陶瓷材料的结构及性能特点

1）陶瓷材料的结构

陶瓷材料是多相多晶材料，一般由晶相、玻璃相和气相组成。图7－6所示为做绝缘电器装置的普通电瓷室温显微组织。其中的白色点状为一次莫来石，白色针状为二次莫来石，白色大块状为残留石英，圆形的黑洞为气孔，大量的暗黑色的基体为玻璃相。这是一种普通陶瓷的典型组织，是由晶相（莫来石、石英）、玻璃相和气相组成的。陶瓷显微结构是由原料、组成和制造工艺所决定的。

晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。晶相分为主晶相、次晶相和第三晶相等，主晶相对陶瓷材料的性能起决定性作用。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物三种。硅酸盐的基本结构是硅氧四面体［SiO4］4－，4个氧离子构成四面体，硅离子位于四面体间隙中，四面体之间的连接方式不同，构成不同结构的硅酸盐，如岛状、链状、层状、立体网状等。大多数氧化物的结构是氧离子密堆的立方和六方结构，金属离子位于其八面体或四面体间隙中。

图7－6　普通电瓷的显微组织（1200×）

玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是粘接晶相，填充晶相间的空隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相的组成随着坯料组成、分散度、烧结时间以及炉（窑）内气氛的不同而变化。玻璃相会降低陶瓷的强度、耐热耐火性和绝缘性。陶瓷中玻璃相的体积分数一般为20%～40%。(https://www.xing528.com)

气相（气孔）是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量、形状、分布等的影响。气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低绝缘性，降低致密度，提高绝热性和抗振性。对功能陶瓷的光、电、磁等性能也会产生影响。普通陶瓷的气孔率为5%～10%（体积分数），特种陶瓷和功能陶瓷为5%以下。

2）陶瓷材料的性能

（1）力学性能

陶瓷材料具有极高的硬度和优良的耐磨性，其硬度一般为1 000～5 000HV，而淬火钢一般不超过800HV。陶瓷的弹性模量高，刚度大，是各种材料中最高的。由于晶界的存在，陶瓷的实际强度比理论值要低得多，其强度和应力状态有密切关系。陶瓷的抗拉强度很低；抗弯强度稍高；抗压强度很高，一般比抗拉强度高10倍。陶瓷的塑性、韧性低，脆性大，在室温下几乎没有塑性。

（2）物理化学性能

陶瓷的熔点很高，大多在2 000℃以上，因此具有很高的耐热性能。陶瓷的线胀系数小，导热性和抗热振性都较差，受热冲击时容易破裂。陶瓷的化学稳定性高，抗氧化性优良，对酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性。陶瓷有各种电学性能，大多数陶瓷具有高电阻率，少数陶瓷具有半导体性质。许多陶瓷具有特殊的性能，如光学性能、电磁性能等。