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陶瓷

簡介   

陶瓷，功能材料

一、定義 陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點。可用作結(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。 二、性能 力學(xué)特性 陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1...查看詳情>>

陶瓷

簡介   

陶瓷，功能材料

一、定義

陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點。可用作結(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。


二、性能

力學(xué)特性

陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強度較高，但抗拉強度較低，塑性和韌性很差。


熱特性

陶瓷材料一般具有高的熔點（大多在2000℃以上），且在高溫下具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材料，陶瓷還是良好的隔熱材料。同時陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當溫度發(fā)生變化時，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性。


電特性

大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性，因此大量用于制作各種電壓（1kV~110kV）的絕緣器件。鐵電陶瓷（鈦酸鋇BaTiO3）具有較高的介電常數(shù)，可用于制作電容器，鐵電陶瓷在外電場的作用下，還能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)換為機械能（具有壓電材料的特性），可用作擴音機、電唱機、超聲波儀、聲納、醫(yī)療用聲譜儀等。少數(shù)陶瓷還具有半導(dǎo)體的特性，可作整流器。


化學(xué)特性

陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。


光學(xué)特性

陶瓷材料還有獨特的光學(xué)性能，可用作固體激光器材料、光導(dǎo)纖維材料、光儲存器等，透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷（鐵氧體如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計算機記憶元件方面的應(yīng)用有著廣泛的前途。


三、分類及應(yīng)用


普通材料

采用天然原料如長石、粘土和石英等燒結(jié)而成，是典型的硅酸鹽材料，主要組成元素是硅、鋁、氧，這三種元素占地殼元素總量的90%，普通陶瓷來源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。


特種材料

采用高純度人工合成的原料，利用精密控制工藝成形燒結(jié)制成，一般具有某些特殊性能，以適應(yīng)各種需要。根據(jù)其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等；特種陶瓷具有特殊的力學(xué)、光、聲、電、磁、熱等性能。

根據(jù)用途不同，特種陶瓷材料可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。


結(jié)構(gòu)陶瓷

氧化鋁陶瓷主要組成物為Al2O3，一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷具有各種優(yōu)良的性能。耐高溫，一般可要1600℃長期使用，耐腐蝕，高強度，其強度為普通陶瓷的2~3倍，高者可達5~6倍。其缺點是脆性大，不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛，可用作坩堝、發(fā)動機火花塞、高溫耐火材料、熱電偶套管、密封環(huán)等，也可作刀具和模具。
氮化硅陶瓷主要組成物是Si3N4，這是一種高溫強度高、高硬度、耐磨、耐腐蝕并能自潤滑的高溫陶瓷，線膨脹系數(shù)在各種陶瓷中最小，使用溫度高達1400℃，具有極好的耐腐蝕性，除氫氟酸外，能耐其它各種酸的腐蝕，并能耐堿、各種金屬的腐蝕，并具有優(yōu)良的電絕緣性和耐輻射性。可用作高溫軸承、在腐蝕介質(zhì)中使用的密封環(huán)、熱電偶套管、也可用作金屬切削刀具。
碳化硅陶瓷主要組成物是SiC，這是一種高強度、高硬度的耐高溫陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗彎強度，是目前高溫強度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷還具有良好的導(dǎo)熱性、抗氧化性、導(dǎo)電性和高的沖擊韌度。是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，可用于火箭尾噴管噴嘴、熱電偶套管、爐管等高溫下工作的部件；利用它的導(dǎo)熱性可制作高溫下的熱交換器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂輪、磨料等。
六方氮化硼陶瓷主要成分為BN，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，六方氮化硼的結(jié)構(gòu)和性能與石墨相似，故有“白石墨”之稱，硬度較低，可以進行切削加工具有自潤滑性，可制成自潤滑高溫軸承、玻璃成形模具等。


工具陶瓷

硬質(zhì)合金主要成分為碳化物和粘結(jié)劑，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘結(jié)劑主要為鈷（Co）。硬質(zhì)合金與工具鋼相比，硬度高（高達87~91HRA），熱硬性好（1000℃左右耐磨性優(yōu)良），用作刀具時，切削速度比高速鋼提高4~7倍，壽命提高5~8倍，其缺點是硬度太高、性脆，很難被機械加工，因此常制成刀片并鑲焊在刀桿上使用，硬質(zhì)合金主要用于機械加工刀具；各種模具，包括拉伸模、拉拔模、冷鐓模；礦山工具、地質(zhì)和石油開采用各種鉆頭等。
金剛石天然金剛石（鉆石）作為名貴的裝飾品，而合成金剛石在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，金剛石是自然界最硬的材料，還具備極高的彈性模量；金剛石的導(dǎo)熱率是已知材料中最高的；金剛石的絕緣性能很好。金剛石可用作鉆頭、刀具、磨具、拉絲模、修整工具；金剛石工具進行超精密加工，可達到鏡面光潔度。但金剛石刀具的熱穩(wěn)定性差，與鐵族元素的親和力大，故不能用于加工鐵、鎳基合金，而主要加工非鐵金屬和非金屬，廣泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、寶石、瑪瑙等的加工。
立方氮化硼（CBN）具有立方晶體結(jié)構(gòu)，其硬度高，僅次于金剛石，具熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性比金剛石好，可用于淬火鋼、耐磨鑄鐵、熱噴涂材料和鎳等難加工材料的切削加工。可制成刀具、磨具、拉絲模等
其它工具陶瓷尚有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等陶瓷，但從綜合性能及工程應(yīng)用均不及上述三種工具陶瓷。


功能陶瓷

功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的領(lǐng)域比較多，常用功能陶瓷的特性及應(yīng)用見表。

種類
性能特征
主要組成
用途
介電陶瓷
絕緣性
Al2O3、Mg2SiO4
集成電路基板
熱電性
PbTiO3、BaTiO3
熱敏電阻
壓電性
PbTiO3、LiNbO3
振蕩器
強介電性
BaTiO3
電容器
光學(xué)陶瓷
熒光、發(fā)光性
Al2O3CrNd玻璃
激光
紅外透過性
CaAs、CdTe
紅外線窗口
高透明度
SiO2
光導(dǎo)纖維
電發(fā)色效應(yīng)
WO3
顯示器
磁性陶瓷
軟磁性
ZnFe2O、γ-Fe2O3
磁帶、各種高頻磁心
硬磁性
SrO．6 Fe2O3
電聲器件、儀表及控制器件的磁芯
半導(dǎo)體陶瓷
光電效應(yīng)
CdS、Ca2Sx
太陽電池
阻抗溫度變化效應(yīng)
VO2、NiO
溫度傳感器
熱電子放射效應(yīng)
LaB6、BaO
熱陰極

四、檢測標準
1 GB/T 4738-2015 日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能測定方法
2 GB/T 5594.3-2015  電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 第3部分：平均線膨脹系數(shù)測試方法
3 GB/T 5594.4-2015 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 第4部分：介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測試方法
4 GB/T 5594.6-2015 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 第6部分：化學(xué)穩(wěn)定性測試方法
5 GB/T 5594.7-2015 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 第7部分：透液性測定方法
6 GB/T 5594.8-2015 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 第8部分：顯微結(jié)構(gòu)的測定方法
7 GB 30367-2013 牙科學(xué) 陶瓷材料
8 GB/T 15750-2008 壓電陶瓷材料性能測試方法 老化性能的測試
9 GB/T 11387-2008 壓電陶瓷材料性能測試方法 靜態(tài)彎曲強度的測試
10 GB/T 16304-2008 壓電陶瓷材料性能測試方法 電場應(yīng)變特性的測試
11 GB/T 3389-2008 壓電陶瓷材料性能測試方法 性能參數(shù)的測試
12 GB/T 3388-2002 壓電陶瓷材料型號命名方法
13 GB/T 4740-1999 陶瓷材料抗壓強度試驗方法
14 GB/T 4741-1999 陶瓷材料抗彎曲強度試驗方法
15 GB/T 6426-1999 鐵電陶瓷材料電滯回線的準靜態(tài)測試方法
16 GB/T 2414.1-1998 壓電陶瓷材料性能試驗方法 圓片徑向伸縮振動模式
17 GB/T 2414.2-1998 壓電陶瓷材料性能試驗方法 長條橫向長度伸縮振動模式
18 GB/T 4734-1996 陶瓷材料及制品化學(xué)分析方法
19 GB/T 5594.1-1985 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 氣密性測試方法
20 GB/T 5594.2-1985 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 楊氏彈性模量、泊松比測試方法
21 GB/T 5594.5-1985 電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法 體積電阻率測試方法



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