常见陶瓷材料性能及运用-讲义.. 共26页
陶瓷材料参数
陶瓷材料参数一、密度陶瓷材料的密度是指单位体积的陶瓷材料所具有的质量。
陶瓷材料的密度通常比金属材料的密度要小，一般在2-6 g/cm³之间。
这是因为陶瓷材料的组成主要是氧化物、氮化物、碳化物等非金属元素，其原子之间的键合更为紧密，因此相同质量的陶瓷材料所占据的体积要比金属材料大。
二、硬度陶瓷材料的硬度是指陶瓷材料抵抗外界物体对其表面产生划伤或压痕的能力。
陶瓷材料的硬度通常远远高于金属材料，达到了摩氏硬度7-10的级别。
这是因为陶瓷材料的结构具有高度的离子键或共价键，具有非常强的化学键强度。
同时，陶瓷材料在制备过程中经过高温烧结，使其晶粒尺寸变小，晶界强度增强，从而提高了硬度。
三、抗拉强度陶瓷材料的抗拉强度是指在拉伸过程中材料抵抗断裂的能力。
由于陶瓷材料的结构具有离子键或共价键，其断裂韧性较低，因此抗拉强度较金属材料要低很多。
一般来说，陶瓷材料的抗拉强度在100-500 MPa之间。
需要注意的是，陶瓷材料的抗拉强度与其晶粒尺寸、晶界性质、杂质含量等因素密切相关。
四、热膨胀系数陶瓷材料的热膨胀系数是指在温度变化时，材料单位长度的变化量。
陶瓷材料的热膨胀系数通常比金属材料要小，一般在5-15×10⁻⁶K⁻¹之间。
这是因为陶瓷材料晶格结构的稳定性较好，其原子之间的键合更为紧密，因此对温度变化的响应较小。
五、导热性能陶瓷材料的导热性能是指在温度梯度下，材料内部传热的能力。
陶瓷材料的导热性能通常较差，远远低于金属材料。
这是因为陶瓷材料中的晶粒尺寸较小，晶界的存在阻碍了热的传导。
此外，陶瓷材料的热导率与其组成元素的类型和含量也有关系。
六、绝缘性能陶瓷材料的绝缘性能是指材料对电流的阻隔能力。
陶瓷材料通常具有优异的绝缘性能，能够有效阻隔电流的流动。
这是由于陶瓷材料的结构中含有大量非金属元素，其电子结构与金属材料有所不同，因此不易形成自由电子，从而具有较高的绝缘性能。
七、化学稳定性陶瓷材料的化学稳定性是指材料在不同环境条件下的化学性质是否稳定。
陶瓷材料及其应用
陶瓷材料及其应用【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。
可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。
材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。
拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。
【关键字】陶瓷材料应用发展一、陶瓷材料概述陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的 90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。
这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。
特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。
根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。
其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
二、陶瓷材料的分类随着生产与科学技术的发展．陶瓷材料及产品种类日益增多．为了便于掌握各种材例或产品的特征，通常以不同的角度加以分类。
1.按化学成分分类(1)氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷种类繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位。
最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、 SiO2、 MgO、 ZrO3、 CeO2， CaO． Cr2O3 及莫莱石(3Al2O3.2SiO4) 和尖晶石 (MgAl2O3)等。
陶瓷材料介绍课件
原料加工
将基础原料进行破碎、粉 碎、筛选等加工，制备成 适合成型工艺的细粉料。
成型工 艺
塑形
将细粉料混合一定量的水、 粘土等添加剂，制成具有 一定形状和强度的坯体。
干燥
将坯体放入干燥室内进行 干燥，去除水分，提高坯 体强度。
修整
对干燥后的坯体进行修整， 去除毛刺、裂纹等缺陷。
烧成工艺
装窑
将干燥修整后的坯体放入窑炉中 进行烧成。
氧化锆陶瓷是一种以氧化锆（ZrO2）为主 要成分的陶瓷材料。它具有高硬度、高韧性 和优异的耐磨性、耐腐蚀性，可在极端环境 下保持稳定的性能。氧化锆陶瓷广泛应用于 航空航天、石油化工、汽车等领域，作为密
封件、轴承、切削工具等产品的制造材料。
优势
陶瓷材料的优势在于其优良的绝缘性能、耐磨性能、耐高温性能以及生物相容 性等，使其在电子、通讯、航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。
02
陶瓷材料的生
原料制 备
01
02
03
原料选择
根据陶瓷产品的性能要求， 选择合适的天然矿物或工 业原料作为基础原料。
配料计算
根据产品配方进行原料配 比，确保原料成分符合要 求。
低毒性和无致敏性
陶瓷材料在正常使用过程中释放的物质对生物体无毒性和致敏性， 因此对生物体安全无害。
04
陶瓷材料的未来展与 挑
新料研 发
高温陶瓷
随着工业技术的发展，对能在高温环境下保持优良性能的陶 瓷材料的需求越来越大。新材料研发将致力于提高陶瓷的耐 热性、抗氧化性和抗蠕变性，以满足各种高温应用的需求。
陶瓷材料介
• 陶瓷材料概述 • 陶瓷材料的生产工艺 • 陶瓷材料的性能与应用 • 陶瓷材料的未来发展与挑战 • 案例分析：几种典型陶瓷材料介
陶瓷材料的种类和在建筑中的应用
汇报人：XX
目 录
01 陶 瓷 材 料 的 种 类
02
陶瓷材料在建筑 中的应用
03
陶瓷材料在建筑 中的优势
04
陶瓷材料在建筑 中的未来发展
1 陶瓷材料的种类
普通陶瓷
原料：主要由 粘土、石英等 矿物组成
烧制温度：一 般在1000-1300 摄氏度之间
性能：具有较 高的硬度、耐 磨性和耐腐蚀 性
建筑材料
陶瓷材料的种类：包 括瓷砖、陶板、陶管
等
陶瓷材料的特点：耐 高温、耐腐蚀、耐磨
损、易清洁等
陶瓷材料在建筑中的 应用：外墙装饰、室 内装饰、屋顶装饰等
陶瓷材料的发展趋势： 环保、节能、轻量化、
多功能化等
3
陶瓷材料在建筑 中的优势
耐久性
陶瓷材料在建筑中具有极高的耐 久性，能够承受自然环境和人为 因素的长期影响。
研发方法：采 用纳米技术、 复合材料技术 等先进技术
研发成果：开 发出新型陶瓷 材料，如自清 洁陶瓷、智能 陶瓷等
节能环保
陶瓷材料的节能性能：低能耗、 低排放
陶瓷材料在建筑中的应用：节能 建筑、绿色建筑
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
环保性能：无毒、无害、可降解
未来发展趋势：更加注重节能环 保，推广陶瓷材料在建筑中的应 用
室外装饰
陶瓷材料的种类：釉面砖、抛光砖、劈开砖等 陶瓷材料的优点：耐久性、耐腐蚀性、易清洁等 陶瓷材料在建筑中的应用：外墙装饰、地面铺装、屋顶装饰等 陶瓷材料的发展趋势：环保、节能、美观等
建筑构件
陶瓷砖：用于外墙、地面、卫生间等部位 陶瓷板：用于外墙、内墙、天花板等部位 陶瓷瓦：用于屋顶、屋面等部位 陶瓷管道：用于排水、给水等管道系统
常见陶瓷材料性能及运用-讲义..
氮化硼(BN)陶瓷
碳化硅(SiC)陶瓷 碳化硼(BC)陶瓷 低膨胀玻璃陶瓷 玻璃陶瓷 表面可强化玻璃陶瓷
可加工玻璃陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多 优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具 有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。
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2.2 氮化铝(AlN)陶瓷
AIN属于共价键化合物，六方晶系，纤维锌矿型结构，白色或灰白色，密度 3.26g/cm2，无熔点，在2200℃- 2250℃升华分解，热硬度很高，即使在分解温 度前也不软化变形。具有优异的抗热震性。AlN对Al和其它熔融金属、砷化稼等 具有良好的耐蚀性，尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性，此外，还具有优良的 电绝缘性和介电性质;但AlN的高温抗氧化性差，在大气中易吸潮、水解。 AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器，也可用作真空 中蒸镀金的容器、耐热砖等，特别适用于作为2000℃左右氧化性电炉的炉衬材 料;AlN的导热率是A1203的2-3倍，热压时强度比Al203还高可用于高强度、高导 热的场合，例如大规模集成电路的基板等。
陶瓷材料的应用PPT课件
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2. 按使用的原材料分类:
可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。 ❖ 普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作
原料。 ❖ 特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。
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3. 按性能和用途分类：
结构陶瓷
a.主要用于制造结构零部件； b.力学性能要求:强度、韧性、硬度、模量、耐磨性及高
温性能等。
功能陶瓷
a.主要用于制造功能器件； b.物理性能要求:电、磁、热、光及生物等物理性能。
结构/功能一体化陶瓷材料 对力学和物理性能均有要求
陶瓷球阀
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透明陶瓷灯
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✓功能陶瓷
按特性分类，功能陶瓷可分为：
电子陶瓷：如绝缘陶瓷、介电陶 瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、磁性 陶瓷、导电陶瓷、超导陶瓷等；
(Microstructure)和性能(Properties）之间的关 系。
陶瓷材料学是材料科学与工程的一部分，亦是研究材 料的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能四者 关系与规律的科学；
• 功能材料—以材料独特的物理性能、化学 性能等为基础而形成的一类材 料。
从物理化学属性来分，可分为:
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 高分子材料 • 复合材料
陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非 金属材料通称。
工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷 器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展， 出现了许多性能优良的新型陶瓷。
等静压成型；又称静水压成 型，利用液体介质不可压缩 性和均匀传递压力性的一种 成型方法。
优点
胚体密度高 制品密度接近理论密度 不易变形
缺点
设备投资成本高 不易自动化 生产效率不高
陶瓷材料的分类及性能
陶瓷材料的力学性能高分子091 项淼学号17陶瓷材料陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。
金属：金属键高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键）陶瓷：离子键和共价键。
普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。
工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。
工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。
硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。
常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。
一、陶瓷材料的结构和显微组织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。
可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。
如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂（种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。
（可通过热处理改善材料的力学性能）陶瓷的分类※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔……特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温……金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工……※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷…2. 陶瓷的生产(1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种陶瓷（人工的化学或化工原料---各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物）(2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形）(3)烧成或烧结3. 陶瓷的性能(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（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。
陶瓷热学及高温性能课件
03 高温下陶瓷的性能表现
CHAPTER
高温下的力学性能
高温强度
陶瓷材料在高温下仍能保持较高 的强度，这是因为陶瓷的原子间 相互作用力和晶格结构在高温下
不易发生变化。
抗蠕变性
陶瓷材料在高温下不易发生塑性变 形，具有较好的抗蠕变性，这对于 高温部件的稳定运行十分重要。
断裂韧性
陶瓷的断裂韧性在高温下会有所降 低，这是因为材料内部的微裂纹在 高温下容易扩展。
高温陶瓷
多孔陶瓷
多孔陶瓷具有高孔隙率、低热导率、 良好的隔音和隔热性能等特点，在过 滤、吸附、催化剂载体等领域有广泛 应用。
高温陶瓷材料在高温环境下具有优良 的力学性能和化学稳定性，广泛应用 于航空航天、能源、环保等领域。
陶瓷材料的复合化与功能化
复合陶瓷
通过将两种或多种材料复合，可以获得 单一材料无法达到的性能，如耐磨、耐 高温、耐腐蚀等。
陶瓷热学及高温性能课件
目录
CONTENTS
• 陶瓷材料概述 • 陶瓷的热学性能 • 高温下陶瓷的性能表现 • 陶瓷在高温环境下的应用 • 陶瓷材料的发展趋势与展望
01 陶瓷材料概述
CHAPTER
陶瓷材料的定义与分类
定义
陶瓷材料是由无机非金属材料经 过高温烧结而成的多晶材料，具 有较高的硬度和耐磨性。
抗腐蚀性
陶瓷材料不易与其他物质 发生化学反应，因此具有 较好的抗腐蚀性。
稳定性
陶瓷材料在高温下的化学 稳定性较好，不易分解或 变质。
04 陶瓷在高温环境下的应用
CHAPTER
航空航天领域的应用
航空发动机部件
陶瓷材料因其耐高温、抗氧化和抗腐 蚀的特性，被广泛应用于航空发动机 的燃烧室、涡轮叶片和喷嘴等关键部 件。
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化学稳定性高，
温、耐磨、耐腐蚀机械部件、汽轮机高温部件
比重低，低膨胀系数，高导热，高硬 磨料，耐磨零件、热电偶原件、高温半导体、
度和高耐磨性，
宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应
堆控制棒与屏蔽材料等
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常见陶瓷分类
分类
玻 璃 陶 瓷
名称 低膨胀玻璃陶瓷
表面可强化玻璃Biblioteka 瓷 可加工玻璃陶瓷特点热膨胀系数低(可为负值)、强度高、 热稳定性能好、使用温度高
主要用途
航天飞机零件、高级炊具、高温作业观察窗、 微波炉盖、望远镜、激光元器件及航天飞机上 的重要零部件
独特地显微结构使其具备可加工性能， 电绝缘、微波技术、精密仪器和航空、航天领 可以采用普通的钻、锯或车削、磨等 域 加工到精密尺寸 具有高热震抗力、哟一的绝缘性能
高温下比体积电阻高，介质损耗低， 具有良好的电绝缘性 对碱性熔渣有较强的抗侵蚀能力
比热、导热系数小 化学稳定性号，耐酸性及中性物质腐 蚀 绝缘性
用于制备熔炼金属的坩埚，浇铸金属的模子， 高温热电偶保护管，高温炉内衬
高温隔热材料、高温炉内衬、耐热涂层 坩埚 高温发热元件，高温电极材料，产生紫外线的 灯 氧气传感器
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1.1 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂 的不同，有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷，85瓷，95瓷，99瓷 等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的 不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。 Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;A1203陶瓷 与大多数熔融金属不发生反映，只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原 作用;热的硫酸能溶解A1203，热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用;A1203陶瓷 的蒸汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性，可广泛地 用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道内衬和阀门等。 氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等 特点，因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。 A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零 件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。 透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性，同时具有高温强度高、耐 热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。
碳 化 物 陶 瓷
名称
特点
主要用途
氮化硅(Si3N4)陶瓷 热膨胀系数小，抗热震，弯曲强度高， 惹急材料，切削工具，高级耐火材料，抗腐蚀、 硬度高，自润滑，摩擦系数小，抗腐 抗磨损的密封件 蚀
氮化铝(AlN)陶瓷
六方氮化硼(BN)陶 瓷
立力氮化硼(BN)陶 瓷 碳化硅(SiC)陶瓷
碳化硼(BC)陶瓷
部分稳定Zr02陶瓷
高强度、断裂韧性及抗热冲击性能 导热系数小，隔热效果好，热膨胀系 数大
陶瓷发动机中的汽缸内壁、活塞、缸盖等部件 无润滑轴承，喷砂设备喷嘴、制药用冲压模 工业剪刀、羊毛剪、微电子工业用具、微生物 陶瓷材料
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常见陶瓷分类
分类
氮 化 物 陶 瓷
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1.2 氧化锆(ZrO2)陶瓷
Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。 根据所含相的成分不同，Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02 陶瓷。
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1.2.1 稳定氧化锆(ZrO2)陶瓷
常见陶瓷材料性能及运用
2019年1月17日
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1
常见陶瓷分类
20世纪后期随着许多新技术(如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术 等)的兴起，以及基础理论(如矿物学、冶金学、物理学等)和测试技术(如电子 显微镜技术、X射线衍射技术和各种频谱仪等)的发展，人们对材料结构和性能 之间的关系有了深刻认识。通过控制材料的化学成分和微观组织结构，研制出 了许多具有不同性能的陶瓷材料，如各种功能陶瓷(电子材料、光导纤维、敏 感陶瓷材料)及高温结构陶瓷。与传统陶瓷材料相比其强度得到了成百上千倍 的提高，再加上陶瓷材料本身具备的优异的耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘等特 性，使其在许多重要领域得到了越来越广泛的应用。 常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、 氮、氧等非金属元素组成的化合物，以及非金属元素所组成的化合物，如硼和 硅的碳化物和氮化物。 根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化 物陶瓷和硼化物陶瓷。此外，近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应 用。
稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成，其耐火度高、比热与导热系数小，是理想 的高温隔热材料，可以用做高温炉内衬，也可作为各种耐热涂层。 稳定Zr02陶瓷化学稳定性好，高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀，但不能 抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应，可 以用来作为熔炼这此金属的坩埚。 纯Zr02是良好的绝缘体，由于其明显的高温离子导电特性，可作为2000℃使 用的发热元件，高温电极材料，还可用作产生紫外线的灯。 此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性，可制成氧气传感器，进行氧浓度的测 量。
热硬度高，抗热震，良好地电绝缘性 熔炼金属用的坩埚，热电偶保护管，真空蒸镀
和介电性质
容器，耐热砖，大规模集成电路基板
自润滑性，耐热性，导热，绝缘，质 高温固体润滑剂，轴承，坩埚，绝缘材料，压
量轻
力传递材料和容器，航空高温结构材料，火箭
喷嘴
化学稳定兴高，导热剂耐热性能号， 磨料，切削刀具 硬度高
性度高，热导率高，抗热震性能好， 炉膛结果材料、隔焰板、撸管，发热元件，高
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常见陶瓷分类
分类 名称 氧化铝陶瓷
MgO陶瓷
氧
化 物
稳定氧化锆(ZrO2) 陶瓷
陶
瓷
特点
主要用途
化学性质稳定，机械强度高 电绝缘性，低介质损耗 对可见光和红外线的良好透过性，耐 温耐热耐腐蚀
叶轮泵体轴套阀门管道内衬等 电子电器应用 纺织耐磨零件，刀具，火花塞 高压钠灯灯管，红外检测装置窗口
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1 氧化物陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多 优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具 有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。
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