(1)普通陶瓷(传统陶瓷)  

普通陶瓷产量最大,具有质地坚硬、不会氧化生锈、耐腐蚀、不导电、耐一定高温、加工成形性好、成本低廉等优点,所以广泛用作建筑、日用、卫生、化工、纺织、高低压电气等行业的结构件和用品。例如化学工业用的耐酸耐碱容器、管道、反应塔,供电系统用的绝缘子、瓷套等。但是这类陶瓷抗拉强度较低,抗热冲击性差、热膨胀系数和导热系数均低于金属。

(2) 特种陶瓷

凡是具有某些特殊的物理和化学性能的陶瓷统称特种陶瓷,包括高温陶瓷、金属陶瓷、压电陶瓷等功能陶瓷。在机械工程上应用最多的是高温陶瓷。

①高温陶瓷    高温陶瓷分为以下两种类型。

a.氧化物陶瓷。以纯氧化物(Al2O3、 ZrO2、MgO、BeO等)为基(晶相)的陶瓷称为氧化物陶瓷,通常熔点超过2000℃,具有高的室温强度和高温强度,良好的化学稳定性和介电性能,但热稳定性般较差。目前以氧化铝陶瓷应用最多。

氧化铝陶瓷主要成分是刚玉(Al2O3),其质量分数在45%以上。按照瓷坯中主晶相不同,可分为刚玉瓷和莫来石瓷等。

氧化铝陶瓷具有各种优良的性能,如耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、高温绝缘性好等。微晶刚玉硬度达92-93HRA,热硬性达1200℃,因此这类陶瓷在机械工程上用途尤为广泛。例如,可作为高温实验的容器和熔融金属的坩埚,内燃机用火花塞,熔模精铸用的耐火材料,各种模具、量具,精密切削高硬度材料(淬火钢和冷硬铸铁)的切削刀具,大型零件高速切削刀具等。此外,某些新型钢化铝陶瓷(如氧化铝金属陶瓷)由于强度、耐磨性、抗热震性更高,还可用作机械上的耐磨零件,如金属拉丝模,化工、石油用泵的密封环等。

b.非氧化物陶瓷。主要特点是耐高温,硬度高,但脆性大。目前应用最广的是碳化硅陶瓷。

碳化硅陶瓷(SiC):这是一种高强度、高硬度且热硬性良好的高温结构陶瓷。在1400℃高温下仍可保持较高的抗弯强度,还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性、高的冲击韧度和抗蠕变性,但不抗强碱。此陶瓷可用于制作火箭尾喷管的喷嘴、浇注金属用喉嘴,以及热电偶套管、炉管等高温零部件,还可用作高温下热交换器材料以及制造砂轮、磨料等。

氮化硅陶瓷(Si3N4):这是一种耐高温、强度和硬度高、耐磨、耐腐蚀(除氢氟酸外)并能自润滑的高温结构陶瓷。在陶瓷中,Si3N4的线胀系数最小,最高工作温度可达1400℃;除了能够耐各种无机酸和30%的烧碱溶液及其他碱溶液的腐蚀,还能抵抗熔融的Al、Pb、Sn、Zn、Au、Ag、Ni以及黄铜等的侵蚀,并具有优良的电绝缘性和耐辐射性。”

②金属陶瓷    金属陶瓷是由金属或合金与陶瓷组成的非均质复合材料,综合了金属和陶瓷的优良性能,具有高强度、高温强度、高韧性和高的耐蚀性。

金属陶瓷中常用陶瓷材料有各种氧化物、碳化物和氯化物,如Al2O3、MgO、TiC、WC、TiB等;常用的金属则是铁、铬、镍、钴及其合金等。采用不同组分和不同比例的金属与陶瓷制成的金属陶瓷,可以得到不同性能和用途的材料。作为工具用的金属陶瓷均以陶瓷为主;作为结构材料的金属陶瓷,则是以金属为主,含量较高。现在实际使用的大多是以陶瓷(氧化物和碳化物)为主的金属陶瓷,且在切削工具方面得到广泛应用。

a.氧化物基金属陶瓷。这类金属陶瓷是应用最早最广泛的(如Al2O3+Cr),其中ωCr<10%。铬的高温性能好,氧化时生成Cr2O3膜,而Cr2O3膜又与Al2O3形成固溶体,把氧化铝粉牢固地黏在一起,所以这种陶瓷比纯氧化铝陶瓷的韧性好,热稳定性和抗氧化性均有改善。如果再加入Ni和Fe,则在高温下形成FeO、Al2O3、NiO·Al2O3复杂氧化物,可进一步改善陶瓷的高温性能。

这种金属陶瓷主要作为切削工具。切削时黏着倾向小,有利于提高被加工件的加工精度提高表面质量,故适用于高速切削,尤其适于切削65HRC左右的淬火钢和冷硬铸铁。

b.碳化物基金属陶瓷。工具材料中的硬质合金就是一种碳化物基金属陶瓷,其黏结剂主要是铁族元素,如TiC-Ni、WC-Co等。作为工具材料时,是利用碳化物的高硬度和金属的韧性;作为高温结构材料时,是利用碳化物的高温强度和金属塑性。

高温材料的金属陶瓷,其抗氧化能力大,熔点和硬度都很高,强度较大且密度小。常用的黏结剂有Ni和Co,有时还加人少量难熔元素Cr、Mn、w等,以提高韧性和热稳定性。碳化物基耐热材料金属陶瓷的牌号有K152B(Wtic+Ni=30%)、K184B(WTic+Ni40%+Wcr3%+WMo4%+WAl3%)等,已应用于航空、航天工业中的部分耐热构件,并可望用于制造涡轮喷气发动机中的燃烧室、涡轮叶片、涡轮盘、汽车发动机等结构件。



知识点词条:常用陶瓷材料的性能、特点及用途


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常用陶瓷材料的性能、特点及用途
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