结构陶瓷和高温陶瓷

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1.3结构陶瓷结构陶瓷材料具有耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低膨胀系数、低热导率和质轻等优点，它不仅在日用、卫生、建筑行业得到大量应用，而且被广泛应用于能源、空间技术、石油化工等领域。1 1.3结构陶瓷1.3.1结构陶瓷的生产工艺1.3.2.常用结构陶瓷材料2 1.3.1.结构陶瓷的生产工艺特种陶瓷是在普通陶瓷的基础上发展起来的，与普通陶瓷主要有以下区别：在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的局限，特种陶瓷一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等为主要原料．成分由人工配比决定，性质优劣不是产地决定的；3 在制备上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要烧结设备的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、热等静压等手段；在性质上，特种陶瓷有不同的特殊性质和功能。特种陶瓷的主要工艺是粉末制备、成形和烧结。4 1．粉末制备制粉是陶瓷生产过程中至关重要的第一步。对原料的要求是：纯度非常高，杂质的质量分数在万分之几范围内；粒度均匀细小(1μm以下)。由于有的原料硬度很大，粉碎十分困难，因而发展了很多制备粉末的特殊方法，可概括为以下五种。5 (1)固相法固相法包括化合或还原法、热分解法、自蔓延高温合成法等。(2)气相法气相法包括气相合成法、气相热分解法。(3)液相法液相法包括直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法(4)机械法机械法包括球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等方法。(5)溶剂蒸发法此类方法有酒精干燥法、冷冻干燥法、热石油干燥法和喷雾干燥法等。6 近几年来，超微粒的研究、开发和应用十分引入注目。一般粒径在l0μm范围的称为微粒，粒径在1～l00nm范围的称为超微粒。制备超微粒的方法有几十种之多，按粒度变化可分为两大类：将粗颗粒粉碎为超微粒；以及由离子或原子通过成核和长大成为超微粒。7 2．成形在许多情况下，原料粉末在使用前需要进行一定的处理，如预烧、粉碎、分级、净化等。目的是调整和改善其物理、化学性质，使之适应后继工序和产品性能的要求。制备普通陶瓷使用的模压成形、挤压成形等技术可以用于特种陶瓷的成形。为了提高坯体的致密度、均匀性或尺寸精度，保证制品的优异性能，下面将介绍几种新的成形方法。8 此法是将粉末充填入橡胶制的容器内，密封后利用静水压力通过介质从各个方向向橡胶模均匀加压成形。优点：压制出来的坯体密度大而且均匀。缺点：但成形工序较复杂，一般适用于大型、小批量生产的制品。(1)冷等静压成形9 此法是在陶瓷粉末内加入热塑性树脂、石蜡、增塑剂与溶剂等，把经预热混匀的坯料放在成形机内加热熔融，然后再从喷嘴压入金属模具内冷却固化。特点：此法可用于形状复杂、尺寸精度及表面粗糙度要求较高，需要批量生产的制品。迄今仅限于生产某些纺织机械零件。(2)注射成形法10 该法利用炸药爆炸后在极短的时间内产生的巨大压力作用在粉末上。使坯体获得接近理论密度和很高的强度。特点：可成形形状复杂、轮廓清晰的坯体，成本较低。(3)爆炸成形11 特种陶瓷的烧结一般在容量较小的高温炉中进行，其烧成温度很高，需精确控制，有时需在保护气氛中进行。特种陶瓷的烧成几乎是在没有液相的条件下，依靠离子表面扩散和晶界扩散来完成。要求烧结体是紧密堆积的多晶聚集体，玻璃相和孔隙很少或没有。3.烧结12 (1)常压烧结常压烧结通常用于普通陶瓷，也可用于氧化物陶瓷。二者基本过程相似，但高温下的反应因材料不同而异。烧结机理是固相烧结。(2)气氛压力烧结非氧化物陶瓷在高温烧结时易挥发与氧化，需将其置于氮、氩等惰性气氛中烧结。烧结时气氛压力控制在1.013x106Pa左右。选择适当的烧结助剂，可以降低烧结温度，同时获得较高强度。13 (3)热压烧结通常用于共价键非氧化物陶瓷。它是将干粉末填入模具内，再从单轴方向施加压力，同时进行烧结，是一种成形与烧结同时进行的工艺方法。采用热压烧结，使烧结机理由以扩散为主变为以塑性流动为主，从而可在较低温度下进行烧结，得到的烧结体气孔率低，组织致密。热压烧结还可减少烧结助剂用量。与常压烧结相比，热压可使烧结体强度提高。热压模具主要采用石墨制造，以保证高温条件下的稳定性。受模具材料的限制，所加压力不能太高。特点：该法只能制造形状极简单的制品，工艺周期长，效率低。14 (4)热等静压烧结(HIP)将粉末装入密封容器(高压容器)内，通过气体介质(惰性气体)向密封容器内的粉末施加各向均匀的高压，同时进行烧结。与冷等静压相比较，热等静压法是以金属箔密封容器代替橡胶模，用气体代替液体。热等静压的最高温度一般可达2000℃，最高压力达2000MPa左右。热等静压法比热压法有更好的烧结效果。该法已用于陶瓷发动机零件的制造。(5)反应烧结法此法可用于氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。15 (6)电火花烧结此法亦称电活化压力烧结。它是一种利用粉末间火花放电产生高温同时施加压力的烧结方法。通过一对电极板和上下模腔内的粉末直接通入高频(或中频)交流和直流叠加电流，使粉料产生火花放电而发热(也有电流通过模具和粉末产生的热)，同时跟踪施加轻压，使粉料进入热塑性状态，过程同普通热压大致相同。特点：烧结时间短，可在几秒至几分钟内完成，已用于碳化物、氮化物、金刚石制品的生产。16 (7)自扩散高温合成此法又称自蔓延高温合成(SHS)或固体火花工艺。它不采用外部加热而是利用金属与碳、硅、氮等相互作用的强烈放热效应、利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。整个过程在空气或惰性气体恒压罐或专用反应器中进行。用电热线圈在反应物粉末混合物的一端引发，将样品加热到点燃温度一般只需1min，反应大量放热，在2～3s内获极高温度(高达5000K)，反应能自我维持并蔓延至整个粉末混合物。17 优点：①不需要高温炉，过程简单，几乎不消耗电能；②制得的产品纯净，无副产品和其他残料；③能获得复杂相或可开发新型陶瓷；④应用范围广。缺点：①不易获得高密度制品；②不易严格控制成品性能；③所用原料可燃、易燃或有毒，需采用安全措施。18 1.3.2.常用结构陶瓷材料1.氧化物陶瓷2.非氧化物陶瓷19 1.氧化物陶瓷氧化物陶瓷是科技领域和工业生产中大量应用的一种高温材料。它们的化学稳定性高、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。下面介绍几种典型的氧化物结构陶瓷。20 (1)Al2O3陶瓷Al2O3陶瓷又叫高铝陶瓷(高铝瓷)，主要成分是Al2O3和SiO2，其中Al2O3的质量分数在45％以上。Al2O3的质量分数较高的瓷坯中，主要晶相为刚玉(α-Al2O3)，随着SiO2的质量分数的增加，还出现莫来石晶相及玻璃相。根据瓷坯中主晶相的不同，可称为刚玉瓷、刚玉-莫来石瓷和莫来石瓷等。根据Al2O3的质量分数，习惯上往往又称为75瓷、92瓷、95瓷、97瓷和99瓷等。21 Al2O3的质量分数越高，高铝瓷的性能越好。刚玉瓷的性能最佳，可用于要求较高的条件，但生产工艺较复杂，成本也较高。刚玉—莫来石瓷和莫来石瓷的生产工艺较简单，成本也较低，但性能不及刚玉瓷。22 高铝瓷的性能特点及应用①强度高烧结产品抗弯强度可达250MPa，热压产品可达500MPa。强度可维持到900℃。可用于制成装量瓷和其它机械构件。②硬度高莫氏硬度为9级，耐磨性好，可作为机械加工的磨料、磨具、切削工具和轴承。③熔点高含Al2O3高的刚玉瓷能在1600℃的高温下长期使用，蠕变很小。可作为耐火材料、炉管、玻璃拉丝均匀、纤维、热电偶保护套等。23 ④优良的化学稳定性由于铝氧之间键合力很大，氧化铝又具有酸碱两重性，所以氧化铝陶瓷特别能耐酸碱的侵蚀。高纯度氧化铝陶瓷也非常能抵抗金属或玻璃熔体的侵蚀。因此，可制成纯金属和供单晶生长使用的坩埚、人体关节、人工骨能等。⑤电绝缘性能好常温电阻率达1015Ω·cm，介电强度为15kV/mm。可用于制作基板、管座、火花塞、电路外壳等。⑥优良的光学特性可以制成透光材料，用以制造钠蒸汽灯管、微波整流罩红窗口、激光振荡元件等。24 (2)BeO(氧化铍)陶瓷BeO原料主要由绿柱石(Be3Al2SiO16)经碱法提取。BeO晶体无色，属六方晶系，在固态下无晶型转变。在氧化铍晶体中，氧原子呈六方密堆积排列，较小的铍原子处于间隙中和氧连结牢固，结构稳定。25 BeO陶瓷特点①BeO的导热系数远大于其他氧化物的导热系数，在常温下可与Au、Ag、Cu等金属相比，线膨胀系数不大，抗热振性高。②高温电绝缘性良好，电导率很低，介电常数很高。③室温抗压强度虽比较低，不到Al2O3的1／4，但它随温度上升而发生的变化却较小，到1600℃时可达到与A12O3的抗压强度相等的水平。26 BeO陶瓷特点④BeO的硬度与A12O3的差不多。⑤BeO的化学性质稳定可在空气、H2、CO、Ar、N2等气体中使用到1700℃。在氧化物中BeO是抵抗碳还原作用最强的一种，还原温度高达1800℃以上。BeO在高温下对各种熔渣的抗腐蚀性也很强，只受融碱的侵蚀。某些贵重金属在BeO器皿中熔炼可保持高纯度而不受到污染。⑥BeO陶瓷还具有消散高能辐射的能力和热中子阻尼系数大等待点。27 BeO陶瓷应用BeO陶瓷可用于真空陶瓷、高频电炉的坩锅、吸热设备、有高温绝缘要求的电子元件，还可作为核反应堆的减速器和反射器中的材料。28 (3)ZrO2（锆英石）陶瓷工业上常用锆英石(ZrO2及SiO2)精矿提取二氧化锆。ZrO2的晶型有3种。天然二氧化锆和用化学方法得到的二氧化锆在常温下都属单斜晶系。1000℃以上转变为四方晶系(假等轴型)，这个转变是可逆的，有7％的体积变化。四方型的ZrO2到2300℃以上会出现等轴(立方)晶型。29 由于二氧化锆单斜型与四方型之间的可逆转变伴有体积效应，陶瓷烧成时容易开裂，所以要采用稳定晶型的措施，加入适量的CaO、MgO、Y2O3等氧化物，在1500℃以上四方型的ZrO2会与加入物形成等轴型固溶体，冷却后仍能保持这种结构，没有体积效应，可避免制品的开裂。通常称CaO等加人物为稳定剂。经过这种稳定处理的ZrO2称为稳定ZrO2。制备稳定ZrO2时，可采用电熔合成法(约3000℃)及高温合成法(1600～l650℃)。电熔合成的ZrO2反应完全，主要甚至全部为等轴固溶体，高温合成的ZrO2中还有一定量的单斜ZrO2。ZrO2陶瓷可用注浆法或干压法成形。烧成温度为1650～1800℃，保温2～4h。30 ZrO2陶瓷的特点ZrO2陶瓷呈弱酸性或惰性，热导率小，是理想的高温绝热材料。化学稳定性好，能抵抗酸性或中性熔渣侵蚀，因此可用作特种耐火材料、浇注口，熔炼Pt、Pd、Rh等金属的坩埚。ZrO2陶瓷硬度高，莫氏硬度6.5。可制作冷成形工具、整形模、拉丝模、切削工具、温挤模具、鱼刀、剪刀等。31 ZrO2陶瓷的特点ZrO2陶瓷强度高，韧性好，常温抗压强度可达2100MPa，1000℃时为1190MPa。最好的韧化陶瓷常温抗弯强度可达2000MPa，断裂韧度可达9MPa·m1/2。可以用来制造发动机构件，如推杆、连杆、轴承、气缸内衬、活塞帽等。ZrO2具有敏感特性。稳定化后有氧空位，可作气敏元件。ZrO2固体电解质在一定条件下有传递氧离子的特性，可以制成高温燃料电池固体电解质隔膜、钢液氧探头等。32 (4)MgO、CaO陶瓷MgO、CaO陶瓷耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。可以制成坩埚冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等金属以及浇注金属的铸模，高温热电偶保护套及高温炉衬材料。33 (5)ThO2VO2（二氧化钍二氧化钒）陶瓷ThO2VO2陶瓷具有高熔点、高密度、低热传导性、低挥发性。主要用于制造熔炼Lr、Pt、Ag和其它金属的坩埚，电炉构件，核动力反应堆中的发热元件等。34 2.非氧化物陶瓷难熔非金属氧化物陶瓷的特点是高耐火度、高硬度(有的接近金刚石)和高耐磨性(特别是对侵蚀性介质)，但这类陶瓷的脆性很大。碳化物和硼化物的抗氧化温度为900～l000℃；氮化物的抗氧化温度略低些；硅化物的抗氧化温度为1300～1700℃，因为表面能形成氧化膜。35 (1)SiC陶瓷SiC晶体主要有两种晶型：一是α-SiC，属六方晶系，是高温稳定相；二是β—SiC，属等轴晶系，是低温稳定相。在2100℃开始逐渐转化为α-SiC，且是不可逆的。Si原子和C原于之间以共价键结合，每种原子都紧密排列，互相占据对方四面体空隙，形成稳定的结构。36 SiC原料的生产方法有2种。一种是将硅石(石英)、焦炭等配料直接加热，即最终得到β—SiC与α—SiC的混合物，得到的SiC粉末纯度在99％以上。另一种方法是使Si与C直接反应，即此法使用的Si原料成本高于SiO2，但工艺简单。37 目前SiC粉末的纯度可达96％一99％，平均粒径在0.5μm以上，比表面积为15m2/g左右。β—SiC粉末为球形颗粒。α-SiC一般为不规则形状。一般说来，近似球状的粉末填充性好，坯体密度容易提高。38 SiC陶瓷的生产方法有反应烧结、热压烧结和常压烧结3种。反应烧结是用粉末和C混合，成形后放入盛有Si粉的炉子中加热至1600—1700℃，使Si的蒸气渗入坯体与C反应生成β-SiC，并与坯体中原有的α-SiC紧密地结合在一起。热压烧结SiC要加入B4C、Al2O3、Al4C3等烧结助剂，在1950℃及0.7MPa压力下即可获得大于95％理论密度的制品。常压烧结是一种较新的方法，一般要加入ω＝0.36％的Si及ω＝0.25％以上的C，烧结温度可达2100℃，可得到98％理论密度的制品。39 SiC陶瓷的特点SiC陶瓷具有高硬度和高温强度，莫氏硬度13，在1400℃高温下仍能保持相当高的抗弯强度，而其他陶资材料在1200～1400℃强度便明显下降。SiC陶瓷有很高的热传导能力，抗蠕变性好，对一些金属熔体(Al、Cu、Zn、Pb、Sn等)稳定，对酸性熔体有很强的抵抗力，但不抗强碱。40 SiC陶瓷的应用SiC陶瓷主要用作高温结构材料。例如火箭尾喷管的喷嘴、热电偶套管等高温零件，使用温度范围可达1450～1500℃。此外，还可以用作高温下热交换器、核燃料的包装材料等。41 表1-1碳化硅陶瓷的用途42 (2)Si3N4陶瓷Si3N4陶瓷是强共价键材料，原子结合强度较高。晶体属六方晶系，[SiN4]为结构单元，类似[SiO4]四面体。有α-Si3N4和β-Si3N42种晶体。α-Si3N4是在1100～1250℃生成的低温相;β—Si3N4是在1300～1500℃生成的高温相，α-Si3N4加热到1400—1600℃开始转变为β—Si3N4，到1800℃完成，这一转化是不可逆的。43 Si3N4陶瓷粉末有直接氮化法和卤化法2种制造方法直接氮化法是将细硅粉在N2气中进行反应，即反应结束后，进行粉碎和必要的精处理。一般得到是α-Si3N4和β-Si3N4的混合物。卤化法是采用SiCl4为原料，即反应后得到非晶态的氮化硅，再经1500～1600℃加热处理后得到α-Si3N4。Si3N4陶瓷的生产方法有反应烧结法和热压烧结法。44 Si3N4陶瓷的特点Si3N4陶瓷具有良好的化学稳定性，能抵抗除氢氟酸外的各种酸、碱和熔融金属的侵蚀；具有优异的绝缘性；硬度高，仅次于金刚石、立方氮化硼、碳化硼等物质，摩擦系数小(仅为0.1一0.2)，是一种优良的耐磨材料；线膨胀系数小，热导率较高，抗热震性好；室温强度虽然不高，但高温强度较高。45 Si3N4陶瓷的应用热压烧结氮化硅强度和韧度均高于反应烧结氮化硅，但其制品只能是形状简单并且精度要求不高的制件。热压氮化硅刀具可切削淬火钢、铸铁、钢结硬质合金、镍基合金等，其成本低于金刚石刀具和立方氮化硼刀具，还可以制作高温轴承。反应烧结氮化硅的强度低于热压氮化硅，多用于制造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。可在要求耐高温、耐磨、耐腐蚀和绝缘等场合使用。例如泵的机械密封环、热电偶套管、输送铝液的管道和阀门等。46 (3)BN陶瓷BN的结构和某些性能与石墨的相似，并与石墨一样有同质异晶现象，柔软的六方BN(HBN)，呈白色晶体，又称“白石墨”，设想把石墨晶格中的碳原子换为互相交替的硼原子和氮原子就成为BN结构。HBN在高温(1500～2000℃)、高压(6x103～9X103MPa)、催化剂(Li、Mg、Cu、Sn、Ti、Ti2N、Mg2N2)作用下转变为立方氮化硼(CBN)，其硬度仅次于金刚石的硬度。47 BN原料主要有两种制备方法一是用B2O3或Na2B4O7(硼砂)与氨或尿素反应生成BN，即一是将B2O3与碳混合，在氮气中加热，即上述两种方法中，氮的等离子气体加热制备BN工艺简单，纯度高，经过水洗、酸洗后纯度可达99.7％。48 BN陶瓷的生产方法有冷压法、热压法和气相反应法。冷压法是将BN粉等静压成形后，在1700～2000℃烧结，得到的产品密度低，一般不超过1.2g/cm3。在原料中加入适量B2O3，产品密度可提高到1.89g/cm3。热压法是将BN粉在19.6～29.4MPa、2000℃条件下成形烧结。一般加入ω=1%～3％的添加物(氧化物、氮化物等)可使产品密度达到2.0g/cm3。气相反应法是将BCl4与NH32种气体于1450～2300℃通入石墨模具，BN在模具表面聚集，最后形成氮化硼陶瓷产品。这种方法得到的材料纯度高，坯内晶体取向性强，密度可达2.20～2.25g/cm3。49 HBN导热性好，线膨胀系数小，抗热震性高，是优良的耐热材料；具有高温电绝缘性，是一种优质电绝缘体；硬度低，有自润滑性，可进行机械加工；化学稳定性好，能抵抗许多熔融金属和玻璃熔体的侵蚀。可作为耐高温、耐腐蚀的润滑剂，耐热涂料和坩埚等。BN的硬度极高，主要用作磨料，制造精密磨轮和金属切削刀具。BN陶瓷的应用50 (4)B4C陶瓷B4C是一种强共价键化合物，B与C之间由强共价键结合，强度、硬度较高，硬度仅次于金刚石和立方BN的硬度。其熔点为2450℃，制品在真空和还原性气氛中结构可稳定到熔点，在氧化性气氛中可达l000℃。B4C的线膨胀系数低，热导率较大，与一般酸碱都不起作用，再加上其密度低，使它在高温材料中有独特地位，可作为最好的防弹材料和高级研磨材料。51 工业生产中B4C采用硼或硼的氧化物、氮化物在石墨中加热合成，合成温度较高，达2400℃，即纯B4C的制备往往采用气相硼化物与灼热的石墨丝反应的方法制取，即也可用BCl3、CO和H2通过灼热钨丝或铜丝，在其表面沉积，即52 B4C陶瓷的烧结B4C陶瓷的烧结与SiC、Si3N4的不太一样，它在接近熔点的高温高压下不需添加剂就能自行烧结成一体，通常热压烧结温度在2300～2400℃。为降低烧结温度，大量研究发现在B4C中加入SiO2使之与B4C形成固熔体，可降低烧结温度，由ω＝85％的B4C和ω＝15％的SiO2组成的原料，其烧结温度降至2150℃。53 1.4高温陶瓷1.4.1高熔点氧化物陶瓷1.4.2非氧化物高温陶瓷高温碳化物陶瓷氮化物耐热陶瓷54 1.4.1高熔点氧化物陶瓷1.氧化铝陶瓷2.氧化锆陶瓷3.熔融石英（SiO2）陶瓷4.氧化铍和氧化镁陶瓷55 氧化物陶瓷概述氧化物陶瓷是由一种或两种以上的氧化物制成的陶瓷，是使用最为广泛的一种高温材料，大致有60多种。应用最广泛的是铝、镁、锆、铍、锡、钙、硅的氧化物。大多数氧化物在氧化气氛中非常稳定，因此氧化物陶瓷还具有优良的化学稳定性、耐化学腐蚀、好的绝缘性和高的机械强度。除BeO外，氧化物陶瓷的导热性都很低。56 氧化物陶瓷成形方法成形方法：挤制、注浆、热压铸、干压、等静压。烧结方法：热压、热等静压氧化物熔点高，一般超过1728℃氧化硅的熔点，故烧结困难，为了降低烧结温度，一般加入少量的添加剂。57 氧化陶瓷的应用氧化物陶瓷用途极广泛，电子技术、激光技术、红外技术、计算技术、空间技术，原子能工业、高温技术等都有它的地位，主要用作结构材料、功能材料和高级耐火材料。58 1.氧化铝陶瓷机械强度高；电阻率高；硬度高；化学稳定性好；熔点高、抗腐蚀熔点2050℃，能较好的抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ta、Mn、Fe、CO等熔融金属的侵蚀。对NaOH、玻璃、炉渣等侵蚀也有很高的抵抗能力。惰性气氛中不与Si、P、Sb、Bi作用。因此可用作耐火材料、炉管、玻璃拉丝坩埚、空心球、纤维、热电偶的保护套等。59 2.氧化锆陶瓷硬度高，莫氏硬度9.5；半导体性；抗腐蚀性；敏感特性；强度高、韧性好60 3.熔融石英（SiO2）陶瓷（1）制备方法通常用注浆法成形。熔融石英坯体的烧结，关键是既要使坯体烧结，又要防止方石英的析晶，因为析晶会使强度降低，抗热震性变差。烧结温度一般为1185℃，不超过1200℃，保温1～2h。以石英玻璃为原料，采用陶瓷生产工艺而制造的制品称为熔融石英陶瓷或称石英玻璃陶瓷。61 (2)性质低的膨胀系数、体积稳定性好：0.54×10-6/℃，优良的抗热震性：在1000℃与冷水之间的冷热循环，大于20次而不破裂；热导率低：2.1W/（m·K）且在1100℃以下几乎没有变化，好的隔热材料；机械强度不高：浇注制品室温抗压强度为44MPa，但强度随温度升高而增加，这是区别于其它氧化物的地方。其它氧化物陶瓷从室温到1000℃，强度降低60%～70%，而熔融石英陶瓷却提高33%。主要是因为熔融石英陶瓷随温度的升高发生了局部软化，减小脆性的缘故。绝缘性好：常温电阻率为1015Ω·cm化学稳定性好62 3.熔融石英（SiO2）陶瓷应用在化工、轻工方面的应用作耐酸、耐蚀容器，化学反应器的内衬、玻璃熔池砖、拱石、流环、柱塞以及垫板、隔热材料等。在金属冶炼方面的应用作熔铝和钢液的输送管道、泵的内衬、盛金属熔体的容器、浇铸口、高炉热风管内衬、出铁槽等。63 4.氧化铍陶瓷熔点高：2570℃；硬度大：莫氏硬度为9；热导率高：209.34W/(m·K)，为Al2O3的15～20倍，可用作散热器件；良好的高温电绝缘性：600～1000℃的电阻率1×1011～4×1012Ω·cm；抗碱性物质的侵蚀（除苛性碱外）良好的核性能：对中子减速能力强，对X射线有很高的屏蔽力，可以用来做原子反应堆中子减速剂和防辐射材料等；热膨胀系数不大：20～1000℃的热膨胀系数为(5.1～8.9)×10-6/℃；毒性：BeO有剧毒，是由粉尘和蒸气引起的，操作时必须注意，但经烧结的BeO陶瓷是无毒的。64 5.氧化镁陶瓷成型可采用半干压法、注浆法、热压铸法和热压法。干压压力：50～70MPa注浆成型：以无水乙醇作介质以免水化；热压压力：20～30MPa，温度：1300～1400℃，时间：20～40min。烧结先在1250℃预烧，之后在1750～1800℃下2h烧成。（1）成型方法65 （2）氧化镁陶瓷的性质熔点高：2800℃；高温下体积电阻率高；抗碱性物质的侵蚀66 1.4.2非氧化物高温陶瓷非氧化物高温陶瓷主要为周期表中Ⅱ～Ⅲ主族、Ⅲ～Ⅵ副族镧系、锕系等元素与B、C、N、P、S等的化合物及这些非金属之间的互化物。主要介绍高温碳化物陶瓷、氮化物耐热陶瓷、67 1.高温碳化物陶瓷碳化硅陶瓷碳化硼陶瓷碳化钛陶瓷68 碳化钛陶瓷的成型成型：纯TiC制品多采用热压法获得，热压制品密度为4.70～4.93g/cm，接近于理论密度。69 性质：熔点高硬度高化学稳定性好应用：主要用来制造金属陶瓷、耐热合金和硬质合金。碳化钛基金属陶瓷可用来制造在还原性和惰性气氛中使用的高温热电偶保护套和熔炼金属的坩埚等碳化钛陶瓷的性质和应用70 1.4.3氮化物耐热陶瓷氮化物陶瓷也是难熔化合物的一种，抗氧化能力很好。其中，Si3N4的抗氧化性最好，可耐氧化到1400℃，它们的抗金属腐蚀性和抗化学腐蚀性都很好，是一组有前途的材料。应用较广泛的有Si3N4、BN、AlN、TiN。71 作业1为什么在氧化铝陶瓷中随着SiO2含量的增加，陶瓷的性能降低？2常见的结构陶瓷和高温陶瓷都有哪些？72 参考文献1曹文达主编.建筑工程材料，北京：金盾出版社，20042张锐主编.玻璃工艺学，北京：化学工业出版社，2008张光碧主编.建筑材料，北京：中国电力出版社，20064姜继圣主编.新型建筑材料，北京：化学工业出版社，200973