常用陶瓷材料的性能、特点及用途分析

1.普通陶瓷(传统陶瓷)

普通陶瓷产量最大，具有质地坚硬、不会氧化生锈、耐腐蚀、不导电、耐一定高温、加工成形性好、成本低廉等优点，所以广泛用作建筑、日用、卫生、化工、纺织、高低压电气等行业的结构件和用品。例如，化学工业用的耐酸耐碱容器、管道、反应塔，供电系统用的绝缘子、瓷套等。但是这类陶瓷抗拉强度较低、抗热冲击性差、热膨胀系数和导热系数均低于金属。

2.特种陶瓷

凡是具有某些特殊的物理和化学性能的陶瓷统称特种陶瓷，包括高温陶瓷、金属陶瓷、压电陶瓷等功能陶瓷。在机械工程上应用最多的是高温陶瓷。

(1)高温陶瓷。高温陶瓷分为以下两种类型:

①氧化物陶瓷。以纯氧化物(Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等)为基(晶相)的陶瓷称为氧化物陶瓷，通常熔点超过2000℃，具有高的室温强度和高温强度、良好的化学稳定性和介电性能，但热稳定性一般较差。目前以氧化铝陶瓷应用最多。

氧化铝陶瓷主要成分是刚玉(Al2O3)，其质量分数在45%以上。按照瓷坯中主晶相的不同，可分为刚玉瓷和莫来石瓷等。

氧化铝陶瓷具有各种优良的性能，如耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、高温绝缘性好等。微晶刚玉硬度达92～93HRA，热硬性达1200℃，因此这类陶瓷在机械工程上用途尤为广泛。例如，可作为高温实验的容器和熔融金属的坩埚，内燃机用火花塞，熔模精铸用的耐火材料，各种模具、量具，精密切削高硬度材料(淬火钢和冷硬铸铁)的切削刀具，大型零件高速切削刀具等。此外，某些新型氧化铝陶瓷(如氧化铝金属陶瓷)由于强度、耐磨性、抗热震性更高，还可用作机械上的耐磨零件，如金属拉丝模，化工、石油用泵的密封环等。

②非氧化物陶瓷。主要特点是耐高温、硬度高，但脆性大。目前应用最广的是碳化硅陶瓷。(www.xing528.com)

碳化硅陶瓷(SiC)。这是一种高强度、高硬度且热硬性良好的高温结构陶瓷。在1400℃高温下仍可保持较高的抗弯强度，还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性、高的冲击韧度和抗蠕变性，但不抗强碱。此陶瓷可用于制作火箭尾喷管的喷嘴、浇注金属用喉嘴，以及热电偶套管、炉管等高温零部件，还可用作高温下热交换器材料以及制造砂轮、磨料等。

氮化硅陶瓷(Si3N4)。这是一种耐高温、强度和硬度高、耐磨、耐腐蚀(除氢氟酸外)并能自润滑的高温结构陶瓷。在陶瓷中，Si3N4的线胀系数最小，最高工作温度可达1400℃，除了能够耐各种无机酸和30%的烧碱溶液及其他碱溶液的腐蚀，还能抵抗熔融的Al、Pb、Sn、Zn、Au、Ag、Ni以及黄铜等的侵蚀，并具有优良的电绝缘性和耐辐射性。

(2)金属陶瓷。金属陶瓷是由金属或合金与陶瓷组成的非均质复合材料，综合了金属和陶瓷的优良性能，具有高强度、高温强度、高韧性和高的耐蚀性。

金属陶瓷中常用陶瓷材料有各种氧化物、碳化物和氯化物，如Al2O3、MgO、TiC、WC、TiB等，常用的金属则是铁、铬、镍、钴及其合金等。采用不同组分和不同比例的金属与陶瓷制成的金属陶瓷，可以得到不同性能和用途的材料。作为工具用的金属陶瓷均以陶瓷为主；作为结构材料的金属陶瓷，则是以金属为主，含量较高。现在实际使用的大多是以陶瓷(氧化物和碳化物)为主的金属陶瓷，且在切削工具方面得到广泛应用。

①氧化物基金属陶瓷。这类金属陶瓷是应用最早、最广泛的(如Al2O3＋Cr)，其中wCr<10%。铬的高温性能好，氧化时生成Cr2O3膜，而Cr2O3膜又与Al2O3形成固溶体，把氧化铝粉牢固地黏在一起，所以这种陶瓷比纯氧化铝陶瓷的韧性好，热稳定性和抗氧化性均有改善。如果再加入Ni和Fe，则在高温下形成FeO、Al2O3、NiO·Al2O3复杂氧化物，可进一步改善陶瓷的高温性能。

这种金属陶瓷主要作为切削工具。切削时黏着倾向小，有利于提高被加工件的加工精度提高表面质量，故适用于高速切削，尤其适于切削65HRC左右的淬火钢和冷硬铸铁。

②碳化物基金属陶瓷。工具材料中的硬质合金就是一种碳化物基金属陶瓷，其黏结剂主要是铁族元素，如TiC－Ni、WC－Co等。作为工具材料时，是利用碳化物的高硬度和金属的韧性；作为高温结构材料时，是利用碳化物的高温强度和金属塑性。

高温材料的金属陶瓷，其抗氧化能力大，熔点和硬度都很高，强度较大且密度小。常用的黏结剂有Ni和Co，有时还加入少量难熔元素Cr、Mn、W等，以提高韧性和热稳定性。碳化物基耐热材料金属陶瓷的牌号有K152B(wTiC＋Ni＝30%)、K184B(wTiC＋Ni40%＋wCr3%＋wMo4%＋wAl3%)等，已应用于航空、航天工业中的部分耐热构件，并可望用于制造涡轮喷气发动机中的燃烧室、涡轮叶片、涡轮盘、汽车发动机等结构件。