【文章內(nèi)容簡介】 graphite crucible） → 燒結(jié) （ sintering）(1650~1850℃ ,15~30MPa， 1~4h)。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 熱壓氮化硅（ HPSN） 加入 MgO的作用 : MgO與 SiO2膜作用 → 生成熔融硅酸鎂 （ melting silicon acid magnesium） → 使氮化硅高度致密化 （ high densification extent ） ， 達(dá)到理論密度(academic density)的 99% 。 抗拉強(qiáng)度 ? = 800~1000MPa 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 熱壓氮化硅 （ HPSN） ? 熱壓氮化硅只局限于制備形狀簡單的（如圓柱形）實(shí)體坯件。 ? 熱壓氮化硅制品必須經(jīng)過機(jī)械加工才能達(dá)到要求的形狀和尺寸。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 3）賽隆 (sialon) ? 選擇一種組分能使添加劑溶入氮化硅晶格形成單相固溶體，稱為氮化硅的“合金化”。 ? 在加入氧化鋁的熱壓氮化硅中， ?Si3N4晶格中的 Si4+和 N3可被 Al3+和 O2所取代。 ? 以 (Si,Al)(O,N)四面體為結(jié)構(gòu)單元形成一系列包括玻璃相和晶相的新材料。稱為賽隆 (sialon) 。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 賽隆 (sialon) ? ?180。sialon單位晶胞的組成為 MxSi12(m+n)Slm+nOnN16n 其中， x≤2。m和 n表明結(jié)構(gòu)中取代的程度。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷的性能特點(diǎn)： ? 熱膨脹系數(shù)低（ ?106/K) ? 高強(qiáng)度 （ high strength） 。 ? 高彈性模量 （ high elastic modulus） 。 ? 耐磨 （ milling resistance） 。 ? 耐腐蝕 （ well corrosion resistance） 。 ? 抗氧化 （ well oxidation resistance） ， 至1200℃ 不發(fā)生氧化且強(qiáng)度不下降 。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) （ 2）氮化硼陶瓷 ? 以氮化硼 (BN)為主要成分的陶瓷稱為氮化硼陶瓷 (boron nitride ceramic) ? 氮化硼是共價(jià)鍵化合物，有立方和六方兩種晶型結(jié)構(gòu)。 ? 六方晶系 BN具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)。有潤滑性且硬度低，故稱 “白石墨” ； ? 立方晶系 BN與金剛石硬度相近，但比金剛石更耐高溫和更抗氧化。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 氮化硼陶瓷 ? 常用的六方 BN陶瓷用高溫?zé)釅悍ㄖ苽洹? ? 通過不同的原料和添加劑可以調(diào)節(jié) BN陶的性能。 ? 適合于在 900℃ 以下的氧化氣氛中和在2800 ℃ 以下的氮?dú)夂投栊詺夥罩惺褂谩? 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 氮化硼陶瓷 BN陶瓷的性能 : ? 莫氏硬度為 2； ? 升華分解溫度為 3000℃ ； ? 理論密度 ； ? 強(qiáng)度和模量均較低； ? 熱膨脹系數(shù)低（約 6?106/K），熱穩(wěn)定性好； ? 耐酸、堿、金屬、砷化鎵和玻璃熔渣侵蝕； ? 對大多數(shù)金屬和玻璃熔體不反應(yīng)。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) （ 3）氮化鋁陶瓷 ? 以氮化鋁 (AlN)為主要成分的陶瓷稱為氮化鋁陶瓷 (aluminum nitride ceramic)。 ? AlN屬于六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其 N原子為六方密堆結(jié)構(gòu)，面 Al原子占據(jù) 1/2四面體間隙位置。 ? 制備氮化鋁陶瓷的方法是以氮化鋁粉為原料，加入 CaO、和 Y2O3和稀土氧化物作為添加劑，干壓成型或流延成型成為薄片后再沖壓，最后在氮?dú)庵小?1650℃ ~1900 ℃ 燒結(jié)。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 氮化鋁陶瓷 氮化鋁陶瓷的性能： ? 熔點(diǎn) 2400℃ ；升華溫度為 2450℃ ； ? 理論密度為 。 ? 熱膨脹系數(shù)為 (~)?106/K。 ? 當(dāng)含 %Y2O3添加劑時(shí)，熱導(dǎo)率可到 160w/(mK)。 ? 能耐 2200℃ 至 20℃ 的急冷急熱； ? 耐熔融鋁、砷化鎵侵蝕。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化物及碳陶瓷 ? 碳化物 陶瓷是硅、鈦及其他過渡族金屬碳化物的總稱（如碳化硅、碳化鋯、碳化鉻、碳化鎢、碳化鈦和碳）。 ? 碳 也是陶瓷基復(fù)合材料的一類重要基體材料。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化物及碳陶瓷 （ 1）碳化硅陶瓷 （ 1）碳化硅陶瓷 ? 以碳化硅 （ SiC） 為主要成分的陶瓷稱為碳化硅陶瓷 (silicon carbide ceramic） 。 ? SiC有 ?、 ?兩種晶型。 ? ? SiC為高溫型，六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)； ? SiC為低溫型，立方結(jié)構(gòu)。 ? SiC鍵屬于典型的共價(jià)鍵結(jié)合。 ? 分解溫度為 2600℃ ，密度為 。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化硅陶瓷 ? 碳化硅陶瓷的制造方法主要有反應(yīng)燒結(jié)、常壓燒結(jié)、液相燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)。 ? 利用化學(xué)氣相沉積和高溫自蔓延燃燒合成以及有機(jī)先驅(qū)體高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化法也可以形成碳化硅陶瓷。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化硅陶瓷 碳化硅陶瓷的特點(diǎn)： ? 高硬度 （ high hardness） 。 ? 優(yōu)異的抗氧化性 （ skyscraping oxidation resistance） ，強(qiáng)度保持到 1600℃ 。 ? 良好的耐腐蝕性 （ well corrosion resistance） 。 ? 熱膨脹系數(shù)低 （ ? SiC為 ?106/K, ? SiC為 ?106/K）； 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化硅陶瓷 的特點(diǎn) ? 最佳的力學(xué)性能 （ optimal mechanics performance） 。 ? 導(dǎo)電和導(dǎo)熱性 （ Conductivity and conductance heat） ； ? 抗磨損性高，摩擦系數(shù)低。 碳化硅陶瓷的 缺點(diǎn) ： 在高溫和所有環(huán)境下都很脆 （ high brittleness at high temperature and any environment） 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化物及碳陶瓷 （ 2）碳化鋯陶瓷 （ 2）碳化鋯 陶瓷 ? 以碳化鋯 (ZrC)為主晶相的陶瓷稱為碳化鋯陶瓷 (zirconium carbide ceramic)。 ? ZrC屬面心立方晶格，熔點(diǎn) 3530℃ ， 密度為 ,熱膨脹系數(shù)為 ?106/K,彈性模量為 ,開始強(qiáng)烈氧化溫度為1100~1400 ℃ 。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化鋯陶瓷 碳化鋯陶瓷的制造： ? 以碳還原氧化鋯 (ZrO2）制得 ZrC粉末； ? 再將粉末預(yù)成型體高溫?zé)Y(jié)得到 ZrC陶瓷。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化物及碳陶瓷 （ 3）碳化鉻陶瓷 （ 3）碳化鉻 陶瓷 ? 以碳化鉻 (Cr3C2)為主晶相的陶瓷稱為碳化鉻陶瓷 (chromium carbide ceramic) ? 碳化鉻屬斜方晶系（菱面體），熔點(diǎn)為 1895℃ ，密度為 ,熱膨脹系數(shù)較高 （ ?106/K),高溫抗氧化性好（在空氣中 1100 ℃ /4h強(qiáng)度不降），彈性模量高 (380GPa)。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化鉻陶瓷 碳化鉻陶瓷的制造： ? 用碳化鉻 (Cr2O3)和炭黑在惰性或還原氣氛中 合成碳化鉻粉末 ； ? 再將碳化鉻粉末的預(yù)成型體進(jìn)行 高溫?zé)Y(jié) 得到碳化鉻陶瓷。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化物及碳陶瓷 （ 4）碳化鎢陶瓷 (4)碳化鎢 陶瓷 ? 以碳化鎢 （ WC） 為主晶相的陶瓷稱為碳化鎢陶瓷 (tungsten carbide ceramic) ? 碳化鎢屬六方晶系，熔點(diǎn)為 2720℃ ， 密度大()， 熱膨脹系數(shù)小 (?106/K)， 彈性模量低 (69GPa),抗氧化性能較差。 ? WC粉末采用鎢酐 (WO3)還原碳化法制備。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化物及碳陶瓷 （ 5）碳化鈦陶瓷 （ 5）碳化鈦 (TiC)陶瓷 ? 碳化鈦屬于面心立方結(jié)構(gòu) (NaCl型 ) ? 碳化鈦的熔點(diǎn)為 3160℃ ? 密度為 ? 彈性模量為 322GPa。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 碳化鈦陶瓷 ? TiC粉末用 氧化鈦 (TiO2)與 炭黑 在惰性或還原性氣氛中合成。 ? 碳化鈦陶瓷是 超硬工具材料 ，也可與 TiN、WC或 Al2O3混合制成各類復(fù)合陶瓷工具、刀具和模具材料。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 玻璃陶瓷和其他陶瓷 （ 1） 玻璃和玻璃陶瓷 （ 2）其他陶瓷基體 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) （ 1）玻璃和玻璃陶瓷 1） 高硅氧玻璃 ? 高硅氧玻璃含 SiO2在 96%左右，具有類似石英玻璃的性質(zhì)，耐高溫，熱膨脹系數(shù)低，化學(xué)穩(wěn)定性好，能透過紫外線。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 玻璃和玻璃陶瓷 2）硼硅玻璃 (Borosilicate glass)陶瓷 硼硅玻璃 陶瓷包括： ? 含堿金屬氧化物的硼硅酸鹽玻璃 (R2OB2O5SiO2) ? 不含堿金屬氧化物的高硼低硅硼硅酸鹽玻璃(ROB2O5SiO2) ? 冕牌與鋇冕牌無色光學(xué)玻璃 （簡稱 K玻璃） ? 重冕牌玻璃 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 玻璃和玻璃陶瓷 3）鋁硅玻璃 (Aluminumsilicate glass)陶瓷 ? 鋁硅玻璃即 ROAl2O3SiO2 鋁硅玻璃的性能： ? 熱膨脹系數(shù)低 :(30~60)?107/K ? 耐水性好 ? 耐熱性優(yōu)于其他玻璃 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 圖 715 石英玻璃和石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 圖 716 鈉硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)示意圖 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 玻璃和玻璃陶瓷 4）鋁鋰硅酸鹽玻璃 陶瓷 (LithiumAluminoSilicate glass ceramic) ? 以氧化鋰、氧化鋁和氧化硅 (Li2OAl2O3SiO2) 為基礎(chǔ)成分的微晶玻璃稱為鋁鋰硅微晶玻璃或鋁鋰硅酸鹽玻璃陶瓷（簡記為 LAS） 。 ? 商品名 為 麻粒瓷 （ corning） LAS玻璃陶瓷的 特性 ： ? lower ?(10?107~120 ?107/K) ? 優(yōu)秀的抗沖擊性能 （ excellent impact resistance） 。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 玻璃和玻璃陶瓷 5）鎂鋁硅酸鹽玻璃 陶瓷 （ MagnesiumAluminoSilicate glass ceramic) ? 以氧化鎂、氧化鋁和氧化硅 (MgOAl2O3SiO2)為基礎(chǔ)成分的微晶玻璃 稱為鎂鋁硅微晶玻璃或鎂鋁硅酸鹽玻璃陶瓷（簡記為 MAS） 。 MAS玻璃陶瓷 的特性 ： ? 高頻絕緣性優(yōu)異 (excellent insulated nature at high frequency)。 ? 優(yōu)異的力學(xué)性能 (excellent mechanics performance)。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) （ 2）其他陶瓷基體 1）硼化物陶瓷 2）硅化物陶瓷 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 1）硼化物陶瓷 ? 常見的硼化物陶瓷 (boride ceramic)有： ? TiB2(Titanium diboride )ZrB HfB2和LaB6等。 ? 它們具有金屬的外觀和性質(zhì)，有高的電導(dǎo)和正的電阻溫度系數(shù)。 ? 硼化物致密化的方法有常壓燒結(jié)、熱壓、活性燒結(jié)和液相熱壓燒結(jié)。 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院 高性能復(fù)合材料學(xué) 硼化物陶瓷 硼化物陶瓷的特性 ： ? 高熔點(diǎn) (2022