工程材料网络课程 4 陶瓷材料 4.2 常用工业陶瓷

一、普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、长石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。 其组织中主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)，占25～30%，玻璃相占35～60%，气相占1～3%。

普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。

二、新型结构陶瓷

⑴ 氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。

根据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。

氧化铝陶瓷耐高温性能好，可使用到1950℃,。具有良好的电绝缘性能及耐磨性。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石).

氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。

⑵ 氮化硅（Si3N4）陶瓷

氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。

① 氮化硅的制备与烧结工艺

工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4

二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO

③ 性能特点及应用

氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。

反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。

⑶ 碳化硅（SiC）陶瓷

碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。

碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。

碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。

碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。

碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。

⑷ 氧化锆陶瓷

氧化锆的晶型转变：立方相-四方相-单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。