概述
在材料中,有一類叫結構材料主要制利用其強度、硬度韌性等機械性能製成的各種材料。金屬作為結構材料,一直被廣泛使用。但是,由於金屬易受腐蝕,在高溫時不耐氧化,不適合在高溫時使用。高溫結構材料的出現,彌補了金屬材料的弱點。這類材料具有能經受高溫、不怕氧化、耐酸鹼腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點,作為高溫結構材料,非常適合。
高溫結構陶瓷,是指用於某種裝置、或設備、或結構物中,能在高溫條件下承受靜態或動態的機械負荷的陶瓷。具有高熔點,較高的高溫強度和較小的高溫蠕變性能,以及較好的耐熱震性、抗腐蝕、抗氧化和結構穩定性等。
分類
高溫結構陶瓷包括高溫氧化物和高溫非氧化物(或稱難熔化合物)兩大類。
高溫氧化物結構陶瓷 指熔點高於1728℃的氧化物(如氧化矽晶體)或某些複合氧化物(如氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣和氧化釷等)。它們的重要特點是高溫下的化學穩定性好,尤其是抗氧化性能好。但弱點是脆性較大,耐機械衝擊性差。利用氧化鋯相變作用增韌氧化物陶瓷在20世紀70年代末獲較大進展,氧化鋯增韌氧化鋁,斷裂韌性參數由2.9MPa/m2提高到 15MPa/m2,抗折強度由 350MPa提高到1200MPa。加有氧化釔的半穩定氧化鋯,斷裂韌性參數也高達 9~16MPa/m2。增韌氧化物陶瓷可用於製造錘子、水果刀、剪刀、軸和發動機部件等,可以承受一定衝擊而不碎裂。高溫氧化物陶瓷可用作高溫爐襯,熔煉稀有金屬和純金屬的坩堝,以及磁流體發電裝置的高溫電極材料和熱機材料。氧化鋁結構陶瓷的生產,採用γ-氧化鋁(見氧化鋁)為原料與少量添加劑(如MgΟ等),經粉碎和混合後按產品的形狀,尺寸及用途,採用不同的方法成型。乾壓成型時需先將混合後的坯料造粒,然後用油壓機壓製成坯樣。採用注漿成型時,則將混合後的粉料製成懸浮料漿,注入石膏模中成型。採用熱壓注時,用適量石蠟與混合料製成料漿,用熱壓注機成型。燒成的坯體需按使用的要求,進行機械加工或研磨。
高溫非氧化物結構陶瓷 包括氮化物、碳化物、矽化物、硼化物等。其中有發展前途的是氮化矽、碳化矽和氮化硼等材料。與氧化物比較,難熔化合物的熱導率較高,熱膨脹係數較低,因此具有良好的抗熱震性。氮化矽與碳化矽還具有較高強度,硬度僅次於金剛石,耐磨性好,是很好的熱機材料。採用氮化矽或碳化矽作為燃氣輪機和陶瓷發動機的高溫部件,與金屬部件比較,可承受較高的工作溫度,省去水冷卻系統,減輕自重,因而節能效果顯著。由於氮化硼具有優良的熱穩定性,而且對金屬熔體有很好的耐蝕性,用它作為水平連續鑄鋼的分離環,可較氮化矽有更長的使用壽命。
氮化矽結構陶瓷的燒成,按氮化矽合成的方式可分為反應燒結法和燒結法。反應燒結法是將矽粉預先成型,然後在通氮的情況下燒結,使氮化矽(Si3N4)的形成和燒結同時完成。燒結法是將預先合成的氮化矽粉末在高溫與壓力同時作用下熱壓燒結,或是將氮化矽粉末壓成坯體後,在高溫下無壓燒結。
無機非金屬材料
材料與我們的生活息息相關,一般材料可以分為金屬材料、無機非金屬材料、有機材料和複合材料四大類,而無機非金屬材料更是在我們的生活中扮演著重要的角色。玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料、半導體材料、絕緣材料……這些材料在建築、醫學、日常生活常常見到,還有一些新型無機非金屬材料也慢慢地滲入到方方面面。這此任務就是搜尋這些不同的無機非金屬材料。 |