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1、结构陶瓷定义与分类,定义：所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。分类：因结构陶瓷往往在高温下作为结构材料使用，因而常称之为高温结构陶瓷或工程陶瓷。高温结构陶瓷大致可分为两大类，一类是在大热流和1500高温下作短时间(几秒到几十分钟)使用，另一类是在中等热流和1200以上的高温下长时间(几百到数千小时)使用。前者用于如洲际导弹的端头，回收人造卫星的前缘，火箭尾喷管喉衬和航天飞机外蒙皮等；后者主要用于能源工程，作为各种新型热机(燃气轮机、绝热柴油机)中的耐热、耐磨部件：如燃烧室、活塞顶、蜗轮转子、汽缸套等以及
2、广泛用于汽车、机械、石油化工、纺织等工业领域的耐热、耐磨损、耐腐蚀部件，如各种泵用的密封材料、轴承及轴套等。,按组分分类，结构陶瓷又可分为：(1)氧化物陶瓷，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、莫来石陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氧化铍陶瓷、锆英石陶瓷等；(2)氮化物陶瓷、如氮化硅陶瓷、赛龙(Sialon)、氮化铝陶瓷、氮化硼陶瓷等；(3)碳化物陶瓷：如碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化硼陶瓷以及碳化铀陶瓷(4)硼化物陶瓷，如硼化钛陶瓷、硼化锆陶瓷等。 由此可见，组成结构陶瓷的元素，如硅、硼、碳、氧、氮、铝均为地壳中含量最多的，这也是结构陶瓷用作发动机部件，取代镍、钴、铬等战略金属、显示其生命力的地方。,氧化
3、物陶瓷,氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷氧化镁陶瓷氧化铍陶瓷其它氧化物陶瓷,氧化铝陶瓷,氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主晶相的陶瓷材料，氧化铝含量一般在7599.9%之间，通常习惯以氧化铝的含量来分类。氧化铝的含量在75%左右称为“75瓷”，含量在85%左右称作“85瓷”，含量在99%左右称作“99瓷”。含量在99%以上的称作刚玉瓷或纯刚玉瓷。氧化铝有（刚玉型）、等11种变体，其中主要是、两种晶型，而且只有一种热力学稳定相，即氧化铝。而氧化铝是含碱的铝酸盐(R2O11Al2O3或RO6Al2O3)。它们的结构各不相同。,氧化铝结构图,蓝宝石,蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致；,红
4、宝石,红色来自铬(Cr),-Al2O3属立方晶系, 尖晶石型结构， 氧离子形成立方密堆积，Al3+填充在间隙中。-Al2O3的密度小，且高温下不稳定，加热到11001200时，缓慢转变成-Al2O3，到1450时这一过程才完成。伴随着放热32.8KJ/mol，体积收缩14.3%。 由于-Al2O3是松散结构，机电性能差，可以用它来做多孔材料。自然界没有发现-Al2O3，它一般是由含水的Al2O3矿物（Al2O3H2O或Al2O33H2O）经加热而成。,氧化铝粉体的制备,拜耳法工业氧化铝粉体的生产一般采用拜耳法。是由KJ Bayer(拜耳)所发明。它是将含铝量高的天然矿物，如铝矾土用酸法或碱法处
5、理而得。碱法处理是近代炼铝工业中制造氧化铝的主要方法。酸法生产很少使用，但能提取贫矿中的氧化铝，因而是有发展前途的一种方法。高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐和金属铝分别热解、氧化而制得的，主要有以下四种方法：1.铵明矾热解法2.有机铝盐加水分解法3.铝的水中放电分解法4. 铝的铵碳酸盐热分解法,高纯度氧化铝粉体制备,Al2O3制品的强度、耐热性和电绝缘性等许多性能随杂质含量的增加而劣化，因此在制品要求高强度和优良透光性能时，必须采用高纯度的Al2O3 粉末原料， 一般采用如下方法制取：1.铵明矾热解法2.有机铝盐加水分解法3.铝的水中放电分解法4. 铝的铵碳酸盐热分解法,Al2(NH4)2
6、(SO4)424H2O Al2(NH4)2(SO4)4H2O +23H2O Al2(NH4)2(SO4)4H2O A12(SO4)3 SO3 2NH3+2H2O A12(SO4)3 Al2O33 SO3 -Al2O3 -Al2O3,例：硫酸铝铵Al2(NH4)2(SO4)424H2O在空气中热分解制备Al2O3粉体：,Al2O3陶瓷的制备,预烧与晶型转变 Al2O3生产中预烧具有以下作用：使- Al2O3转变为稳定的- Al2O3。这样制品在烧成时的线收缩可以从22%降低为14%，或者体积收缩从53%降低为37%。煅烧后的Al2O3可能形成极细小的- Al2O3单晶颗粒。球状Al2O3的脆性提
7、高，易于研磨。预烧还可以排除原料中的杂质Na2O，提高原料的纯度，从而提高产品的性能。,磨细与配料,氧化铝陶瓷的成型,氧化铝陶瓷成型的方法有许多种，依产品的形状、大小、复杂性与精度等要求选用合适的成型方式。最常用的方法有干压法成型、注浆成型、挤压成型、冷等静压法成型（CIP),注射成型、流延成型、热压成型与热等静压成型(HIP)以及近几年来新开发的压滤成型、凝胶注成型、固体自由成型制造技术等。,烧 结,常见的几种烧结工艺均可以 用 来制备 氧化铝 陶 瓷材料，不同的方法所得材料具有不同的优点。 采用烧结助剂无疑是一种比较好的烧结方法。,影响氧化铝陶瓷烧结的因素,影响氧化铝陶瓷烧结的因素主要是烧
8、成工艺制度和氧化铝粉体的性状烧成制度：,透明氧化铝陶瓷,透明氧化铝陶瓷的制备,氧化铝陶瓷的性能和应用,氧化铝陶瓷的用途是十分广泛的，根据氧化铝含量不同，其性能不同，用途也各有差异。机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。氧化铝的成分愈纯，强度愈高。强度在高温下可维持到900。利用氧化铝陶瓷的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件。,氧化铝装置瓷,电阻率高，电绝缘性好：氧化铝的常温电阻率约为1015cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基板、管座、火花塞和电路外壳等,氧化铝火花塞,硬度高： 莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制
9、造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。,熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。,化学稳定性好： 许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、溴化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与A12O3作用。因此A12O3可以制备人体关节、人工骨等生物陶瓷材料。,光学特性氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。钠蒸气放电可获得一种高效率的光源。但是钠蒸气放电会产生超过1000的高温，而且钠是一种非常活泼的金属，有很强的腐蚀性，用玻璃
10、制成的灯管无法耐受，而一时又找不到能在高温下抵抗钠蒸气腐蚀的合适灯管材料。透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050，能在1600的环境里不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95的光线。有了它，高压钠灯才在1960年呱呱坠地，并经过不断改进，得到了实际应用。除了高压钠灯外，透明陶瓷还适用于制造其他新型的灯具，如钾灯、铷灯、铯灯、金属卤化物灯等,高熔点,高硬度,可制成透明陶瓷,无毒、不溶于水，强度高,主要特性,主要用途,坩埚,刚玉球磨机,高压钠灯的灯管,水龙头阀门芯,将氧化铝陶瓷主要特性和主要用途一对应并连线,氧化铝陶瓷的不足,氧化铝陶瓷材料的脆性极大地限制了它的推广应用!为了减小脆性，除了采用先进的制备工艺外，人们研究了许多增韧的手段。ZrO2相变增韧、纳米技术增韧、晶须和纤维增韧、颗粒弥散增韧、复合增韧、表面改性增韧等。,/10/29,47,.,
