《精细陶瓷》PPT课件.ppt

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1、陶瓷是各种无机非金属材料的总称，是现代工业固体材料的三大支柱之一，是许多高新技术领域中不可缺少的关键材料。陶瓷在汽车上的应用很广，如耐高温、高压的火花塞，陶瓷发动机等。,第7章 精细陶瓷,一、陶瓷的分类1.传统陶瓷 以天然的硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷，主要用于日用、建筑、卫生陶瓷制品以及工业上应用的高低压电瓷、耐酸及过滤陶瓷等。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,2.精细陶瓷 区别于传统陶瓷，近代发展起来的各种陶瓷总称为精细陶瓷，也可称为新型陶瓷、高技术陶瓷或特种陶瓷。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,按性能分 分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、光

2、学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、卫生陶瓷。按用途分 分为结构陶瓷和功能陶瓷。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,按化学组成分 分为氧化物（氧化铝、氧化锆、氧化镁）陶瓷；氮化物（氮化铝、氮化硅、氮化硼）陶瓷；碳化物（碳化硅、碳化硼）陶瓷；复合陶瓷（氧氮化硅铝陶瓷、镁铝尖晶石陶瓷、锆钛酸铝镧陶瓷）；金属陶瓷和纤维增强陶瓷。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,二、陶瓷的组织结构 由晶相、玻璃相、气相组成。各相的组成、数量、形状和分布都会影响陶瓷的性能。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,1晶相 是陶瓷的基本组成。主要有两种晶体结构，即离子键构成的离子晶体和共价键组成的共价晶体。它们都具有很高的结合能。,第一

3、节 陶瓷的分类、组成及性能,2玻璃相 陶瓷烧结时，各组成物和杂质经物理化学反应形成的液相，冷凝后仍为非晶态结构的部分。分布在晶相之间，起粘结晶体、填充气孔空隙和抑制晶粒长大的作用。3气相 即陶瓷中残留的气体形成的气孔。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,三、陶瓷的性能1力学性能 高硬度、高耐磨性，几乎没有塑性，完全是脆性断裂，冲击韧度和断裂韧度很低。抗拉强度低，但抗压强度较高。弹性模量高，可达金属的数倍。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,2热性能 熔点高，高温强度好。耐高温，不氧化，高温抗蠕变能力强。热膨胀系数低，导热性小，高温绝热性好，但抗热震性差，温度剧烈变化时易破裂。,第一节 陶瓷的分类、

4、组成及性能,3化学性能 对酸、碱、盐有良好抗蚀能力，化学稳定性很高。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,4电性能 陶瓷都有较好的电绝缘性能，可直接作绝缘材料，也可做半导体材料。,第一节 陶瓷的分类、组成及性能,精细陶瓷以精制高纯化工产品为原料，采用各种先进的成型、烧结或其它工艺制成。在热学上具有耐热、隔热、导热、集热等特性；在力学上具有硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨胀性；在化学上具有强的化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂作用；在电磁学上具有绝缘性、导电性、压电性、半导体性、磁性、介电性、离子导电性、电子发射性等。,第二节 精细陶瓷简介,一氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分

5、是A1203和SiO2。A1203含量越高性能越好，按A1203的含量分为75瓷、85瓷、96瓷、99瓷等。,第二节 精细陶瓷简介,氧化铝陶瓷 的特性 1氧化铝陶瓷强硬度高 2氧化铝陶瓷脆性大 3氧化铝陶瓷高温性能好 4氧化铝瓷的耐磨性好,第二节 精细陶瓷简介,二氮化硅陶瓷(一)氮化硅生产方法1.反应烧结法 将硅粉或硅粉与Si3N4粉混合成型后，放入氮化炉中于1200预氮化，然后可以用机械加工的方法加工成所需要的尺寸形状，最后再放人炉中在1400进行2025小时的最终氮化，成为尺寸精确的制品。,第二节 精细陶瓷简介,2.热压烧结法 在Si3N4粉中加入少量促进烧结的添加剂（如氧化镁），装入石墨

6、制造的模具中，在16001700和23107Pa条件下烧结，得到几乎没有气相的致密制品。,第二节 精细陶瓷简介,（二）氮化硅陶瓷性能和应用 1氮化硅稳定性好 2氮化硅硬度高 3氮化硅耐磨性好 4氮化硅热胀系数小 5氮化硅组织致密 6制造特殊性能零件 7制造刀具,第二节 精细陶瓷简介,三碳化硅陶瓷 碳化硅粉是把石英、碳和木屑装入电弧炉中，在19002000的高温下合成的。,第二节 精细陶瓷简介,1碳化硅陶瓷生产方式 碳化硅和氮化硅一样，生产方式也有反应烧结和热压烧结两种。2碳化硅陶瓷特性 高温强度大，热传导能力高，热稳定性、耐蚀性、耐磨性、抗蠕变性优异。,第二节 精细陶瓷简介,3、碳化硅陶瓷的应

7、用 碳化硅用于火箭尾喷嘴、浇注金属用的喉嘴、热电偶套管、炉管、燃气轮机的叶片、轴承等零件。及高温下热交换器材料、核燃料的包封材料和制作各种泵的密封圈。,第二节 精细陶瓷简介,四氮化硼陶瓷 氮化硼晶体结构与石墨相似，性能也有很多相近之处，又称“白石墨”。有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，是理想的散热材料和高温绝缘材料。,第二节 精细陶瓷简介,氮化硼化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的侵蚀。有很好的自润滑性。硬度低，可进行机械加工。用于制造熔炼半导体的坩埚及冶金用高温容器、半导体散热绝缘零件、高温轴承、热电偶套管及玻璃成型模具等。,第二节 精细陶瓷简介,五氧化物陶瓷氧化锆陶瓷 氧化锆

8、具有高强度和韧性、高硬度和耐磨性以及高抗化学腐蚀性，导热系数小。可用做刀具、隔热材料，以及做滑动零部件，如拔丝模、轴承、喷嘴、泵部件、粉碎机部件等。,第二节 精细陶瓷简介,氧化锆陶瓷,第二节 精细陶瓷简介,氧化铍陶瓷 氧化铍陶瓷导热性好，抗热冲击性好，适于做高频电炉的坩埚。还可用做激光管、晶体管散热片、集成电路的外壳和基片等。,第二节 精细陶瓷简介,汽车陶瓷电路板,第二节 精细陶瓷简介,氧化镁陶瓷 氧化镁陶瓷是典型的碱性耐火材料，用于冶炼高纯度铁、铁合金、铜、铝、镁等以及熔化高纯度铀、钍及其合金。但机械强度低、热稳定性差、易水解。,第二节 精细陶瓷简介,精细陶瓷具有各种优异的特性，应用于汽车上

9、，可以有效地降低车辆的重量、提高发动机的热效率、降低油耗，减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都有重要意义。,第三节 陶瓷在汽车上的应用,保时捷的陶瓷刹车,第三节 陶瓷在汽车上的应用,保时捷陶瓷复合制动,第三节 陶瓷在汽车上的应用,奥迪A8陶瓷制动刹车盘,第三节 陶瓷在汽车上的应用,汽车蜂窝陶瓷,第三节 陶瓷在汽车上的应用,汽车陶瓷载体催化剂,第三节 陶瓷在汽车上的应用,尾气用蜂窝陶瓷载体,第三节 陶瓷在汽车上的应用,汽车大灯陶瓷插座,第三节 陶瓷在汽车上的应用,汽车陶瓷灯座,第三节 陶瓷在汽车上的应用,1陶瓷纤维活塞 用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，耐磨性好，可以有效地防止

10、铝合金活塞由于热膨胀系数大而产生的“冷敲热拉”现象。,第三节 陶瓷在汽车上的应用,2陶瓷气门、气门座、摇臂零件 精细陶瓷可用于制作气门、气门座、摇臂等零件，以充分发挥其耐热性、耐磨性优良的特性。,第三节 陶瓷在汽车上的应用,陶瓷机械结构件,第三节 陶瓷在汽车上的应用,陶瓷机械结构件,第三节 陶瓷在汽车上的应用,3陶瓷火花塞，进、排气管 精细陶瓷耐蚀性强，高温热稳定性好，用作火花塞基体。陶瓷作进、排气管，可以承受800900的高温，取消隔热板，减少发动机体积，并使排气净化效果提高2倍。,第三节 陶瓷在汽车上的应用,火花塞,第三节 陶瓷在汽车上的应用,火花塞,第三节 陶瓷在汽车上的应用,火花塞,第

11、三节 陶瓷在汽车上的应用,4陶瓷传感器 功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件制作中，如稀空燃比燃烧传感器及传动装置传感器、温度传感器、废气传感器（包括浓差电池式氧化锆传感器、临界电流式氧化锆传感器、半导体型氧化锆传感器、CO传感器等）、湿度传感器、压电性传感器（爆震性传感器、超声波传感器）、硅压力传感器等。,第三节 陶瓷在汽车上的应用,汽车陶瓷压力传感器,第三节 陶瓷在汽车上的应用,5陶瓷绝热发动机 陶瓷发动机的汽缸套、活塞、气门等燃烧室零件有40为陶瓷材料制成，取消了散热器和冷却装置，提高功率10，燃烧消耗降低30。,第三节 陶瓷在汽车上的应用,陶瓷密封环,第三节 陶瓷在汽车上的应用,陶瓷喷嘴,第三节 陶瓷在汽车上的应用,第三节 陶瓷在汽车上的应用,小结,一、陶瓷的组织是由晶体相、玻璃相和气相组成。陶瓷在力学性能上表现出突出的硬而脆的特点。在热性能上表现出高熔点、高热强性、高抗氧化性，是有发展前途的高温材料。另外，陶瓷的耐蚀性、绝缘性也都很好。,小结,二、常用精细陶瓷有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷（包括氧化锆陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化镁陶瓷等）。三、在汽车上，利用精细陶瓷特性可以制作陶瓷绝热发动机、气门、气门座、摇臂、汽油机点火系火花塞的基体，进、排气管，活塞、活塞环、喷嘴、轴承等零件以及汽车调控系统的敏感元件等。,