陶瓷材料的力学性能
高分子091 项淼学号17
陶瓷材料
陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料
之间的主要区别在于化学键不同。
金属：金属键
高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键）
陶瓷：离子键和共价键。
普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。
工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。
工程陶瓷的性能：
耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。
硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。
常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。
一、陶瓷材料的结构和显微组织
1、结构特点
陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。
可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。
如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”
2、显微组织
晶体相，玻璃相，气相
晶界、夹杂
（种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。
（可通过热处理改善材料的力学性能）
陶瓷的分类
※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃
※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔……
特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温……
金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工……
※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷…
2. 陶瓷的生产
(1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）
普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）
特种陶瓷（人工的化学或化工原料---
各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物）
(2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形）
(3)烧成或烧结
3. 陶瓷的性能
(1)硬度是各类材料中最高的。
（高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）
(2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2)
(3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。
（E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。
(4)塑性：在室温几乎没有塑性。
(5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。
(6)热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K）
(7)热稳定性—抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220℃）
(8)化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐）
(9)导电性—大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等）
(10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。
普通陶瓷
一. 传统陶瓷
原料—
长石，石英，粘土，高龄土，绢云母，滑石，石灰。
加入（MgO，ZnO，BaO，Cr2O3等）提高强度；加入（Al2O3 ，ZrO2等）提高强度和热稳定性；
加入（SiC等）提高导热性。
1. 日用陶瓷
性能要求：白度，光洁度，热稳定性，机械强度，热稳定性
用途：日用器皿，工艺品艺术品等
2. 建筑陶瓷
性能要求：强度，热稳定性
用途：地面，墙壁，管道，卫生洁具等.
3. 电工陶瓷（高压瓷）
性能要求：强度，介电性能和热稳定性.
用途：隔电，支持及连接，绝缘器件
4. 化工陶瓷
性能要求：耐蚀性.
用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。
特种陶瓷
1.氧化物陶瓷：
※Al2O3 —高的强度和高温强度（抗压2493MN/m2)，高化学稳定性和介电性能?以Al2O3为主要成分，含少量SiO2的陶瓷。
?根据Al2O3含量不同，分为75瓷（Al2O3含量为75%）又称刚玉-莫来石瓷；
95瓷、99瓷，又称刚玉瓷。
?Al2O3含量愈高，玻璃相愈少，气孔愈少，陶瓷的性能愈好，但工艺愈复杂，成本愈高。
优势：氧化铝陶瓷的强度高，是普通陶瓷的2～6倍，抗拉强度可达250MPa；
?耐磨性好，硬度次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，居第5；
?耐高温性能好，刚玉陶瓷可在1600℃下长期工作，在空气中的最高使用温度达1980℃；
?耐蚀性和绝缘性好；
?脆性大，抗热振性差，不能承受环境温度的突然变化。
用途：工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。
微晶刚玉（弯曲强度5000MN/m2 ，HRA92-93 红硬性1200℃）---工具,刀具。
※BeO —导热性好（180 kcal/m·h·℃），热稳定性较高，消散高能辐射的能力强，强度低（抗压强度（785MN/m2）
用途：熔化某些纯金属的坩埚，真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷
※ZrO2 ——呈弱酸性或惰性，导热系数小1.5-1.7kcal/m·h·℃，使用温度2000-2200℃，抗压强度2060MN/m2
※MgO CaO 抗各种金属碱性渣的作用，热稳定性差，MgO高温易挥发，CaO在空气中易水化
2.碳化物陶瓷：
※碳化硅—弯曲强度200-250MN/m2，抗压强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化，不抗强碱。
?主晶相SiC，有反应烧结和热压烧结两种碳化硅陶瓷；
?高温强度高，工作温度可达1600～1700℃1400℃时，抗弯强度为500～600MPa ；
?有很好的导热性、热稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性，且耐辐射；
?是良好的高温结构材料，主要用于制作火箭喷管的喷嘴，浇注金属的浇道口、热电偶套管、炉管，燃气轮叶片，高温轴承，热交换器及核燃料包封材料等。
用途：加热元件，石墨的表面保护层，砂轮，磨料
※碳化硼—硬度高，抗磨，熔点高2450℃
用途：磨料，超硬质工具材料。
3. 氮化物陶瓷：
※氮化硼—石墨类型六方结构（白石墨）----介电体和耐火润滑剂。
立方结构（β-BN)----极高硬度，抗加热温度2000℃，是金刚石的代用品。
?主晶相BN，共价晶体，晶体结构为六方结构，有白石墨之称；
?良好的耐热性和导热性，热导率与不锈钢相当，热胀系数比金属和其它陶瓷低得多，故抗热振性和热稳定性好；
?高温绝缘性好，2000℃仍是绝缘体，是理想的高温绝缘材料和散热材料；
?化学稳定性高，能抗Fe、Al、Ni等熔融金属的侵蚀；
?硬度较其它陶瓷低，可切削加工；
?有自润滑性，耐磨性好。
用途：氮化硼陶瓷常用于制作热电偶套管，熔炼半导体、金属的坩埚和冶金用高温容器和管道，高温轴承，下班制品成型模，高温绝缘材料；
因BN中含w B=43%，有很大的吸收中子的截面，可作核反应堆中吸收热中子的控制棒。
4. 金属陶瓷
以金属氧化物或碳化物为主要成分，加入适量的金属粉末，通过粉末冶金的方法制成的，具有某些金属性质的陶瓷。
金属陶瓷是金属切削刀具、模具和耐磨零件的重要材料。
粉末冶金方法及其应用
?金属材料的制备：熔炼、铸造
高熔点的金属及金属化合物难以通过熔炼或铸造的方法制备
粉末冶金：陶瓷生产工艺在冶金中的应用
粉末制备----压制成型----烧结成零件或毛坯
粉末冶金法的基本工艺过程
１. 粉末制备
包括粉末制取、配料、粉料混合等步骤。
粉末的纯度、粒度、混合的均匀程度等对粉末冶金制品的质量有重要影响。
粉末愈细、愈均匀、纯度愈高，陶瓷的性能愈好。
2. 压制成型
多采用冷压法，即将粉料装入模具型腔内，在压力机下压制成致密的具有一定强度的坯体。为了改善粉末的可塑性和成型性，通常在粉料中会加入一定比例的增塑剂，如汽油橡胶溶液、石蜡等。
3. 烧结
将压制成型的坯体放入通过保护气氛的高温炉或真空炉中进行烧结，在保持至少一种组元仍处于固态的烧结温度下，长时间保温，通过扩散、再结晶、化学反应等过程，获得与一般合金相似的组织，并存在一些微小的孔隙的粉末冶金制品。
根据烧结过程中有无液相产生，烧结分为：固相烧结和液相烧结。
?固相烧结：在烧结时不形成液相。
无偏析高速钢、烧结铝（Al-Al2O3）、烧结钨、青铜－石墨、铁－石墨等
?液相烧结：在烧结时形成部分液相的液-固共存状态。
金属陶瓷硬质合金（WC-Co、WC-TiC-Co等）、高速钢－WC、铬钼钢－WC等
4. 后处理加工
为改善或得到某些性能，有些粉末冶金制品在烧结后还要进行后处理加工。
如齿轮、球面轴承等在烧结后再进行冷挤压，以提高其密度、尺寸精度等；铁基粉末冶金零件进行淬火处理，以提高硬度等等。
陶瓷材料的力学性能
强度（高温、低温、室温）韧性、硬度、断裂韧度、疲劳等。
一、陶瓷材料的弹性变形、塑性变形与断裂（图9-23）
（1）弹性
A）弹性模量大
是金属材料的2倍以上。
∵共价键结构有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。
晶体结构复杂，滑移系很少，位错运动困难。
B）弹性模量呈方向性；压缩模量高于拉伸弹性模量
结构不均匀性；缺陷
C）气孔率↑，弹性模量↓
（2）塑性变形
a）室温下，绝大多数陶瓷材料塑性变形极小。
b）1000℃以上，大多数陶瓷材料可发生塑性变形（主滑移系运动）
c）陶瓷的超塑性
超细等轴晶，第二相弥散分布，晶粒间存在无定形相。
1250℃，3.5×10-2 S-1应变速率ε=400%。
利用陶瓷的超塑性，可以对陶瓷进行超塑加工（包括扩散焊接）
（3）断裂
以各种缺陷（表面或内部）为裂纹源
裂纹扩展，瞬时脆断。
缺陷的存在是概率性的。
用韦伯分布函数表示材料断裂
]dv F m v m )'()(exp 1)(0σ
σ?σσ????--= F(σ)—断裂概率
m —韦伯模数
σ0—特征应力，该应力下断裂概率为0.632
σ’、 σ—试样内部的应力及它们的最大值
二、陶瓷材料强度和硬度
陶瓷的实际强度比其理论值小1~2个数量级。
（1）弯曲强度
三点弯曲、四点弯曲
四点弯曲试样工作部分缺陷存在的几率较大。∴强度比三点的低。
（2）抗拉强度
夹持部位易断裂（加橡胶垫）
∴常用弯曲强度代之，高20%~40%。
（3）抗压强度
比抗拉强度高得多，10倍左右。
（4）硬度高 HRA ，AT45N 小负荷的维氏硬度或努氏硬度。
陶瓷材料的断裂韧度
比金属的低1~2个数量级
测定方法（图）
单边切口法、山形切口法、压痕法、双扭
法、双悬臂梁法。
∵K IC 值受切口宽度的影响。
金属材料：σ↑、δ↓、K IC ↓；
陶瓷材料：σ↑、 K IC ↑。 ∵尖端塑
性区很小。
陶瓷材料的增韧：
（1）改善组织（细密、纯、匀）
（2）相变增韧
（3）微裂纹增韧
陶瓷材料的疲劳强度
静态疲劳，动态疲劳，循环疲劳和热疲劳
（1）静态疲劳
对应于金属材料的应力腐蚀和高温蠕变断裂。
“温度、应力、环境介质”
分成的个区（图10-11）
孕育区（低于应力强度因子门槛值）
低速区da/dt 随K ↑而↑
中速区da/dt 仅与环境介质有关，与K 无关。
高速区da/dt 随K ↑而呈指数关系↑
（2）动态疲劳
类似于金属材料应力腐蚀研究中的慢应变速率拉伸。
（3）循环疲劳
疲劳破坏以慢速龟裂扩展的方式发生。
陶瓷材料是脆性材料。
（4）热疲劳
低周疲劳
金属的疲劳寿命通常用循环周次表示
陶瓷材料的疲劳寿命则用断裂时间表示
疲劳特性评价，同样符合paris 公式
陶瓷材料的其他性能
1、耐磨性
是耐磨材料的一个发展方向。
（1）减摩性与耐磨性
（2）抗磨性
2、抗热震性（热冲击）
（1）抗热震断裂 急剧加热和冷却f c E t R σα
υ-=
?=1 缓慢加热和冷却R E R f λσαυλ=-=')1( ，均与热导率有关。
（2）抗热震损伤
气孔可钝化裂纹尖端；减小应力集中；降低热导率。
反复加热冷却产生的弹性变能是陶瓷材料热震损伤的动力（裂纹扩展的动力）。 提高热震损伤抗力，需使用弹性模量大，强度低的材料。
陶瓷材料的力学性能 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 玻璃 — 工业玻璃 (光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 陶瓷 —普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘） ，化工，多孔 ……特种陶瓷 -电容器，压电，磁性，电光，高温 …… 金属陶瓷 -- 结构陶瓷，工具（硬质合金） ，耐热，电工 …… 玻璃陶瓷 — 耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷 … 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种
陶瓷（人工的化学或化工原料 --- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2) 坯料的成形 （可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 2 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4)塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7)热稳定性 — 抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷 220 ℃） (8)化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性 — 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（ NiO ， Fe3O4 等） (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷
高性能陶瓷材料的研究与应用 李 婷 (湖北武汉风神汽车修理厂 武汉 430055) 摘 要 高性能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料,各国在基础与应用研究以及工程化方面,均给予了特殊重视,特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据高性能陶瓷材料的应用前景,笔者介绍了高性能陶瓷新材料的性能、应用范围,市场的开发应用现状和开发应用新领域,以及正在研发的高性能陶瓷材料;同时介绍了高性能陶瓷材料的发展趋势。 关键词 陶瓷材料 应用范围 发展趋势 1 高性能陶瓷材料的应用前景 高性能陶瓷是新材料的一个组成部分,它在国民经济中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金、石油化工和生物等各方面都有广阔的应用前景,成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料,在国防现代化建设中,武器装备的发展也离不开特种陶瓷材料。随着我国国民经济的高速发展,工业技术水平的不断提高,人民生活的不断改善以及国防现代化的需要,迫切地需要大量的特种陶瓷产品,市场前景十分广阔。石油化工行业需要大量的耐磨耐腐蚀的陶瓷部件,如球阀、缸套等。纺织行业需要大量的耐磨陶瓷件,如陶瓷剪刀、导丝轮等。国防工业需要的具有特殊性能的陶瓷材料,如防弹装甲陶瓷,耐射照高温轻质隔热材料,航空航天用的反射镜陶瓷材料,激光器用的聚光腔陶瓷材料,红外吸收、红外发射。 高性能陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷,有的还分为陶瓷涂层及陶瓷复合材料等。结构陶瓷主要是利用其耐高温、高强度、耐磨的性能,应用于热机部件、耐磨部件,如刀具、轴承、密封环、阀门等热交换器,防弹材料及生物陶瓷等。主要材料有Si3N4、SiC、ZrO2、Al2O3、SiALON等。 高性能陶瓷材料已经在很多领域,特别是诸多高技术领域获得关键性的应用,在航空航天、国防及民用等高技术领域具有广泛且不可替代的作用,高性能陶瓷材料每年以7%～10%的速度发展。功能陶瓷主要是利用其上述功能特性,广泛应用于国防、航空航天、机械、化工、建筑等领域的绝缘子,集成电路的基片、电容器、压电和铁电及敏感元件等,已成为四大类材料(金属、陶瓷、高分子和复合材料)之一。主要的材料有Ba TiO3、ZnO、Ph)O3、A IN、ZrO2等。陶瓷粉料是发展高性能陶瓷的基础材料,是高性能陶瓷的重要组成部分,对特种陶瓷的发展起着十分重要的作用。 2 高性能陶瓷材料的性能特点 一般高温陶瓷材料的预期使用温度在1400℃～1500℃,而超高温材料是指能在1800℃以上使用的材料,主要包括过渡金属(Ti、Zr、Ta等)的硼化物、碳化物以及近年出现的Si-B-C-N超高温陶瓷材料等,还包括碳(石墨)和氮化硼等。这类材料的主要特点是超高温熔点、超高温稳定、超高温耐腐蚀性,应用于国防、航天、超高温电极、超高温耐腐蚀容器或保护器(与熔融金属接触),超高温涂层等。近年来,对Si -B-C-N超高温陶瓷材料的研究发展很快,制备工艺主要是采用有机前驱体法,对超高温稳定化机理的研究主要集中在硼的作用上。目前正在探索其作为超高温涂层材料方面的应用,有机前驱体法工艺复杂,操作严格,成本高,对超高温稳定化机理还缺乏深层的理解。因此,探索和开发新的制备技术,深入探讨超高温稳定化机理,探索和设计其他超高温材料系统(包括化
第一章材料的性能 第一节材料的机械性能 一、强度、塑性及其测定 1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。 2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。 二、硬度及其测定 硬度是衡量材料软硬程度的指标。 目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。 三、疲劳 机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。 四、冲击韧性及其测定 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。。为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。 五、断裂韧性 材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。它是材料本身的特性。 六、磨损 由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。 按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能 1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。不同用 途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。 2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能 力。 第三节材料的工艺性能 一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。 二、可锻性能：可锻性是指材料在受外力锻打变形而不破坏自身完整性的能力。 三、焊接性能：焊接性能是指材料是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能。 四、切削加工性能：切削加工性能是指材料是否易于切削。 五、热处理性能：人处理是改变材料性能的主要手段。热处理性能是指材料热处理的难易 程度和产生热处理缺陷的倾向。 第二章材料的结构 第一节材料的结合键 各种工程材料是由不同的元素组成。由于物质是由原子、分子或离子结合而成，其结合键的性质和状态存在的区别。 一：化学键 1：共价键 2：离子键 3：金属键 4：范德。瓦尔键 二：工程材料的键性 化学键：组成物质整体的质点(原子、分子、离子)间的相互作用力，成为化学键。 1：共价键：有些同类原子，例如周期表Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族中大多元素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键，如金刚石、单质硅、SiC等属于共价键。 2：离子键：大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不导电的，熔融时可以导电。这类化合物为离子化合物。当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤素元素的原子)相互靠
陶瓷分类 (一)按瓷种分。目前市场上流通的主要有日用瓷器、骨灰瓷器、玲珑日用瓷器、釉下（中）彩日用瓷器、日用精陶器、普通陶瓷和精细陶瓷烹调器等。除骨灰瓷外，其余产品又按外观缺陷的多少或幅度的大小分为优等品、一等品、合格品等不同等级。 (二)按花面装饰方式分。按花面特色可分为釉上彩、釉中彩、釉下彩和色釉瓷及一些未加彩的白瓷等。 釉上彩陶瓷就是用釉上陶瓷颜料制成的花纸贴在釉面上或直接以颜料绘于产品表面，再经700~850℃烤烧而成的产品。因烤烧温度没有达到釉层的熔融温度，所以花面不能沉入釉中，只能紧贴于釉层表面。如果用手触摸，制品表面有凹凸感，肉眼观察高低不平。 釉中彩陶瓷彩烧温度比釉上彩高，达到了制品釉料的熔融温度，陶瓷颜料在釉料熔融时沉入釉中，冷却后被釉层覆盖。用手触摸制品表面平滑如玻璃，无明显的凹凸感。 釉下彩陶瓷是我国一种传统的装饰方法，制品的全部彩饰都在瓷坯上进行，经施釉后高温一次烧成，这种制品和釉中彩一样，花面被釉层覆盖，表面光亮、平整，无高低不平的感觉。 色釉瓷则在陶瓷釉料中加入一种高温色剂，使烧成后的制品釉面呈现出某种特定的颜色，如黄色、兰色、豆青色等。 白瓷通常指未经任何彩饰的陶瓷，这种制品市场上销量一般不大。 以上不同的装饰方式，除显示其艺术效果外，主要区别铅、镉等重金属元素含量上。其中釉中彩、釉下彩和绝大部份的色釉瓷、白瓷的铅、镉含量是很低的，而釉上彩如果在陶瓷花纸加工时使用了劣质颜料，或在花面设计上对含铅、镉高的颜料用量过大，或烤烧时温度、通风条件不够，则很容易引起铅、镉溶出量的超标。有的白瓷，主要是未加彩的骨灰瓷，由于采用含铅的熔块釉，如果烧成时不严格按骨灰瓷的工艺条件控制，铅溶出量超标的可能性也很大。 铅、镉溶出量是一项关系人体健康的安全卫生指标。人体血液中的铅、镉含量应越少越好。人们如长期食用铅、镉含量过高的产品盛装的食物，就会造成铅在血液中的沉积，导致大脑中枢神经，肾脏等器官的损伤。尤其对少年儿童的智力发育会产生严重的影响。 （一）按用途的不同分类 1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗等。 2、艺术{工艺}陶瓷：如花瓶、雕塑品．园林陶瓷器皿陈设品等。 3、工业陶瓷：指应用于各种工业的陶瓷制品。又分以下6各方面： ①建筑一卫生陶瓷：如砖瓦，排水管、面砖，外墙砖，卫生洁其等； ②化工{化学}陶瓷：用于各种化学工业的耐酸容器、管道，塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等； ③电瓷：用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。电机用套管，支柱绝缘于、低压电器和照明用绝缘子，以及电讯用绝缘子，无线电用绝缘子等； ④特种陶瓷：甩于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品，有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英 石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。 （二）按所用原料及坯体的致密程度分类可分为： 粗陶（brickware or terra-cotta），细陶（potttery），炻器（stone Ware），半瓷器（semivitreous china），以至瓷器（130relain），原料是从粗到精，坯体是从粗松多孔，逐步到达致密，烧结，烧成温度也是逐渐从低趋高。
金属材料的分类及性能 一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。 二、金属材料分类： ①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。 ②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属 三、金属材料性能： ①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等 ②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等 1. 工艺性能 金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。 （2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。可锻性：塑性和变形抗力 （3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。 （4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。 （5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。 2. 机械性能：
各种金属材料的特点
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各种金属材料的特点 铝材类 铝材属于金属类别中有色金属之一,由于应用较广，单独介绍如下：常用有铝型材和压铸铝合金两种。其中主要由纯度高达9２％以上的铝锭为主要原材料，同时添加增加强度、硬度、耐磨性等性能金属元素，如碳、镁、硅、硫等,组成多种成分“合金”。 １.1铝型材 铝型材常见如屏风、铝窗等。它是采用挤出成型工艺,即铝锭等原材料在熔炉中熔融后，经过挤出机挤压到模具流出成型，它还可以挤出各种不同截面的型材。主要性能即强度、硬度、耐磨性均按国家标准GB60６3。优点有：重量轻仅2.8，不生锈、设计变化快、模具投入低、纵向伸长高达1０米以上。铝型材外观有光亮、哑光之分，其处理工艺采用阳极氧化处理,表面处理氧化膜达到0.12ｍ/m厚度。铝型材壁厚依产品设计最优化来选择，不是市场上越厚越好,应看截面结构要求进行设计,它可以在0.5~５ｍm不均。外行人认为越厚越强硬,其实是错误的看法。 铝型材表面质量也有较难克服的缺陷：翘曲、变形、黑线、凸凹及白线。设计者水平高者及模具设计及生产工艺合理,可避免上述缺陷不太明显。检查缺陷应按国家规定检验方法进行,即视距40~５0CＭ来判别缺陷。 铝型材在家具中用途十分广泛:屏风骨架、各种悬挂梁、桌台脚、装饰条、拉手、走线槽及盖、椅管等等，可进行千变万化设计和运用! 铝型材虽然优点多，但也存在不理想的地方: 未经氧化处理的铝材容易“生锈”从而导致性能下降，纵向强度方面比不上铁制品．表面氧化层耐磨性比不上电镀层容易刮花.成本较高,相对铁制品成本高出３~４倍左右。 １.2压铸铝合金 压铸合金和型材加工方法相比,使用设备均不同，它的原材料以铝锭(纯度92%左右)和合金材料,经熔炉融化,进入压铸机中模具成型。压铸铝产品形状可设计成像玩具那样，造型各异,方便各种方向连接，另外,它硬度强度较高,同时可以与锌混合成锌铝合金。 压铸铝成型工艺分： 1、压铸成型 2、粗抛光去合模余料 3、细抛光 另一方面，压铸铝生产过程，应有模具才能制造,其模具造价十分昂贵,比注塑模等其它模具均高。同时,模具维修十分困难，设计出错误时难以减料修复。 压铸铝缺点: 每次生产加工数量应多,成本才低。抛光较复杂生产周期慢产品成本较注塑件高３～4倍左右。螺丝孔要求应大一点（直径4.5mｍ）连接力才稳定 适应范围：台脚、班台连接件、装饰头、铝型材封口件、台面及茶几顶托等，范围十分广泛。 （2）五金类 “五金”概念属通俗说法，标准分类应划分为黑色金属和有色金属两大类，它在家具中运用有管状、棒状、板状、线、角状几种。 2.１黑色金属件
高性能陶瓷材料刘陈哲、王亚洲、李蠢、郭晨辉、谷琦琦、朱海旭 摘要：本文着重评述了高性能陶瓷的力学性能、性能检测方法、研究应用现状，并对纳米陶瓷及未来高性能陶瓷的设计、发展前景做了展望。 关键词：陶瓷，性能，检测方法，发展趋势 陶瓷材料力学性能 一、陶瓷材料的弹性变形、塑性变形与断裂 1、弹性 （1）弹性模量大 E值大，是金属材料的2倍以上。∵共价键结构有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。晶体结构复杂，滑移系很少，位错 运动困难。 （2）弹性模量呈方向性；压缩模量高于拉伸弹性模量。结构不均匀性；缺陷。 （3）气孔率↑，弹性模量↓
2、塑性变形 （1）室温下，绝大多数陶瓷材料塑性变形极小。 （2）1000℃以上，大多数陶瓷材料可发生塑性变形（主滑移系运动）。 （3）陶瓷的超塑性 是微晶超塑性。∵晶界滑动，晶界液相流动。 存在条件：超细等轴晶，第二相弥散分布，晶粒间存在液相或无定形相。 如含化学共沉淀法制备的含Y2O3的ZrO2粉体，在1250℃烧结后，3.5×10-2 S-1应变速率ε =400%。 利用陶瓷的超塑性，可以对陶瓷进行超塑加工。 超塑加工＋扩散焊接：新的复合加工方法。 3、断裂 以各种缺陷（表面或内部）为裂纹源，从最薄弱处裂纹扩展，瞬时脆断。 缺陷的存在是概率性的。用韦伯分布函数表示材料断裂的概率 ] dv F m v m )'()(e xp 1)(0σσ?σ σ????--=
F(ζ)—断裂概率；m—韦伯模数 ζ0—特征应力，该应力下断裂概率为0.632 ζ’、ζ—试样内部的应力及它们的最大值 若两种陶瓷材料的平均强度相同，在一定的断裂应力下，m值大的材料比m值小的材料发生断裂的几率小。 陶瓷的主要断裂机制：解理。且容易从穿晶变为沿晶断裂。 二、陶瓷材料强度和硬度 陶瓷的实际强度比其理论值小1~2个数量级。只有晶须、纤维的实际强度才比较接近理论值 （1）弯曲强度 可采用三点弯曲、四点弯曲方法测出。 四点弯曲试样工作部分缺陷存在的几率较大。 ∴强度比三点弯曲的低。 （2）抗拉强度 测试时，夹持部位易断裂（可采用加橡胶垫） ∴常用弯曲强度代之，高20%~40%。 （3）抗压强度 比抗拉强度高得多，10倍左右。 （4）硬度高 HRA，AT45N小负荷的维氏硬度或努氏硬度。 三：陶瓷材料的断裂韧度 工程陶瓷的KIC比金属的低1~2个数量级。 测定方法单边切口法、山形切口法、压痕法、双扭法、双悬臂梁法。 ∵KIC值受切口宽度的影响。金属材料：ζ↑、δ↓、KIC↓； 陶瓷材料：∵尖端塑性区很小。ζ↑、KIC↑。 四：陶瓷材料的疲劳强度
惰性生物陶瓷材料 生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相容性好的陶瓷材料。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键力较强，而且都具有较高的机械强度、耐磨性以及化学稳定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及陶材组成。其中，以Al、Mg、Ti、Zr 的氧化物应用最为广泛。 早在1969 年，Talbert[2]就将不同孔隙率的颗粒状Al2O3 陶瓷作为永久性可移植骨假体，植入成年杂种狗的股骨中进行实验，发现多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境在内的任何环境都呈现惰性及其优越的耐磨损性和高的抗压强度。使氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。目前氧化铝陶瓷材料已经应用于人造骨、人工关节及人造齿根的制作方面。 氧化铝陶瓷植入人体后，体内软组织在其表面生成极薄的纤维组织包膜，在体内可见纤维细胞增生，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接[3]。单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高的部位。但是由于Al2O3 属脆性材料，冲击韧性较低，且弹性模量和人骨相差较大，可能引起骨组织的应力，从而引起骨组织的萎缩和关节松动，在使用过程中，常出现脆性破坏和骨损伤，且不能直接与骨结合。 目前，国外有关学者通过各种方法，使Al2O3 陶瓷在韧性和相容性方面取得了显著提高[4]，如在陶瓷表面涂上骨亲和性高的陶瓷，特别是能和骨发生化学结合的磷灰石，已经制造出更加先进的人工关
节。通过相变或微裂等方法，使材料内部产生微裂纹，只要微裂纹的尺寸足够小，则均匀分布的微裂纹会起到应力分散的作用。也可以提高材料的韧性[5]。 近年，氧化锆陶瓷由于其优良的力学性能，尤其是其远高于氧化铝瓷的断裂韧性，使其作为增强增韧第二相材料在人体硬组织修复体方面取得了较大研究的进展。Hench[6]报道，部分稳定氧化锆陶瓷的抗弯强度可达100 MPa，断裂韧性可达15MPa·m- 1/2。 但惰性生物陶瓷在体内被纤维组织包裹或与骨组织之间形成纤维组织界面的特性影响了该材料在骨缺损修复中的应用，因为骨与材料之间存在纤维组织界面，阻碍了材料与骨的结合，也影响材料的骨传导性，长期滞留体内产生结构上的缺陷，使骨组织产生力学上的薄弱。 2 生物活性陶瓷材料 生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸钙系），羟基磷灰石陶瓷，磷酸三钙陶瓷等几种。 2.1 羟基磷灰石陶瓷 羟基磷灰石（hydroxyapatite），简称HAp，化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，属表面活性材料，由于生物体硬组织(牙齿、骨)
常用金属材料分类 热浸镀锌钢板 (GI) 电镀锌钢板 (EG) 电镀锡钢板 - 马口铁 (SPTE) 不锈钢带材 冷轧碳素钢板 (CRS) 铝及铝合金板材 一．热浸镀锌钢板 (GI) 1. 概况: 热浸镀锌钢板即是将板材浸入熔化锌池中 , 在板材两面浸镀厚度均匀的锌层 . 锌池中锌的重量百分比 仝 97% . 2. 分类: 冷轧热浸镀锌钢材 ,依供货商习惯 .共使用 C1,C2,D1 三种材质 . 标注示范 :HGCC1-ZSFX 其中 : HG--- 热浸镀锌制程 C--- 冷轧底材 C1--- 商用品质 ; (C2--- 改良商用质量 ; D1--- 引申品质 ) Z--- 无锌花 (M--- 细小锌花 ) S--- 调质处理 (B--- 亮面调质处理 ) F--- 耐指纹涂复 (C--- 铬酸盐处理 ) X--- 不涂油 二．电镀锌钢板 (EG) 1. 概况 : 与 GI 料基体材料相同 , 均为商用性能 SPCC (冷轧碳素钢板中一款 ) 材质 . 不同的是采用电镀方式附着 表面锌层 . (又称为电解片： SECC ) 2. 镀锌层重量 : 是材料使用性能的一个重要参数 ，如果锌层较厚且致密，可有效防止SPCC 材质与空气或其它物质接触 产生氧化 . 3. 区别与用途： GI 料与EG 料目前在 NOTE-BOOK^业应用越来越广，因为： SPCC 质地较软,易冲压成形，并且易保证产品结构尺寸要求，另外价格便宜.常用于支架，外壳，连结 EG 料相对于GI 来讲价格稍贵，但表面状况相对显得较光亮.表面状况：无锌花或很细小锌花.防腐性 能相对较好 . 三．电镀锡钢板 - 马口铁 (SPTE) 1. 概况： 基材为低碳钢表面电镀锡 , 常称马口铁 (SPTE). 2. 镀锡用原钢板可划分为以下三种钢类型 : D 类—铝脱氧钢 ,适用于深引伸要求 ,减小表面折痕和拉伸变形等危害 . L 类--- 残留元素( Cu,Ni,Cr,Mo) 特别少 , 对某种食品耐蚀性极好 , 适用于食品类容器 . 用途： 片等.
功能陶瓷材料的分类及发展前景 功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类材料通常具有一种或多种功能。如电、磁、光、热、化学、生物等功能，以及耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛应用。 1.电子陶瓷 电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为６类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。 2.热、光学功能陶瓷 耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性好，可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。 陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。 透明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表，在透明氧化铝的制造过程中，关键是氧化铝的体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程，在原料中加入适当的添加剂如氧化镁，可抑制晶粒的长大。其可用作熔制玻璃的坩埚，红外检测窗材料，照明灯具，还可用于制造电子工业中的集成电路基片等。 3.生物、抗菌陶瓷 生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域，
金属材料的分类及牌号 焊接基础、热处理 葛兆祥1 2 江苏省电力试验研究院有限公司 江苏省电机工程学会金属材料与焊接专委会 金属材料分类及牌号 金属材料的种类很多，常用的有钢、铁，铝及其合金，铜及其合金，钛及其合金，镁及其合金，锆及其合金，镍及其合金等。在我们电力系统，应用最多的还是钢和铁。所以，今天我们主要讨论钢和铁的有关内容。 一、铸铁 1、特点 铸铁与钢相比强度较低，塑性、韧性较差。但是具有良好的： ▇耐磨性 ▇吸震性 ▇铸造性、 ▇可切削性 铸铁的焊接性差，因此，影响了它的发展。但是随着焊接技术的发展，铸铁（设备）的焊接也取得了很大的成功，获得了很大的经济效益。 2、铸铁的分类 铸铁是含碳量为2％～4.5％的铁碳合金。在铸铁的化学成分中还有Si、Mn及S、P等杂质。为了改善铸铁的性能，常在铸铁中加入Ni、Cr、Mn、Si、V、Ti、Mg等元素，成为合金铸铁。 按照C在铸铁中存在的状态和形式的不同，可将铸铁分为五类： ▇白口铸铁 C在铁中绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白色而得名。渗碳体硬而脆，无法加工，故应用不广。主要用于轧辊、不需要加工的耐磨件等。 ▇灰口铸铁C以片状石墨存在，其断口呈暗灰色而得名。普通灰铁石墨较粗，如在浇注之前的铁水中加入少量的硅铁或硅钙等孕育剂，进行孕育处理，促使石墨自发形核，可使粗片状石墨细化，形成孕育铸铁。
▇可锻铸铁 C团絮状石墨存在，是将白口铁经长时间石墨化退火，使渗碳体分解形成石墨并呈团絮状分布于基体内，因其韧性较好故称可锻铸铁。可锻铸铁是由炼钢生铁在900～1000℃的温度下经过2～9天长时间的退火形成。 ▇球墨铸铁 C以球状石墨存在，故称球墨铸铁。这是铁水中加入纯镁或稀土镁合金等球化剂而获得，具有较高的强度和韧性，可通过热处理改善力学性能，可制造强度高，形状复杂的铸件。 ▇蠕墨铸铁 C以蠕虫状石墨存在，浇注前在铁水中加入稀土硅铁、稀土镁钛等蠕化剂，促使C形成蠕虫状。 ▇铁合金 铁合金是Fe和其它一定量的合金元素组成的合金。它是炼钢原料之一，也是焊接冶金必不缺少原材料。炼钢和焊接时作为脱氧剂或渗合金剂加入，起到脱氧、渗合金等作用，改善钢材和焊缝的性能。 ○常用铁合金 ――SiFe 硅铁分别有含硅95％、75％、45％的几种，也有12％的贫硅铁、硅铝合金、硅钙合金，硅锰合金。 ――MnFe 按含碳量分为碳素锰铁（含碳量7％），中碳锰铁（C1.5～1.0％），低碳锰铁（C0.50％）。 ――CrFe 按含碳量分为碳素铬铁（C8～4％），中碳铬铁（C4～0.5％），低碳铬铁（0.5～0.15），微碳铬铁（C0.06），超微碳铬铁（C＜0.03），金属铬、硅铬合金。 3、铸铁组织 铸铁组织与化学成分和冷却速度有关 ――化学成分影响 ▇有些元素能促使石墨化，如C、Ni、Si、Al、Cu等； ▇有些是阻止石墨化元素，如S、V、Cr等。 在铸铁中，C以石墨形式析出的过程称为石墨化。 ――冷却速度的影响 ▇冷却速度很快时，便形成以珠光体和渗碳体（为基体），构成白口铁； ▇冷却速度足够慢时，便形成以铁素体为基体的片状石墨分布的灰口铸 ▇介于两者之间，形成以珠光体为基体和石墨组成灰口铁或珠光体和铁素体为基体灰口铁。 4、铸铁的牌号和力学性能 铸铁的牌号在GB/T5612-1985中作了相应的规定。规程对化学成分不做明确规定，仅规
功能陶瓷材料总复习
功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1、定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率范围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 松弛极化 频率范围：
铁电体， 晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。 电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。 电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相 T
TECHNOLOGY AND MARKET Vol.17,No.6,2010 金属拉丝模用材质主要有三种：硬质金属（WC-Co）、聚晶（PCD）、钻石（ND）。硬质合金和钻石是传统的模具材质。长期以来，硬质合金模一直在拉丝用模中占主导地位，它的特点是强度、韧性好、耐磨性优良、修模方便、相对成本较低。绝大部分规格的模具至今仍是采用这类材质。钻石模则由于成本昂贵，加工困难，仅在部分生产细丝的成品模上应用。 材质性能比较 聚晶（PCD）是70年代发展起来的一种新型耐磨材料，它是由金刚石微晶体掺粘接金属，经过高温高压制成，用聚晶制的拉丝模机械强度良好，同时因为金刚石微晶体在成型过程中的随机取向克服了单晶体各向异性引起的偏磨性，所以聚晶模的使用效果甚至优于钻石模，但是聚晶生产成本高，设备复杂，投资大。 硬质合金是由WC和Co经高温烧结而成。Co含量一般为3—18左右。拉丝过程中，金属钴易于与被拉线材在某些区域发生“微观热焊合”产生粘着磨损或者发生塑性形变，而使“网状碳化钨”或“孤岛状碳化钨”断裂损坏，导致模具磨损失效。 陶瓷模则采用陶瓷微粉经高温烧结而成，耐磨晶体通过固相结合方式紧密结合。选择适当的烧结助剂，可以使陶瓷晶界接合强度大大增加，致密程度大为提高，线材与模具的磨擦磨损，除了润滑和变形角度等因素影响之外，模具本身硬度，晶相与粘接相的比例晶界结合强度是关键因素。由于陶瓷固相烧结，避免了金属粘接相的存在。使单位行程耐磨晶相比硬质合金明显增多，提高了体硬度。采取适当的工艺，可使陶瓷晶界强度和韧性能抵抗住拉丝压应力和剪切的破坏，改变拉丝模的磨损机制，从而有效地提高模具使用寿命。 陶瓷模与硬质合金模相比具有较低的磨擦系数，同时陶瓷与金属没有亲合性，在拉丝过程也不存在类似硬质合金一样的“微观热焊合”从而减少了拉丝阻力。对提高拉丝速度有利，一定程度上适应了拉丝机械发展的要求，陶瓷的微晶化技术使陶瓷制品具有更理想的表面光洁度，这对改善线材表面质量有利。 聚晶模耐磨性极好，是硬质合金模的20—200倍，但是聚晶模硬度高给修模带来了很大困难，修模时间及费用大大高于硬质合金模。一般聚晶模的修理费用约为其价格的三分之一。陶瓷模的硬度虽略高于硬质合金，但大大低于聚晶模。试验证实，利用原硬质合金修模手段修模，质量完全符合要求，而使用陶瓷模无需添置设备和增加修模成本，这也是使用单位乐于接受陶瓷模的一个有利因素。 成果特点 本成果是以三相复合陶瓷材料ZTA为原料，研制生产的陶瓷拉制模具和陶瓷塔轮及其工业应用产品。实验证明，ZTA材料所制成的陶瓷拉制模具和陶瓷塔轮，完全可以替代工业上常用的硬质合金拉制模具和金属塔轮在生产线上使用。 陶瓷材料在应用于制造拉丝模方面比硬质合金具有很多优良的特点，并且，原料成本远低于硬质合金、聚晶和天然钻石。目前国内企业至今没有普遍使用的原因就在于虽然制作陶瓷拉丝模的原料成本较低，延用硬质合金模的制作工艺（即烧成后进行打孔、研磨等工序）来制作陶瓷拉丝模的成本却很高。对陶瓷材料来讲，烧成后材料硬度很高，研磨很困难。因此，传统的制作方法样品加工成本太高，难以推广使用。本项目采用成型时就将陶瓷拉丝模的模孔和各部工作区一次成型出来的办法，烧结完毕后只需将表面抛光即可使用，避免了烧结后的研磨加工工序，从而大大降低了陶瓷拉丝模的制作成本，另外，采用先进的微波烧结方法，提高了材料的性能指标和使用寿 高性能结构陶瓷的应用院校成果 122
陶瓷材料的力学性能 高分子091 项淼学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 ※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔…… 特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料） 特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。
金属材料的分类 金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能，并具有正的温度电阻系数的物质。金属，是个大家庭，现在世界上有86种金属。 一、通常人们把金属分成两大类，黑色金属和有色金属 (一)、黑色金属 黑色金属和有色金属这名字，常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。黑色金属只有三种：铁、锰与铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰白色的。因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看去就是黑色的。怪不得人们称之为“黑色金属”。常说的“黑色冶金工业”，主要是指钢铁工业。因为最常见的合金钢是锰钢与铬钢，这样，人们把锰与铬也算成是“黑色金属”了。 除了铁、锰、铬以外，其他的金属，都算是有色金属。 （二）、什么是有色金属? 109个化学元素中的64个是这个家族的成员。其中人们比较熟知的有铜、铝、铅、锌、金、银等。目前,我国有色金属的产量已经超过美国,连续3年居世界第一,而对有色金属的需求量也是世界之冠。 （三）、有色金属的分类 （1）有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。 （2）有色合金按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、 稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用合金）、铸造合 金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉未等。 （3）有色材按化学成份分类：铜和铜合金材、铝和铝合金材、铅和铅合金材、镍和镍合金 材、钛和钛合金材。按形状分类时，可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。 （四）、在有色金属中，还有各种各样的分类方法 1.按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于5，叫做“轻金属”（密度小（0.53～4.5g/cm3），化学性质活泼，如铝、镁等. ） 2.而铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于5，叫做“重金属”。（一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等；） 3.象金、银、铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”， 4.镭、铀、钍、钋等具有放射性，叫做“放射性金属”， 5.还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、钨、钼、锗、锂、镧、铀等因为地壳中含量较少，或者比较分散，人们又称之为“稀有金属”。
一．金属材料分类 1．黑色金属钢铁 2．有色金属通常指铜、铝、铅、钛二．钢铁材料牌号表示方法
三．金属材料力学性能代号及含义
四．钢材的规格种类及用途 1．钢板 a.按轧制方法分为：热轧、冷轧 b.按性能及用途可分为： ①碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带，一般厚度不大于4mm。 ②碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带，厚度不大于4mm。 ③碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带，4-200mm钢板及小于25mm钢带。 ④优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。 ⑤优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。 ⑥合金结构钢薄钢板，厚度不大于4mm的热轧或冷轧。 ⑦锅炉用钢板 ⑧压力容器用钢板 ⑨不锈钢冷轧或热轧钢板 ⑩耐热钢板 ?花纹钢板 2．型钢 ①热轧扁钢，厚度3-60，宽度10-150。 ②碳素结构钢和低合金热轧圆钢、方钢、六角钢
③热轧角钢，分为等边及不等边，宽度20-200。 ④热轧槽钢，宽度50-300。 ⑤热轧工字钢，高度100-560。 ⑥热轧T型钢，宽度100-300。 ⑦冷弯空心型钢。 3．钢管 A．直缝电焊钢管（GB/T 13793—1992） a.以热轧或冷轧钢带，经焊接或焊后冷加工方法制造。钢管以不热处理状态交货。 b.规格：直径5.0—121，壁厚0.5—3.5。 c.力学性能 B。无缝钢管（GB/T 8162—1999） a.以热轧或冷拔（轧）管加工，有热轧或热处理状态交货。 b.规格：直径6.0—245，壁厚0.25—24。 c.力学性能 4．钢丝 材料可有多种材料加工而成， a.普通结构钢丝：Q195、Q215、Q235主要制钉及建筑用。
陶瓷分类及用途 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键）陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。（可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔……特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温……金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4) 塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。