陶瓷材料

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陶瓷材料范文第1篇

关键词：陶瓷材料；耐磨性能；显微结构

1 引言

近年来，先进结构陶瓷材料由于具有耐高温、抗氧化、优良的耐磨性能、低的膨胀系数以及耐腐蚀等优点而受到各国科研工作者广泛的关注，并且在一些工业领域已经获得了实际的应用，如刚玉瓷、氮化硅、氮化硼等，由于其具有较高的硬度以及良好的耐磨性能而在工业化生产用作磨具[1，2]。随着工业的飞速发展、烧结方式的优化、原料纯度的提高，人们趋向于改善传统陶瓷材料所固有的脆性的问题，使得先进结构陶瓷材料能够有更为广阔的发展空间。

将陶瓷用作耐磨材料是最近几十年才发展起来的，在20世纪八十年代，渐渐的出现一些如硼化物、碳化物以及氮化物之类的耐磨的陶瓷材料[3-6]，随后各国都投入大量的资源开始了研究，由于其发展较晚，所以对于陶瓷材料的耐磨损的机理也大多参照了金属材料，许多的研究者对陶瓷材料的磨损建立了模型[7-13]，提出了不同的磨损机理，但总的来说，影响陶瓷材料耐磨性能的因素主要有两方面：其一，材料本身的组织结构；其二，外部因素，诸如载荷、温度以及气氛等。本文主要从陶瓷材料本身出发，对陶瓷材料的耐磨机理进行了总结。

2 陶瓷材料耐磨性机理的研究

2.1力学性能对陶瓷材料耐磨性能的影响

在早期研究陶瓷材料的耐磨性能时，对比于金属材料，人们认为陶瓷材料的硬度跟磨损有很大的关系，但后来发现，陶瓷的硬度和磨损的关系并不是那么的明显，例如氧化铝陶瓷的硬度要高于TZP陶瓷[14，15]，但是耐磨性能并不一定高于TZP陶瓷，虽然硬度在一定的程度上能够反映晶界的结合强度，但是磨损最终是由于材料脱离磨损表面而形成的，所以陶瓷材料的硬度不再作为衡量磨损的一个预见性的指标。也有研究报道，陶瓷材料的脆性直接影响磨损率，并且构建了陶瓷脆性断裂的模型，并且推导出了一些公式，Evans等[7]认为陶瓷的磨损率符合以下关系式V=α・■E/H■・L，式中：V-磨损体积；W-载荷；KIC-断裂韧性；H-硬度；α-与材料有关的系数；E-弹性模量；L-滑行距离；从式中可以看出，随着材料断裂韧性的和硬度的提高，陶瓷的磨损率逐渐的降低，耐磨性越好。Fischer[16] 通过对氧化锆陶瓷材料耐磨性的影响的研究发现，陶瓷的磨损率跟断裂韧性呈现出一定的线性关系，他们的关系满足Wr=c・K■■，式中：Wr-磨损体积；KIC-断裂韧性；c-常数；这些研究表明陶瓷的断裂韧性越好，其耐磨性能也就越好。Wang等[17]通过对磨损状态的分析认为存在以下的关系式：V=C・■・■，其中：V-磨损体积；C-经验常数；P-载荷；D-滑行距离；σmax-滑行引起的最大切向应力；σD -陶瓷断裂的临界应力；Hv-显微硬度。这表明陶瓷的磨损还跟表面的应力状态密切相关，陶瓷断裂的R界应力越小，在相同的情况下，陶瓷的磨损变得更严重。

2.2陶瓷材料的显微结构对耐磨性能的影响

陶瓷材料的微观结构跟材料的宏观性能有着极大的联系，陶瓷材料的性能在很大程度上取决于其显微组织，其显微组织特征包括：晶相的种类，晶粒的大小、形态、取向和分布；位错、晶界的状况，玻璃相的形态和分布；气孔的形态、大小、数量和分布；各种杂质、缺陷、裂纹存在的开式、大小、数量和分布；畴结构的状态和分布等。陶瓷材料是晶粒和晶间组成的烧结体，耐磨性能跟材料的显微结构有着很大的联系，晶粒的大小，晶界相的组成，晶界上的应力的分布，气孔等等一些因素均会影响到陶瓷材料的耐磨性能。

2.2.1晶粒的尺寸对陶瓷耐磨性能的影响

在金属材料中，往往通过细化晶粒的强度从而来提高材料的力学性能，在工业化生产中，常常称之为细晶强化，晶粒的粒径越小，晶界的面积也就越大，晶界的分布也就会越曲折，这样有效地增加了裂纹扩展的路径，有助于分散材料内部的应力集中，有利于提高陶瓷材料的性能。对氧化铝、氧化锆陶瓷的耐磨性能研究发现[21，22]，当晶粒较小时，主要发生的是塑性变形和部分的穿晶断裂，产生轻微的磨损，当晶粒的尺寸较大的时候，材料的内部发生的主要是沿晶断裂，有大个的晶粒从材料的内部整体的拔出，产生严重磨损。

Yingjie he 等[23]通过研究四方氧化锆中晶粒尺寸对滑动摩擦的影响发现，当晶粒的尺寸从1.5 μm减小到0.18 μm时，TZP陶瓷的耐磨性能提高了8倍。当晶粒的尺寸小于0.7 μm时，耐磨性和晶粒尺寸符合Hall-petch-type关系，即W-1∝G-1/2，其中：W―磨损量；G―晶粒的尺寸，这时磨损主要产生的是塑性变形和微裂纹的扩展，对于晶粒的尺寸超过0.9 μm时，随着晶粒尺寸的增大，陶瓷的耐磨性能是逐渐降低的，此时的磨损机制主要是沿晶断裂所造成的晶粒拔出，从而造成严重磨损。Lee等[18]研究Y-TZP陶瓷也发现，大晶粒的材料去除率高，减少晶粒的尺寸能够提高陶瓷的耐磨性能。Wang等[24]研究也表明小晶粒的氧化铝陶瓷比粗晶粒的氧化铝陶瓷具有更高的抗磨损突变性能。Dogan等[25]指出：材料的缺陷随着晶粒尺寸的增大而不断的增大，大尺寸的缺陷造成在磨损的过程中材料的去除量增加，从而引发严重磨损，如图所示，通过比较细晶材料和粗晶材料，细晶材料即便是发生多处的晶粒拔出的现象，在整体材料的去除量上也可能小于粗晶材料单个或者几个晶粒的去除量，在整体上的表现就是粗晶材料的磨损率要高于细晶材料。

2.2.2 气孔率对陶瓷耐磨性能的影响

陶瓷制品当中，气孔对陶瓷的性能有着很重要的影响，气孔相当于一种缺陷的存在，它会造成应力的集中，加速裂纹的扩展，降低晶粒之间的结合强度，严重影响陶瓷制品的力学性能。Tucci等[26]指出在摩擦力的作用下，气孔之间可能会彼此连接起来形成裂纹源，加速材料的磨损。Wotton[27]发现，气孔的存在会极大的降低陶瓷制品的耐磨性能。M.C.gui[28]研究发现在不同的载荷的情况下，陶瓷的磨损率并不一样，在低载荷时，气孔不会造成裂纹的扩展，而在高载荷的情况下，气孔变得不稳定，会在气孔处形成裂纹，并且还会导致裂纹的扩展，此时，制品会表现出极高的磨损率和较小的抗磨损突变性能，也有研究[29]表明在不同的载荷下，当气孔率增加时，容易造成晶间断裂，引发磨粒磨损，加速磨损的过程，如图2所示。

2.2.3 晶界相以及晶间杂质的影响

陶瓷是由晶粒，晶界相和气孔等组成，在烧结的过程中，加入到陶瓷当中的一些添加剂和一些杂质成分主要是以第二相或者玻璃相的形式存在于晶界上，他们的存在会对晶粒之间的结合强度造成一定的影响，在陶瓷摩擦磨损的过程中，裂纹很容易在晶界处产生，较低的晶界结合强度会造成在磨损过程中的沿晶断裂，引起整片晶粒的拔出，造成严重磨损。

对氧化锆的耐磨性能研究[30]中发现，在ZrO2陶瓷当中添加适量的CaO、MgO和SiO2能够提高陶瓷的耐磨性能，这是由于在晶界处生成了第二相，能够降低晶粒间的微观应力，提高了晶界结合强度，降低了晶粒被整体拔出的几率。对于氧化铝陶瓷[31]来说，由于晶粒在各向异性生长时会在晶界处产生残余的应力，当在其中加入稀土添加剂Sm2O3，有效的促进了晶界上第二相六铝酸钙的形成，降低了晶界处玻璃相的含量，有效的缓解由于热膨胀系数不同而造成的晶界处的应力集中，增强了晶界结合强度，使得陶瓷的耐磨性能得到提高。L.esposito[32]研究了显微结构对氧化铝陶瓷耐磨性能的影响发现，第二相的组成和玻璃相的组成决定材料的磨损特性，细晶的氧化铝陶瓷制品的磨损率受玻璃相的影响比粗晶的大，也有研究表明，热压烧结的陶瓷的磨损率比无压烧结的耐磨性能要好得多，这是因为，第一方面，热压烧结有效地降低了陶瓷制品内部的气孔率，其次，热压烧结能够降低晶粒之间的微观应力，有利于提高晶界结合强度，最终提高陶瓷的耐磨性能。多晶陶瓷的添加剂一般会以玻璃相的形式存在于陶瓷晶界上，在摩擦的过程，产生的高温会降低玻璃的粘度，从而引发塑性变形，若邻近的晶界的应力不能相适应则会引发晶界处的裂纹，引发严重磨损。

3 总结

由于陶瓷材料在工业领域表现出的卓越的性能，研究掌握影响陶瓷的耐磨性能的机理，使之更好的服务于现代化工业显得尤为紧迫，各国的科研工作者已对此开始了广泛的研究工作，但是由于材料的磨损机理在不同的工作环境下是不一样的，对不同耐磨材料磨损的机制，磨损的失效缘由进行系统的分析，通过分析得出结论，然后构建材料耐磨性和材料组织结构性能之间的关系，深入剖析影响材料耐磨性能的机理，制备出性能优良的耐磨陶瓷材料，可以大大的减少磨损，有利于提高机械设备和零件的使用安全年限，具有非常重要的理论意义和巨大的社会效益。

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陶瓷材料范文第2篇

关键词:陶瓷材料;环境;艺术;发展

1引 言

工业化、城市化进程的加速,以及人们物质水平的不断提高,为陶艺介入环境艺术提供了新的机遇;环境陶艺具有丰富的材料特性和艺术语言,聚集了人类的情感与泥土的原始性,它存在于公共环境空间,可以在很大程度上追求一种来自新艺术的感觉组合。如今,越来越多的陶艺家开始关注和转向公共环境艺术。

“环境陶艺”这个概念于20世纪90年代已经开始萌芽和兴起,它是指陶艺家利用陶瓷为主要媒介材料,或以其它材料为辅, 为特定的环境进行设计的环境陶艺作品。它主要是指公共空间的公共建筑物、建筑构件、广场、公园、道路、绿地、居住区、郊外空地及其它场地设立的以陶瓷材料为主的综合媒介作品。我国古代就有许多在现代人眼中可以称作环境陶艺的艺术作品,最早有文献考证的建筑构件是龙山文化时期的陶水管道,之后出现了质朴且具有很强装饰性的秦砖汉瓦,以及明代洪武时的《九龙壁》室外陶艺墙(图1)。在当代景德镇就活跃着一批非常有才华的陶艺家,他们正积极而热情地探讨、研究并创作出许多优秀的环境陶艺作品。

2陶瓷材料的种类及特点

2.1 陶瓷材料的种类

一般来说,陶瓷所用材料可分为陶泥和瓷泥,陶泥一般是在自然界可以找到,并可直接用于成形;而瓷泥则须经过选料配料,并经过加工而成。

2.2 陶瓷材料的特点

从成形手法上来讲,陶和瓷泥的可塑性都非常强,一般都可根据泥性的要求和作品成形的需要,采用泥板、泥条、模具(印坯和注浆)等不同的成形方法;从烧成温度上来讲,陶一般不会高于1000℃,瓷一般在1200～1300℃之间,根据釉料的性质要求,瓷可分为高温瓷、中温瓷和低温瓷;从烧成后的效果来讲,陶泥由于它的原始野性(未经人工精炼),烧成后表面粗糙、吸水性强,因此具有原始和纯美质感,同时其作品具有粗犷大气的艺术特点;瓷泥由于经过加工精练,泥坯表面比较光滑,适用于各种釉下彩绘和颜色釉装饰,烧成后作品具有精细优雅的艺术特点。此外,有时为了达到特殊的艺术效果还可进行二次烧成。正是由于陶瓷材料在经过烧成后,质地坚硬、耐高温、耐水侵蚀、不易风化的特点,显示出它相比于金属、树脂、木材、玻璃等材料独特而强劲的优势,成为环境艺术中最理想的材料之一。

3陶瓷材料在环境艺术中介入的价值体现

环境陶艺作为一门公共艺术,不仅具备环境艺术公共性原则,而且也具备陶瓷艺术本身所独有的特征,它还包含了更多社会人文和大众的因素。

3.1 公共性

人们通过公共空间的活动,形成体现共同需要的环境秩序,艺术家在个人创意与公众意愿之间寻找平衡点,进而创造出既有艺术家个性又有公共性的环境陶艺,由此可见,公共性就成了陶艺最基本的特性。正是由于环境艺术设计始终从人的现实需求出发,环境艺术便获得了坚实可靠的价值评判标准――人文尺度、人文精神、人文价值和人文思想的构建也必然成为这种评价的目的和追求。

3.2 审美性

审美性是环境艺术最重要的艺术特征之一。陶瓷艺术经过数千年的发展,形成了独特的艺术语言和审美形态。现代陶艺注重对自身媒介特征的搜索与实验,充分体现了陶艺的本质语言:泥、釉、火的内在美感价值。环境陶艺放置于公共环境之中,其作用首先是美化环境,提高城市环境的艺术质量和公众的审美情趣。设计意识超前、品位高雅的环境陶艺作品多为人们所喜爱,并可能成为某地区和城市标志性的环境艺术作品。座落在景德镇金岭大道的《昂》(图2)、《升腾》(图3)两套城雕,是景德镇陶瓷的标志性建筑,高达12 米。象征“陶”的“昂”,采用“H”型框架结构设计,吸收印纹陶的制作方法,用雕刻、模压技艺创作,用高温颜色釉的暖色调装饰,呈现出多种肌理层次,颜色醒目,与周边的色彩环境形成鲜明对比,给观众留下深刻的印象;“升腾”则以青花瓷纹饰为装饰图案,体现出瓷都景德镇的青花瓷器特色。

3.3 亲和力

大家知道,人类自从开始烧陶作日常用品,进入新石器文明以后,由于土和火与人类文明进程息息相关,人们和陶就有一种不可割舍的亲近感。尤其是人类文明进入信息时代,自然界的原生状态渐渐远离人类,陶却能唤醒人们的自然审美知觉,产生强有力的亲近意识。

用于制备陶瓷材料的水、火、土都与人类的生活息息相关,最早的陶器的发明就是因为汲水和烹饪的需要,陶瓷已被历史证明是用于传达形式、结构和人类情感的无与伦比的材料,人类的吃、住、行都是与陶资材料息息相关,与人类的天然亲和关系正是它的魅力所在。

都市的繁忙生活让人压抑,然而钢筋混凝土笼罩下的都市环境,更今人感到冷漠与孤独;而陶艺能呼唤人们久违的自然审美知觉,产生强烈的亲近意识。这是因为陶瓷材料源于自然,与人们有天然的亲和力;尤其是经过水的调配、火的熔炼之后所呈现出来的质感更让人产生想亲近的欲望。所以,陶艺成了联系人和环境的天然纽带,环境陶艺是带有某种特殊情感化的文化符号的艺术形式,亲近自然,亲近公众,融合环境。

3.4 恒久性

环境陶艺具有耐磨损、抗腐蚀、强度高和耐久等特性,它不是瞬间艺术,一件作品可以存在几十年甚至上百年,并且随着时间的推移,优秀的作品在公众不断变化的开放性评判中更彰显其艺术价值。

4陶瓷材料在环境艺术中的发展空间

我们正面临着一个新的城市建设,这对城市的决策者、规划者、投资者、建设者、管理者以及各行各业的从业人员和广大人民群众来说,都是一个难得的机遇。在这其中,城市环境规划已经成为衡量该城市文化水平的标志之一,陶瓷这种自然而时尚的材料渐渐被人们所重视,无论是在大街小巷、广场或者高档酒店,都少不了利用陶瓷的装饰来衬托环境。

现在,它不仅是一种时尚,而且已经成为一种文化的代表:没有它的存在,大街小巷将缺乏昔日的韵味;没有它的存在,广场上的钢筋混凝土建筑哪怕再高也仅是呈现一种淡淡的灰色。我国城市公共环境艺术的发展正处于起步阶段,每个城市都希望能产生具有自身特点的城市公共环境艺术。在这方面,以环境陶艺作为城市公共环境艺术的重要材料和手段,将有着特殊意义。环境陶艺作为一种文化载体,释放文化能量,镌刻城市历史,记录城市传统,从一个侧面反映出一个城市的物质、精神和文化特征。如果将其引入到城市公共空间和城市公共艺术中去,在形成自己特殊的城市面貌和独特的城市文化个性方面,将具有广阔的前景。

5结 语

陶瓷材料从用于制作日用品和艺术品到介入环境艺术创作,拓展了公共艺术的设计思路,是现代陶艺走出室内,步入公众视野的一个奇幻的结合点,增添了现代陶瓷艺术的表现形式。我国现代陶瓷艺术应该凭借我们自身的文化底蕴,参与当代全球文化的建构,实现自身形态的认证。

参考文献

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术出版社,2006,10.

Ceramic Materials Adapting to the Environment

YANG Chao,LIU Wei

(Science and Technology Institute,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen333001,China)

陶瓷材料范文第3篇

【关键词】碳化硅陶瓷；陶瓷材料；陶瓷烧结；烧结法

0.引言

由于碳化硅陶瓷具有超硬性能，又具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，广泛应用于机械制造加工行业。它还可以应用在军事方面，例如将碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴，这种技术已应用于火箭技术中。同时在航空、航天、汽车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应用，碳化硅密度居中，硬度和弹性模量较高，还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。由于碳化硅产品具有操作简单方便，使用寿命长，使用范围广等优点，使碳化硅产品的市场发展前景广阔，因此受到很多国家的重视，一直是材料学界研究的重点，如何制得高致密度的碳化硅陶瓷也是研究者一直关心的课题。目前制备碳化硅陶瓷的方法主要有以下几种方法，由于制备方法的不同，碳化硅陶瓷材料的性能与制备工艺的不同有一定的相关性，本文对碳化硅陶瓷的制备方法及其应用进行了介绍。

1.反应烧结法制备陶瓷与应用

反应烧结法也可称为活化烧结或强化烧结法。需要指出活化烧结和强化烧结的机理有所不同。活化烧结的过程是指可以降低烧结活化能，使体系的烧结可以在较低的温度下以较快速度进行，并且使得烧结体性能得到提高的烧结方法。而强化烧结的过程泛指能增加烧结速率，或强化烧结体性能（通过合金化或者抑制晶粒长大）的所有烧结过程。可见它们的制备机理是存在差异的。反应烧结强调反应，这是一种化学过程，也就是有一种物质变成另外一种物质，例如，在制备碳化硅的过程中，就会在确定的温度下发生Si+CSiC 的化学反应。这种反应过程就是将碳化硅粉料和碳颗粒制成多孔坯体，然后将多孔坯体干燥后利用马弗炉加热至1450～1470℃，在这样的条件下就可以使，熔融的硅渗入坯体内部与碳反应生成碳化硅。这一机理的探讨源于上世纪七十年代，当时由于世界范围内的石油危机，能源问题对世界各国的经济发展带来巨大的挑战，为了提高内燃发动机的效率，科学家们开始考虑使用高温陶瓷材料替代内燃机的金属部件，这样就可以提高效率。在1973年，英国人KennedyP和ShennanJV等开始了反应烧结制备碳化硅的深入研究[1]，1978年，英国剑桥大学的SawyerGR等人采用扫描电镜、透射电镜、光学显微镜和 X 射线衍射等手段对反应烧结碳化硅的微观结构进行了一系列的定量表征[2]，从碳化硅的制备机理给与了探讨；1990年，日本的LimCB等人研究了反应烧结碳化硅中强度、气孔率与微观结构的关系，随着研究的进一步深入，反应烧结碳化硅产品开始逐步走向商业化。

2.无压烧结法制备陶瓷与应用

无压烧结法是在常压条件，也就是在一个标准大气压的惰性气体气氛中进行烧结。这种烧结可以把粉状物料转变为致密体，这是一个传统的工艺过程。人类很早就开始利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。我国古代就可以制备精美的工艺瑰宝，流传至今。

一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。给人类美的享受。它的烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。无机材料的性能不仅与材料组成（化学组成与矿物组成）有关，还与材料的显微结构有密切的关系。但这种烧结方法只停留在观赏。在1956年，美国的AlliegroRA等人发现，加入某一物质可以使热压烧结碳化硅中发生促进烧结的作用，此后，实验证实，许多物质如：Al、Fe、Cr、Ca、Ni、Al+Fe、Zr和Mn等能够促进碳化硅的烧结过程。1975年，Prochazka S 等人在碳化硅坯体中加入不同的两种物质，通过无压固相烧结成功制备出碳化硅陶瓷。ProchazkaS等人的实验采用的是高纯的亚微米级β-SiC粉体，并在其中加入少量不同的两种物质，他们的研究结果对无压烧结法的机理带来了重要的影响因素，实验证明碳化硅的坯体通过固相烧结致密化，β-SiC在烧结过程中产生相变并发生晶粒长大，这种晶粒的大小与陶瓷的强度有关。由于碳化硅是高熔点的强共价键材料，这项研究结果报道后引起了许多研究者大量的关注，并且对碳化硅烧结过程的研究论文得到大量的引用。在 ProchazkaS的研究成果发表后不久，人们就发现 加入不同的两种物质对β-SiC的烧结促进作用同样适用于α-SiC。因此，使大部分碳化硅陶瓷产品得到大量应用。

3.液相烧结法制备陶瓷与应用

液相烧结法最早应用在7000年前，那就是古人用粘土烧制砖块。开发液相烧结技术是由爱迪生发明的电灯丝所驱动。碳化硅的液相烧结开始于1975年，LangeFF首次在碳化硅的热压烧结过程中加入了部分氧化铝以促进碳化硅坯体的致密化。当今的利用高新技术广泛采用液相烧结技术制造陶瓷，压电陶瓷，铁氧体和高温结构陶瓷。Al2O3在高温下与SiC粉料颗粒表面的SiO2反应形成液相，成为碳化硅颗粒之间的晶间相，通过液相传质过程使坯体致密化。

与添加不同的两种物质的碳化硅固相烧结不同的是，利用液相烧结过程中需要烧结助剂较少，这种添加剂的添加量通常只有百分之几，尽管用量较少，但在烧结完成后的晶间相中仍然会残留较多的氧化物。因此，液相烧结碳化硅的断裂方式通常是沿晶断裂，具有较高的强度和断裂韧性。ShinozakiSS和SuzukiK等人通过加入质量分数不低于3%的Al2O3，分别采用无压烧结和无压烧结与热等静压相结合的办法，系统地研究了它们的组织和力学性能。通过一系列不同的烧结制度，研究了晶粒生长、密度、强度和韦伯模数（强度分布的模数）的变化情况，并指出了晶粒的纵横比与断裂韧性之间的关系，实现了碳化硅陶瓷微观组织的原位控制技术。

4.结语

碳化硅材料因其优良的性能而得到越来越广泛的应用，不同制备工艺制得的产品性能有一定的差别。反应烧结法具有烧结温度低的优点，但烧结过程中会在坯体中留有部分残余硅，使材料的服役温度下降。液相烧结可以制备出不含残余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳化硅的强共价键性，必须在坯体中加入氧化铝等作为烧结助剂形成液相才能使碳化硅坯体致密化。热压烧结、热等静压烧结和火花等离子体烧结碳化硅性能较高，其密度和强度通常要高于无压烧结，但在烧结过程也都需要加入B、C等作为添加剂促进坯体的烧结致密化且生产成本高，不适于制备异型件。可以实现工业化生产，满足工业和工程应用领域对相关材料日益苛刻的性能要求。

【参考文献】

陶瓷材料范文第4篇

【关键词】二硼化钛；复合材料；微波烧结；致密性

0 引言

陶瓷在高温条件下仍具有很高的硬度，但是陶瓷的脆性限制了它的应用。为了改善其性能，可采用液态金属铜（Cu）作粘结剂，促使陶瓷的硬质相致密化，从而提高陶瓷的性能。研究发现，随着Cu含量的变化，TiB2颗粒之间的孔隙逐渐被金属相填充，使其致密性、韧性、强度都得到很大的提高。

1 原位合成制备TiB2/Cu陶瓷

通过TiB2基体内部利用元素间或元素与复合相间的化学反应合成强化相。于是将Ti粉、B粉和Cu粉按Ti+2B+xCu―>TiB2+xCu反应方程式进行配料。利用球磨机在无氧条件下球磨样品粉末5h，充分混合后真空干燥。干燥后将粉末放置于压力机中，梯度增压到20MPa，保压5min后取出压片，以同样的方法分别压制3组含铜量为15%、25%和35%的样品压片，经适当的烧结制取TiB2/Cu复合材料。

2 XRD射线测试分析与总结

已知在烧结过程中，Ti、B及Cu可能会发生以下化学反应：

2Ti + O2 = 2TiO

Ti + O2 = TiO2

4Ti + 3O2 = 2Ti2O3

Ti + 2B = TiB2

Ti + B = TiB

为了确定合成产物的反应方向和最终相，对上式反应的反应自由能进行了理论计算。计算后发现在TiB2，TiB及TiCu三种可能产物中，TiB2的反应自由能最低。这说明在Ti-B-Cu体系中，TiB2是在理论上最稳定的相。根据自由能计算参考数据可知，TiCu是可以可按下式和B反应而转变为TiB2。反应式如下：

TiCu + 2B = TiB2 + Cu

通过用XRD射线测试后所得到的衍射峰的强度和衍射峰的数目可以看出，如图1所得到的XRD射线测试的峰值图，图中含有TiB2和Cu，于是可以确定，通过用原位合成的方法能够得到TiB2/Cu复合材料，根据成分配比，TiB2颗粒的体积分数应达到80%左右。这一结果基本满足要求。但同时在样品中也发现有少量TiO、TiO2、CuO、TiB等杂质，可能与烧结过程发生氧化有关。

图1 样品复合材料X射线谱

3 金相显微镜的测试与分析

通过金相显微镜的测试，我们根据3组对照实验可以发现：随着Cu含量的增加，TiB2复合材料的颗粒逐渐变小，空洞也在减少。如图2所示的3组电子扫描的图片。三组对比试验可以发现，金属确实能够改变TiB2陶瓷的致密性。

图2 3组Cu含量为15%（a）、25%（b）、35%（c）的电子扫描的图片

由图2给出的3组分别含Cu15%、25%和35%的TiB2/Cu复合陶瓷的扫描照片。其中，灰色是TiB2相，白色是Cu相，黑色是孔洞。孔洞的存在主要来源于可能是在烧结过程中杂质或单质硼（B）的挥发造成。从图中可以看出，该组织较为致密，仅有少量孔洞。同时从图中可以看出，随着Cu含量的增加，TiB2颗粒的尺寸逐渐减小。可能是随着Cu含量的增加，体系中的液相逐渐增多，抑制了TiB2颗粒的长大，另外随着Cu含量的增加，金属铜填充了陶瓷的空洞。

4 密度的测定与分析

用阿基米德排水法来测量复合材料的密度。利用浸在液体里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力的原理，实现对陶瓷材料密度的测量。利用式F浮=ρ水gV排，分别计算出15%、25%和35%的陶瓷复合材料的密度是6.32g/cm3，6.54g/cm3和7.03g/cm3。根据密度测定可以发现：随着铜质量分数的增加，TiB2复合材料的密度也随之增加。同时，由密度可以得出材料的相对密度，于是根据铜质量分数不同时，材料相对密度的变化。可以看出：随着Cu含量的不断增加，致密度呈逐渐增加趋势，但是增加幅度逐渐变缓。

5 结束语

（1）将Ti粉、B粉和Cu粉按照一定的比例混合，通过原位合成的方法是能够得到一定量的TiB2/Cu陶瓷材料；

（2）在TiB2陶瓷中添加金属（Cu）粘结剂是能够改变陶瓷材料的一些性能包括致密性。

【参考文献】

[1]郭峰，李历坚，等.TiB2基陶瓷材料的研发进展与展望[J].粉末冶金材料科学与工程，2009.

[2]董仕节，雷永平，等.原位生成TiB2/Cu复合材料的研究[J].西安交通大学学报，2000.

[3]Fu zhengyi（傅正义）.TiB2系金属陶瓷的SHS-QP制备[N]. journal of The Chinese Ceramio Society（硅酸盐学报），1996.

[4]徐强，张林，等.压力对反应合成TiB2-Cu基复合材料力学性能的影响[J].新技术新工艺，2005.

陶瓷材料范文第5篇

我国地域广阔，陶瓷原料的储量均非常丰富，我国陶瓷原料矿点分布遍及全国各省、市、自治区。许多原料可供使用上千年或上万年。仅以陶瓷粘土为例，依据最新统计资料，全国已经探明的陶瓷粘土矿床达到180余处。其中高岭土矿床，湖南占全国的29%，其次有江苏、广东、江西、辽宁、福建等省，探明的储量均达到1000万吨以上。这一资源优势既能够为继续推动我国陶瓷发展打下基础，又为我国发展陶瓷原料大批量出口，创造了丰厚的条件。

二、陶瓷材料的物理性能优势

近年来我国城市雕塑、园林雕塑如雨后春笋般发展起来，但苦于材料不理想。铜、钢、大理石等材料造价高，如果采用玻璃钢和水泥又不耐用，而陶瓷材料却能弥补以上材料的不足，将它用做园林雕塑和建筑装饰雕塑经济价值潜力巨大。陶瓷材料具备一下物理性能优势：

（一）原料易得，健康环保

经过科学工艺研究和艺术创造的陶瓷材料与传统的天然石材相比，具有其独特的环保优越性。如有些石材，具有较强的放射性，且开采时必然破坏自然生态环境；而陶艺材料它可以按照绿色生态和城市规划的要求，在允许采掘陶土原料的地方，有计划地采集原料。并可充分利用各种工业废料，如工业粉煤灰、高岭矿尾沙、铜矿工业尾沙等。

（二）易于加工成型，可塑性强

没有其它任何材料能比陶泥更忠实地纪录下其表面留下的任何痕迹，陶泥可以随意的刺戮、切割、揉捏，发挥造型的可能性。陶泥能使陶艺在造型上更加活泼自由，较之目前常用于空间环境的各种材料，如玻璃、石材、木材、水泥等有着很大的表现空间。艺术家们在对瓷泥进行探索时，充分挖掘泥性的表现力，将瓷泥原始基质和潜能解放出来。

（三）易于保养与维护，性能稳定

粘土经1200多度高温煅烧后形成的莫来石结构使它非常坚硬。形状永久固定，性质颇为稳定。尤其经过施釉后，表层的釉质因高温烧结，不易渗水，抗压、抗腐蚀、耐热、耐光照、防风化的性能很强，并能永远保持鲜艳色彩，即使是裸露在户外空间也经久耐用。在海空气中腐蚀成分较大的场所，石头、水泥的雕像的表面就容易受到侵蚀，而陶瓷材料则能抵抗时间、气侯的侵蚀。它不像铁那样的易锈，也不像水泥和石头那样可能崩解，它甚至比许多种的石头还要耐久。

三、陶瓷材料性能的可开发性

人类从认识到粘土的价值之日起就不断的对粘土材料进行探索，从陶到瓷是第一个巨大的飞跃，在之后的一千多年瓷的性能得到了极大的开发。陶瓷材料的开发是与科技的进步休戚相关的，随着高科技手段的引入，现代陶瓷材料的性能已经发生了翻天覆地的变化。如今的陶瓷材料甚至已经伸展到航天航空领域。国内己经研制成功了一些新的反光陶瓷，是具有高折射率玻璃质与陶瓷体复合的新型材料。这种材料甚至可以代替传统的金属、塑料、反光漆或其它材料，运用于高速公路的路标。

四、陶瓷材料独特的艺术表现

陶瓷材料在建筑环境中显示出其他材料艺术所无法比拟的优势――造型变化的广阔性和肌理美的观赏性及釉色的神秘性。它作用于人的视觉，触觉，能够影响人的视觉和心理体念。强调泥性的特征在塑造成型和视觉感觉体验时表现出来的柔软性、可塑性和感官上的触动，按自身的主体感觉来发掘、解放和探讨环境陶艺的造型变化和丰富的观赏性表现。环境陶艺如同材料本身得到尊重，给予了人性回归。充分地展现人的观念和充分地展现材料的美感，也就是充分挖掘材料本身所具备的语言表达功能是现代艺术的一个显著特征。环境陶艺的泥性之美、釉色之美、烧成之美及工艺成型过程中艺术家通过手对粘土的引导和交流所留下的丰富“手语”痕迹，增加了环境陶艺与人性本源的诸多亲切感与广泛性。这种真人心灵的内在和外在的因素共同形成了环境陶艺所具有的独特的视觉语言和审美内函。

五、陶瓷材料的人文关怀性