陶瓷坯胎簡介

陶瓷器的體。陶瓷制品未燒前稱坯，坯燒成后稱胎。胎土由氧化矽、氧化鋁、三氧化鐵等主要化學(xué)成分組成，此外還含有少量的鈣、鈉、鎂等。由于各種陶瓷所用粘土化學(xué)成分不同，燒成后的胎也不相同，有缸胎、漿胎、瓦胎、鐵胎和砂胎等。

陶瓷材料目前尚無統(tǒng)一的分類方法，通常把陶瓷材料分為玻璃、玻璃陶瓷和工程陶瓷3類。其中工程陶瓷又分為普通陶瓷和特種陶瓷兩大類。其中普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，特種陶瓷又稱現(xiàn)代陶瓷。

陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機非金屬材料。具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料和模具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。

陶瓷普通陶瓷

普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，其主要原料是黏土 （Al₂O₃·2SiO₂·H₂O）、石英 （SiO₂） 和長石 （K₂O·Al₂O₃·6SiO₂）。通過調(diào)整3者比例，可得到不同的抗電性能、耐熱性能和機械性能。一般普通陶瓷堅硬，但脆性大，絕緣性和耐蝕性極好。

普通陶瓷通常分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷兩類。

陶瓷特種陶瓷

特種陶瓷又稱現(xiàn)代陶瓷，按應(yīng)用包括特種結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩類，如壓電陶瓷、磁性陶瓷、電容器陶瓷、高溫陶瓷等。工程上最重要的高溫陶瓷，包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷和氮化物陶瓷。

①氧化物陶瓷

a.氧化物陶瓷的性質(zhì)

Ⅰ.熔點大多在2000℃以上，燒成溫度在1800℃左右。在燒成溫度時，氧化物顆粒發(fā)生快速燒結(jié)，顆粒間出現(xiàn)固體表面反應(yīng)，從而形成大塊陶瓷晶體 （單相），或有少量氣體產(chǎn)生。

Ⅱ.氧化物陶瓷的強度隨溫度升高而降低，但在1000℃以下一直保持較高強度，隨溫度變化不大。

Ⅲ.純氧化陶瓷都是很好的高溫耐火度結(jié)構(gòu)材料，在任何情況下陶瓷都不會產(chǎn)生氧化。

b.氧化物陶瓷的種類

Ⅰ. 氧化鋁陶瓷

氧化鋁的結(jié)構(gòu)是O排成密排六方結(jié)構(gòu)，Al占據(jù)間隙位置。自然界很少有純氧化鋁，根據(jù)含雜質(zhì)的多少，氧化鋁可呈紅色或藍色。實際生產(chǎn)中，氧化鋁陶瓷Al₂O₃含量可分為75、95、99等幾種瓷。

氧化鋁的熔點高達2050℃，而且抗氧化性好，硬度高，微晶剛玉紅硬性可達1200℃。常用于制造金屬拔絲模及切削淬火鋼刀具。

Ⅱ.氧化鈹陶瓷

以氧化鈹為主要成分的陶瓷。純氧化鈹 （BeO） 屬立方晶系。密度3.03 g/㏄，熔點2570℃。具有很高的導(dǎo)熱性，幾乎與純鋁相等，還有很好的抗熱震性。

粉末有劇毒性，且使接觸傷口難于愈合。以氧化鈹粉末為原料加入氧化鋁等配料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。制造這種陶瓷需要良好的防護措施。氧化鈹在含有水汽的高溫介質(zhì)中，揮發(fā)性會提高，1000℃開始揮發(fā)，并隨溫度升高揮發(fā)量增大，這就給生產(chǎn)帶來困難，有些國家已不生產(chǎn)。

制品性能優(yōu)異，雖價格較高，仍有相當(dāng)大的需求量。主要用作大規(guī)模集成電路基板，大功率氣體激光管，晶體管的散熱片外殼，微波輸出窗和中子減速劑等材料。在模具應(yīng)用方面亦有用制造精密玻璃模具。

Ⅲ. 氧化鋯陶瓷

Ⅰ.氧化鋯陶瓷的熔點在2700℃以上，能耐2300℃的高溫，其推薦使用溫度為2000℃～2200℃。因此，可以作反應(yīng)堆絕熱材料。氧化鋯作為添加劑可大大提高陶瓷的強度和韌性，生產(chǎn)出氧化鋯增韌陶瓷 （PSZ）。

Ⅱ.氧化鋯增韌陶瓷具有多相結(jié)構(gòu)，在不同溫度和壓力下可有3種不同的晶形結(jié)構(gòu)，從而在合適的條件下應(yīng)力可誘發(fā)相變和相變韌化，大幅度地提高斷裂韌性。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷材料，其強度達1200 MPa，斷裂韌性為15MPa·m。

Ⅲ.氧化鋯增韌陶瓷具有滿足熱擠壓模具要求的性能，具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的特點，特別是承受高溫高壓，永久變形小，比碳化鎢、鎳基或鈷基硬質(zhì)合金更為適合熱擠壓模。

Ⅳ.氧化鋯增韌陶瓷硬度超過金屬，韌性比一般陶瓷高，有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，至少耐高溫800℃。金屬粉末擠壓模溫度可達到600℃，銅棒擠壓模工作在950℃，氧化鋯增韌陶瓷制造的模具可比硬質(zhì)合金模使用壽命高幾十倍。含氧化鎂的PSZ其抗彎強度可達400 MPa。

Ⅴ.氧化鋯增韌陶瓷的缺點是無延展性，熱導(dǎo)率低，熱膨脹與金屬材料并不匹配，在設(shè)計和使用時應(yīng)該加以考慮。氧化鋯和由于其優(yōu)良的使用性能生產(chǎn)拉絲模、拉深模等，常用于拉深不銹鋼工藝。

②碳化物陶瓷

碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化硼、碳化鈰、碳化鉬、碳化鈮、碳化鋯、碳化鈦、碳化釩、碳化鎢、碳化鉭等。這類碳化物具有很高的熔點、硬度和耐磨性，但耐高溫氧化能力差 （約900℃～1000℃），脆性較大。

a.碳化物陶瓷的性質(zhì)

Ⅰ.碳化物陶瓷具有高熔點。例如碳化鈦的熔點是3460℃，碳化鎢的熔點2720℃，碳化鋯的熔點3540℃。

Ⅱ.碳化物陶瓷硬度較高。例如碳化硼是僅次于金剛石和立方氮化硼最硬材料。

Ⅲ. 良好的導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。碳化物陶瓷不與酸發(fā)生反應(yīng)，個別金屬碳化物陶瓷即使加熱也不與酸發(fā)生反應(yīng)，最穩(wěn)定的碳化物陶瓷甚至不受硝酸 氫氟酸混合液的腐蝕。

b.碳化物陶瓷的分類

Ⅰ.碳化硅陶瓷

碳化硅陶瓷密度為 3.2×10 kg/m3，彎曲強度為200～250 MPa，抗壓強度1000～1500 MPa，硬度莫氏9.2，熱導(dǎo)率很高，熱膨脹系數(shù)很小，在900℃～1300℃時慢慢氧化。

Ⅱ.碳化硼陶瓷

碳化硼陶瓷硬度極高，抗磨粒磨損能力很強; 熔點達2450℃，高溫下會快速氧化，與熱或熔融黑色金屬發(fā)生反應(yīng)，使用溫度限定在980℃以下。主要用于作磨料，有時用于制造超硬質(zhì)工具材料。

Ⅲ.其他碳化物陶瓷

碳化鉬、碳化鈮、碳化鉭、碳化鎢和碳化鋯陶瓷的熔點和硬度都很高，在2000℃以上的中性或還原氣氛作高溫材料; 碳化鈮、碳化鈦用于2500℃以上的氮氣氣氛中的高溫材料。

碳化物陶瓷主要用于化工、汽車工業(yè)、核工業(yè)、微電子工業(yè)、激光等領(lǐng)域作高溫材料或高功率材料。在模具制造中，常用于耐磨、耐蝕性拉絲模、成型模、熱壓鑄模具、蜂窩陶瓷模具等。

③硼化物陶瓷

a.硼化物陶瓷的性質(zhì)

Ⅰ.優(yōu)良的高溫特性。熔點范圍為1800℃～2500℃，具有較高的抗高溫氧化性能，使用溫度達1400℃。在800℃的高溫下其彎曲強度也幾乎不下降，而且其硬度隨溫度上升而下降的比例也較其他材料小。

Ⅱ.具有高韌性。在室溫下，其斷裂韌性值K_IC達30 MN/m功，此一數(shù)值相當(dāng)于有代表性的工程陶瓷碳化硅的6～8倍。當(dāng)B₄C的晶粒細化到5μm時，強度為500～600 MPa，晶粒尺寸小于1μm時，強度達1000 MPa以上。

Ⅲ.硬度高，耐磨性好。硬度為1000 HV左右，具有高的剪切模量。耐化學(xué)浸蝕能力，難揮發(fā)，但高溫抗蝕性、抗氧化性較差。

b.硼化物陶瓷的類型

常用的硼化物陶瓷分別以二硼化鋯 （ZrB₂）、二硼化鈦（TiB₂）、六硼化鑭 （LaB₆） 等硼化物制成的硼化鋯陶瓷、硼化鈦陶瓷、硼化鉻陶瓷、硼化鉬陶瓷和硼化鎢陶瓷等。

硼化物陶瓷具有高熔點、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性以及高耐磨、耐腐蝕性等特點，是重要的耐火材料之一。在核工業(yè)、宇航等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。主要用于高溫軸承、內(nèi)燃機噴嘴、各種高溫器件、處理熔融非鐵金屬的器件、電觸點材料、耐磨材料及工具材料等。在模具制造中常用于制造模具結(jié)構(gòu)元件、耐熱構(gòu)件等。

④氮化物陶瓷

氮化物陶瓷是氮與金屬或非金屬元素以共價鍵相結(jié)合的難熔化合物為主要成分的陶瓷。

Ⅰ.氮化物陶瓷的性質(zhì)

a. 以四氮化三硅陶瓷的抗氧化能力最佳，1400℃時開始活性氧化，抗化學(xué)腐蝕性很好。有的還具有特殊的機械、介電或?qū)嵝阅堋?/p>

b.燒結(jié)較困難。先制出優(yōu)質(zhì)粉末原料，然后采用氮化反應(yīng)燒結(jié)法和熱壓法燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)法等制成陶瓷制品。

Ⅱ.氮化物陶瓷的類型

應(yīng)用較廣的陶瓷有四氮化三硅 （Si₃N₄）、氮化硼 （BN）、氮化鋁（AlN） 等陶瓷。

特種陶瓷是在現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的推動和培育下，它們"繁殖"得非?？?，尤其在近二、三十年，新品種層出不窮，令人眼花繚亂。按照化學(xué)組成劃分有：

①氧化物陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、二氧化鈦、二氧化釷、三氧化鈾等。

②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾等。

③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化鈾等。

④硼化物陶瓷：硼化鋯、硼化鑭等。

⑤硅化物陶瓷：二硅化鉬等。

⑥氟化物陶瓷：氟化鎂、氟化鈣、三氟化鑭等。