——江东新资料 周祖直 7.27 1.造粒 陶瓷资料的 生产进程 2.成型 3.烧结 Slide - 2 High Confidential （1)：造粒 造粒工艺是将磨细的粉料，经过枯燥、加胶黏剂，制成流动性好、 粒径约为0.1mm的颗粒。一般运用的胶黏剂应满意以下要求：要 有满足的黏性，以确保杰出的成型性和坯体的机械强度；经高温 锻烧能悉数蒸腾，坯体中不留或少留胶黏剂残留杂质；工艺简略， 没有腐蚀性，对陶瓷功用无不良影响。 在功用陶瓷的生产工艺中从利于烧成和固相反响进行的 视点考虑，期望取得超细的质料颗粒，但粉料越细，比 外表积越大，流动性越差，干压成型时不容易均匀的充 满模具，常常出现成型件有空泛、边角不细密、层裂、 弹性失效的问题。常选用造粒工艺处理这一问题。 Slide - 3 High Confidential （2）成型： 粉末质料转化成必定体积和强度的成型体，也称素坯。 ⅰ.成型在陶瓷烧结细密化中的重要效果： 必定形状 加压成型 削减孔隙度 剩余应力 剩余应力：烧结进程中即固相分散物质搬迁细密化的驱动力。没 有经过压实的粉末，即便在高温下（＜Tm）烧结，也不会发生细密 化而构成陶瓷。 Slide - 4 High Confidential ⅱ.成型工艺： 成型工艺 干 压 成 型 冷等静压成型 热等静压成型 a:干压成型：单轴向限制成型。 密度、应力不均匀，易发生分层，压力高时尤为显着。 适用范围：形状简略、横截面积大，但高度小的样品。 b:冷等静压成型： 长处：坯体密度均匀、无缺陷，用于长径比大、形状杂乱的零件， 压力可加到400—500MPa，为后续烧结细密化发明有利条件。 High Confidential （3）、烧结： 将坯体加热到高温，经过固相或部分液相分散，使物质搬迁而消除 孔隙，构成特定的显微安排结构的工艺进程。 烧结时生坯在高温下发生一系列物理化学变化（水的蒸腾，硅 酸盐分化，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并使生坯 体积缩短，强度、密度增加，构成细密、坚固的具有某种显微结构 的烧结体。 常压烧结 烧结 热压烧结 热等静压 2017/12/8 Slide - 6 High Confidential 6 a:常压烧结法： 在大气中烧结。 又称无压烧结 b：热压烧结： 加温一起加压的烧结办法，一般单轴向加压。 长处：削减气孔率，进步细密度，下降烧结温度。 c：热等静压: 等静压与加热的结合，只能经过气体加压。 现在，该办法压力可达2000MPa，温度可达2000℃。 Slide - 7 High Confidential 四、陶瓷的功用： 1.力学功用: 1）弹性功用：陶瓷的运用中，只发生弹性变形。 i：弹性模量E比金属高; ii：细密度对陶瓷资料的弹性模量影响很大， 随气孔增加，E值急剧下降。 几种陶瓷的E值 资料 WC SiC Al2O3 SiO2 玻璃 低合金钢 弹性模量 ×105MPa 46.5 4.5 3.9 9.4 3.54.5 22.1 Slide - 8 High Confidential 2）硬度： 硬度是陶瓷资料重要的力学功用参数。 陶瓷具有高硬度，大多在HV1500以上。 氮化硅和立方氮化硼（70） 挨近金钢石（90）的硬度， 淬火钢：500-800HV。 陶瓷作为新式的刃具和耐磨零件。 陶瓷硬度的测定办法：维氏硬度HV（最常用）、显微硬度Hm、洛氏硬 度HR、莫氏硬度。 Slide - 9 High Confidential 3）强度： 由化学键所决议，室温下陶瓷几乎不发生滑移和位错运动。 Slide - 10 High Confidential 室温下陶瓷很难发生塑性变形，其损坏办法为脆性开裂。 故室温下只要开裂强度σf。 σf表明弹性变形到达极限程度而发生开裂的应力。 陶瓷断口 Slide - 11 High Confidential σf的影响要素： i.气孔率：气孔下降承载面积，并引起应力会集。气孔 率高，强度急剧下降，例气孔率10%，强度下降到无气孔 时的一半。 ii.晶粒尺度：晶粒越细，σf越高。 iii.晶界相的性质、厚度、晶粒形状：晶界相最好能 阻挠裂纹的扩展，玻璃相对σf晦气。晶粒形状最好为均 匀的等轴晶粒。 Slide - 12 High Confidential 高强度陶瓷的安排要求： 晶粒尺度小，晶体缺陷少 高强度陶瓷 晶粒尺度均匀，等轴 晶界相含量适中，削减脆性玻璃相 削减气孔率 尺度越小，缺陷发生的几率越小, 强度越高。 不同截面巨细陶瓷的强度值：MPa 块状 Al2O3 Si3N4 Slide - 13 纤维 2100 晶须 21000 14000 280 120-140 High Confidential ２.热功用： 指熔点、热膨胀、导热率、热容量。 i.熔点：具有高的熔点，大都在2000℃以上。 ii.热容：改动资料温度水平常所需的热量，一般以比热的形 式给出。气孔率大，热容小。 iii.热膨胀：线／Ｋ，结构严密， 膨胀系数大。 iv.热传导：在必定温度梯度下热量在资猜中传递的速率。 ｖ.抗热震性：在温度急剧变化时反抗损坏的才能。 陶瓷抗热震性一般较差，受热冲击时易损坏。 Slide - 14 High Confidential 陶瓷资料因高熔点、高硬度、较好的化学稳定性、 很强的抗氧化性，广泛用作高温资料。 例： 特别的冶金坩埚：BeO、AlN、 火箭、导弹的雷达保护罩： Al2O3、ZrO2 燃烧室喷嘴：SiC,BeO 电炉发热体：ZrO,SiC Slide - 15 High Confidential ３.其它物理、化学功用： i：高电阻：杰出的绝缘体。 半导体陶瓷、压电陶瓷等。 ii：特别光学功用： 固体激光资料：红宝石； 光导纤维：玻璃纤维。 iii：磁性陶瓷：又叫铁氧体， 由Fe2O3和Mn、Zn的氧化物组成。 iv：高的化学稳定性：抗氧化，1000℃高温下不氧化。 对酸、碱、盐有杰出的抗蚀性。 Slide - 16 High Confidential 第二节 常用陶瓷 Ceramic in Common Use Slide - 17 High Confidential 一、一般陶瓷： 粘土（Al2O3·2SiO2·H2O） 原资料 长石（K2O.Al2O3.6SiO2；Na2O.Al2O3.6SiO2） 石英（SiO2） 坚固，不氧化、不导电，成型性好， 耐1200℃高温，本钱低价。 强度低，高温下玻璃相易软化。 日用陶瓷 功用 用处 耐酸碱容器 绝缘电磁 Slide - 18 High Confidential 二、特种陶瓷： 选用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、 ZrO2、SiC、Si3N4、BN），经配料、成型、烧 结而制得。 Slide - 19 High Confidential 1、氧化物陶瓷： 氧化铝陶瓷:以Al2O3为首要成分， 75 瓷（ 75% Al2O3 ）又称刚玉 - 莫来石瓷； 95 瓷 （95% Al2O3）和99瓷（99% Al2O3）。 后两者称刚玉瓷。 强度高，比一般瓷高5～6倍； 硬度高，有很好的耐磨性； 氧化铝瓷 耐高温，能在1600℃高温下长时间作业； 耐蚀性及绝缘性好； 缺陷是脆性大，抗热振性差. High Confidential Slide - 20 功用：AL2O3含量越高，功用越好， 用处：东西、量具、模具、轴承、坩锅、热电偶套管等。 缺陷：脆性大、抗热震性差。 氧化铝陶瓷的功用 商标 AL2O3（％） 相对密度 硬度 （莫氏） 抗压强度 Mpa 1800 2000 2500 抗拉强度 Mpa 150 180 250 85瓷 96瓷 99瓷 85 96 99 3.45 3.72 3.90 9 9 9 Slide - 21 High Confidential 氧化铝陶瓷被广泛用作耐火资料，如 耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切 削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花 塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。 氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环 氧化铝陶瓷坩埚 氧化铝陶瓷转心球阀 Slide - 22 High Confidential 氧化锆陶瓷 氧化锆陶瓷的熔点在2700℃以上，运用温度为2000～2200℃， 能抗熔融金属的腐蚀。用氧化锆作增加剂可大大进步陶瓷资料的强 度和耐性。氧化锆增韧氧化铝陶瓷资料的强度达1200MPa、开裂韧度 为15.0MPa·m1/2，别离比原氧化铝进步了3倍和近3倍。 运用：可替代金属制造模具、 拉丝模、泵叶轮，还可制造 汽车零件。 Slide - 23 High Confidential 氧化镁/钙陶瓷 一般由热白云石（镁/钙的碳酸盐）矿石除掉CO2 而制成，其特 点是能抗各种金属碱性渣的效果，常作炉衬的耐火砖。缺陷是热稳 定性差，MgO在高温下易蒸腾，CaO甚至在空气中就易水化。 氧化铍陶瓷 氧化铍陶瓷最大的特色是导热性好，具有很高的热稳定性，抗 热冲击性较高，常常用于制造坩埚和真空陶瓷等。 Slide - 24 High Confidential Slide - 25 High Confidential 2、氮化物陶瓷： 氮化硅陶瓷： 以Si3N4为首要成分的陶瓷 氮化硅是由Si3N4四面体组 成的共价键固体。 氮化硅的制备: 工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4 二氧化硅复原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO Slide - 26 High Confidential 按制造工艺分：热压烧结氮化硅（β- Si3N4）陶瓷； 反响烧结氮化硅（α- Si3N4）陶瓷。 热压烧结氮化硅陶瓷安排细密，气孔率挨近于零，强度高。反响 烧结氮化硅陶瓷有20%～30%气孔. 烧结工艺 反响烧结 长处 缺陷 烧结时几乎没有缩短，能得 密度低，强度低，耐蚀性 到杂乱的形状 差 用较少的助剂就能细密化， 只能制造简略形状，烧结 强度、耐蚀性最好 助剂使高温强度下降 热压烧结 Slide - 27 High Confidential 特色： （1）硬度高，冲突因子小 只要0.1～0.2，具有自润滑性； （2）蠕变抗力高，热膨胀系数小 抗热振功用在陶瓷中最佳，比 Al2O3瓷高2～3倍； （3）化学稳定性好 抗氢氟酸以外的各种无机酸和 碱溶液的腐蚀，也能反抗熔融非 铁金属的腐蚀； （4）具有优异的电绝缘功用。 Slide - 28 High Confidential 运用：热压烧结氮化硅用于形状 简略、精度要求不高的零件，如 切削刀具、高温轴承等。 Si3N4轴承 反响烧结氮化硅用 于形状杂乱、尺度 精度要求高的零件， 如机械密封环等。 汽轮机转子 Slide - 29 High Confidential 叶片、气阀 氮化硼陶瓷 氮化硼陶瓷的首要晶相是BN，归于共价晶体， 其晶体结构与石墨相仿，为六方晶格。 特色：具有杰出的耐热性和导热性，其热导率与不锈钢适当； 热膨胀系数小，绝缘性好，化学稳定性高；硬度较其它陶瓷低，可 进行切削加工；有自润滑性。 运用：制造热电偶套管、坩埚、高温容器和管道。 Slide - 30 High Confidential 3、碳化物陶瓷： 包含：碳化硅、碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钛、 碳化钨、 碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化铪等。 特色：具有很高的熔点、硬度和耐磨性 缺陷：耐高温氧化才能差，脆性极大 Slide - 31 High Confidential 碳化硅陶瓷：碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中运用最广泛。其密度为 3.2×103kg·m-3 ，曲折强度和抗压强度别离为 200 ～ 250MPa 和 1000 ～ 1500MPa，硬度为莫氏9.2。 特色：热导率高，而热膨胀系数小。 运用：常用于制造加热组件、石墨外表保护层及砂轮和磨料等。 Slide - 32 High Confidential 碳化硅是经过键能很高的共价键结 合的晶体。 碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦 碳直接加热至高温复原而成： SiO2+3C→SiC+2CO 常压烧结碳化 硅 碳化硅的烧结工艺也有热压和反响烧结两种。因为碳化硅外表有一 层薄氧化膜，因而很难烧结，需增加烧结助剂促进烧结，常加的助剂 有硼、碳、铝等。 Slide - 33 High Confidential 谢谢！ Slide - 34 High Confidential