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杏彩体育:主流的陶瓷材料有哪些?

2024-11-22 04:53:47来源:杏彩体育登录 作者:杏彩体育登录注册

  氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。其中Al2O3含量一般在75%~99.9%之间。通常以配料中的 Al2O3含量来分类。含量在75%左右为“75”瓷,含量在85%的为“85”瓷,含量在 95%的为“95”瓷,含量在99%的为“99”瓷。氧化铝主要有α、β、γ三种晶型,几种晶型中,α-Al2O3最稳定,为高温形态它的稳定温度高达熔点,密度3.96~4.01g/cm3,属六方晶系,刚玉结构,在自然界中以天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物存在。

  α-Al2O3结构最紧密,活性低,高温稳定。电学性质最好,具有优良的机电性能,莫氏硬度为9。氧化铝瓷具有高机械强度、高体积电阻率、良好的电绝缘性能、高强度、耐磨损、抗氧化等一系列特性,被广泛用作结构部件和功能装置瓷件,如机械、化工领域使用的耐磨耐腐蚀构件;坩埚、保护管、冶金工业中使的耐火材料;基板、绝缘子、雷达天线罩、微波电解质等电子工业用瓷件。氧化铝陶瓷是研究较早、应用广泛且较成熟的先进陶瓷之一。

  氧化锆陶瓷是新近发展起来的仅次于氧化铝陶瓷的一种很重要的陶瓷材料。氧化锆有三种晶型。常温下是单斜晶型,密度5.65g/cm3,加热到1170℃左右变为四方晶型,密度6.1g/cm,加热到2370℃左右转变为立晶型,密度6.27g/cm3,至2700℃左右熔融,上述变化是可逆转变。单斜晶型与四方晶型之间的转变伴随有7%左右的体积变化。加热时由单斜ZrO2,转变为四方 ZrO2,体积收缩,冷却时由四方ZrO2转变为单斜ZrO2,体积膨胀。但这种收缩与膨胀并不发生在同一温度,前者约在1200℃,后者约在1000℃,伴随着晶型转变,有热效应产生。

  氧化锆具有熔点、硬度、强度和韧性高,比热容和热导率低,可形成氧空位缺陷固溶体等特点,被广泛用作结构陶瓷和功能陶瓷,如刀具、机械部件、高级耐火材料、高温阴离子导体、氧传感器等。但氧化锆陶瓷的一大缺点是高温下其强度和韧性严重衰减,使其在高温条件下应用受到限制。

  氧化铍属六方晶系,与纤锌矿晶体结构类型相同,其结构稳定,且无晶形转变。很致密。BeO熔点高达(2570士30)℃,密度3.028g/cm3,莫氏硬度9。

  BeO陶瓷有与金属相近的热导率,为Al2O3的15~20倍。因此可用来作散热器件;BeO陶瓷具有好的高温电绝线性能,介电常数高,而且随着温度的升高赂有提高,介质损耗小,也随温度升高而略有升高。因此可用以制造高温比体积电阻高的绝缘材料。

  BeO陶瓷能抵抗碱性物质的侵蚀(除苛性碱外),可用来做熔炼稀有金属和高纯金屑铍、铂、钒等的坩埚。BeO 陶瓷具有良好的核性能,对中子减速能力强,对α射线有很高的穿透力,可用来作原子反应堆中子减速剂和防辐射材料等。

  此外,BeO热膨胀系数不大,机械强度不高,约为α-Al2O3的1/4,但在高温下降不大。BeO有剧毒,这是由粉尘和蒸气引起的,操作时必预注意防护,但经烧结的BeO陶瓷是无毒的,在生产中应有安全防护措施。

  通常认为莫来石化学计量式为3Al2O3-2SiO2。莫来石具有高温力学性能好,热导率与热胀系数及密度低、抗蠕变性好等优点,缺点是常温力学性能差,且难烧结。

  莫来石陶瓷在高温结构陶瓷和耐火材料领域应用广泛并显示出良好的潜力莫来石陶瓷可以用来制造热电偶保护管、电绝缘管、高温炉衬,还可用于制造会晶莫来石纤维,高频装置瓷的零件,如高频高压绝缘子、线圈骨架、电容器外壳、高压开关、套管及其他大型装置器件。

  此外,由于它具有表面的微细结构他可用作碳膜电阻的基体等。通过与其他陶瓷复合是提高其常温力学性能和扩应用范围的主要途径之一。

  非氧化物陶瓷主要是指氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷和硅化物陶瓷。它们一般以强共价键结合,非氧化物陶瓷原料在自然界很少存在,需成原料,然后再按陶瓷工艺来做成陶瓷制品;原料的合成和陶瓷烧结时,易生成氧化物,因此必须在保护性气体中进行。化学稳定性高熔点高,强度大,导热性好,有半导性,高温下易氧化分解等特点。

  碳化硅(SiC)陶瓷有两种晶型,一种是α-SiC,属六方晶系,为高温稳定型;另一种是β-SiC,属面心立方晶系,为低温稳定型。β-SiC在2100~2400℃温度范围可以转化成α-SiC晶型。碳化硅陶瓷高温强度大、高温蠕变小、硬度高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化、高热导率和高电导率以及热稳定性好,所以是1400℃以上良好的高温结构陶瓷材料。

  最早主要用作耐火材料和磨料磨具,如炼钢用水口砖、炉内衬、窑具、砂轮等,后来又逐渐用于某些技术领域做高温结构材料或发热元件,如火箭尾气喷管、燃气轮机叶片、磁流体发电机的电极,电炉发热体等。

  氮化硅(Si3N4)是共价键化合物,它有两种晶型,即α-Si3N4和β-Si3N4。α-Si3N4是针状结晶体,β-Si3N4是颗粒状结晶体,两者均属六方晶系。由于β-Si3N4陶瓷的优异性能,在许多工业领域获得广泛的应用。

  利用其耐高温耐磨性能,在陶瓷发动机中用于燃气轮机的转子、定子和涡形管;无水冷陶瓷发动机中,用做活塞顶盖,柴油机的火花塞、活塞罩、汽缸套、副燃烧室以及活塞一涡轮组合式航空发动机的零件等。

  利用它的抗热震性好、耐腐蚀摩擦系数小、热膨胀系数小的特点,它在冶金和热加工工业中被广泛用于测温热电偶套管、铸模、坩埚、燃烧嘴、发热体夹具、高温鼓风机和阀门等;钢铁工业上用作炼钢水平连铸机上的分流环;

  利用它的耐腐蚀、耐磨性好、导热性好的特点,广泛用于化工工业上作球阀、密封环、过滤器和热交换器部件等。

  利用它的耐磨性好、强度高、摩擦系数小的特点,用于机械工业上作轴承滚珠、高温螺栓、工模具、柱塞泵、密封材料等。此外,它还被用于电子、军事和核工业上,如开关电路基片、薄膜电容器、高温绝缘体、雷达天线罩、导弹尾喷管、炮筒内衬、核反应堆的支承、隔离件和核裂变物质的载体等。

  氮化硼(BN)的结构和某些性能与石墨相似,有六方和立方两种晶型。六方在1350~1800℃、6.5MPa条件下可转化为立方BN,硬度仅次于金刚石。六方为主晶相的BN材料具有可加工性和自润滑性,可作高温轴等;热性好,是理想的高温绝缘散热材料、冶金容器及高温磨具材料。

  赛隆陶瓷是由Al2O3的Al、O原子部分地置换了Si3N4中的 Si、N原子,而有效的促进Si3N4的烧结,形成了Si3N4固溶体。该固溶体礼称为“Sialon Aluminum Oxynitride”,取其字头为“Sialon”,译名为“赛隆”。赛隆陶瓷的晶体结构与Si3N4一样属六方晶系。

  赛隆陶瓷已在机械工业上用做轴承、密封件、焊接套简和定位销。连铸用的分流环,热电偶保护套管,晶体生长器具,铜、铝合金管拉拔芯棒以及滚轧、挤压和压铸用模具材料。它还具有良好的高温力学性能,制作成汽车内燃机挺秆;赛隆陶瓷还可制作透明陶瓷,如高压钠灯灯管、高温红外测温仪窗口。此外,它还可以用作生物陶瓷,制作人工关节等。

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