现代陶瓷之结构陶瓷

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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

2、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

3、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α氧化铝为主晶相的陶瓷材料，氧化铝含量一般在75~99.9%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α（刚玉型

4、）、β、γ、δ等11种变体，其中主要是α、γ两种晶型，而且只有一种热力学稳定相，即α氧化铝。而β氧化铝是含碱的铝酸盐(R2O·11Al2O3或RO·6Al2O3)。它们的结构各不相同。α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；红宝石红色来自铬(Cr)γ-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。γ-Al2O3的密度小，且高温下不稳定，加热到1100－1200℃时，缓慢转变成α-Al2O3，到1450℃时这一过程才完成。伴随着放热3

5、2.8KJ/mol，体积收缩14.3%。由于γ-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γ-Al2O3，它一般是由含水的Al2O3矿物（Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O）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K．JBayer(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

6、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(SO4)4·24H2OAl2(NH4)2(SO4)4·H2O+23H2OAl2

7、(NH4)2(SO4)4·H2OA12(SO4)3＋SO3↑＋2NH3↑+2H2OA12(SO4)3Al2O3＋3SO3↑γ-Al2O3α-Al2O3例：硫酸铝铵[Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O]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：①使γ-Al2O3转变为稳定的α-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%。②煅烧后的Al2O3可能形成极细小的α-Al2O3单晶颗粒。③球状Al2O

8、3的脆性提高，易于研磨。④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。