机械工程材料--第八－九章.ppt

第八章陶瓷材料
需要掌握的知识点
了解陶瓷材料的定义
了解陶瓷材料的组织特构及作用
了解陶瓷材料的性能特点
了解陶瓷材料的分类及应用
陶瓷材料的定义及制备工艺
定义:陶瓷是无机高分子材料,用天然的或人工合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固体材料。
陶瓷材料的制备工艺
制粉→压坯→烧结→成品
二陶瓷材料的组织结构
1 晶相:主要组成相,由离子键或共价键结合而成,决定陶瓷的性能:高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高脆性。
2 玻璃相:非晶态固体,将晶相粘结在一起,降低烧结温度,抑制晶相晶粒长大和填充气孔。
3 气相:气孔(5%-10%)。
对性能的不利影响:增加脆性、降低强度、电击穿强度降低,绝缘性能降低。
对性能的有利影响:提高吸振性,使陶瓷密度减小
三、陶瓷的性能
1、力学性能:
硬度极高: (> 1500HV)
高弹性模量; 高脆性; 高的抗压强度;
低的抗拉强度: 低的塑性、韧性; 抗热振性能较低。
2、物理化学性能
高熔点( Tm > 2000°C) (高温强度、高温蠕变抗力)
低的热膨胀系数、热导率,良好的绝缘性。
特殊的光、电、磁性能:如压电性能、激光性能等
结构稳定,化学稳定高。
四、陶瓷的分类及应用(按用途分)
普通陶瓷: 由粘土、长石、石英为原料配制、烧结而成。
组织:主晶相莫来石25—30% , 次晶相 SiO2 ;
玻璃相 35—60%
气相 1—3%
性能特点:质地坚硬,不氧化、不生锈、耐高温; 成型性好,成本低。强度低,绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。
应用: 生活中常用的各类陶瓷制品;电瓷绝缘子,耐酸、碱的容器和反应塔管道,纺织机械中的导纱零件。
2、特种陶瓷
(1)氧化铝陶瓷
组织:AL2O3 主晶相,还有少量SiO2;
性能:硬度高; 耐高温(抗氧化性能,高的蠕变抗力);
耐腐蚀,绝缘性好;
脆性大,抗热振性差;→缺点
应用:内燃机火花塞;火箭导弹的导流罩;
用于制造耐磨零件,如轴承,纺织机上的导纱器等;
用于冶炼金属的坩埚;合成纤维喷嘴,和各种切削刀具等
(2)氮化硅陶瓷
主要成分:Si3N4
制备有两种方法:热压烧结;反应烧结
性能特点:硬度高,摩擦系数小,极优异的耐磨材料。蠕变抗力高,热膨胀系数小,抗热振性能最好。化学稳定性好(除氢氟酸外),优异的绝缘性能。
应用:用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、且形状复杂、尺寸精度高的陶瓷制品,如高温轴承、燃气轮机转子叶片。热电偶套管、石油化工泵的密封环(动密封) ;切削刀具。
(3)碳化硅陶瓷:
主要成分:SiC.
制备:反应烧结;热压烧结;
性能特点:高温强度高,导热性好。耐放射元素辐射;
热稳定性、抗蠕变、耐腐蚀性能好;
应用:高温结构材料; 火箭尾喷管的喷嘴;高温轴承;
热交换器,核燃料包封材料。
(4)氮化硼陶瓷:
主要成分:BN;
晶体结构为六方结构,与石墨相似,称“白石墨”。
性能特点:耐热性、导热性好;热稳定好,抗热振性好;核反应堆中吸收热中子的控制棒
3、金属陶瓷
(1)成分:金属氧化物或碳化物+添加适量的金属粉末(AL2O3 ,ZrO2 ,TiC, WC 等+ Co,Ni,Cr,Fe,Mo,等)
(2)制备:粉末冶金(过程:制粉→压制成型→烧结→后处理等)
(3)金属陶瓷硬质合金(金属陶瓷的一种):
WC(TiC,TaC) + Co,Ni,Mo;
基体粘结剂
(4) 性能特点:
高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性(由于高速刚);
抗压强度高,抗弯强度低,弹性模量高。
耐蚀性好,热膨胀系数比钢低;
缺点:脆性大,导热性好,不能用于切削的方法加工
(5)分类,编号,应用:
钨、钴类:YG3,YG6 ,YG8 .
成分:WC + Co (数字为Co的含量
应用:制造的刀具可以切削脆性材料,如铸铁、一些有色金属和胶木等
钨、钴、钛类: YT5 ,YT15 ,YT30 .
成分:WC + Ti + Co
应用:制造的刀具可以切削韧性材料,如钢等。
万能硬质合金:YW1 ,YW2 .
成分: WC + TiC + TaC + Co
制造的刀具既可切削脆性材料,又可切削韧性材料,加工效果好。
第九章复合材料
复合材料的定义和分类
复合材料的性能特点
塑料基复合材料的应用