第五章-高温结构陶瓷PPT格式课件下载.ppt

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75瓷、85瓷、95瓷、99瓷主晶相：

莫来石瓷（4575%）、刚玉-莫来石瓷（7090%）、刚玉瓷（9099.9%）其主要晶型与制备工艺密切相关：

分类,-Al2O3尖晶石型，立方结构，3.60g/cm3高温不稳定，力学性能差，结构松散。

-Al2O3MeO6Al2O3，Me2O11Al2O3，六方，3.303.63g/cm3其结构如右图：

R+、R2+、Al11O12由于结构特点，呈现离子型导电。

-Al2O3三方结构，单位晶胞-菱面体，其它变体在10001600时不可逆转变为型，结构致密，活性低熔点：

2050，真比重3.964.01,硬度：

莫氏9，强度：

250550MPa,160380MPa（1000）热导率：

20W/mK,热膨胀系数：

7.8-8.610-6/比热：

0.2kcal/kg，电阻率：

101415cm，介电常数9.5-10，介质损耗10-4,二、Al2O3原料的制备,1.工业纯氧化铝碱法-Al2O3（0.1um粒子组成的多孔球，气孔率30%，粒径3070um）2.高纯氧化铝化学法3.电熔刚玉料Al2O3（xSiO2yFe2O3zTiO2）+vCAl2O3+vCO+Fe2ySixTiz温度：

20002400,三、刚玉瓷1.原料的处理煅烧、粉磨（球磨、振动磨、星型磨、气流磨等）煅烧目的：

1）稳定晶型2）减少收缩（-Al2O3-Al2O3V=13%）3）降低钠离子含量，提高原料纯度及产品质量煅烧质量检验：

1）XRD2）染色法3）光学显微镜法4）真密度法,2.成型

（1）干压

（2）挤制成型及轧膜成型（3）流延法（4）热压铸成型（5）注浆成型（6）等静压成型（7）注凝成型3.烧成1）降低烧成温度:

（1）原料细度；

（2）成型密度；

（3）烧结助剂；

（4）玻璃熔块2）气氛对烧结的影响:

致密度:

ArH2NH3O2N2air抑制晶粒长大:

ArairN2O2H2NH3,4.烧结Al2O3中的添加剂1）与Al2O3生成固溶体：

TiO2、Cr2O3、Fe2O3、Mn2O3等2）与Al2O3生成液相：

高岭土、硼镁石、MgO、CaO、SiO2、BaO等A.MgO细晶，加入量0.040.61%，不大于2%B.SiO2低共熔体低共熔点：

MgO-Al2O3-SiO21345CaO-Al2O3-SiO21170BaO-Al2O3-SiO21030CaO-B2O3-Al2O3-SiO2997C.CaO电性能较好，C/S比=1佳，避免S/C=2.16D.Cr2O3提高硬度，3%时达最大,5.几种典型的95瓷配方,四、氧化铝的性质和用途,用途：

1）电阻大：

电路基板、绝缘装置瓷等2）强度大：

刀具、轴承、喷嘴等3）化学稳定性好：

化工、生物陶瓷等,五、黑色氧化铝陶瓷集成电路的光敏性遮光性，数码管显示清晰,六、透明Al2O3陶瓷高致密度晶界上无空隙、无杂质或玻璃相透明条件晶粒细小均匀晶体对光的吸收小无光学各向异性（立方）表面光洁度高高纯度、高致密化入手：

1.原料2.配方3.等静压成型4.真空或氢气等气氛烧结5.晶粒尺寸20m,Dm/Da在1.8以内,第二节氧化锆陶瓷,一、概述是一种十分重要的结构陶瓷，有许多优良特性，特别是断裂韧性高。

氧化锆的晶型转变：

单斜-ZrO2四方-ZrO2立方-ZrO2液相,氧化锆晶胞参数：

ZrO2（c）:

Fm3mac=5.124d=6.27g/cm3ZrO2（t）:

P42/nmcat=5.094ct=5.177d=6.10g/cm3ZrO2（m）:

P21/cam=5.156bm=5.191cm=5.304=98.90d=5.65g/cm3,特点：

单斜-ZrO2向四方-ZrO2转变有7%左右体积变化加热：

单斜-ZrO2四方-ZrO2体积收缩相变温度约1200冷却：

四方-ZrO2单斜-ZrO2体积膨胀相变温度约1000,二、氧化锆粉料的制备1.氯化、热分解法ZrO2SiO2+C+Cl2ZrCl4+SiCl4+4COZrCl4水解ZrOCl2煅烧ZrO22.碱金属氧化物分解法ZrO2SiO2+4NaOHNa2ZrO3+Na2SiO3+H2ONa2ZrO3水洗复杂水合氢氧化物硫酸洗涤并稀释，调节Ph值Zr5O8（SO4）2XH2O煅烧ZrO2粉料,三、高纯超细氧化锆粉料的制备高纯超细四方氧化锆制备方法很多：

共沉淀法、醇盐水解法、水热法、溶胶-凝胶法,1.Ph值2.稳定剂Y2O3晶型稳定剂，可得到部分稳定氧化锆和完全稳定氧化锆。

通常3%（mol）Y2O3可得到部分稳定氧化锆。

全部（部分）稳定化氧化锆加入百分之几到十几的CaO、MgO、Y2O3、CeO等金属氧化物作稳定剂,预防晶型转变体积变化而开裂,以维持氧化锆高温立方相，这种立方固溶体的氧化锆称为全部（部分）稳定化氧化锆。

添加剂含量与氧化锆晶型（12%mol）复合添加剂、单一添加剂,部分稳定剂ZrO2的二元相图,四、ZrO2陶瓷增韧机理：

陶瓷材料结构决定其缺乏象金属那样在受力状态下发生滑移，引起塑性变形能力。

一般情况下，陶瓷材料的相变将引起内应力，从而对材料带来破坏性影响，因此尽量避免，但有时利用它提高陶瓷材料的断裂韧性和强度。

四方-ZrO2单斜-ZrO2马氏体相变（一级相变）1.马氏体相变仅能在固态转变中发生，具有成核和生长两过程，无扩散型相变，特点：

1）没有成分变化，新旧相之间保持一定的位相关系，原子间有位移变化，因此相变具有无热、无扩散、相变激活能小，速度快等特点。

因此为吸收断裂能和材料增韧提供了条件。

2）有体积变化3）相变具有可逆行，相变不是在固定温度下完成，而是在一个温度范围内进行4）马氏体内往往存在亚结构,2.ZrO2陶瓷增韧机制应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、裂纹分支增韧、裂纹弯曲和偏转增韧、相变产生表面压应力增韧、残余应力韧化、复合韧化。

1）应力诱导相变增韧ZrO2颗粒弥散在其它陶瓷基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，冷却过程中，ZrO2的相变受到抑制，当材料受到外应力作用，基体对ZrO2的压抑作用得到松弛，ZrO2颗粒将发生四方相向单斜相转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸收主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果，即ZrO2相变增韧。

ZrO2颗粒尺寸、四方相含量密切相关,应力诱导相变增韧裂纹扩展、尖端应力场、过程区、相变、断裂表面及体积膨胀均吸收能量、压应力阻碍裂纹扩展。

2）微裂纹增韧部分稳定ZrO2陶瓷在由四方相相向单斜相转变，相变出现了体积膨胀而导致产生微裂纹。

同时，裂纹在扩展过程中在其尖端区域又形成应力又将诱发相变导致微裂纹，都将起着分散主裂纹尖端能量的作用，从而提高了断裂能，称为微裂纹增韧。

裂纹分支增韧,微裂纹增韧的机理：

四方氧化锆向单斜氧化锆转变引起体积膨胀，同时诱发了弹性应变能或激发产生微裂纹，阻碍了主裂纹的扩展或释放其能量，达到韧性提高强度目的。

控制氧化锆弥散粒子相变过程的几个因素：

A氧化锆的颗粒尺寸B氧化锆颗粒分布状态C氧化锆的体积分数及均匀的分散性D基体与氧化锆热膨胀系数匹配E控制氧化锆基弥散粒子的化学性质,3）由相变产生表面压应力增韧,五、氧化锆陶瓷性能与用途1.性能1）熔点：

27152）密度大，硬度高3）机械性能好，抗弯强度和断裂韧性高,2.用途1）绝热内燃机材料：

汽车内衬、活塞顶、凸轮等2）高温绝热材料3）耐火材料及冶炼坩埚4）导电材料5）隔热涂层采用等离子喷涂技术，在高温合金涡轮叶片上，提高发动机工作温度50200,六、ZrO2增韧陶瓷的种类ZTC：

ZirconiaTougheningCeramics1、PSZ:

PartiallyStabilizedZirconia（Mg-PSZ,Ca-PSZ,Y-PSZ,如8mol%MgO-ZrO2）2、FSZ:

FullyStabilizedZirconia（18mol%CaO-ZrO2）3、TZP:

TetragonalZirconiaPolycrystals（2.53.0mol%Y2O3-ZrO2）4、ZTA:

ZirconiaTougheningAluminia5、ZTM:

ZirconiaTougheningMullite6、其他：

包括ZrO2增韧氮化硅、尖晶石、氧化锌等,氧化锆增韧氧化铝陶瓷（ZTA）1.工艺1）ZrO2颗粒细小，分布要窄；

2）ZrO2、Al2O3复合粉料均匀分散；

3）成型4）烧成2.性能,氧化锆增韧莫来石陶瓷（ZTM）1.工艺方法1）直接混合法2）包裹法3）原位反应烧结法2ZrSiO4+3Al2O33Al2O32SiO2+2ZrO22.性能,第三节氧化铍陶瓷一、氧化铍的结构六方晶系、氧原子六方密堆，铍原子处于中间。

二、氧化铍的性质熔点：

25302570密度：

3.03g/cm3莫式硬度：

9导热系数：

209.34W/m.K热膨胀系数：

5.15.8*10-6/电性能：

良好的核性能：

有毒：