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了解一下工程陶瓷的分类及特点
2023年02月16日 发布 分类:粉体入门 点击量:834
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陶瓷材料是典型的硬脆材料。在20世纪中后期以前,人们认为陶瓷材料不可加工或 者无法加工,因此只能在制作生坯时,将其加工成所需形状,烧成后就直接使用。其原因除去陶瓷材料本身的硬脆特性,主要是因为当时缺乏加工工具和加工手段。虽然人们很早以前就发现了金刚石、立方氮化硼等硬度大大超过陶瓷材料的超硬材料,但是陶瓷材料 的机械加工却是最近几十年才发展起来的,人们将金刚石、立方氮化硼制作成加工工具并 找到了合适的加工方法,才实现了对硬脆陶瓷材料的磨削加工。进入21世纪后,已经发展到精密加工和微纳加工。

工程陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷,功能陶瓷主要是根据其不同的功能应用开发使用的陶瓷。结构陶瓷主要是指应用在承受载荷、耐高温、耐腐蚀、耐磨损 等场合的陶瓷材料,广泛应用于机械、能源、电子、化工、石油、汽车、航天航空等领域。结构陶瓷分为两大类:氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。

工程陶瓷分类

1.氧化物陶瓷

氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷。氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。氧化铝陶瓷具有机械强度较高、绝缘电阻较大的特性,可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。其强度和硬度较大,可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。


氧化物陶瓷

氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性,属于弱碱性物质,几乎不被碱性物质侵蚀,对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此,氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚,浇注金属的模具,高温热电偶的保护管以及高温炉的炉衬材料等。氧化镁在空气中易吸潮并水化生成Mg(OH)2,在制造过程中必须注意。为了减少吸潮,应适当提高煅烧温度,增大粒度,也可增加一些添加剂,如TiO2等。氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数,约为209.34W/(m·k),可用来做散热器件;

氧化铍陶瓷还具有良好的核性能,对中子减速能力强,可用作原子反应堆的减速剂和防辐射材料;另外,利用它的高温比体积电阻较大的性质,可用来做高温绝缘材料;利用它的耐碱性,可以用来作冶炼稀有金属和高纯金属铍、铂、钒的坩埚。氧化锆陶瓷耐火度高,比热和导热系数小,是理想的高温绝缘材料;化学稳定性好,高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀。

2.非氧化物陶瓷

由非金属元素B、C、N与金属元素Al、Si、Zr、Hf等结合而成的化合物被称为非氧化物陶瓷,具有高熔点、强共价键及其他许多优良的力学性能。特别是其中一些典型的陶瓷材料如Si3N4、SiC等应用广泛。


非氧化物陶瓷

非氧化物陶瓷的发展历史相对比较短。比如20世纪50年代发现氮化物陶瓷具 有很好的力学、热学和电学性能以后,氮化物陶瓷才日益受到人们的广泛关注和重视。

与氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷的原料在自然界中不存在,需人工合成,然后 按照陶瓷工艺来制备成各种陶瓷制品。

一些非氧化物陶瓷的特性及用途

非氧化物陶瓷易氧化,从原料制备、陶瓷烧结直至在使用中,遇到氧气就会 发生氧化反应转变成氧化物,生成氧化物后将会影响材料的高温性能。所以原料合 成及陶瓷烧结都需要在无氧气氛中进行,通常是氮气、氣气或真空气氛。烧成陶瓷 后在使用过程中,由于具有一定的抗氧化性,可在较高温度下使用。不同材料具有不同的抗氧化能力,其最高使用温度也依材料而异。在高温下使用发生氧化反应将影响材料的使用寿命。


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