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陶瓷材料_图文_百度文库

作者:admin 发布时间:2019-06-25 13:36 浏览:

  第5章 陶瓷材料 陶瓷材料是人类应用最早的材料。传统的陶 瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料, 新近发展起来的先进陶瓷或称精细陶瓷,成分扩 展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等, 其内涵远远超出了传统陶瓷范畴,几乎涉及整个 无机非金属领域。 什么是陶? 什么是瓷? 陶和瓷的区别是什么? 陶器和瓷器的主要区别 一、烧成温度不同。陶器烧成温度一般都低于瓷器,最低甚 至达到800℃以下,最高可达1100℃左右。瓷器的烧成 温度则比较高,大都在1200℃以上,甚至有的达到 1400℃左右。 二、坚硬程度不同。陶器烧成温度低,坯体并未完全烧结, 敲击时声音发闷,胎体硬度较差,有的甚至可以用钢刀 划出沟痕。瓷器的烧成温度高,胎体基本烧结,敲击时 声音清脆,胎体表面用一般钢刀很难划出沟痕。 三、使用原料不同。陶器的胎料是普通的粘土,瓷器的胎料则 是瓷土,即高岭土。 四、透明度不同。陶器的坯体即使比较薄也不具备半透明 的特点。瓷器的胎体无论薄厚,都具有半透明的特点。 五、釉料不同。陶器多不施釉或施低温釉,即一般的陶器表 面无釉,即使有釉也是低温釉。瓷器则多施釉,瓷器的 釉料有两种,既可在高温下与胎体一次烧成,也可在高 温素烧胎上再挂低温釉,第二次低温烧成。 六、吸水率不同。陶器有较强的吸水性。一般来说,瓷的吸 水率小于0.5%,而陶的吸水率大于10%。 七、含铁量不同。陶的含铁量一般在3%以上,瓷胎含铁量一 般在3%以下。 八、胎体特征不同。陶器未玻化或玻化程度差,结构不致 密,断面粗糙。瓷器玻化程度高,结构致密。 在远古的石器时代,人类的祖先用天然的石头做成刀、 斧、针和武器。 在人类学会用火之后,人们用粘土加上水,合成泥, 捏成各种器皿的形状,然后在火中焙烧,得到了十分坚硬 的陶器。据考古学家分析,距今大约1万年前,就有陶器出 现。这是人类最早、最伟大的文明创造。恩格斯把陶器的 出现称为新石器时代开始的标志。 在我国,陶器大约出现在8000年前,经过历代的改进, 技术水平提高很快。 有了陶器,人类可以吃煮熟的谷物,喝煮开的水,可 以长时间地储存食物;陶器也是最初的耐火材料,为以后 的铜、铁冶炼提供了物质条件,为人类的进化立下了不朽 的功勋。 陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高。 秦兵马俑 兵马俑,亦称陶俑,是典型的陶制品. 举世闻名的秦兵马俑是秦代制陶工人的杰作。原料就 地取土,未加调配。使用如此一般的粘土烧制这样巨大的 陶俑而不变型,历经2000余年不损坏,这说明当时制陶技 术的精湛、高超。 著名的唐三彩创始于唐高宗时期。 所谓三彩,是用白色粘土做胎,以 Cu、Fe、Co、Mn等的矿物做釉的着 色剂,经两次烧制后,成为绚丽多 彩的陶器精品。颜色以黄、绿和白 色为主,故称“唐三彩”。但三彩 是表示多色,并不是在一件器物上 只限于三种色釉。 唐三彩色调富丽,图案优美, 尤以塑造的各种舞俑和三彩马俑更 为生动。 宜兴紫砂壶自明朝流传至今,制造技术精湛, 色泽淳朴,用来泡茶,茶不失原味,耐热保温,不 易变质。紫砂泥由粘土、石英、云母、赤铁矿组▷•●成, 其中Fe2O3含量约占7%-10%,TiO21%。 经过了几千年的发展,出现了瓷器。从陶到瓷, 在技术上主要实现了三大突破: ?瓷土的发现和利用 瓷土与陶土相比,Fe2O3、CaO、MgO 等称为助熔剂的物质明显减少,SiO2的含量也降至70%以下, 而Al2O3的含量显著增加。 ?釉的发明和创新 釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质, 它是用矿物(长石、方解石、石英、滑石、高岭土等)和颜 料按照一定的比例配制而成,用多种方法施于陶瓷胚体表面。 ?烧制温度的提高 烧制温度从800~1000℃提高到1200℃以上, 相应配套▼▲的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在 瓷器的表面,冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、 色彩艳丽动人。 瓷器是我国古代最重要的发明之一,凝聚着我国劳动人 民的智慧。最早出现于距今3000多年前的商周,后经过近 1000年的发展,到汉代已日趋成熟,在唐、宋、元、明、清 历代,造瓷技术水平登峰造极,江西景德镇的薄胎瓷器被赞 为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬。至今藏于中国故宫博 物院的大批古瓷器都是传世珍品。 元代(公元1271~1368年) 是中国青花瓷器烧造工艺发展历史上的重要时期。这 一时期在前代釉下彩等工艺的基础上逐步确立、完善了 青花瓷器的烧造技术,并形成了自身的独特风格。到明清 时期(公元1368~1911年),青花瓷器已经发展成为中国 瓷器中的主要产品。 一、陶瓷材料基础知识 1.陶瓷的定义 ★ 陶瓷的传统定义:陶器和瓷器的总称,包括玻 璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等。 ★ 陶瓷的狭义定义—以粘土为主要原料,经高温 烧制的制品。 ★ 陶瓷的广义定义—经高温烧制的无机非金属材 料的总称。 ★ 陶瓷的精确定义—用天然原料或人工合成的粉 状化合物,经过成形和高温烧结制成的,由无 机化合物构成的多相固体材料。 2. 陶瓷的分类 日用陶瓷 日用瓷器是日常生活中人们接触最多,也是 熟悉的瓷器,如餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭 具等陈设瓷等。在历史上,日用瓷器是从日用陶 器发展而来的,又因为两者在性能和制造工艺上 有相似之处,所以,习惯上把它们放在一起,统 称为日用陶瓷。 日用陶瓷 唐山骨质瓷茶具 景德镇飞天雕塑 景德镇三阳开泰 日用陶瓷的细分类 特征 吸水率 类别 粗陶器 (%) 特 不施釉,制作粗糙 征 >15 ≤12 7~10 3~7 1~3 ≤1 ≤0.5 陶 器 普通陶器 细陶器 断面颗粒较粗,气孔较大,表面施釉,制作不够 精细 断面颗粒较细,气孔较小,结构均匀,表面施釉, 制作◆▼精细 透光性差,胎体较厚,断面呈石状,制作较粗, 透光性差,胎体较薄,断面呈石状,制作较细 有一定透光性,断面呈石状或贝壳状,制作较精 细 透光性好,断面细腻,呈贝壳状,制作精细 炻 器 瓷 器 粗炻器 细炻器 普通瓷器 细瓷器 现代陶瓷的分类 主要种类 日用陶瓷 类别 餐茶具 陈设瓷 墙地砖 按用途、性能等细分的品种 中西餐茶具:盘,碗,杯,碟,壶等 花瓶,陶瓷雕塑,陶瓷画, 外墙砖,内墙砖,地砖 洗面器,大小便器,洗涤器,手纸盒 用于≤1KV的电瓷 用于≥1KV的电瓷, 利用本征特性,如装置瓷,电阻等 普 通 陶 瓷 建筑卫生陶瓷 卫生陶瓷 低压电瓷 电 瓷 高压电瓷 电子陶瓷 先 进 陶 瓷 功能陶瓷 功能陶瓷 结构陶瓷 结构陶瓷 利用功能特性,如敏感、压电陶瓷 利用本征特性,如高强度,耐高温, 耐磨,耐腐蚀等 建筑卫生陶瓷 建筑陶瓷:用于建筑物饰面或 作为建筑构件的陶瓷制品。 卫生陶瓷:用作卫生设施的有 釉陶瓷制品。 电瓷:主要由粘土、长石、石英(或铝氧原料)等 硅酸盐原料混合配制,经加工成形,在较高温度下 烧制而获得的无机绝缘材料。 序 分类 材料类别 主要适用范围 1 压制硅质瓷 低压绝缘子 硅质 低压绝缘子、一般高压绝缘子或 2 硅质瓷 瓷套 电瓷 3 高强硅质瓷 高压绝缘子或瓷套 高压、超高压绝缘子或瓷套 4 铝质 铝质瓷 5 电瓷 高强铝质瓷 高压、超高压绝缘子或瓷套 电瓷 金属氧化物避雷器 10kV瓷拉棒绝缘子 盘型悬式绝缘子 3、陶瓷材料的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 (高聚物20HV,淬火钢500-800HV,陶瓷1000-5000HV) (2)刚度 是各类材料中最高的。 (塑料1380MN/m2,钢 207000MN/m2) (3)强度 理论强度很高;由于晶界的存在,实际强度比理论值 低的多。耐压(抗压强度高),抗弯(抗弯强度高),不耐 拉(抗拉强度很低,比抗压强度低一个数量级)较高的高温 强度。 (4) 塑性低:在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差,脆性大,是陶瓷的最大缺点。 20 (6) 热膨胀性低-导热性差,多为较好的绝热材料 (λ=10-210-5w/m﹒K) (7) 热稳定性—抗热振性(在不同温度范围波动时的寿命)急 冷到 水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很 低(比金属低的多,日用陶瓷220℃) (8) 化学稳定性:耐高温,耐火,不可燃烧,抗蚀(抗液体金 属、 酸、碱、盐) (9) 导电性:大多数是良好的▪•★绝缘体,同时也有不少半导体 (NiO,Fe3O4等) (10)★-●=•▽其它:不可燃烧,高耐热,不老化,温度急变抗力低。 4、陶瓷材料的相组成特点和结合键特点 通常由三种不同的相组成 晶相 气相 玻璃相 晶相是陶瓷材料中主要的 组成相,决定陶瓷材料物 理化学性质的主要是晶相。 气相是在工艺过程中形 成并保留下来的。 玻璃相的作用是充填晶粒间隙、 粘结晶粒、提高材料致密度、降 低烧结温度和抑制晶粒长大。 陶瓷材料的结合键特点 陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮 化物、硅化物等,因而其结合键以离子键(如 Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。 离子键 共价键 24 ? 陶瓷材料以离子键结合为主,由于 离子键的结合力大,因此离子晶体 的硬度高,强度大,热膨胀系数小, 但脆性大。 NaCl 25 5、陶瓷的制备过程 原料的制备 粘土——细颗粒含水铝硅酸盐用水混合, 具有可塑性,是作为基础。 石英——无水SiO2,难熔,可减粘,在瓷 坯中起骨架作用。 长石——含K、Na、Ca离子的无水硅酸盐 ,属熔剂。 坯体成型 可塑成形——传统陶瓷用较多 注浆成形——浆料浇注到石膏模中成形, 用于制造日用陶瓷和建筑陶瓷等形状复杂 件 压制成形——粉料加入塑化剂,在金属模 具加压成形 陶瓷的烧结 干燥的毛坯加热高温烧结,相变获得要 求的性能 1) 注浆成型法 这种成型方法是将坯料泥浆注入石膏模内,石膏将水中所悬浮的粘土与水 一起吸引到模的表面,水被石膏吸收后就形成与模型一样形状的坯料。 2)可塑成型法 可塑性成型就是采用具有捏练状态的湿坯泥成型的方法。其成型方 法有:挤出成型,热压成型,湿式及半湿式成型等。 3)压制成型法 将粒料和粉料加压变形而固结成型,它分湿压法和干压法。 压制成型 陶瓷材料的工艺特点 粉体-成型-烧结 30 6、先进陶瓷材料 先进陶瓷又称为新型陶瓷、精细陶瓷、高性 能陶瓷、高技术陶瓷,其内涵远远超出了传统普 通陶瓷范畴,几乎涉及整个无机非金属领域。 一般认为,先进陶瓷是采用高度精选且具有 特定化学组成的原料,按照便于进行结构设计和 控制的工艺进行制备、加工,得到的具有优异性 能的陶瓷。 6.1 先进陶瓷与传统陶瓷的差别 (1)原材料不同:先进陶瓷选用人工合成或提纯的 高质量粉体作起始原料;后者则将天然矿物,如黏 土、石英、长石等,经过粉碎、除渣等工艺处理后 直接使用。 (2)化学组成不同:先进陶瓷除氧化物外,还有氮 ◁☆●•○△化物、碳化物、硼化物、硅化物★△◁◁▽▼等,它们的化学和 相组成简单明晰,纯度高,显微结构均匀细密。传 统陶瓷以氧化物为主,其化学和相组成均复杂多变, 显微结☆△◆▲■构粗劣且多气孔。 先进陶瓷与传统陶瓷的差别 (3)制备工艺不同。先进陶瓷必须加入添加剂才能进行干法 或湿法成型,烧结温度较高(1200 ℃ -2200℃),且需加 工后处理;而普通陶瓷烧结温度较低(900℃-1400℃)。 (4)品种不同。先进陶瓷除烧结体外,还有单晶、薄膜、纤 维、复合物;而传统陶瓷主要是天然硅酸盐矿物原体的烧 结体。 (5)用途不同。先进陶瓷因为优异的力、光、电、磁性能等, 被广泛应用于石油、化工、电子、航空航天、核动力、军 事、纺织、生物和汽车等诸多工业领域,传统陶瓷一般仅 限于◇•■★▼日用和建筑使用。 6.2 先进陶瓷材料的分类 根据性能和应用不同,先进陶瓷材料可以分为结构陶 瓷、功能陶瓷和陶瓷涂层★▽…◇材料等。 结构陶瓷:在工程结构上使用的陶瓷称为结构陶瓷, 具有高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐 磨损、耐烧蚀等优越性能。 功能陶瓷:利用陶瓷具有的物理性能(电、磁、光、 压电、热释电等)制造的陶瓷材料称为功能陶瓷,也称为 电子陶瓷,它具有的物理性能差异很大。 陶瓷涂层材料:在生产中,几乎所有部件都可以用涂 层的办法来满足其对耐高温、耐化学腐蚀的要求,即加工 成陶瓷涂层材料。 结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、 耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结 构陶瓷材料。 不同形状的特种结构陶瓷件 结构陶瓷: ? 这类陶瓷是作为结构材料用 于制造结构零部件,要求有 更▲★-●好的力学性能,如强度、 韧性、硬度、模量、耐磨性 及高温性能等。 ? 不同成分陶瓷均可设计成为 结构陶瓷,如Al•●2O3、Si3N4、 ZrO2等,是常用的结构陶瓷。 陶瓷零件 36 氧化铝陶瓷 成分: Al2O3+少量SiO2 氧化铝陶瓷是一种技术成熟、工艺 稳定、材料性能优良的结构陶瓷材 料。由于其具有较好的耐磨性、抗 腐蚀性以及具有较高的强度、硬度 和相对较低的价格,因而被广泛的 使用作为耐磨材料、密封制品等结 构部件。同时氧化铝陶瓷又具有较 佳的绝缘性能,也常作为绝缘部件 应用于电子、电器零部件。 37 氧化铝陶瓷被广泛用作耐 火材料,如耐火砖、坩埚热偶 套管,淬火钢的切削刀具、金 属拔丝模,内燃机的火花塞, 氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环 火箭、导弹的导流罩及轴承等。 氧化铝陶瓷坩埚 氧化铝陶瓷转心球阀 氮化硅陶瓷 成分:以Si3N4为主要成分的陶瓷 氮化硅陶瓷具有很高的硬度, 摩擦系数小,耐磨性好,抗热振性 大大高于其它陶瓷。它具有优良的 化学稳定性,能耐除氢氟酸、氢氧 化钠外的其他酸和碱性溶液的腐蚀, 以及抗熔融金属的侵蚀。它还具有 优良的绝缘性能。 用于制造切削刀具、高温•□▼◁▼轴承、氮化硅高性能陶瓷,是一种通过化学反 泵密封环、热电偶保护套、缸套、 有密度小、高强度、高硬度、耐磨损、 抗氧化、自润滑、电绝缘等一系列优良 活塞顶、电磁泵管道和阀门等。 的性能。在航天航空、汽车发动、机械 39 、化工、石油等领域有着广泛的用途。 应人工合成的结构材料。氮化硅材料具 ? 热压烧结氮化硅 用于形状简单、 精度要求不高的 零件,如切削刀 具、高温轴承等。 Si3N4轴承 ? 反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求 高的零件,如机械密封环等。 叶片气阀等零件 汽轮机转子 ? 碳化硅的最大特点是高温强度高,有很好的耐磨损、耐腐蚀、 抗蠕变性能,其热传导能力很强,仅次于氧化铍陶瓷。 SiC密封件 功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化 学功能等陶瓷制品和材料,此外还有核能陶瓷和其 它功能材料等。 电子绝缘件 氧化锆陶瓷光学导管 功能陶瓷: ? 作为功能材料,主要是利用无 机非金属材料除机械性能外的 优异的物理和化学性能,如电 磁性、热性能、光性能及生物 性能等,用以制作功能器件。 ? 例如用于制作电磁元件的铁氧 体、铁电陶瓷;制作电容器的 介电陶瓷;作为力学传感器的 压电陶瓷,还有固体电解▼▼▽●▽●质陶 瓷、生物陶瓷、光导纤维材料 等大量的功能性陶瓷。 电子陶瓷 44 6.3 功能陶瓷的制备 在功能陶瓷的制备过程中应具备下列技术要素: (1) 原材料:高纯超细、粒度分布均匀; (2) 化学组成:可以精确调整和控制; (3) 精密加工:精密可靠,而且尺寸和形状可根据需 要进行设计; (4) 烧结:可根据需要进行温度、湿度、气氛和压力 控制。 6.3.1超微细粉料的制备 ? 高性能陶瓷与普通陶瓷不同,通常以化学计量 进行配料,要求粉料高纯超细,传统的通过机械粉 碎和分级的固相法已不能满足要求。 功能陶瓷的微观结构和多功能性,在很大程度 上取决于粉末原料的特性、粒度及其形状与尺寸、 化学组成及其均匀度等。 随着科学技术的迅猛发展,对功能陶瓷元件提 出了高精度、多功能、高可靠性、小型化的要求。 为了制造出高质量的功能陶瓷元件,其关键之一就是 要实现粉末原料的超纯、超细的均匀化。 (1) 要求 ① 粉末组成和化学计量比可以精确地调节和控制,粉 料成分有良好的均一性; ③ 粉料具有较高的活性,表面洁净,不受污染; ④ 能制成掺杂效果、成形和烧结性能都较好的粉料; ⑤ 适用范围较广、产量较大、成本较低; ⑥ 操作简单、条件适△▪▲□△宜、能耗小、原料来源充分而方 便。 ② 粒子的形状和粒度要均匀,并可控制在适当的水平; (2)功能陶瓷超微细粉的常用制备方法(三种) ? 固相法 :一般是把金属氧化物或其盐按照配 方充分混合、研磨后进行煅烧。 ? 粉碎方法有化学法与机械法。 ? 化学反应有热分解法、固相化学反应法、自蔓 延高温燃烧合成法、氧化还原法、 ?液相法 ? 沉淀法:可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉 淀法等,均利用生产沉淀的液相反应来制取。 ? 水解法:1) 醇盐水解法,是制备高纯的超微细粉 的重要方法;2) 金属盐水解法 ? 溶胶-凝胶(sol-gel)法:是将金属氧化物或氢氧化 物浓的溶胶转变为凝胶,再将凝胶干燥后进行煅 烧,然后制备氧化物的方法。利用该法制备ZrO▪…□▷▷•2 超微细粉,其成型体可在1500? C烧成。 ? 溶剂蒸发法:把金属盐混合溶液化成很小的液滴 ,使盐迅速呈超微细颗粒并且均匀析出,如喷雾 干燥法、冷冻干燥法。 ?气相法 ? 蒸发凝聚法:将原料加热气化并急冷,即获超细 粉(粒径为5~100nm),适于制备单一或复合氧 化物,碳化物或金属的超微细粉。使金属在惰性 气体中蒸发-凝聚,通过调节气压以控制生成的 颗粒尺寸。 ? 气相反应法:如气相合成法、气相氧化法、气相 热分解反应法等,其优点有:1) 容易精制提纯、 生成物纯度高,不需粉碎,粒径分布均匀;2) 生 成颗粒弥散性好;3) 容易控制气氛;4) 通过调节 气压以控制生成的颗粒尺寸。 6.3.2 陶瓷的成型制备技术 成型工艺影响到材料内部结构、组成 均匀性,因而直接影响到陶瓷材料的使用 性能,现代高技术陶瓷部件形状复杂多变, 尺寸精度要求高,而成型时的原料又大多 为超细粉,容易产生团聚,因此对成型技 术提出了更高的要求。 根据制成的形状和要求特性,主要采 用下列5种粉体成形方法: (1)模压成形; (2)等静压成形; (3)挤压成形; (4)注浆成形; (5)热压铸成型; 6.3.3 陶瓷的烧结方法 7 先进陶瓷材料的应用 7.1 陶瓷不粘锅—被特富龙风波逼出的世界冠军 尽管国家早有“不粘锅无毒”的定论,但是屡屡困扰国 内炊具行业的“特富龙风波”还是卷土重来。日前,美国环 保署(EPA)下属的科学顾问委员会专家小组达成共识,建议 将生产“特富龙”等品牌不粘和防锈产品的关键化工原料— 全氟辛酸铵及其盐类(PFOA)分类为“可能致癌物”。消息一 经国内媒体发布,即再度引起了业内外的极大关注。 新型陶瓷材料不粘锅技术 但在实际生产中,由于目前瓷膜涂料相对传统有 机涂料而言,原料和施工成本有所上升,特别是不粘 性的持久性与氟涂料相比还有一定差距,有部分宣传 使用了“陶瓷涂层”的厂家,实际上使用的是含氟的 有机涂料。 严格意义上说,厚度仅30~40微米的瓷膜涂层, 尽管比有机涂层硬度更高,但如果使用铁铲炒菜,在 硬物的长期摩擦下,涂层也难免有一定脱落。有些厂 家宣称无烟锅可以永久使用铁铲,其实也夸大了瓷膜 涂层的耐磨性。 7.2 陶瓷刀具 金属切削过程是一种复杂的物理化学过程。要求 切削刀具材料具备高硬度、高耐磨性、高强度和高断 裂韧性、高热硬度、良好的抗热震性、抗侵蚀和抗黏 着性等。随着科学技术的不断发展,各行各业出现了 多种难切削材料,特别是高技术领域对切削加工的精 度、表面粗糙度和切削效率提出了越来越高的要求, 这就使得刀具材料不断创新和发展。 陶瓷刀具是以陶瓷材料为基础制作的用于金属切 削的刀具,能在高速切削条件下保持高的强度、硬度 和耐磨性,并具有长的使用寿命。 切削难题—超硬材料的切削 氮化硅陶瓷刀具 陶瓷刀具与传统的高速钢和硬质合金刀具相比,具 有更好的硬度和耐磨性;与超硬材料金刚石相比,它具 有更低的制造成本、更好的热稳定性和抗冲击能力。因 而,在先进制造技术的发展过程中起着如下方面的重要 作用。 ? 它可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的工 件,以车代磨、以铣代磨,从而免除了退火软化加工所 消耗的大量电力,并可提高工件的硬度,延长机器设备 的使用寿命。 它可以保证在自动化加工中较长时间较稳定的工 作,保证工件的加工精度。 它可以进行高速切削,加工效率可以提高几倍甚 至几十倍,达到节约工时、能源和机床占用台数的效果。 ? ? 7.3 陶瓷发动机 高性能结构陶瓷材料由于其具有密度小、热导率低、 耐高温、耐磨损以及耐腐蚀等特性,成为制造发动机的理 想材料。发动机使用陶瓷材料有如下优点: 1、提高发动机热效率 发动机燃烧室采用陶瓷隔热零件并取消冷却系统后, 会降低热量损失,增加工作的循环平均温度,从而使循环 热效率得到提高。 2、减少辅助功率消耗,发动机结构简化 当燃烧室采用陶瓷隔热技术后,可以部分取消或完全 取消冷却系统。使发动机不再▲=○▼需要水管、水泵、风扇、散 热器等一系列零部件,结构上也可以取消水套。这样,整 机结构简化,质量、体积减小,原来用于驱动水泵、风扇 的辅助工作亦被取消,输出功率增加。在使用上可摆脱冷 却系统故障所带来的麻烦,并几乎不受恶劣气候的影响, 其军事用途尤为明显。 3、适应多种燃料的燃烧 陶瓷发动机的燃烧室壁温显著升 高,有利于燃料的蒸发、着火和燃烧。陶瓷材料抗化学腐 蚀性强,可使用质量较差的燃油。 4、降低发动机的噪声,减少排气污染 取消或部分取消冷 却系统,使风扇噪声降低。另外,由于燃烧室燃烧温度高 (最高1370℃),燃烧完全,可减少对环境的污染。 5、减轻质量 陶瓷材料比金属轻60%左右,可减轻发动机 的质量。 6、资源丰富 陶瓷材料资源丰富,可减少对Co、Ni、Cr等 战略物资的依赖。 世界各先进工业国都将研究的重点集中于常规发动 机用陶瓷部件的研究开发上。这些部件研制○▲-•■□成功以后, 可以直接取代金属部件,应用于现有的各种常规车用汽 油机和柴油机上,达到改善发动机性能,延长部件使用 寿命,减低燃料消耗,减少环境污染的目的。迄今为止, 世界上有近十种陶瓷部件,经过长时间实验后证明性能 可靠,已投入实际使用和商业生产。 汽车用陶瓷零件 陶瓷发动机在军事上的应用 坦克的红外辐射是其被红外探测器发现、并被红外制 导武器摧毁的根源,因此降低坦克红外辐射也是隐形技术 发展的一个重要方面。 步兵战车用效率高、热损耗较小的绝热陶瓷发动机可 降低坦克的红外辐射,使其不易被红外探测器发现并被红 外制导武器所摧毁,起到良好的隐身效果,提高了生存率。 7.4 陶瓷材料与宇航 航天飞机以很高的速度返 回大气层时,因与空气摩擦会 产生很高的温度,飞机表面与 空气摩擦产生的温度将高达 1400℃左右。 在航天飞机的外表面披挂 着数万快隔热瓦,它们是用陶 瓷复合材料做成的,正是采用 了这样的措施才能保证航天飞 机在空间多次往返。 航天飞机穿越大气层 航天飞机机身上的防热瓦加工


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