登陆注册
26242600000048

第48章 传统陶瓷与先进陶瓷

陶瓷是陶器和瓷器的总称。许多科学工作者将陶瓷、玻璃、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等凡是经原料配制、坯料成型和高温烧结而制成的固体无机非金属材料都叫做陶瓷。

陶瓷可粗略地分为传统陶瓷和先进陶瓷。其中,传统陶瓷是利用天然硅酸盐矿物(如黏土、石英、长石等)为原料制成的陶瓷,又称普通陶瓷。先进陶瓷是采用高纯度的人工合成原料(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等)制成的具有各种独特而优异的力学、物理或化学性能的陶瓷,又称特种陶瓷、新型陶瓷、现代陶瓷或精细陶瓷。

.陶瓷的性能陶瓷的性能与多种因素有关,波动范围很大,但还是存在一些共同的特性。

(1)力学性能陶瓷有很高的弹性模量,一般高于金属2~4个数量级。陶瓷的硬度很高,一般远高于金属和高聚物。例如,各种陶瓷的硬度多为1000~5000HV(HV是硬度单位),淬火钢为500~800HV,高聚物一般不超过20HV。

陶瓷材料的理论强度很高,然而陶瓷存在大量气孔、缺陷,致密度小,致使它的实际强度远低于理论强度。金属材料的实际抗拉强度和理论强度的比值为1/3~1/50,而陶瓷常常低于1/100。陶瓷的强度对应力状态特别敏感,它的抗拉强度虽低,但抗压强度高,因此要充分考虑与设计陶瓷应用的场合。

陶瓷一般具有优于金属的高温强度,高温抗蠕变能力强,且有很高的抗氧化性,适宜用做高温材料。

陶瓷在室温下几乎没有塑性,但在高温慢速加载的条件下,特别是组织中存在玻璃相时,陶瓷也能表现出一定的塑性。陶瓷的韧性低、脆性大,是陶瓷结构材料应用的主要障碍。

(2)物理性能陶瓷的热膨胀系数比高聚物和金属低得多。陶瓷的导热性比金属差,多为较好的绝热材料。

抗热震性是指材料在温度急剧变化时抵抗破坏的能力,一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高温差来表达。多数陶瓷的抗热震性差,例如,日用陶瓷的抗热震性为220℃。

陶瓷的导电性能变化范围很大。多数陶瓷具有良好的绝缘性,是传统的绝缘材料。但有些陶瓷具有一定的导电性,甚至出现陶瓷超导。

(3)化学性能陶瓷的结构非常稳定,常温下很难同环境中的氧发生作用。陶瓷对酸、碱、盐等的腐蚀有较强的抵抗能力,也能抵抗熔融的有色金属(如铝、铜等)的侵蚀。但在有些情况下,例如,高温熔盐和氧化渣等会使某些陶瓷材料受到腐蚀破坏。

.传统陶瓷传统陶瓷成本低,加工成型性好,质地坚硬,不氧化,耐腐蚀,不导电,能耐一定高温。但强度较低,高温性能也不及先进陶瓷。

普通陶瓷广泛用于日用、电气、化工、建筑、纺织中对强度和耐温性要求不高的领域,例如铺设地面、输水管道和隔电绝缘器件等。

.先进陶瓷(1)氧化铝陶瓷一般所说的氧化铝陶瓷是指含Al2O3在95%以上的氧化铝陶瓷,又称为刚玉瓷。刚玉瓷的玻璃相和气孔都很少。

氧化铝陶瓷的强度大大高于普通陶瓷。硬度很高,仅次于金刚石、立方氮化硼、碳化硼和碳化硅,居第五位。耐高温性能好,含Al2O3高的刚玉瓷能在1600℃的高温下长期使用,蠕变很小,也不存在氧化的问题。具有优良的电绝缘性能。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,高纯度的氧化铝陶瓷也非常能抵抗金属或玻璃熔体的侵蚀,广泛用来制备耐磨、抗蚀、绝缘和耐高温材料。

(2)氧化镁陶瓷氧化镁陶瓷在高温下抗压强度较高,能承受较大负重,但抗热震性差。能抵抗熔融金属及碱性渣的腐蚀。可制作坩埚、炉衬和高温装置等。

(3)氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷呈弱酸性或惰性,耐侵蚀,耐高温,但抗热震性差。主要用作坩埚、炉子和反应堆的隔热材料、金属表面的防护涂层等,也常常是陶瓷增韧的材料。

(4)碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷具有高硬度和高的高温强度,在1600℃高温仍可保持相当高的抗弯强度,而其他的陶瓷材料在1200~1400℃时强度就要明显下降。碳化硅有很高的热传导能力,抗热震性高,抗蠕变性能好,化学稳定性好。

碳化硅主要用做高温结构材料,应用十分广泛。例如,火箭尾喷管的喷嘴、热电偶套管等高温零件。还可用做高温下热交换器的材料、核燃料的包装材料等。此外,碳化硅还常作为耐磨材料,用于制作砂轮、磨料等。

(5)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷具有优异的化学稳定性和良好的电绝缘性能。强度、硬度高,摩擦系数小,是一种优良的耐磨材料;热膨胀系数小,抗热震性高。氮化硅常用于耐高温、耐磨、耐蚀和绝缘的零件。例如高温轴承、燃气轮机叶片等。

近年来,在氮化硅中添加一定数量的Al2O3构成Si-Al-O-N系统的新型陶瓷材料,称为赛隆(sialon)陶瓷。这类陶瓷的最大突破在于制备工艺简单。

(6)氮化硼陶瓷氮化硼通常为六方BN,六方BN在高温高压下可以转变为立方BN。

六方BN导热性好,热膨胀系数小,抗热震性高,是优良的耐热材料;具有高温绝缘性,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。因此,它可做耐高温、耐腐蚀的润滑剂、耐热涂料和坩埚等。

立方BN的硬度极高,接近金刚石,是优良的耐磨材料。

同类推荐
  • 青少年应该知道的信息

    青少年应该知道的信息

    本书从信息的识别、收集、筛选、分类、整理等方面介绍信息的基础知识,进而使我们享受信息给我们工作和生活带来的便利和舒适。
  • 百科知识-科学百科-激光科技(科普新课堂)

    百科知识-科学百科-激光科技(科普新课堂)

    本书从发现激光开始谈起,纵横演绎了二十一世纪这一重大的科学发现以及发现后人类把它运用在各个领域的重要意义,向我们展示了二十一世纪的科学发展的一幅巨幅画卷
  • 怎样做好厨师

    怎样做好厨师

    本书以问答的形式介绍了厨师的相关知识,内容包括:厨师的职业道德、厨师劳动的特点、厨师的工作职责、厨师对菜肴制作过程进行的控制等。
  • 新编科技知识全书:发现创造与传奇故事

    新编科技知识全书:发现创造与传奇故事

    本书的内容为:玻璃的发明、胰岛素的发明、电影的由来、“淬火法”的发明……
  • 穿越时空的海洋探险

    穿越时空的海洋探险

    海洋探险是一项充满危险和困难的行动,但是海洋的神秘依然刺激着世界上最勇敢的探险家们的想象力,诱惑着人们去征服地球上这一最近的边界。人类潜入海洋深处还有一个理由:我们来过这里。从古到今,无数先驱为了解海洋奥秘作出了种种努力。《穿越时空的海洋探险》讲述了海洋探险所带来的前所未闻的新鲜事,故事生动、有趣,也介绍了哥伦布、麦哲伦等人的地理发现,适合广大的青少年朋友阅读。有很多事,我们已经知道,有很多事,我们很快会知道,有很多事,我们终究会知道。已经知道的,是科学揭穿了神秘:不曾知道的,我们勇敢探知,我们就是海洋明日的探险家!
热门推荐
  • 蜗牛小姐和她闪闪发光的橘猫先生

    蜗牛小姐和她闪闪发光的橘猫先生

    余涵中二病犯的时候也在考试卷的演草纸上写过:暗恋的美好,我体会不到。回头想想,还觉得挺狗的。一篇没什么意思的小短篇,第一人称。
  • 污林萌主:冷酷大神来敲门

    污林萌主:冷酷大神来敲门

    正所谓:一入游戏深似海,从此节操是路人。说的就是她吧?就连同桌那个一向恶劣,而且不对自己不肯定的事下定义的的男孩,都说她一听到游戏两个字茶不思饭不想,活像思春一般……顾筱萌表示她也不想啊!游戏太好玩能怪她么?能么?能么?答案当然是不能!还有住在她隔壁每天时不时发出几声噪音的怪邻居,你tm每天晚上发出几声惨叫是怎么一回事?还让不让人睡觉了?特么敲你门,你一副冷脸活像是我欠了你二万八又是怎么回事?帅哥,不要以为你长得帅,我就不会打你喔!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 倾城一诺:呆萌少主追夫路

    倾城一诺:呆萌少主追夫路

    前世,他是灵狐,他对她有求必应,呵护备至,她却并不在意。前世,她是创世女神,她对他温柔至极,却唯独没有爱恋。所以,姻缘石上,有着她对他的愧疚,诅咒崖下有着他对她的恨意。三生三世,刻骨铭心,第二世,他与她身份颠倒,上演了一场追逐游戏。为了前世的诺言,她放弃了一切,放弃了生命。这世间,再寻不到她。到这时他才醒悟,他依然——爱她。第二世……临死前她巧笑嫣兮,“没有第三世了,我还是不能和你在一起啊,天意如此。”她离开了这世界,却独留他苦苦追寻,相思入骨。
  • 重生之无极道

    重生之无极道

    神皇之子,在神魔大战中被杀。经过九世轮回。因世世如意,被天道废其第十世的修炼资格。独孤轩夜,空有顶级修炼天赋却不能修炼而被称为龙神帝国的第一废材。其父因此命贴身侍卫携带玲珑塔,助独子修炼。独孤轩夜笑傲整片大陆。杀小人,诛反贼,捕神兽。“你凭什么这么嚣张?!”“因为你爹不是第一神皇。”
  • 邪王的懒妃

    邪王的懒妃

    懒人系列终回本:常言,偷得浮生半日懒。当不能偷得浮生又想懒时怎么办?当然是光明正大地懒啦!从小懒到大的庄书兰就是这样想的!当前世成为记忆时,庄书兰更是决定将这懒人做到底。管他冷嘲热讽也好,闲言碎语也罢,她庄书兰不会因此而改变!且看懒人如何笑傲官场沉浮,冷看朝野纷乱!————情景一:“美男,来,给本姑娘笑一个!”一手托起某男精致的下巴,拇指轻刮着脸颊,“啧啧,这肌肤,比姐姐我的还要好!哎!平日里用的是哪个牌子的保养品啊?”……某男呆状,第一次有种叫耻辱情绪袭上了心头——他居然被一个还未并笄的小女孩子给调戏了!情景二:“跟了本宫,他日你就是一国之母,光宗耀祖!”某男拦下某女,半带着威胁地喝着。“光宗耀祖这件事,不归臣管,你去找别人吧!”轻弹去不知何时落在肩膀上的树叶儿,微微一笑,“时辰不早了,臣得回府休息了!”情景三:“你想从这游戏中退出?”媚眼一抛,却让人不寒而颤。“我还有权力说不吗?”某女惨淡一笑,带着狡黠,“既然是你将我带入这游戏中,你怎么可以置身事外?所以,我们成亲吧!”情景四:“……新娘请下轿!”第一声,无人答应……“请新娘下轿!”第二声,还是无人答应……“请新娘子下轿!”直到第三声时,轿里忽地传来慵懒的声音,“呀!我怎么睡着了?四儿,现在什么时辰?为何迎亲的轿子还不来?”————〖精采多多,敬请期待。〗————懒人系列:总裁的懒妻帝君的懒后懒凰天下风流佳人系列:风流女画师新坑:轻松+现代+都市+网游+青梅+竹马=恋上恶男友情链接:逍遥王爷的穿越妃本色出演绝焰煞神
  • 二十岁那年

    二十岁那年

    人生变幻无常,社会的残酷。只是更加锻炼自己的抗压能力,且看主人公如何备受社会压力,收入就是工作,努力就胜利!
  • 重生到原始

    重生到原始

    我去不是吧?一场意外,醒来穿到原始社会。不要啊!我的手机,我的网游,我的王者荣耀怎么办?最主要的是我才刚买的女朋友啊,。哎,,,先填饱肚子吧,这一天天的饿着不是个事儿啊。就这样带着部落走上了崛起之路!
  • 这个穿越有点俗

    这个穿越有点俗

    穿越后,她有一个一听就让人难受到抓狂的名字——郝芜侈(好无耻),听说按着这边的字典来解释,这个名字独一无二,清新脱俗,象征着良好品质的。名字怂,不受宠,她捉鸟、赏花、偷看王爷洗澡,日子过得有滋有味。侍卫:“王爷,王妃又鬼鬼祟祟地去了您的寝殿外。”王爷:“她既想要,本王便允了她。”丫鬟:“小姐,你猜奴婢给你带来了什么好消息?”郝芜侈:“王爷死了?”
  • 圣神魔玉

    圣神魔玉

    一群勇敢坚强的热血少年少女寻找两块神秘的‘圣神魔玉’从而踏上的惊险旅途的冒险故事