《陶瓷基體復(fù)合材料》PPT課件

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1、第七章陶瓷基體復(fù)合材料2011.05.31目標(biāo)與要求了解陶瓷材料的特點(diǎn)掌握常見的陶瓷基體及性能掌握陶瓷基體復(fù)合材料增韌機(jī)理掌握陶瓷基體復(fù)合材料主要的制備方法了解陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用7.1陶瓷材料的特點(diǎn)熔點(diǎn)高，耐高溫硬度大，耐磨性好化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕密度較小韌性低（或脆性）熱膨脹系數(shù)較小，抗熱震性能差化合物熔點(diǎn)/℃化合物熔點(diǎn)/℃化合物熔點(diǎn)/℃Al2O32054ZnO1975ZrN2980ZrO22677TiO21857Ti2B2897莫來(lái)石1850SiC2837TiC3070一些陶瓷材料的熔點(diǎn)/℃使用溫度材料的密度熱膨脹系數(shù)斷裂韌性因此，陶瓷材料的韌性化問(wèn)題便成了近年來(lái)

2、陶瓷工作者們研究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)在這方面的研究巳取得了初步進(jìn)展，探索出了若干種韌化陶瓷的途徑?，F(xiàn)代陶瓷材料的研究，最早是從對(duì)硅酸鹽材料的研究開始的，隨后又逐步擴(kuò)大到了其他的無(wú)機(jī)非金屬材料。目前被人們研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化鋁等，它們普遍具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、重量輕和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。7.2．常見的陶瓷基復(fù)合材料的基體陶瓷基復(fù)合材料的基體為陶瓷，這是一種包括范圍很廣的材料，屬于無(wú)機(jī)化合物而不是單質(zhì)，所以它的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬合金復(fù)雜得多。陶瓷材料中的化學(xué)鍵往注是介于離子鍵與共價(jià)鍵之間的混合鍵。它們普遍具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、重量輕和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。常見的陶瓷基體有：

3、1、氧化物基體，2、非氧化物陶瓷指金屬碳化物，氮化物、硼化物等3、微晶玻璃1、氧化物陶瓷主要由離子鍵結(jié)合，也有一定成分的共價(jià)鍵純氧化物陶瓷的熔點(diǎn)多超過(guò)2000℃。在800～1000℃以前強(qiáng)度降低不大氧化物陶瓷在高溫下不會(huì)被氧化，所以常做高溫耐火結(jié)構(gòu)材料常見的基體材料有氧化鋁和氧化鋯陶瓷1）氧化鋁陶瓷的主要性能主要有具有α、β和γ三種晶型，其中α和γ型是純氧化鋁，而β型是含堿的鋁酸鹽基體材料的氧化鋁陶瓷主要是α-Al2O3，純度為99～99.5％，密度3.75～3.85g/cm3，熔點(diǎn)2054℃。剛玉瓷具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，加熱到1600～1700℃仍保持很高的機(jī)械強(qiáng)度?；瘜W(xué)

4、穩(wěn)定性好，與酸堿都不發(fā)生作用，常溫下，也不與氫氟酸發(fā)生作用。具有很好的介電性，同時(shí)還可以作為透光度為80％以上的制品。2）氧化鋯陶瓷單斜變四方時(shí)體積收縮7.7％，晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生明顯的體積收縮或膨脹，可以加入一些的穩(wěn)定劑，如CaO、MgO等，保持氧化鋯的四方結(jié)構(gòu)。氧化鋯熔點(diǎn)2667℃，熱的不良導(dǎo)體，化學(xué)性能穩(wěn)定。可作為耐火材料，熔融鉑、銠、鈦等金屬的坩鍋，最高溫度可達(dá)2500℃?？捎米骰鸺蛧姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)的耐腐蝕部件。2、非氧化物陶瓷在自然界很少，需要人工合成。非氧化物陶瓷主要是共價(jià)鍵結(jié)合而成，但也有一定的金屬鍵成分。這類陶瓷材料的熔點(diǎn)高、硬度大和耐磨性好。具有特殊的電磁和化學(xué)性

5、質(zhì)。但這類材料的脆性大，高溫抗氧化能力不高，所以在高溫氧化氣氛中使用壽命有限。常見的基體材料有碳化硅和氮化硅陶瓷。1）碳化硅陶瓷α和β兩種晶型，α為六方型多層鏈狀結(jié)構(gòu)。β型為立方結(jié)構(gòu)，在2100℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣列?。無(wú)熔點(diǎn)，在2830℃發(fā)生分解。理論密度3.21g/cm3，莫氏硬度9.2，耐磨性好，導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)4.7×10-6/℃?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，除磷酸、硝酸和氫氟酸混合酸外，與所有的酸都不反應(yīng)。碳化物中抗氧化能力最好。高溫下能與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)工業(yè)陶瓷中碳化硅有黑色和綠色兩種，黑色是碳過(guò)量，綠色是硅過(guò)量2）氮化硅陶瓷氮和硅的唯一化合物。有α、β兩中晶型，α屬于低溫型，在

6、1400～1600℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦停ǜ邷胤€(wěn)定型）。兩種變體均屬于六方晶系，但c方向上α型晶格常數(shù)β型的2倍。兩種晶型密度很相近，相變時(shí)幾乎不發(fā)生體積變化。理論密度為3.184g/cm3，布氏硬度99級(jí)，分解溫度1900℃，α型膨脹系數(shù)為3.0×10-6/℃,β型熱膨脹系數(shù)為3.6×10-6/℃。20℃時(shí)電阻率為1013~14Ω?cm。機(jī)械強(qiáng)度高，尤其是高溫機(jī)械強(qiáng)度?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，抗氧化能力強(qiáng)氮化硅原子自擴(kuò)散系數(shù)非常小，制備難，近年來(lái)人們開始研究添加氧化鋁形成的氮化硅固溶體形成Sialon陶瓷（賽隆，含有Si、Al、O、N四種元素）。氮化硅是一種出色的耐腐蝕材料，可用作坩鍋，

7、熱電歐保護(hù)管，金屬冶煉爐的內(nèi)襯材料。有極高的熱穩(wěn)定性和中等的機(jī)械強(qiáng)度，可以用作火箭噴嘴、導(dǎo)彈發(fā)射臺(tái)和尾氣噴管以及燃?xì)廨喨~片。微晶玻璃玻璃組成中引入晶核劑，通過(guò)熱處理、光照或化學(xué)處理等手段，使玻璃內(nèi)均勻析出大量微小晶體，形成致密的微晶相和玻璃相的多相復(fù)合體?？刂莆龀龅奈⒕У姆N類、數(shù)量和尺寸，可以獲得透明微晶玻璃、膨脹系數(shù)為零的微晶玻璃及可切削的微晶玻璃。按照基礎(chǔ)玻璃組成，分為硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽5大類7.3陶瓷復(fù)合材料分類按照用途分類結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料功能陶瓷復(fù)合材料按照增強(qiáng)材料形態(tài)分類顆粒增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料纖