无机非金属材料课件第一章第三节合成原

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第三节 合成原料
重点内容及思考题
1. 简述赛隆的结构特征。 2. BaTiO3的结构类型
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第三节 合成原料
（2） Si3N4
是人S工i3N方4属法于合高成温的结。构陶瓷，在自然界并不存在，
➢ 结构特征 a) Si3N4是共价键化合物，单位晶胞由硅氮四面体构
成，Si原子处于中心位置，周围是氮原子。
b) Si3N4有两种晶型： α-Si3N4：颗粒状结晶体 β-Si3N4：针状结晶体
c) 1140℃-1600℃加热，α-Si3N4会转变成β-Si3N4。
• SiC是Si-C间键力很强的共价键化合物，具有金刚石型结构。 • SiC晶体主要有两种晶型，六方的α-SiC和立方的β-SiC。β于
2100℃以上逐渐转变为α-SiC.
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第三节 合成原料
➢性能
• 抗氧化性强（~1550℃）； • 耐磨性好； • 硬度高（莫氏硬度9.5）； • 热稳定性好； • 高温强度大； • 热膨胀系数小（5.0×10-6/℃）； • 热导性好； • 以及抗热震和耐化学腐蚀。
➢ 应用 a. 赛隆陶瓷已在发动机部件、轴承和密封圈等耐磨部件及刀 具材料中得到应用。
b. 在铜铝等合金冶炼、轧制和铸造上得到了应用。
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第三节 合成原料
（4）钛酸盐
➢ 化学式：BaTiO3 ➢ 熔点：1618℃
➢ 外观
白色粉末或透明晶体，难溶于水，可溶于浓硫酸。
➢ 结构
Ba
钛酸钡属于ABO3钙钛矿型结构。BaTiO3的晶体结 构有六方相、立方相、四方相、正交相和三方相等。
目前，关于钛酸钡的研究很广泛。国内外许多的学者对 钛酸钡做了大量的研究工作，通过掺杂改性，已经得到了大 量的新材料，尤其是在MLCC方面的应用。
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第三节 合成原料
结语
陶瓷生产用到的原料是多种多样的，我国 地大物博，各地的地质条件、气候环境、生产 方式、生产工艺、传统习惯均有较大的差异； 只有在了解了各种原料的特性之后，才能更好 地为生产服务；矿产资源不可再生，杜绝浪费 ，物尽其用，是我们的天职！
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第三节 合成原料 ➢应用
用作耐磨材料、耐火材料、半导体元件（二极 管、晶体管）、电动机及气轮机的制造等。
➢制备
SiC自然界很少，都为人工合成。通常大量生产SiC的 工业方法是通过碳还原硅的氧化物而得到。
反应式： SiO2+C→SiC+CO2
注意： 为去除杂质以及让产物CO2顺利逸出，常加入NaCl及木屑。
SiCl4+NH3→Si3N4+HCl C. 反应烧结法（1450℃）
3Si+4N2→Si3N4 D. 热压法
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（3）赛隆
第三节 合成原料
➢ 结构 a. 赛隆陶瓷是Si3N4和氧化铝Al2O3固溶体的总称， 是Si、Al、O、N元素符号的组合。
b. 基本结构单元为(Si, Al)(O,N)四面体（共角链接）
c. Si3N4中一部分Si被Al代替，一部分N被O代替，则
可形成一系列Si-Al-N-O固溶体。
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第三节 合成原料
➢制备
制备赛隆陶瓷的原始物料为Si3N4、 Al2O3、AlN、Y2O3及 其他金属氧化物，烧结时容易通过液相绕结达到致密化，制备 工艺可以采用无压烧结、热压烧结或气压烧结。
➢ 性能 韧性好；硬度高；耐磨性好；高温抗氧化性好。

温度高于120℃--立方顺电相；
温度位于5~120℃--四方铁电相；
-80℃~5℃--正交铁电相；
<-80℃--三方铁电相
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第三节 合成原料
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➢研究现状
第三节 合成原料
钛酸钡是一种强介电材料，是电子陶瓷中使用最广泛的 材料之一，是陶瓷电容器的最主要材料，多年来一直被作为 典型的铁电陶瓷得到广泛研究和应用。被誉为”电子陶瓷工 业的支柱“。
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第三节 合成原料
➢ 性能 高温强度高； 抗热震性优良； 抗氧化性好； 耐腐蚀性好； 热膨胀系数小； 高硬度、耐磨。
➢应用 用作燃气涡轮叶片；
用作坩埚、热电偶保护管、热处理的内衬材料。
用作研磨材料。
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➢ 制备方法
第三节 合成原料
A. 硅粉在氮或NH3气氛中加热(1300℃)
3Si+N2→Si3N4 B. 硅的卤化物（SiCl4、SiBr4）和氨反应
第三节 合成原料
第三节 合成原料
氧化物：莫来石 3Al2O3-2SiO2 、 堇青石 (Mg,Fe)2Al3[AlSi5O18]
碳化物：SiC、TiC、WC、石墨 氮化物：Si3N4和塞隆、AlN、 BN 钛酸盐：BaTiO3
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第三节 合成原料
（1） SiC
➢结构
• SiC单位晶胞是由相同的[SiC4]四面体构成，Si原子处于C原 子构成的四面体中心，Si的配位数为4.