1、 江東新材料江東新材料 周祖直周祖直7.277.27High ConfidentialSlide - 2陶瓷材料的陶瓷材料的生產過程生產過程1.造粒造粒2.成型成型3.燒結燒結High ConfidentialSlide - 3（1)：造粒造粒工藝是將磨細的粉料，經過干燥、加膠黏劑，制成流動性好、粒徑約為0.1mm的顆粒。一般使用的膠黏劑應滿足以下要求：要有足夠的黏性，以保證良好的成型性和坯體的機械強度；經高溫鍛燒能全部揮發，坯體中不留或少留膠黏劑殘留雜質；工藝簡單，沒有腐蝕性，對陶瓷性能無不良影響。在功能陶瓷的生產工藝中從利于燒成和固相反應進行的角度考慮，希望獲得超細的原料顆粒，但粉料越細，

2、比表面積越大，流動性越差，干壓成型時不容易均勻的充滿模具，經常出現成型件有空洞、邊角不致密、層裂、彈性失效的問題。常采用造粒工藝解決這一問題。High ConfidentialSlide - 4（2）成型：粉末原料轉化成一定體積和強度的成型體，也稱素坯。.成型在陶瓷燒結致密化中的重要作用：殘余應力：燒結過程中即固相擴散物質遷移致密化的驅動力。沒有經過壓實的粉末，即使在高溫下（Tm）燒結，也不會產生致密化而形成陶瓷。加壓成型一定形狀減少孔隙度殘余應力High ConfidentialSlide - 5.成型工藝： a:干壓成型：單軸向壓制成型。密度、應力不均勻，易產生分層，壓力高時尤為明顯。適用

3、范圍：形狀簡單、橫截面積大，但高度小的樣品。干 壓 成 型冷等靜壓成型熱等靜壓成型成型工藝b:冷等靜壓成型：優點：坯體密度均勻、無缺陷，用于長徑比大、形狀復雜的零件，壓力可加到400500MPa，為后續燒結致密化創造有利條件。High ConfidentialSlide - 62021-11-206（3）、燒結：將坯體加熱到高溫，通過固相或部分液相擴散，使物質遷移而消除孔隙，形成特定的顯微組織結構的工藝過程。常壓燒結熱壓燒結熱等靜壓燒結 燒結時生坯在高溫下發生一系列物理化學變化（水的蒸發，硅酸鹽分解，有機物及碳化物的氣化，晶體轉型及熔化），并使生坯體積收縮，強度、密度增加，形成致密、堅硬的具有

4、某種顯微結構的燒結體。High ConfidentialSlide - 7b：熱壓燒結：加溫同時加壓的燒結方式，一般單軸向加壓。優點：減少氣孔率，提高致密度，降低燒結溫度。c：熱等靜壓:等靜壓與加熱的結合，只能通過氣體加壓。目前，該方法壓力可達2000MPa，溫度可達2000。 a:常壓燒結法：又稱無壓燒結 在大氣中燒結。High ConfidentialSlide - 8四、陶瓷的性能：1.力學性能:1）彈性性能：陶瓷的應用中，只產生彈性變形。i：彈性模量E比金屬高; 材料WCSiCAl2O3SiO2玻璃低合金鋼彈性模量105MPa 4-6.54.53.99.43.5-4.52-2.1幾種陶

5、瓷的E值ii：致密度對陶瓷材料的彈性模量影響很大， 隨氣孔增加，E值急劇下降。High ConfidentialSlide - 9 2）硬度： 硬度是陶瓷材料重要的力學性能參數。 陶瓷具有高硬度，大多在HV1500以上。 氮化硅和立方氮化硼（70）接近金鋼石（90）的硬度， 淬火鋼：500-800HV。 陶瓷作為新型的刃具和耐磨零件。 陶瓷硬度的測定方法：維氏硬度HV（最常用）、顯微硬度Hm、洛氏硬 度HR、莫氏硬度。High ConfidentialSlide - 103）強度： 由化學鍵所決定，室溫下陶瓷幾乎不產生滑移和位錯運動。High ConfidentialSlide - 11 室溫

6、下陶瓷很難產生塑性變形，其破壞方式為脆性斷裂。故室溫下只有斷裂強度f。 f表示彈性變形達到極限程度而發生斷裂的應力。陶瓷斷口High ConfidentialSlide - 12i.氣孔率：氣孔降低承載面積，并引起應力集中。氣孔率高，強度急劇下降，例氣孔率10%，強度下降到無氣孔時的一半。ii.晶粒尺寸：晶粒越細，f越高。iii.晶界相的性質、厚度、晶粒形狀：晶界相最好能阻止裂紋的擴展，玻璃相對f不利。晶粒形狀最好為均勻的等軸晶粒。f的影響因素： High ConfidentialSlide - 13高強度陶瓷的組織要求： 晶粒尺寸小，晶體缺陷少晶粒尺寸均勻，等軸晶界相含量適中，減少脆性玻璃相

7、減少氣孔率高強度陶瓷 塊狀纖維晶須Al2O3280210021000Si3N4120-14014000不同截面大小陶瓷的強度值：MPa尺寸越小，缺陷產生的幾率越小, 強度越高。High ConfidentialSlide - 14.熱性能： 指熔點、熱膨脹、導熱率、熱容量。 i.熔點：具有高的熔點，多數在2000以上。ii.熱容：改變材料溫度水平時所需的熱量，通常以比熱的形 式給出。氣孔率大，熱容小。iii.熱膨脹：線膨脹系數一般為10-5到10-6，結構緊密， 膨脹系數大。iv.熱傳導：在一定溫度梯度下熱量在材料中傳遞的速率。.抗熱震性：在溫度急劇變化時抵抗破壞的能力。 陶瓷抗熱震性一般較差

8、，受熱沖擊時易破壞。 High ConfidentialSlide - 15陶瓷材料因高熔點、高硬度、較好的化學穩定性、很強的抗氧化性，廣泛用作高溫材料。例：特殊的冶金坩堝：BeO、AlN、火箭、導彈的雷達保護罩： Al2O3、ZrO2燃燒室噴嘴：SiC,BeO電爐發熱體：ZrO,SiCHigh ConfidentialSlide - 16.其它物理、化學性能： i：高電阻：良好的絕緣體。 半導體陶瓷、壓電陶瓷等。ii：特殊光學性能： 固體激光材料：紅寶石； 光導纖維：玻璃纖維。iii：磁性陶瓷：又名鐵氧體， 由Fe2O3和Mn、Zn的氧化物組成。iv：高的化學穩定性：抗氧化，1000高溫下不

9、氧化。 對酸、堿、鹽有良好的抗蝕性。High ConfidentialSlide - 17常 用 陶 瓷第 二 節Ceramic in Common UseHigh ConfidentialSlide - 18原材料原材料粘土（Al2O32SiO2H2O）長石（K2O.Al2O3.6SiO2；Na2O.Al2O3.6SiO2）石英（SiO2）一、普通陶瓷：堅硬，不氧化、不導電，成型性好，耐1200高溫，成本低廉。強度低，高溫下玻璃相易軟化。性能性能耐酸堿容器日用陶瓷絕緣電磁用途用途High ConfidentialSlide - 19采用純度較高的人工合成化合物（如Al2O3、ZrO2、SiC

10、、Si3N4、BN），經配料、成型、燒結而制得。 二、特種陶瓷：High ConfidentialSlide - 20 1 1、氧化物陶瓷：、氧化物陶瓷： 氧化鋁陶瓷:以Al2O3為主要成分，75瓷（75% Al2O3）又稱剛玉-莫來石瓷；95瓷（95% Al2O3）和99瓷（99% Al2O3）。 后兩者稱剛玉瓷。氧化鋁瓷氧化鋁瓷缺點是脆性大，抗熱振性差.耐蝕性及絕緣性好；耐高溫，能在1600高溫下長期工作；硬度高，有很好的耐磨性；強度高，比普通瓷高56倍；High ConfidentialSlide - 21牌號AL2O3（）相對密度硬度（莫氏）抗壓強度Mpa抗拉強度Mpa85瓷853.4

11、59180015096瓷963.729200018099瓷993.9092500250性能：AL2O3含量越高，性能越好，用途：工具、量具、模具、軸承、坩鍋、熱電偶套管等。缺點：脆性大、抗熱震性差。氧化鋁陶瓷的性能High ConfidentialSlide - 22氧化鋁陶瓷轉心球閥氧化鋁陶瓷密封環氧化鋁陶瓷坩堝 氧化鋁陶瓷被廣泛用作耐火材料，如耐火磚、坩堝、熱偶套管，淬火鋼的切削刀具、金屬拔絲模，內燃機的火花塞，火箭、導彈的導流罩及軸承等。 High ConfidentialSlide - 23氧化鋯氧化鋯陶瓷陶瓷 氧化鋯陶瓷的熔點在2700以上，使用溫度為20002200，能抗熔融金屬的

12、侵蝕。用氧化鋯作添加劑可大大提高陶瓷材料的強度和韌性。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷材料的強度達1200MPa、斷裂韌度為15.0MPam1/2，分別比原氧化鋁提高了3倍和近3倍。 應用：可代替金屬制造模具、拉絲模、泵葉輪，還可制造汽車零件。High ConfidentialSlide - 24 氧化鎂氧化鎂/ /鈣陶瓷鈣陶瓷 通常由熱白云石（鎂/鈣的碳酸鹽）礦石除去CO2 而制成，其特點是能抗各種金屬堿性渣的作用，常作爐襯的耐火磚。缺點是熱穩定性差，MgO在高溫下易揮發，CaO甚至在空氣中就易水化。 氧化鈹氧化鈹陶瓷陶瓷 氧化鈹陶瓷最大的特點是導熱性好，具有很高的熱穩定性，抗熱沖擊性較高，經常用于制造

13、坩堝和真空陶瓷等。 High ConfidentialSlide - 25High ConfidentialSlide - 26 2 2、氮化物陶瓷：、氮化物陶瓷：氮化硅陶瓷： 以Si3N4為主要成分的陶瓷 氮化硅的制備氮化硅的制備: :工業硅直接氮化：3Si+2N2Si3N4二氧化硅還原氮化：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO 氮化硅是由Si3N4四面體組成的共價鍵固體。High ConfidentialSlide - 27 按制造工藝分：熱壓燒結氮化硅（- Si3N4）陶瓷； 反應燒結氮化硅（- Si3N4）陶瓷。 熱壓燒結氮化硅陶瓷組織致密，氣孔率接近于零，強度高。反應燒結氮化硅

14、陶瓷有20%30%氣孔. 燒結工藝優點 缺點 反應燒結 燒結時幾乎沒有收縮，能得到復雜的形狀 密度低，強度低，耐蝕性差 熱壓燒結 用較少的助劑就能致密化，強度、耐蝕性最好 只能制造簡單形狀，燒結助劑使高溫強度降低 High ConfidentialSlide - 28特點：（1）硬度高，摩擦因子小 只有0.10.2，具有自潤滑性；（2）蠕變抗力高，熱膨脹系數小 抗熱振性能在陶瓷中最佳，比 Al2O3瓷高23倍；（3）化學穩定性好 抗氫氟酸以外的各種無機酸和 堿溶液的侵蝕，也能抵抗熔融非 鐵金屬的侵蝕；（4）具有優異的電絕緣性能。High ConfidentialSlide - 29Si3N4軸

15、承應用：應用：熱壓燒結氮化硅用于形狀簡單、精度要求不高的零件，如切削刀具、高溫軸承等。反應燒結氮化硅用于形狀復雜、尺寸精度要求高的零件，如機械密封環等。汽輪機轉子葉片、氣閥High ConfidentialSlide - 30 氮化硼陶瓷 氮化硼陶瓷的主要晶相是BN，屬于共價晶體，其晶體結構與石墨相仿，為六方晶格。 特點：具有良好的耐熱性和導熱性，其熱導率與不銹鋼相當；熱膨脹系數小，絕緣性好，化學穩定性高；硬度較其它陶瓷低，可進行切削加工；有自潤滑性。 應用：制作熱電偶套管、坩堝、高溫容器和管道。High ConfidentialSlide - 31 包括：碳化硅、碳化鈰、碳化鉬、碳化鈮、碳化鈦、 碳化鎢、碳化鉭、碳化釩、碳化鋯、碳化鉿等。 特點：具有很高的熔點、硬度和耐磨性 缺點：耐高溫氧化能力差，脆性極大 3 3、碳化物陶瓷：、碳化物陶瓷：High ConfidentialSlide - 32 碳化硅陶瓷：碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中應用最廣泛。其密度為3.2103kgm-3，彎曲強度和抗壓強度分別為200250MPa和10001500MPa，硬度為莫氏9.2