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超强、超硬、耐高温结构陶瓷材料结构与性能

作者: 兴罡石化设备| 时间:2018-06-27 11:23:32 | 点击次数:

 结构陶瓷材料具有超强、超硬、耐高温等性能,在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地。本文通过查阅相关文献,阐述了结构陶瓷材料的结构,综述了结构陶瓷材料的结构及其性能特点,为今后陶瓷的发展提供了可靠的前景。
关键词:结构陶瓷,结构 性能
引言:构陶瓷是陶瓷材料的重要分支,它以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征,可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境,在空间技术领域,制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料,在这方面,结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始使用高温与低温的隔热瓦,碳-石英复合烧蚀材料已成功地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展将更加依赖于新型结构材料的应用,在这方面结构陶瓷尤其是陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料远远优于其他材料。即在冶金、宇航、能源、机械、光学等领域有重要的应用,因此具有超强、超硬、耐高温的结构陶瓷材料成为了人们关注的热点。
2.结构陶瓷的定义及分类
结构陶瓷是指用于各种结构部件,以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。
结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为:(1)机械陶瓷;(2)热机陶瓷;(3)生物陶瓷;(4)核陶瓷及其它若按化学成分分类可分为:(1) 氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2);(2)氮化物陶瓷(Si3N4、赛龙陶瓷、AlN、BN、TiN);(3) 碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2);(4) 硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等);(5)其它结构陶瓷(莫来石陶瓷、MoSi 陶瓷、硫化物陶瓷以及复合陶瓷等)。本文就从化学成分分析氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、复合陶瓷等来分析。
2.1氧化物陶瓷
2.1.1 Al2O3陶瓷
AI2O3陶瓷类型的结构与性能
氧化铝陶瓷是一种以α- AI2O3为主晶的陶瓷材料。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。Al2O3主要有三种晶型结构,即α-Al2O3,β-Al2O3,γ- Al2O3。Al2O3晶型转化关系如图1所示。α-Al2O3属三方晶系,2050℃熔化前稳定, β-Al2O3:是一种氧化铝含量高的的铝酸盐矿物,γ-Al2O3:属尖晶石型结构(立方)。 后两种在温度高于1600℃时全部转化为α-Al2O3, a-Al2O3为高温稳定相,工业上使用最多。其结构不同,性质也不同,在1300℃以上的高温几乎完全转变为α- AI2O3。α- AI2O3属六方晶系其单位晶胞是一个尖的棱面体,氧离子近似于六方紧密排列,Al3+占据2/3的八面体空隙。α- AI2O3是自然界中唯一存在的AI2O3变体,如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- AI2O3是所有AI2O3变体中结构最紧密,活性最低,电学性质最好的晶相,在所有温度下都是稳定的,其它变体当温度达到1000~1600℃时都不可能逆地转变为α- AI2O3。

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