陶瓷、先進(jìn)陶瓷等。傳統(tǒng)陶瓷以天然硅酸鹽礦物為原料,經(jīng)粉碎、成型和燒結(jié)制成,主要用作日用陶瓷、建筑陶瓷和衛(wèi)生陶瓷等,雖然要求燒結(jié)后不變形、外觀美,但對強(qiáng)度要求不高。工程陶瓷則是以人工合成化合物(如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等)為原料制成,主要應(yīng)用于技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域。
氧化鋯陶瓷
工程陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷,功能陶瓷主要是根據(jù)其不同的功能應(yīng)用開發(fā)使用的陶瓷。作為研究的重點(diǎn),結(jié)構(gòu)陶瓷主要是指應(yīng)用在承受載荷、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等場合陶瓷材料,氮化硅陶瓷廣泛應(yīng)用于機(jī)械、能源、電子、化工、石油、汽車、航天航空等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)陶瓷分為兩大類:氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷是金屬元素與氧結(jié)合而形成的化合物,原子間化學(xué)鍵主要是離子鍵型,因此這類化合物熔點(diǎn)不是很高,硬度、強(qiáng)度、韌性也各不相同。有簡單氧化物和復(fù)合氧化物之分,前者如氧化鋯( 2r02)、氧化鋁(Al203)等,后者如莫來石(3Al203.2Si02)等。
由非金屬元素B、C、N與金屬元素Al、Si、Zr、Hf等結(jié)合而成的化合物被稱為非氧化物陶瓷,具有高熔點(diǎn)、強(qiáng)共價(jià)鍵及其他許多優(yōu)良的力學(xué)性能。特別是其中一些典型的陶瓷材料如S13 N4、SiC等應(yīng)用廣泛。非氧化物陶瓷具有如下共同特點(diǎn):
(1)非氧化物陶瓷一般是共價(jià)鍵很強(qiáng)、難熔的化合物。
(2)非氧化物陶瓷的發(fā)展歷史相對比較短。比如20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)氮化物陶瓷具有很好的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能以后,氮化物陶瓷才日益受到人們的廣泛關(guān)注和重視。
(3)與氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷的原料在自然界中不存在,需人工合成,然后按照陶瓷工藝來制備成各種陶瓷制品。
(4)非氧化物陶瓷易氧化。從原料制備、陶瓷燒結(jié)直至在使用中,遇到氧氣就會發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成氧化物,
生成氧化物后將會影響材料的高溫性能。所以原料合成碳化硅陶瓷及陶瓷燒結(jié)都需要在無氧氣氛中進(jìn)行,通常是氮?dú)狻?/span>氬氣或真空氣氛。燒成陶瓷后在使用過程中,由于具有一定的抗氧化性,可在較高溫度下使用。不同材料氮化鋁陶瓷具有不同的抗氧化能力,其最高使用溫度也依材料而異。在高溫下使用發(fā)生氧化反應(yīng)將影響材料的使用壽命。
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本文“ 工程陶瓷材料新研究新發(fā)現(xiàn)介紹”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2022-12-20 09:05:29
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