结构陶瓷及其超塑性_结构陶瓷简介

第 � � 卷 !∀# ∃ 年 % 月 第 % 期 第 %一� 页 今 疡 学 玻 & ∋ (), & ∗ + ,& − −. / 0 ,∋ & 1 ,2 ,∋ & 3 4 %5 � � 2 6 5 % 789 5 # # ∃ :: 5 %一� 结构陶瓷及其超塑性 ; % 5 结构陶瓷简介 宋玉泉 贾红杰 徐 进 占林大学超塑性 与塑性研究所, 长春 管晓方 % < ## � ∀ 摘 要 结构陶瓷可分为氧化物陶瓷 、 氮化物陶瓷和碳化物陶 瓷 , 它们均具有低的密度 、 高的耐磨性及抗高温冲蚀特性 , 是一类可 在苛刻环境 =服役的材料 > 本文对其组 元构成 、 晶体结构 、 性能特点及近期研究进展和应用等诸方面做了综述 5 关键词 结构陶瓷, 微观结构 , 应用 中图法分类号 ? ≅ % Α � 文献标识码 & 文章编号 !∀� % 一 % ∃4 % ! # # ∃ ∀# % 一# ## % 一# � 1 ? / . ∋ ? . / & − ∋ + / & ∗ ,∋ 1 & 2 Β ? Χ + ,/ 1 . : + / : −& 1 ? ,∋ ,? Δ % 5 ,9 > ( 6 Ε Φ Γ >Η6 9 6 Ι 1 >( Φ Γ >Φ ( 8 )∋ Γ ( 8 9 ΗΗΓ ϑ 1 Κ 2 0 物 Λ , ‘8 9 , 刀刀 Χ6 9 男 # Μ . 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< 和 ∗ Π 6 ∀ 为 基料 , 在其晶格中也可以含有其它几种元素的阳离子的 陶瓷材料 !例如莫来石陶瓷 <& % Κ < · �% # , 错英石陶瓷 ς( ϑΗ Κ � 等∀5 常用的氧化物陶瓷主要有氧化铝 !& % # < ∀陶 瓷 、 氧化错 !ς( # ∀ 陶瓷和莫来石陶瓷等5 金 属 学 报 第 � � 卷 % 5 % 氧化铝 !& % # < ∀ 陶瓷 氧化铝陶瓷是以 & % # < 为主要原料, 也可以是以刚 玉 !8 一& % # < ∀ 为主要矿物质组成的一种相当重要的陶瓷 材料 β)χ 5 到 目前为止 , 发现的 & % # < 的结晶态有 8 , 杭 吞, 心, Ψ , 叮, 甲, 户 和 口等 ∃ 种 5 房&儿# < 不是纯的氧化 铝 , 其组成是含有碱金属离子的 2 8 # !α ς Κ ∀· % ,& % Κ Τ , , 但习惯上仍视其为氧化铝的一种 5 8 一& % # < 又称为刚玉 , 是 & % # < 结晶态中最稳定者, 它的结构是 入几# < 型氧化 物的代表性结构 , 而且刚玉型结构具有六方最密堆积的氧 原子层 , 氧原子间的八面体配位的 δ < 空隙是由金属原子 所填充 5 守一& % # < 和 个& % Κ < 是水铝矿 & % # < ·< Χ ςΚ 及氢氧化铝矿 & )!Κ Χ ∀< 等 &% # < 水化物在脱水过程中 生成的过渡 & % # < 5 守一& % # < 是 & % Κ < 的低温形态, 它 具有 Ι⊥ ⊥ 晶格 , 属尖晶石型结构 5 叮&% # < 是 ∀ &% Κ < 的加热生成物 , 属正方晶系 , 晶格常数较大 , 密度较小 , 易 溶于酸中 βΟχ 5 如果按主晶相矿物名称分类 , & % Κ < 陶瓷可分为莫 来石瓷、 刚玉莫来石瓷和刚玉瓷, 如表 % 所示 5 如果按其 中 & % # < 的含量分类 , & % # < 陶瓷又可分为高纯 & % # < 陶瓷 !& % # < 含量 !质量分数 ∀在 ∃∃ ·∃ε 以上∀ 和普通 & % Κ < 陶瓷 β χ 5 由于 & % # < 陶瓷具有高的硬度 、 强度和耐磨性、 因 而是制备刀具 、 模具 、 钟表轴承 、 砂轮 、 磨球及泥砂泵活塞 等的重要材料Υ 具有良好的耐热性 , 可作为特殊耐火材料 5 特别是高频金属熔化炉用增竭及其它冶炼用的柑涡 , 也是 耐火砖 、 耐火纤维等制品的常用材料 Υ 具有好的电绝缘性 , 是主要的绝缘瓷 , 常用于 ,∋ 封装 、 衬底 、 火花塞 、 真空开 关外壳 、 磁控管芯柱以及热电偶套管等Υ 具有好的耐蚀性 是化工用品和耐酸泵零件等的常用材料 同 5 % 5 氧化错 !ς ( # ∀ 陶瓷 ς (Κ Τ 存在 < 种稳定的多型体Τ 单抖 !9 )∀、 四 方 !>∀ 和库方相 !⊥ ∀, < 种相的可逆转变关系如 一卜 % %Α # Κ∋ < Α # ‘ ,∋∴相 二二二二二φ 士 >相 二二二二二士 ∃ # # ‘, ∋ 4 Ξ # ‘ ,∋⊥ 布γ% Υ 二二二二二二之 液相 因此就热力学和晶体相变过程而 言, 制备单 。晶相 ς (Κ ς 陶瓷几乎是不可能的 5 为了避免相变 , 可以采用二 价金属 !∋ 8 , ∗ Π 和 1( ∀离子和三价金属 !Δ , 0 。 和稀土∀ 离子等的氧化物作为稳定剂与之形成固溶体 β8χ 5 常用的 稳定剂有 ∋ 8 Κ , ∗ Π Κ , Δ ς Κ < , ∋ Γ # 和其它稀土氧化物 , 这些氧化物的阳离子半径与 ς( � 一 相近 !相差在 % ε 以 内∀, 它们在 ς (Κ Τ 中的溶解度很大 , 可以和 ς( Κ Τ 形成立 方晶型的置换固溶体, 从而阻止晶型的转变 陈 � χ 5 ς( 6 Τ 增韧陶瓷 !ς ? ∋ ∀ 具有以下 < 种典型组织 Τ !)∀ 当稳定剂量较少的时候 , 不足以使全部 ⊥ 相保持到 室温 , 会发生 ⊥、七乃至 ⊥、>、 ∴ 的转变 , 得到 !⊥ η >∀ , !Γ η >η ∴ ∀或 !>η ∴ ∀相的 ς (Κ ς , 这种 ς (Κ ς 叫部分稳定 化 ς(Κ ς !: 1 ς ∀Τ ! ∀ 如果进一步减少稳定剂的加入量 , 使 几乎全部 > 相都亚稳到室温 , 则称为四方 Ο( Κ ς 多晶体 !? ς : ∀Υ !< ∀ >一ς (Κ Τ 相作为增韧相分散到其它陶瓷基体, 如 ς ( Κ Τ 增韧 & % # Η6 9 6 Ι & % Κ < Γ Γ ( 8 ∴ ΗΓ ϑ 8 Γ Γ 6 ( Ε Η9 Π >6 Σ 6 ϑ> Γ (Ω ϑ >8 ) ∴ Η9 Γ ( 8 ) 9 8 ∴ Γ ∋ )8 ϑ ϑΗΙΗ Γ 8 >Η6 9 ∋ !∀ 9 > !飞9 > 6 Ι & % Κ < ∴ 8 ϑ ϑ Ι( 8 Γ >Η6 )Η , ε :Σ 8 ϑΓ Γ6 9 ϑ >Η> Φ >Γ , ε ∋ (Ωϑ >8 ))Η9 Γ ∗ Φ ))Η>Γ � � 一Α # 0 )8 ϑ ϑ % # 一� # ∋ 6 ( Φ 9 Ε )Η ∴ 一 Ο9 Φ ))Η>Γ ∋ 6 ( Φ 9 Ε Φ ∴ Α# ∃〔∀ ∃ # ∃ 冬75 冬7 ∗ Φ ))一> Γ � 4 一 ∃ !∀ , Π Γ 9 Γ( 8 ))Ω 9 6 Γ 6 ( Φ 9 Ε Φ (9 6 ( 6 Γ Γ 8 ϑΗ6 (Η8 ))Ω Γ 6 9 >8 Η9 Η9 Π Γ 6 ( Φ 9 Ε Φ ∴ % # 一 # ∗ Φ ))Η>Γ η Γ 6 ( Φ 9 Ε Φ ∴ Ξ # 一 ∃ # ∋ 6 ( Φ 9 Ε Φ ∴ Ξ # 一 %# # , 9 6 ∴ Φ ))Η> Γ , 6 ( Γ 6 ()> 8 Η9 Η9 Π ∴ Φ ))Η>Γ ΙΗ 9 Γ Γ (Ω ϑ>8 )ϑ % # % # 一 # ι %# 一 # 第 % 期 宋玉泉等 Τ 结构陶瓷及其超塑性 % 5 结构陶瓷简介 究添加 Δ ςΚ < 的部分稳定 ς(Κ ς 时发现, 陶瓷的韧性随 所保持的四方相的含量直线提高 5 如果陶瓷全部由四方相 ς( Κ Τ 组成, 可能有最好的韧性 , 于是开发了 ? ς:!又称 ς (6 Τ 增韧陶瓷∀5 / ΗΓ>Σ 等 %Αχ 首先报道了 Ο (6 ς7 ς6 < 系中由 %##ε 四方 ς (Κ ς 组成的陶瓷5 Δ ςΚ < 稳定四方 ς (Κ ς 多晶体是一种典型的超塑性陶瓷, 制备时通常控制 Δ # Τ 含量在 ε一<ε!摩尔分数∀之间, 采用超细粉体 !如用共沉淀法或溶胶法制备∀并在 %�# 于 %�# # ℃之间烧结 , 通过控制晶粒生长速率以获得细晶粒陶瓷 % % 5 Δ ⎯ ? ς: 陶瓷在室温下具有高强度 、 高断裂韧性及高耐磨性 等, 并具有与铁合金相近的热膨胀系数 , 因此是非常好的 工程材料 , 但是在 # #一 <## ℃下即产生强度 “退火 ” 现 象, 这主要是由于四方相 ; 单斜相的转化, 从而造成大量 的微小裂纹所致 %�χ 5 − < 英来石陶瓷 阵例 莫来石陶瓷的主晶相为莫来石 !<&% Κ < · �% # ∀, 它 是由硅氧四面体和铝氧四面体有 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 地交替连接成双链 式的硅氧结构团 , 由六配位的铝离子把一条条双链连接起 来, 构成了莫来石的整体结构 βΤχ 5 莫来石陶瓷主要分为 普通莫来石瓷和高纯莫来石瓷5 普通莫来石瓷以铝硅酸盐 系的天然矿物作为主要原料, 纯度低, 其组分除 &% Κ < 和 � %# 外, 还含有 ? ,Κ ς , =Γ ς Κ < , ∋ 8 Κ , ∗ ΠΚ , 2匆Κ 及 α ςΚ 等杂质, 因而制品中有相当数量的玻璃相 , 致使其热 学及力学性质变差Υ 而高纯莫来石瓷是以合成的超细高纯 莫来石粉末制备出的不含玻璃相的莫来石瓷5 莫来石瓷随温度升高 , 其强度和韧性不仅未衰减反而 大幅度提高 , 具有高熔点 、 低热导率、 低膨胀系数以及优 良的抗蠕变 、 抗热震和抗腐蚀性能5 在工业上主要用作耐 火材料、 高温工程材料 、封装材料和光学材料等5 高纯莫来 石瓷正被用于夹具或辊道窑中辊轴材料以及高温 !ϕ %### ℃ ∀氧化气氛中的喷嘴 、 炉管或热电偶套管等 5 但高纯莫 来石瓷韧性差 , 不宜用于高温结构材料5 ς( Κ ς 增韧莫来石 !ς? ∗∀, 或引入 ϑΗ ∋ 颗粒构成复相陶瓷, 其强度和韧性明 显提高, 是近年来新发展的一种高温结构陶瓷, 可用作刀 具材料 、 绝热发动机的零部件、 电绝缘管 、 高温炉衬 、 高 压开关和碳膜电阻的基体等5 氮化物结构陶瓷 ·% 氮化硅 !1 Η< 2 ‘∀陶瓷 1Η <2 � 是由 2 元素和 1Η 元素经人工合成的, 而这 种元素电负性相近 , 是无机非金属强共价键化合物, 氮原 子之间结合得非常牢固5 1Η < 2 � 属多晶材料, 有 房1Η <2 � 和 8⎯⎯ ϑΗ <2 � 种晶型 , 均为六方晶系, 都是由 < 个四面体 结构单元 !1, 2 �∀共用 % 个 2 原子而形成的三维网状结 构 5 一般认为 8 一1Η < 2 � 属低温稳定晶型 , 口一1Η <2 � 属高 温稳定晶型 , 8 ; 口相变始于 %� # # ℃ , 到 %Ξ## ℃基本 完成 冈 5 %∃ 世纪 Ξ # 年代发现了这种先进的工程陶瓷材 料 , # 世纪 �# 年代该材料获得较大规模发展5 因其氮原 子之间结合得非常牢固, 所以具有极好的高温性能以及高 强度和高硬度 , 其常温硬度 !Χ/& ∀可达 ∃% 一∃< , 热硬性 好 , 能承受 % <##一%� ## ℃的高温 , 摩擦系数也较低, 本身 具有润滑性, 并且耐磨损 、 抗腐蚀能力强, 高温时抗氧化, 能抵抗冷热冲击, 1Η < 2 � 在很高的温度下蠕变也很小, 这 也是它比金属优越的可贵性能 比% #χ 5 由于 1Η <2 � 陶瓷的优良性能, 所以在很多领域有着 广阔的应用前景, 用于发动机部件 、 陶瓷刀具和陶瓷轴承 等 β) #一 % χ 5 在车用发动机部件中已替代了许多现用的部 件 , 例如电热塞、 预热燃烧室镶块、 摇臂镶块、 透平转子及 喷射器连杆等5 其优越性有 Τ 将发动机的工作温度提高到 % ## κ一% 4�# ℃ , 无需水冷系统 , 使发动机效率提高 <# ε 左右Υ 可使燃料充分燃烧, 大大减少废气中有害成分的排 放 Υ 热传导率比金属低, 使发动机的热量不易散发 , 节省能 源 Υ 高温强度可改善发动机性能 、 延长发动机寿命 5 美国 的陶瓷燃气轮机 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中, 采用了常压烧结 ϑΗ < 2 � 或反应烧 结 1Η < 2 � 作转子 、 定子和涡形管Υ 在无水冷陶瓷发动机 中, 采用热压 1Η <2 � 做活塞顶盖5 日本用 1Η < 2 � 陶瓷做柴 油机的火花塞 , 在单缸柴油发动机中用无压烧结氮化硅作 活塞罩 、 汽缸套及副燃烧室等 β)ϑ χ 5 1Η < 2 � 陶瓷刀具是在 第一代 & % Κ < 陶瓷刀具的基础上 , 研发出的新一代陶瓷 刀具 , 1Η <2 � 陶瓷刀具有高硬度、 高强度以及良好的断裂 韧性和抗热震性强等优异性能5 此外, 1Η < 2 � 陶瓷有自润 滑性能, 摩擦系数较小 , 抗猫接能力强, 不易产生积屑瘤, 能把切削刃磨得很锋利, 可加工出具有良好表面质量的工 件, 已广泛应用于超高速切削和难加工材料切削及高速干 切削等方面, 在数控机床加工中可减少换刀次数 、 提高加 工精度, 应用前景十分广阔5 1Η <2 � 陶瓷具有密度低 、 耐 高温 、 耐腐蚀 、 绝缘 、 绝磁及自润滑性能好等优点 , 特别适 合于制作轴承的滚动体, 已广泛应用于高速电机主轴 、 精 密机床、 化工泵 、 电子产品 、 电加工设备及冶金等领域5 由 于 1Η < 2 � 陶瓷具有优良的耐化学腐蚀和耐高温性能, 所以 可用于制造柑锅 、 球阀、 高温密封阀以及各类水泵的密封 件等5 此外, 由于它能耐很多熔融的有色金属液的侵蚀, 特 别是对铝液的不润湿性 , 所以在炼铝工业中得到较多应用5 它还有透微波的性能 , 可以用作雷达天线罩5 因其介电性 能随温度的变化甚小, 至少可用到 � � # ℃ 5 它是在各类陶 瓷中抗热震性最好的材料 , 故可在大于 4 倍音速下使用, 是适于制造火箭喷嘴和透平叶片的材料5 5 1 Η8 )6 9 陶瓷 # 世纪 Α# 年代初, 日本的 6 Ω8∴ 8 等 β)� γ 以及英 国的 78⊥9 和 ] Η)ϑ6 9 β% �χ 在对 1 Ηϑ2 � 中加入的各种添 加剂的研究中发现了一类新材料— 金属氧化物在金属氮化物中的固溶体 , 即在 ϑΗ < 2 � 一& % # < 系统中存在 口⎯ 1Η , 2 � 固溶体5 由于 & % # < 的 & ,, Κ 原子部分置换 金 属 学 报 第 �� 卷 1Ηϑ2 � 中的 � %, 2 原子 , 因而有效地促进了 1Η< 2 � 的烧 结, 1Η 8) 6 9 就是存在于 1Η 一& ,一Κ一2 和有关系统中物相的 简称· 在 1Η <2 � 结构中可能发生 2 <一 和 �% �η 同时被 # ⎯ 和 & %<十 取代, 可通过引入其它的金属离子实现电荷平衡, 因此以 !1Η , & ,∀!Κ , 2 ∀Υ 四面体为结构单元可形成一系列 的新材料5 1Η8 )6 9 可分为 8 一ϑΗ8 )6 9 和 口一Η8) 6 9 , 即 8 ⎯ 1Η< 2 Υ 和 口一1 Ηϑ2 � 的固溶体, 简称 8 ‘ 和 口‘Υ Κ一Η8) 6 9 , 简称 # ‘, 是 & % Κ < 固溶于 1Ης 2 ςΚ 中, 形成以 1Ης2 ςΚ 为 结构基础的固溶体 , 其分子式为 �% 一 二&,二2 ς 一二# % η 二 !其 中 # 三 Ψ 兰# 5 �∀Υ & ,2 多型体 1Η8 )6 9 , 是在口一ϑΗ8) 6 9 与 & ,2 之间存在着 4 种具有不同 ∗ Τ Μ 比 !金属与非金 属原子之比∀的晶相 , 即为 &,2 多型体 1Η 8) 6 9 , 其组成可 用 从9 Μ ∴ η )!其中 � 三 ∴ 三9 ∀表示 , 即 &咖 中部分 &,被 �% 取代 , 而 2 被 # 取代Υ 复相 1Η8 )6 9 是 1Η8 )6 9 通过与 1, ∋ , Ζ 2 以及刚玉等结合 , 所得到的性能比单相 ϑΗ 8) 69 更优异的复合材料 >ϑχ 5 1Η 8) 6 9 陶瓷具有较高的硬度 、 良好的抗热冲击性 、 优异的耐磨性以及各种相关物理性能, 被认为是最有希望 的高温结构陶瓷之一 , 由于具有十分优异的抗熔融金属 腐蚀的能力, 几乎没有发现它被熔融金属 “浸润” 的情 况 它的硬度也很高, 是一种成功的超硬工具材料 %�, %4 γ5 总之, 由于 1Η 8) 6 9 陶瓷的优异性能使其在多方面得到应 用 %< ,‘< ,‘Α一 ‘例Τ 1Η8) 6 9 陶瓷的硬度高 !Χ Ρ )。 可达 %Α #卜 %##∀, 也有一定的韧性 , 故 8仁ϑΗ8) 6 9 或 !8 ‘η 口‘∀复相 1Η 8) 6 9 在磨具和切削工具上的应用愈来愈广泛5 1Η < 2 � 陶瓷的耐热震性优良, 因而在刀具材料中优于 &% Κ < 陶 瓷, 而无压烧结的尸一8Η 8) 69 陶瓷因扩散系数小, 更优于 1Η <2 Υ 陶瓷刀具 5 尸一Η8) 6 9 刀具用于高速切割铸铁及镍 合金, 可承受达 % ### ℃的高温, 优于 ∋6⎯⎯ λ ∋ 合金 而 !8) η 尸∀侣 Η8) 6 9 具有更长的使用寿命5 ϑΗ 8) 6 9 陶瓷具有 良好的抗热震性, 比 1Η <2 � 陶瓷的热扩散系数小得多, 因 而适于在温度变化范围较大的环境中工作, 可用做各种形 状复杂的高温下使用的涡轮机 、 汽车发动机元件 !如针油 阀及挺杆垫片∀、 高温轴承及热电偶套管等 , 综合效果好于 1Η < 2 � 陶瓷材料 5 由于 1Η8) 6 9 陶瓷具有良好的耐高温性 能 非常适于制造耐火砖等耐火材料, 如 1Η 8) 6 9 与 1, ∋ 结合的 1, ∋ 砖已在高炉炉腹与炉身下部之间的内衬上使 用5 与在同样条件下使用的高铝砖相比 , 1, ∋ 砖在受到铁 水和炉渣侵蚀后 , 残余厚度最大, 这表明与 1Η 8) 6 9 结合 的 1, ∋ 砖不仅热震稳定性优良, 而且具有优异的耐蚀性 和耐碱性 , 耐用性极优 5 刚玉是冶金领域中常用的耐火材 料, 但纯刚玉材料的烧结温度高且烧结体热膨胀系数较大 , 抗热震性差Υ 而与 1Η 8) 6 9 复合后可使刚玉的烧结温度降 低 � #一< # # ℃ , 故在耐火材料中具有显著的应用效果 5 < 碳化硅 !ϑΗ ∋ ∀结构陶瓷 1, ∋ 是一种典型的共价键结合的化合物, 自然界中几 乎不存在5 1, ∋ 具有 8 和 口 种晶型 Τ 口一1, ∋ 是立方晶系, 属金刚石型结构 , 1Η 和 ∋ 分别组成ΙΓ ⊥ 晶格Υ 8 一1, ∋是六 方晶系 !包括菱面体∀, 属典型的长周期结构, 有 %## 余种 多型体 , 常见的有 �Χ , %� / 和 4Χ 等, 其中 4Χ 多型体在 工业上应用最为广泛 5 在 1, ∋ 的 种晶型之间存在一定 的热稳定性关系5 低于 %4## ℃时, 以 口一1, ∋ 存在Υ 高于 %4# # ℃时, 口一1, ∋ 通过再结晶缓慢转变成 。一1, ∋ 的各种 型体 !如 �Χ , 4Χ 和 % �/ 等∀5 �Χ 一1,∋ 在 ### ℃左右 容易生成 , 而 %� / 和 4Χ 多型体均需在 % ## ℃以上才能 生成Υ 但 %� / 的热稳定性比 4Χ 多型体差, 对于 4Χ一1, ∋ , 即使温度超过 ## ℃也非常稳定 β # χ 5 纯 1, ∋ 是无色透明的, 工业 1, ∋ 由于含有游离 ∋ 以 及 =Γ 和 1Η 等杂质而呈浅绿色或黑色 5 1, ∋ 熔点高且具 有优良的抗氧化性 , 在高达 %�## ℃的温度下抗氧化性能 仍然十分好Υ 但在 Ξ# #一 % %�# ℃温度范围内, 抗氧化性较 差, 这是因为在该温度范围内生成的氧化膜比较疏松, 起 不到充分的保护作用所致5 1, ∋ 不仅具有高的室温强度和 硬度 , 而且随着温度的升高强度并不降低5 1, ∋ 无电磁性, 具有好的高温稳定性和高温热传导性 , 耐酸碱腐蚀, 热膨 胀系数低, 抗热震性好 %< , %%χ 5 因 1, ∋ 陶瓷的优良性能, 故已得到广泛应用5 ϑΗ ∋ 陶 瓷被认为是使用温度超过 % ## ℃时最有前途的候选材料 , 在发动机中的试用已取得良好结果5 美国的燃气轮机计划 中, 常压烧结 1, ∋ 用做发动机定子、 转子 、 燃烧器和涡形 管5 西德的陶瓷发动机计划中, 采用反应烧结 1, ∋ 做进口 涡形管和燃烧器, 而且用于径流式涡轮盘的效果比反应烧 结 Ζ 2 好 5 此外 , 为开发原子能和核聚变等新的能源, 需 要能承受 # # # ℃左右高温的耐热材料, 目前 , 这也只能 依靠对 ϑΗ ∋ 陶瓷的利用5 1, ∋ 陶瓷的高温蠕变速率小, 在 高温长时间使用时很稳定 Υ 此外 , 其抗氧化性好 , 其强度受 环境 !例如氧化∀的影响小, 且耐急冷 、 急热, 具有优良的 抗高温腐蚀性 5 因而, 1, ∋ 陶瓷常用在飞机 、 火箭等的燃 烧器部件、 火箭喷嘴以及轴承 、 滚珠 、 机械密封处等 5 用 1, ∋ 陶瓷制造航天器燃烧室可以说是物尽其用 , 在各种模 拟现场的性能实验表明, 这种航天器高温燃烧室的优越性 明显 5 1, ∋ 陶瓷材料应用于民用耐高温结构件前景亦良好, 在某些情况下还可能免除原先的冷却系统 5 用于某钢厂锻 造炉的 1, ∋ 热交换器, 自 %∃Ξ� 年投入使用后服役时间已 累计超过 �# Ψ %# � Σ 5 & )重熔炉采用 1, ∋ 热交换器后, 可 节省燃料 < Ξε 5 英国用作热交换器的反应烧结 1, ∋ 是用 1, ∋ η ∋ 粉轧成薄膜 , 再卷成圆筒后与 1Η 蒸气反应烧结而 成5 1, ∋ 陶瓷作为耐火材料已有很长的历史, 自 # 世纪 Α# 年代初 1, ∋ 即开始用作高炉炉衬 , 目前工业发达国家 � #ε一4# ε 的高炉已使用 1Η< 2 � 翰结的 1, ∋ 炉衬5 近年 来, 日本日立公司研究所利用 1, ∋ 的良好的导热性制作的 大容量超大规模集成电路的衬底材料 , 可以大幅度地提高 第 % 期 宋玉泉等 Τ 结构陶瓷及其超塑性 %5 结构陶瓷简介 电子计算机的功能 5 1, ∋ 陶瓷已在各类机械密封中也得到 大量使用, 而且机械设备的节能节材效果显著 5 如在带有 固体粒子冲刷的泥浆泵中, 1, ∋ 陶瓷作为静、 动端抗磨损 密封面材料 , 可确保延长密封件使用寿命, 从而大幅度减 少设备的维修费, 降低生产成本, 显示出其它材料所无法 比拟的优越性 阵%%χ 5 � 结论 结构陶瓷具有良好的耐高温特性 , 且广泛用于金属和 有机高分子材料难以承受的苛刻工作环境 , 已成为许多新 兴科学技术得以实现的关键结构材料 5 结构陶瓷主要分为Τ !)∀ 氧化物陶瓷· 是一种以元素的氧化物 !如 &% Κ < 和 ∗ Π Κ ∀为基料 , 在其晶格中含有其它几种阳离子的陶 瓷, 包括 &% Κ < 陶瓷 、 ς(Κ ς 陶瓷和莫来石陶瓷5 &% Κ < 陶瓷以 & % # < 为主要原料 , 主要晶型为 8 一& % Κ < , 它具 有高的硬度和强度 、 耐磨性, 以及耐热性 、 电绝缘性和抗 蚀性 Υ ς (Κ ς 具有可逆转变的稳定单斜相 、 四方相和立方 相, ς (# 除耐高温外 , 其硬度比高纯 & % Κ < 更高 , ς (# 增韧陶瓷具有好的断裂韧性 、 抗弯性和抗热震性 , 其热导 率在常见的陶瓷中最低, 热膨胀系数与金属较为接近 Υ 莫 来石陶瓷的主晶相为 !<& % # < · �% # ∀, 是由硅氧四面体 和铝氧四面体有规则交替连成的双链式硅氧集团 , 由六配 位的铝离子将一条条双链连接起来 , 构成莫来石的整体结 构, 莫来石的强度和韧性均能随温度的升高而大幅度提高, 因此是近年来一种新型高温结构陶瓷5 ! ∀氮化物陶瓷5 包括 1Η < 2 � 陶瓷和 1Η 8) 6 9 陶瓷等5 1Η < 2 � 是由 2 和 1Η 两元素人工合成的, 且二者负电性相 近 , 是无机非金属共价键化合物, 有庄1Η <2 � 和 8 一1Η <2 � 种晶型 , 均为六方晶系, 且均是由 < 个四面体结构单 元 !1, 2 � ∀共用 % 个 2 原子形成的三维网状结构 5 一 般认为, 8 一1Η < 2 � 属低温稳定型, 口一1Η < 2 � 属高温稳定型5 1Η < 2 � 的热硬性好, 摩擦系数也较低 , 具有润滑性 、 抗腐 蚀能力强, 能抵抗热冷冲击, 蠕变也小 , 故有比金属更佳 的性能 5 1Η 8) 6 9 陶瓷是金属氮化物 !1Η < 2 � ∀在金属氧化 物 !& % # < ∀中的固溶体 , 又分为 8一Η8) 6 9 , 口一Η8) 6 9 和 # 一Η8) 6 95 6 一ϑΗ 8) 6 9 是由 1, ∋ , Ζ 2 及刚玉等结合而成的 复相 1Η 8) 6 9 , 其性能比单相 1 Η8) 6 9 更为优异5 1Η 8)6 9 陶 瓷硬度较高, 抗热冲击和耐磨性良好 , 是最有希望的高温 结构陶瓷之一 , 而且抗融熔金属腐蚀的能力很强 , 还没有 发现它被浸润的情况 5 !< ∀ 1, ∋ 陶瓷 5 是一种典型的共价键化合物 , 自然界 中几乎不存在 5 1, ∋ 具有 8 和 口 种晶型 , 庄1, ∋ 是立方 晶系, 属金刚石型结构 , 1Η 和 ∋ 分别组成 ΙΓ ⊥ 晶格 Υ 8⎯⎯ 1, ∋ 为六方晶系 !包括菱面体∀, 是典型的长周期结构 , 有 �Χ, % �/ 和 4Χ 等 %# # 余种多型体, 其中 4Χ 多型体在工业 上应用最为广泛 5 ϑΗ ∋ 陶瓷在 %� # # ℃下具有很好的抗氧 化能力, 但在 Ξ # #一 %� # # ℃范围抗氧化性能较差 5 它不仅 有高的室温强度和硬度, 而且随着温度的升高强度和硬度 并不下降, 也是抗酸碱浸蚀及抗热震性的较好材料 5 参考文献 【一% Δ Η9 Δ 1 , ς Σ89 Π 7 Β 5 & % 咙 ∋Γ 、。葱Γ 8 ”Ε )>ϑ ∋6 ∴ Θ 6 ϑ饭>Γ ϑ · Ζ Γ ΗΝΗ9 Π Τ ∋ Σ Γ ∴ ΗΓ 8 ) ,9 Ε Φ ϑ >(Ω : (Γϑ ϑ , # # % Τ % !尹衍升, 张景德5 氧化铝陶瓷及其复合材料5 北京Τ 化学工业出 版社, ## % Τ %∀ 【 」7Η8 9 Π Β − 5 凡。Γ ∋Γ 、。葱Γ ∗ 8 >。八8 Ηϑ · Ζ Γ ΗΝΗ9 Π Τ ∋ ΣΗ‘, 8 −6⎯ Π Ηϑ >ΗΓϑ :Φ [ )Ηϑ ΣΗ9 Π Χ 6 Φ ϑΓ , # ## Τ �Ξ !江东亮5 精细陶瓷材料5 北京Τ 中国物资出版社 , # ## Τ ��∀ 【ϑ」] ‘9 Π − � 5 1: ΓΓ‘8 )晓、。‘Γ 5 ς9 Ε + Ε · , ∋ Σ 8 9 Π ϑ Σ8 Τ ∋ Γ 9 > (8 ) 1 6 Φ >Σ . 9 ΗΡΓ (ϑ Η>Ω 6 Ι ?Γ Γ Σ9 6 )6 ΠΩ :(Γ ϑϑ , # # � Τ %� 4 !王零森5 特种陶瓷5 第 版, 长沙Τ 中南工业大学出版社 , ## �Τ %� 4∀ β�% ς Σ Γ 9 λ Δ , ∋ ΣΓ 9 ∋ Β , ∋ ΣΓ 9 ∋ 5 玩 。, ∋Σ Γ二 玩Ε , # 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