陶瓷基复合材料简介.ppt

陶瓷基复合材料简介,复合材料 （按基体类型分类）,聚合物基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 水泥基复合材料 碳基复合材料,1、陶瓷简介 2、陶瓷基复合材料的基体 3、陶瓷基复合材料的增强体 4、陶瓷基复合材料的应用 5、陶瓷基复合材料的前景展望,1、陶瓷简介,china,昌南 （景德镇）,chinaware,China,陶器：结构疏松，具有一定吸水率，不透明 瓷器：结构致密，基本不吸水，有一定透光性 炻器：介于两者之间,陶瓷 （按物理性能分类）,1、陶瓷简介,陶瓷 （按概念和用途分类）,传统陶瓷：用粘土、长石、石英等天然原料制成，主要用作建筑、卫生、以及工业用陶瓷. 特种陶瓷：又称精细陶瓷、现代陶瓷，以各种无机非金属化合物为原料制成，具有独特的力学、电学、磁学、光学、化学等性能，主要用于化工、冶金、机械、电子、能源和一些新技术中。,ceremic,1、陶瓷简介,china,结构陶瓷 功能陶瓷,特种陶瓷,陶瓷材料具有高强度、高硬度、低密度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良的性能，但其脆性大的弱点限制了它的广泛应用，陶瓷的韧化问题成为了人们研究的重点。,提高陶瓷韧性的途径主要有以下几个方面： （1）提高陶瓷致密度，减少表面裂纹; （2）细化晶粒; （3）加入具有增韧效果的成分，制成陶瓷基复合材料。,1、陶瓷简介,2、陶瓷基复合材料的基体,（1）氧化物陶瓷基体 （2）氮化物陶瓷基体 （3）碳化物陶瓷基体 （4）玻璃和玻璃陶瓷基体 （5）其他陶瓷基体,（1）氧化物陶瓷基体： 主要有Al2O3陶瓷、ZrO2陶瓷等。 例如ZrO2陶瓷具有高强度、高硬度和高耐化学腐蚀性等，其韧性是陶瓷中最高的，应用其耐磨损性能，可以制作拉丝模、轴承、密封件、医用人造骨骼、汽车发动机的塞顶、缸盖底板和汽缸内衬等,（2）氮化物陶瓷基体： 主要是氮与过渡族金属（如钛、钒、铌、锆、钽和铪）的化合物，还有Si3N4中固溶有铝和氧但仍保持Si3N4结构的氮化物陶瓷。 有Si3N4陶瓷、AlN陶瓷、BN陶瓷等。,2、陶瓷基复合材料的基体,（3）碳化物陶瓷基体： 是硅、钛及其他过渡族金属碳化物的总称。 如SiC陶瓷、ZrC陶瓷、WC陶瓷、TiC陶瓷等。,（4）玻璃和玻璃陶瓷基体： 玻璃基体： 高硅氧玻璃、硼硅玻璃、铝硅玻璃等。,（5）其他陶瓷基体： 如硼化物陶瓷、硅化物陶瓷等。,2、陶瓷基复合材料的基体,玻璃陶瓷基体： 在一定条件下，玻璃可以出现结晶，并且在熔点时由于原子有序排列，其体积会突然变小，形成结晶化的玻璃，即玻璃陶瓷。 如铝锂硅酸盐玻璃陶瓷、镁铝硅酸盐玻璃陶瓷等。,3、陶瓷基复合材料的增强体,由于陶瓷基体中加入的增强体主要增强陶瓷的韧性，所以陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。 从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。,（1）长纤维: 在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等；,按纤维排布方式的不同，又可将其分为单向长纤维增强复合材料和多向长纤维增强复合材料。 单向长纤维增强复合材料的显著特点是它具有各向异性，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大优于其横向性能；另外，许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上均具有优良的性能，这就要需要多向长纤维增强复合材料。,3、陶瓷基复合材料的增强体,短纤维： 长纤维增韧陶瓷基复合材料虽然性能优越，但它的制备工艺复杂，而且纤维在基体中不易分布均匀。 因此，将长纤维剪短（小于3mm），再与集体粉末混合，经过一定工艺，亦可实现增韧效果。,（2）晶须： 晶须是在人工条件下制造出的细小单晶，一般呈棒状，其直径约为0.21m，长度约为几十微米，由于其具有细小组织结构、缺陷少，而具有很高的强度和模量。 常用的有SiC、Al2O3、Si3N4等陶瓷晶须。,（3）颗粒： 从几何尺寸上看，颗粒在各个方向上的长度是大致相同的，一般为几个微米。颗粒的增韧效果不如纤维和晶须，但如果颗粒种类、粒径、含量及基体材料选择适当，仍会有一定的韧化效果，同时还会带来高温性能的改善。 常用的颗粒有SiC、Si3N4等。,3、陶瓷基复合材料的增强体,优点： 耐磨，高硬度，硬度为9，仅次于金刚石(10)，只要不摔至地面、不砍或剁等，正常使用的情况下永远都不需要磨刀； 轻薄锐利，无毛细孔，不会藏污纳垢，易清洗； 非金属铸造不会生锈，切食物无金属味残留等。,4、陶瓷基复合材料的应用,陶瓷刀具：,缺点： 韧度低，比较脆，高处摔落易崩口、缺角或断裂，所以陶瓷刀不能砍、剁、砸、撬等。,4、陶瓷基复合材料的应用,高端大气上档次,低调奢华有内涵,家居送礼必备良品,（1）机械与汽车工业： 可用于制作机械加工刀具、滑动构件、模具、耐磨轴承、喷嘴等； 汽车零部件方面，如火花塞、密封装置、吸气/排气阀、涡轮转子等。,4、陶瓷基复合材料的应用,陶瓷基复合材料制作的滑动构件,SiC陶瓷件,4、陶瓷基复合材料的应用,SiCw增韧的细颗粒Al2O3陶瓷复合材料已成功用于工业生产制造切削刀具：,SiCw/Al2O3复合材料钻头,4、陶瓷基复合材料的应用,法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制作超高速列车的制动器件，而且取得了传统的制动器件所无法比拟的磨擦、磨损特性，实现了较好的应用效果。,4、陶瓷基复合材料的应用,（2）航空航天与燃气轮机： 可用于涡轮机燃烧室覆壁、涡轮盘、导向叶片和螺栓等，可以减小质量，提高燃烧效率，减少有害气体排放，节省冷却系统。,4、陶瓷基复合材料的应用,在航空航天领域，用陶瓷基复合材料制作的导弹的头锥、火箭的喷管、航天飞机的结构件、绝热瓦、外部燃料箱等也具有良好的效果。,4、陶瓷基复合材料的应用,4、陶瓷基复合材料的应用,GE公司将陶瓷基复合材料应用于飞机涡轮转子叶片，使总重降低了约455kg，相当于发动机质量的6%。不但材料本身比金属合金材料轻，而且还能减少冷却系统的重量，大大节约了成本。,4、陶瓷基复合材料的应用,（3）生物工程： 由于陶瓷材料与生物体组织之间具有较好的相容性，而且强度高、耐磨损，可以用作人类骨关节和牙齿的重要替代材料。,4、陶瓷基复合材料的应用,（4）石油化工： 陶瓷的抗高温、抗热冲击、抗腐蚀、耐磨损等性能使其成为石油化工领域的重要材料，如催化剂载体、质量小的热交换器等。,（5）冶金材料： 陶瓷基复合材料在冶金领域，可用作熔炼炉的耐火材料、钢液过滤材料等。,4、陶瓷基复合材料的应用,5、陶瓷基复合材料的前景展望,目前，人们已对陶瓷基复合材料的结构、性能及制造技术等问题进行了科学系统的研究，但还有许多问题需要人们进行进一步深入的研究。,此外，陶瓷的制备过程是一个十分复杂的工艺过程，影响其品质因素有很多，如何进一步稳定陶瓷的制造工艺，提高产品的可靠性与一致性，则是进一步扩大陶瓷应用范围所面临的问题。,陶瓷基复合材料因具有高强度、高硬度、低密度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良的性能，引起了人们的重视和研究，可以预见，随着对其理论问题的不断深入探索和制备技术的不断开发与完善，它的应用范围将不断扩大，应用前景十分光明。,5、陶瓷基复合材料的前景展望,谢谢!,