陶瓷材料的性能特点及应用

陶瓷是人类应用最早的材料之一。传统意义上的“陶瓷”是陶器和瓷器的总称，现代陶瓷被看做是除金属材料和有机高分子材料以外的所有固体材料，所以陶瓷亦称无机非金属材料，与金属、高分子材料一起被称为三大支柱材料。

所谓陶瓷是指以天然硅酸盐（黏土、石英、长石等）或人工合成化合物（氮化物、氧化物、碳化物等）为原料，经过制粉、配料、成型、高温烧结而成的无机非金属材料。由于它的一系列性能优点，其不仅用于制作像餐具之类的生活用品，而且在现代工业中已取得越来越广泛的应用。

1）陶瓷的性能

（1）刚度大，硬度和抗压强度高，塑性差。硬度大多在1 500HV以上，一般都高于金属和高分子材料。

（2）具有良好的抗氧化能力，并且耐酸、碱、盐的能力强。

（3）熔点高（多数在2 000℃以上），导热性小，有高的热硬性（1 000℃）及优良的隔热性能。

（4）大多数陶瓷有高的绝缘性能。

2）陶瓷的分类

按原料的来源不同，陶瓷可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（近代陶瓷）。

按用途不同，陶瓷分为日用陶瓷和工业陶瓷。工业陶瓷又分为工程陶瓷和功能陶瓷。

按化学组成不同，陶瓷可以分为氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和碳化物陶瓷。

3）常用陶瓷材料

（1）普通陶瓷。普通陶瓷是用黏土、长石和石英等天然原料，经粉碎配置、坯料成型、烧结而成的，这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，其性能取决于三种原料的纯度、粒度与比例。普通陶瓷质地坚硬，不会氧化生锈，不导电，能耐1 200℃高温。加工成型性好，成本低廉，强度较低，耐高温性和绝缘性不如特种陶瓷。(www.xing528.com)

普通陶瓷广泛应用于生活日用品外，工业普通陶瓷主要用于电气、化工、建筑、纺织等部门。如用于装饰板、卫生间装置及器具等的日用陶瓷和建筑陶瓷；用于化工、制药、食品等工业及实验室中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿等化工陶瓷；用于电气等的绝缘陶瓷等。

（2）特种陶瓷。特种陶瓷也叫现代陶瓷、精细陶瓷或高性能陶瓷。它的原料是人工提炼的，即纯度较高的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等化合物。这类陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。

①氧化物陶瓷。氧化铝（刚玉）陶瓷是以Al2O3为主要成分，含有少量的SiO2。熔点达2 050℃，抗氧化性强，强度比普通陶瓷高2～3倍。可用作内燃机火花塞、空压机泵零件等；较高纯度的Al2O3粉末压制成型烧结后可制得刚玉耐火砖、高压器皿、坩埚、电炉炉管、热电偶套管等；微晶刚玉的硬度极高（仅次于金刚石），有很好的耐磨性，热硬性高达1 200℃，可用于制作切削淬火钢的刀具、金属拔丝模等。

氧化铍陶瓷具有极好的导热性，很高的热稳定性，抗热冲击性较高，经常用来制造坩埚、真空陶瓷、原子反应堆陶瓷、气体激光器、晶体管散热片、集成电路的基片和外壳等。

②碳化物陶瓷。碳化硅陶瓷的特点是高温强度高，热传导能力强，耐磨、耐蚀、抗蠕变。可用于制作火箭尾的喷嘴、热电偶套管等高温零件，也可作为加热元件、石墨表面保护层以及机械制造磨削加工用的砂轮的磨料等。

碳化硼陶瓷硬度极高，抗磨料磨损能力强，其最大用途是用于制作磨料和磨具，有时用于制作超硬工具材料。

③氮化物陶瓷。氮化硅硬度高，耐磨性好，摩擦因数低，有自润滑作用，是优良的减摩材料；有优良的抗高温蠕变性，可作为优良的高温结构材料；能耐很多无机酸和碱溶液侵蚀，是优良的耐腐蚀材料。常用于制造各种泵的耐腐蚀耐磨密封环、高温轴承、转子叶片以及加工难切削材料的刀具等。

氮化硼导热性好、耐热性好，有自润滑性，高温下耐腐蚀、绝缘性好，可用于制作耐磨切削刀具、高温模具和磨料等。

（3）金属陶瓷。金属陶瓷是以金属氧化物（如Al2O3）或金属碳化物（如TiC、WC、TaC、NbC等）为主要成分，再加入适量的金属粉末（如Co、Cr、Ni、Mo等及其合金），通过粉末冶金方法制成，具有金属的某些特性的陶瓷。如我们在前面讲过的硬质合金就是一种金属陶瓷。

金属和陶瓷按不同配比组成工具材料（陶瓷为主）、高温结构材料（金属为主）和特殊性能材料。氧化物金属陶瓷多以铬为黏结金属，热稳定性和抗氧化能力较好，韧性高，可作为高速切削工具的材料，还可用于制作高温下工作的耐磨件，如喷嘴、热拉丝模以及耐蚀环规、机械密封环等。

伴随着各种新型材料的异军突起，离子陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷、光学陶瓷、敏感陶瓷（如光敏、气敏、热敏、湿敏等）、激光陶瓷、超导陶瓷等性能各异的功能陶瓷也在不断地涌现，在各个领域发挥着巨大的作用。