一、定義
陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點??捎米鹘Y構材料、刀具材料,由于陶瓷還具有某些特殊的性能,又可作為功能材料。
二、性能力學特性
陶瓷材料是工程材料中剛度好、硬度高的材料,其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強度較高,但抗拉強度較低,塑性和韌性很差。
熱特性
陶瓷材料一般具有高的熔點(大多在2000℃以上),且在高溫下具有極好的化學穩(wěn)定性;陶瓷的導熱性低于金屬材料,陶瓷還是良好的隔熱材料。同時陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低,當溫度發(fā)生變化時,陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性。
電特性
大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性,因此大量用于制作各種電壓(1kV~110kV)的絕緣器件。鐵電陶瓷(鈦酸鋇BaTiO3)具有較高的介電常數(shù),可用于制作電容器,鐵電陶瓷在外電場的作用下,還能改變形狀,將電能轉換為機械能(具有壓電材料的特性),可用作擴音機、電唱機、超聲波儀、聲納、醫(yī)療用聲譜儀等。少數(shù)陶瓷還具有半導體的特性,可作整流器。
化學特性
陶瓷材料在高溫下不易氧化,并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。
光學特性
陶瓷材料還有獨特的光學性能,可用作固體激光器材料、光導纖維材料、光儲存器等,透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷(鐵氧體如:MgFe204、CuFe204、Fe304)在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計算機記憶元件方面的應用有著廣泛的前途。
三、分類及應用
普通材料
采用天然原料如長石、粘土和石英等燒結而成,是典型的硅酸鹽材料,主要組成元素是硅、鋁、氧,這三種元素占地殼元素總量的90%,普通陶瓷來源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。
特種材料
采用高純度人工合成的原料,利用精密控制工藝成形燒結制成,一般具有某些特殊性能,以適應各種需要。根據(jù)其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等;特種陶瓷具有特殊的力學、光、聲、電、磁、熱等性能。
根據(jù)用途不同,特種陶瓷材料可分為結構陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
結構陶瓷
氧化鋁陶瓷主要組成物為Al203,一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷具有各種優(yōu)良的性能。耐高溫,一般可要1600℃長期使用,耐腐蝕,高強度,其強度為普通陶瓷的2~3倍,高者可達5~6倍。其缺點是脆性大,不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛,可用作坩塌、發(fā)動機火花塞、高溫耐火材料、熱電偶套管、密封環(huán)等,也可作刀具和模具。
氮化硅陶瓷主要組成物是Si3N4,這是一種高溫強度高、高硬度、耐磨、耐腐蝕并能自潤滑的高溫陶瓷,線膨脹系數(shù)在各種陶瓷中小,使用溫度高達1400℃,具有極好的耐腐蝕性,除氫氟酸外,能耐其它各種酸的腐蝕,并能耐堿、各種金屬的腐蝕,并具有優(yōu)良的電絕緣性和耐輻射性??捎米鞲邷剌S承、在腐蝕介質中使用的密封環(huán)、熱電偶套管、也可用作金屬切削刀具。
碳化硅陶瓷主要組成物是SiC,這是一種高強度、高硬度的耐高溫陶瓷,在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗彎強度,是目前高溫強度高的陶瓷,碳化硅陶瓷還具有良好的導熱性、抗氧化性、導電性和高的沖擊韌度。是良好的高溫結構材料,可用于火箭尾噴管噴嘴、熱電偶套管、爐管等高溫下工作的部件;利用它的導熱性可制作高溫下的熱交換器材料;利用它的高硬度和耐磨性制作砂輪、磨料等。
六方氮化硼陶瓷主要成分為BN,晶體結構為六方晶系,六方氮化硼的結構和性能與石墨相似,故有“白石墨”之稱,硬度較低,可以進行切削加工具有自潤滑性,可制成自潤滑高溫軸承、玻璃成形模具等。
工具陶瓷
硬質合金主要成分為碳化物和粘結劑,碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等,粘結劑主要為鉆(Co)。硬質合金與工具鋼相比,硬度高(高達87~91HRA),熱硬性好(1000℃左右耐磨性優(yōu)良),用作刀具時,切削速度比高速鋼提高4~7倍,壽命提高5~8倍,其缺點是硬度太高、性脆,很難被機械加工,因此常制成刀片并鑲焊在刀桿上使用,硬質合金主要用于機械加工刀具;各種模具,包括拉伸模、拉拔模、冷徽模;礦山工具、地質和石油開采用各種鉆頭等。
金剛石天然金剛石(鉆石)作為名貴的裝飾品,而合成金剛石在工業(yè)上廣泛應用,金剛石是自然界硬的材料,還具備極高的彈性模量;金剛石的導熱率是已知材料中高的;金剛石的絕緣性能很好。金剛石可用作鉆頭、刀具、磨具、拉絲模、修整工具:金剛石工具進行超精密加工,可達到鏡面光潔度。但金剛石刀具的熱穩(wěn)定性差,與鐵族元素的親和力大,故不能用于加工鐵、鎳基合金,而主要加工非鐵金屬和非金屬,廣泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、寶石、瑪瑙等的加工。
立方氮化硼(CBN)具有立方晶體結構,其硬度高,僅次于金剛石,具熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性比金剛石好,可用于淬火鋼、耐磨鑄鐵、熱噴涂材料和鎳等難加工材料的切削加工??芍瞥傻毒?、磨具、拉絲模等
其它工具陶瓷尚有氧化鋁、氫化錯、氮化硅等陶瓷,但從綜合性能及工程應用均不及上述三種工具陶瓷。
功能陶瓷
功能陶瓷通常具的特殊的物理性能,涉及的領域比較多,常用功能陶瓷的特性及應用見表。
四、檢測標準
1GB/T 4738-2015日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能測定方法
2GB/T5594.3-2015電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法第3部分:平均線膨脹系數(shù)測試方法
3GB/T5594.4-2015電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法第4部分:介電常數(shù)和介質損耗角正切值的測試方法
4GB/T 5594.6-2015電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法第6部分:化學穩(wěn)定性測試方法
5GB/T 5594.7-2015電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法第7部分:透液性測定方法
6GB/T5594.8-2015電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法第8部分:顯微結構的測定方法
7GB30367-2013牙科學陶瓷材料
8GB/T15750-2008壓電陶瓷材料性能測試方法老化性能的測試
9GB/T 11387-2008壓電陶瓷材料性能測試方法靜態(tài)彎曲強度的測試
10GB/T 16304-2008壓電陶瓷材料性能測試方法電場應變特性的測試
11GB/T 3389-2008壓電陶瓷材料性能測試方法性能參數(shù)的測試
12GB/T3388-2002壓電陶瓷材料型號命名方法
13GB/T 4740-1999陶瓷材料抗壓強度試驗方法
14GB/T 4741-1999陶瓷材料抗彎曲強度試驗方法
15GB/T 6426-1999鐵電陶瓷材料電滯回線的準靜態(tài)測試方法
16GB/T 2414.1-1998壓電陶瓷材料性能試驗方法圓片徑向伸縮振動模式
17GB/T 2414.2-1998壓電陶瓷材料性能試驗方法長條橫向長度伸縮振動模式
18GB/T 4734-1996陶瓷材料及制品化學分析方法
19GB/T5594.1-1985電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法氣密性測試方法
20GB/T5594.2-1985電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法楊氏彈性模量、泊松比測試方法
21GB/T5594.5-1985電子元器件結構陶瓷材料性能測試方法體積電阻率測試方法
環(huán)境可靠性 防腐鹽霧 IP等級 UV老化 振動沖擊 高低溫冷熱沖擊 ISTA包裝運輸 低氣壓 耐磨 金屬拉伸 成分分析 安規(guī)EMC CE認證
技術服務、技術開發(fā)、技術咨詢、技術交流、技術轉讓、技術推廣。(除依法須經(jīng)批準的項目外,憑營業(yè)執(zhí)照依法自主開展經(jīng)營活動)電子電器產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、新能源產(chǎn)品、汽車材料及部品,預包裝食品、金屬材料及制品、玩具、兒童用品、紡織品,服裝、鞋材、裝飾品的檢測、認證及技術服務。
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