航空航天材料工程-2-非金屬材料-資料下載頁(yè)
2025-09-11 21:43本頁(yè)面
【正文】 陶瓷材料： 3. 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （ 1）陶瓷材料的鍵合類型 ?陶瓷材料主要以離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，通常不是單一的鍵合類型，而是兩種或兩種以上的混合鍵。 ?一般含金屬元素的陶瓷材料以離子鍵為主，如 Al2O3和 MgO。 ?一般由非金屬元素形成的陶瓷材料以共價(jià)鍵為主，如 SiC等。 （ 2）陶瓷材料的組織 ?陶瓷是由金屬或非金屬的化合物構(gòu)成的 多晶 固體材料，其結(jié)構(gòu)比金屬晶體復(fù)雜得多。 ?陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)由晶體相、玻璃相和氣相 3部分組成。 1）晶體相 ?晶體相是陶瓷的主要組成相，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定陶瓷材料物理、化學(xué)和力學(xué)性能。 ?包括硅酸鹽、氧化物、和非氧化物 3種。 ①硅酸鹽是普通陶瓷的主要原料，也是特種陶瓷組織中的重要晶體相。 ②氧化物（ MgO、 CaO等）是大多數(shù)陶瓷，特別是某些特種陶瓷的主要晶體相。 ③非氧化物，包括碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等，是特種陶瓷的主要晶體相。 陶瓷材料： 3. 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 陶瓷材料： 3. 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2）玻璃相 ?玻璃相是一種非晶體的低熔點(diǎn)固體相，它是陶瓷材料內(nèi)各種組成物和混入的雜質(zhì)在高溫?zé)Y(jié)時(shí)產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)形成的，玻璃相主要存在于晶界處。 ?在陶瓷中常見 SiO2的玻璃相。 ?玻璃相對(duì)陶瓷材料的正面影響：將分散的晶體相粘結(jié)起來(lái)，提高致密度；降低燒結(jié)溫度；阻止晶體轉(zhuǎn)變和長(zhǎng)大，獲得一定的玻璃特點(diǎn)。 ?負(fù)面影響：降低陶瓷強(qiáng)度、電絕緣性和耐熱性。 ?工業(yè)陶瓷中玻璃相的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在 20%~40%。 1400186。C 燒結(jié)的 碳化硅（ SiC）中分散的晶體相與玻璃相的高分辨率透射電鏡（ HRTEM）照片。插圖為選擇性區(qū)域電子衍射環(huán)圖譜。 陶瓷材料： 3. 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3）氣相 ?氣相指陶瓷內(nèi)部殘留下來(lái)的氣孔。 ?可存在于晶粒內(nèi)部、晶界上、及玻璃相中。 ?負(fù)面影響：氣相會(huì)造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，脆性增加，熱導(dǎo)率和抗電擊穿性能下降。所以，對(duì)于結(jié)構(gòu)材料用陶瓷，應(yīng)盡量減少殘留氣孔率。如特種陶瓷應(yīng)在 5%以下。 ?正面影響：對(duì)于用作隔熱材料的陶瓷，應(yīng)盡量增多其封閉氣孔量，并使其分布均勻，大小一致。 陶瓷材料： 4. 陶瓷材料的性能 （ 1）力學(xué)性能 1）硬度高，是 3大類固體材料（金屬、高分子和陶瓷）中最高的。 2）強(qiáng)度： 抗拉強(qiáng)度較低，抗彎強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度非常高。 彈性模量 E大，彈性變形困難，剛度大。 3）塑性： 常溫下只出現(xiàn)彈性變形，不出現(xiàn)塑性變形，脆性很 大。 高溫下可出現(xiàn)塑性變形。 4）高溫性能： 高溫強(qiáng)度比金屬高得多，抗蠕變能力較強(qiáng)。 耐急冷急熱性能不好。 （ 2）化學(xué)性能 ?陶瓷的組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，即使在高溫下也不易氧化。 ?對(duì)酸、堿、鹽都有極好的耐腐蝕性能。 （ 3）物理性能 ?導(dǎo)熱性差 ?線膨脹系數(shù)小，陶瓷 金屬 高分子材料 ?電絕緣性好 ?有些陶瓷（如 鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系） 有壓電效應(yīng)，可做傳感器。 ?抗熱沖擊性差 陶瓷材料： 4. 陶瓷材料的性能 陶瓷材料： 5. 陶瓷件成型工藝 陶瓷的生產(chǎn)工藝流程：配料 → 成形 → 燒結(jié) （ 1）配料 ?首先是粉末的制備，以人工合成的化合物為原料，通過(guò)機(jī)械或化學(xué)方法使化合物成為極細(xì)（微米甚至納米級(jí)）的粉末。 ?粉末的質(zhì)量對(duì)陶瓷件的性能影響很大，高質(zhì)量：粒度均勻、外形圓整、純度高。 ?粒度的大小決定陶瓷制品的應(yīng)用范圍，粒度越小，陶瓷性能越好。 ?粉末制備好后還有混料、塑化、造粒等工序。 陶瓷材料： 5. 陶瓷件成型工藝 （ 2）成形 1）干壓成形：又稱模壓成形，將混合均勻的粉末置于模具中，在壓力機(jī)上制成一定形狀的坯料。 2）等靜壓成形：分濕式等靜壓和干式等靜壓兩種 3）熱壓成形 4）注漿成形 5）注射成形 6）可塑法成形： 擠出成型法 軋膜成形法 7）流延成形法 （ 3）燒結(jié) ?燒結(jié)是加熱已形成的坯體，使其中的微粒在加熱中擴(kuò)散遷移，牢 固的粘結(jié)在一起形成致密化的陶瓷制品的工藝過(guò)程。 ?常用的燒結(jié)方法有：常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、和氣氛燒結(jié)。 陶瓷材料： 5. 陶瓷件成型工藝 非金屬材料的改性及其強(qiáng)化 ?高分子材料得改性要求： 耐高、低溫 增強(qiáng) 增韌 功能 /結(jié)構(gòu)一體化 ?陶瓷材料的改性要求：增韌 ?主要改性途徑：復(fù)合化（詳見第 7章） 非金屬材料在航空航天中的應(yīng)用 （ 1）塑料在航空航天中的應(yīng)用 （ 2）工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料在航空航天中的應(yīng)用
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