高性能特种陶瓷材料介绍

现代工业要求高性能的制品，用人工合成的原料，采用普通陶瓷的工艺制得的新材料，称为特种陶瓷。它包括氧化物陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硼陶瓷等几种。

1.氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷是以Al2O3 为主要成分的陶瓷，Al2O3 含量大于46%，也称为高铝陶瓷。Al2O3 含量在90%～99.5%时称为刚玉瓷。按Al2O3 的成分可分为75 瓷、85 瓷、96 瓷、99瓷等。氧化铝含量越高性能越好。氧化铝瓷耐高温性能很好，在氧化气氛中可使用到1 950 ℃。氧化铝瓷的硬度高、电绝缘性能好、耐蚀性和耐磨性也很好，可用作高温器皿、刀具、内燃机火花塞、轴承、化工用泵、阀门等。

2.氮化硅陶瓷

氮化硅是键性很强的共价键化合物，稳定性极强，除氢氟酸外，能耐各种酸和碱的腐蚀，也能抵抗熔融有色金属的浸蚀。氮化硅的硬度很高，仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼； 有良好的耐磨性，摩擦系数小，只有0.1～0.2，相当于加油的金属表面。氮化硅还有自润滑性，可在润滑剂的条件下使用，是一种非常优良的耐磨材料。氮化硅的热膨胀系数小，有极好的抗温度急变性。

氮化硅按生产方法分为反应烧结氮化硅和热压烧结氮化硅两种。反应烧结氮化硅可用于耐磨、耐腐蚀、耐高温、绝缘的零件，如腐蚀介质下工作的机械密封环、高温轴承、热电偶套管、输送铝液的管道和阀门、燃气轮机叶片、炼钢生产的铁水流量计以及农药喷雾器的零件等。热压烧结氮化硅主要用于刀具，可进行淬火钢、冷硬铸铁等高硬材料的精加工和半精加工，也用于钢结硬质合金、镍基合金等的加工，它的成本比金刚石和立方氮化硼刀具低。热压氮化硅还可用作转子发动机的叶片、高温轴承等。

3.碳化硅陶瓷

碳化硅的高温强度大，其他陶瓷在1 200 ℃～1 400 ℃时强度显著下降，而碳化硅的抗弯强度在1 400 ℃时仍保持500～600 MPa。碳化硅的热传导能力很高，仅次于氧化铍，它的热稳定性、耐蚀性、耐磨性也很好。

碳化硅是用于1 500 ℃以上工作部件的良好结构材料，如火箭尾喷管的喷嘴、浇注金属中的喉嘴以及炉管、热电偶套管等。还可用作高温轴承、高温热交换器、核燃料的包封材料以及各种泵的密封圈等。

4.氮化硼陶瓷(https://www.xing528.com)

氮化硼晶体属六方晶系，结构与石墨相似，性能也有很多相似之处，所以又叫“白石墨”。它有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，是理想的散热材料和高温绝缘材料。氮化硼的化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的浸蚀，它也有很好的自润滑性。氮化硼制品的硬度低，可进行机械加工，精度为1/100 mm。氮化硼可用于制造熔炼半导体的坩埚及冶金用高温容器、半导体散热绝缘零件、高温轴承、热电偶套管及玻璃成型模具等。

氮化硼的另一种晶体结构是立方晶格。立方氮化硼结构牢固，硬度和金刚石接近，是优良的耐磨材料，也用于制造刀具。

5.氧化锆陶瓷

氧化锆的熔点为2 715 ℃，在氧化气氛中2 400 ℃时是稳定的，使用温度可达到2 300 ℃。它的导热率小，高温下是良好的隔热材料，室温下是绝缘体，到1 000 ℃以上成为导电体，可用作1 800 ℃以上的高温发热体。氧化锆陶瓷一般用作钯、铑等金属的坩埚、离子导电材料等。

6.氧化铍陶瓷

氧化铍的熔点为2 570 ℃，在还原性气氛中特别稳定。它的导热性极好，和铝相近，其抗热冲击性很好，适于作高频电炉的坩埚，还可以用作激光管、晶体管散热片、集成电路的外壳和基片等。但氧化铍的粉末和蒸气有毒性，这影响了它的使用。

7.氧化镁陶瓷

氧化镁的熔点为2 800 ℃，氧化气氛中使用可在2 300 ℃保持稳定，在还原性气氛中使用时1 700 ℃就不稳定了。氧化镁陶瓷是典型的碱性耐火材料，用于冶炼高纯度铁、铁合金、铜、铝、镁等以及熔化高纯度铀、钍及其合金。它的缺点是机械强度低、热稳定性差、容易水解。