高温结构陶瓷
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。
其最高使用温度主要取决于基体特征。
陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。
法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。
工制备艺浆体浸渍-热压法适用于长纤维。
首先把纤维编织成所需形状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行烧结。
优点是加热温度较晶体陶瓷低，层板的堆垛次序可任意排列，纤维分布均匀，气孔率低，获得的强度较高。
缺点则是不能制造大尺寸的制品，所得制品的致密度较低，此外零件的形状不宜太复杂，基体材料必须是低熔点或低软化点陶瓷。
晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工与制备晶须与颗粒的尺寸均很小，只是几何形状上有些区别，用它们进行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。
基本上是采用粉末冶金方法。
制备工艺比长纤维复合材料简便很多。
所用设备也不复杂设备。
过程简单。
混合均匀，热压烧结即可制得高性能的复合材料制造工艺也可大致分为配料-成型-烧结-精加工等步骤。
直接氧化沉积法方法：将纤维预制体置于熔融金属上面，添加有镁、硅添加剂的熔融金属铝，在氧化气氛中，不断地浸渍预制体，在浸渍过程中，熔融金属或其蒸汽与气相氧化剂反应生成氧化物。
随着时间的延长，边浸渍边氧化，最终可制得纤维增强CMC。
优点：纤维几乎无损伤、纤维分布均匀、CMC性能优异，工艺简单、效率高成本低先驱体热解法方法：将单独合成的先驱体，通过加温调节其粘度，在高压-真空联合作用下使其浸入并充满多向纤维编织坯件的空隙，在高温下使先驱体热解。
精细陶瓷概述
七、其它精细陶瓷
1.可贮存核废料的陶瓷 2.对CO2具有高吸收能力的锂硅酸盐 3.超塑性陶瓷 4.抗菌抗霉陶瓷 5.超塑性陶瓷
2、透明陶瓷
二、光导纤维
高纯度的二氧化硅 或称石英玻璃熔融 体中，拉出直径约 100μm的细丝，称 为石英玻璃纤维。
三、生瓷是由金属和陶瓷性非金属组成的烧 结材料。广义的金属陶瓷包括难熔化合物合 金、硬质合金、弥散型核燃料元件和控制棒 材料、金属粘结的金刚石工具材料等。狭义 的金属陶瓷是指难熔化合物钛、锆、铪、钒、 铌、钽、铬、钨、钼等和碳、硼、氮、硅等 形成的化合物与金属的烧结材料。。
氛保护下反应，产物沉积在石墨基体上。形 成一层致密的层。此法得到的氮化硅纯度较 高，其反应如下：
3 SiCl4 + 2 N2 + 6 H2 → Si3N4 +12HCl
高熔点氧化物陶瓷
高熔点氧化物陶瓷通常是指熔点超过SiO2熔 点（1728℃）的氧化物，大致有60多种，其 中 最 常 用 的 有 Al2O3 、 ZrO2 、 MgO 、 BeO 、 CaO和SiO2等六种。这些氧化物在高温下具 有优良的力学性能，耐化学腐蚀，特别是具 有优良的抗氧化性，好的电绝缘性，所以得 到广泛的应用。
精细陶瓷
第一节 概 述
一、定义和分类 一般认为：采用高度精选原料、具有精确的 化学组成、按照便于进行结构设计及控制的 制造方法进行制造加工的、具有优异特性的 陶瓷称精细陶瓷。
精细陶瓷主要有以下特点：
（１）产品原料全都是在原子、分子水平上分离、 精制的高纯度的人造原料。 （２）在制备工艺上，精细陶瓷要有精密的成型工 艺，制品的成型与烧结等加工过程均需精确的控制。 （３）产品具有完全可控制的显微结构，以确保产 品应用于高技术领域。精细陶瓷具有多种特殊的性 质，如高强度、高硬度、耐磨耐蚀，同时在磁、电、 热、声光、生物工程等各方面有特殊功能，因而使 其在高温、机械、电子、计算机、航天、医学工程 各方面得到广泛应用。
高温结构陶瓷
• 由于SIC陶瓷高温强度大，高温蠕变小，硬 度高、耐磨、耐腐蚀、耐氧化以及热稳定 性好，所以它是1400℃以上良好的高温结 构陶瓷材料，在许多领域都有广泛的应用。 在航天航空上主要用于发动机燃料燃烧构 件方面（涡轮增压器转子、燃气轮机叶片 以及火箭喷嘴）。
美国F-22生产车间
航天轴承
四、我国现状及应用前景
三、在航天航空上的应用
• 材增加运载能力，提 高机动性能，加大飞行距离或射程，减少 燃油或推进剂的消耗。 • 比强度＝σ/ρ • 比刚度＝E/ρ
航天航天材料的要求
• • • • 1、航空航天材料—优良的耐高低温性能 2、航空航天材料—耐老化和耐腐蚀 3、航空航天材料—适应空间环境 4、航空航天材料—寿命和安全 4
end！ The end！
制作人：贺育武
利用氧化锆相变作用增韧氧化物陶瓷在 20世纪70年代末获较大进展，氧化锆增韧 氧化铝，断裂韧性参数由2.9MPa/m2提高 到 15MPa/m2，抗折强度由 350MPa提高 到1200MPa。加有氧化钇的半稳定氧化锆， 断裂韧性参数也高达 9～16MPa/m2。增韧 氧化物陶瓷可用于制造锤子、水果刀、剪刀、 轴和发动机部件等，可以承受一定冲击而不 碎裂。高温氧化物陶瓷可用作高温炉衬，熔 炼稀有金属和纯金属的坩埚，以及磁流体发 电装置的高温电极材料和热机材料。
高温结构陶瓷
一、高温结构陶瓷简介 二、高温结构陶瓷分类 三、SIC陶瓷在航天航空上的应用 四、我国现状及前景
一、简介
在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强 度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。金 属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由 于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合 在高温时使用。高温结构材料的出现，弥补了 金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、 不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密 度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。
碳化硅结构陶瓷的连接工艺
碳化硅结构陶瓷的连接工艺碳化硅结构陶瓷是一种具有高温、高强度、耐腐蚀性能的陶瓷材料，广泛应用于高温领域。
在实际应用中，碳化硅陶瓷往往需要通过连接工艺与其他部件进行组装和固定。
下面将介绍几种常见的碳化硅陶瓷连接工艺。
一、焊接连接焊接是一种常用的连接碳化硅陶瓷的工艺。
碳化硅陶瓷具有高熔点及低热膨胀系数，使其在焊接过程中容易产生开裂。
因此，在焊接碳化硅陶瓷之前需要对其进行表面处理，常用的方法有化学处理、机械处理和涂覆保护层等。
在选择焊接材料时要考虑到自身的物理性能与碳化硅陶瓷相匹配，一般可选用金属铍、钼、钨等材料。
二、弹性连接弹性连接是通过嵌入弹性材料使碳化硅陶瓷与其他部件连接的工艺。
弹性材料具有较好的可塑性和弹性，能够在接触面上形成良好的密封，并能够吸收一定的应力和振动。
常用的弹性材料有橡胶、丁晴胶等，可以将其嵌入基座、接口或陶瓷本身中，形成连接。
三、粘接连接粘接连接是通过使用粘合剂将碳化硅陶瓷与其他部件粘接在一起的工艺。
选择适合的粘合剂是关键，通常根据应用环境的要求来选择，考虑温度、湿度、化学性质等因素。
常用的粘合剂有环氧树脂、丙烯酸酯、聚酰亚胺等，可以在表面进行涂覆或注入。
四、机械连接机械连接是通过螺纹、螺钉、插销等方式将碳化硅陶瓷与其他部件连接在一起的工艺。
机械连接具有结构简单、易于实施以及拆卸方便等特点。
在选择机械连接方式时要考虑到力的传递和承载能力，以及材料本身的脆性，避免过分施加力导致断裂。
总的来说，碳化硅结构陶瓷的连接工艺有焊接连接、弹性连接、粘接连接和机械连接。
在具体应用中需根据工作环境的要求选择合适的连接方式，并保证连接的牢固度和稳定性。
简述结构陶瓷的性能特点及制备工艺流程
简述结构陶瓷的性能特点及制备工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!结构陶瓷是指那些以陶瓷材料为载体，既具有高机械强度又具有优异耐磨、耐高温、耐腐蚀等物理化学性能的陶瓷材料。
高温陶瓷共烧
高温陶瓷共烧高温陶瓷共烧是一种在高温下将多种不同成分的陶瓷材料结合在一起进行烧结的方法。
这种方法可以提高陶瓷材料的性能，扩大其应用范围。
本文将对高温陶瓷共烧的原理、工艺、性能及应用进行详细介绍。
一、高温陶瓷共烧的原理高温陶瓷共烧的原理主要是利用不同陶瓷材料之间的热膨胀系数、熔点、化学稳定性等性能差异，通过合理的配比和烧结工艺，使各种陶瓷材料在高温下形成均匀、致密、高强度的结构。
在这个过程中，各种陶瓷材料之间会发生物理和化学反应，形成新的化合物或固溶体，从而提高陶瓷材料的整体性能。
二、高温陶瓷共烧的工艺1. 原料准备：根据所需的陶瓷材料性能，选择合适的陶瓷原料，如氧化物、氮化物、碳化物等。
这些原料需要经过严格的筛选、混合和研磨，以保证烧结过程中的均匀性和致密性。
2. 成型：将混合好的陶瓷原料进行成型处理，常用的成型方法有干压成型、泥浆浇注成型、热压成型等。
成型后的生坯需要经过干燥和排胶处理，以去除多余的水分和有机物质。
3. 预烧结：将成型后的生坯进行预烧结处理，目的是消除成型过程中产生的应力，提高生坯的密度和强度。
预烧结的温度和时间需要根据陶瓷材料的性能进行调整。
4. 共烧：将预烧结后的陶瓷生坯进行共烧处理。
共烧的温度和气氛需要根据陶瓷材料的熔点、化学稳定性等因素进行选择。
共烧过程中，各种陶瓷材料之间会发生物理和化学反应，形成新的化合物或固溶体。
5. 后处理：共烧后的陶瓷材料需要进行冷却、切割、磨削等后处理工序，以满足实际应用的需求。
三、高温陶瓷共烧的性能1. 力学性能：通过高温陶瓷共烧，陶瓷材料的硬度、抗弯强度、抗压强度等力学性能得到了显著提高。
这是因为共烧过程中，各种陶瓷材料之间形成了均匀、致密的结构，有效地提高了陶瓷材料的力学性能。
2. 热学性能：高温陶瓷共烧可以使陶瓷材料的熔点降低，热导率提高，从而扩大了陶瓷材料的应用范围。
例如，通过将氧化铝和氧化锆共烧，可以制备出具有高熔点、高强度、高热导率的复相陶瓷材料，广泛应用于电子器件、航空航天等领域。
高温结构陶瓷
高温结构陶瓷摘要：高温结构陶瓷（high temperature structural ceramics），用于某种装置、或设备、或结构物中，能在高温条件下承受静态或动态的机械负荷的陶瓷。
具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。
高温结构陶瓷包括高温氧化物和高温非氧化物（或称难熔化合物）两大类。
在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。
金属作为结构材料，一直被广泛使用。
但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。
高温结构材料的出现，弥补了金属材料的弱点。
这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。
关键词：高温结构陶瓷膨胀系数生产与应用高温结构陶瓷的分类主要有以下几种：氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化锆陶瓷、刚玉、等。
§1.1氮化硅陶瓷1．1．1 定义与性能氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料。
他是氮和硅的唯一化合物，他有两种变体：α—Si3N4和β—Si3N4,均属六方晶系，在20～1000℃线性膨胀系数为2.75×10-6℃-1。
是很好的介电体。
具有较高的机械强度，特别是在高温下仍保持一定强度。
对酸、水蒸气和许多金属熔体（Al、Pb、Zn、等）的作用都是稳定的。
抗氧化能力较强，摩擦系数低，硬度高。
1．1．2 工艺方法它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形状，在氮气中及１２００℃的高温下进行初步氮化，使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅，这时整个坯体已经具有一定的强度。
然后在１３５０℃～１４５０℃的高温炉中进行第二次氮化，反应成氮化硅。
用热压烧结法可制得达到理论密度９９％的氮化硅。
反应方程式：3Si+2N2→Si3N41．反应烧结生产Si3N4采用一级结晶硅块，在球磨中湿磨，酒精作研磨介质，磨至小于０.０７ｍｍ。
6.1高温结构材料汇总
与前面学过的尖晶石的形成过程类似，在金
属表面形成氧化物后，能否继续向内部扩展，取
决于氧原子穿过表面氧化膜的扩散速度，而此速
度取决于温度和表面氧化膜的结构。
以铁的氧化为例来看一下金属的氧化过程。通常铁 能与氧形成FeO，Fe3O4，Fe2O3等一系列氧化物。 570℃以下，铁表面形成的是构造复杂的Fe3O4， Fe2O3氧化膜，氧原子难以扩散，这种氧化膜起着减 缓进一步氧化、保护内部的作用，但温度高于570℃， 氧化物中除了Fe3O4，Fe2O3氧化膜外，还增加了FeO 成分，而FeO晶格结构很疏松，所以为了阻止进一步
的氧化，必须设法阻止FeO的形成。
改进的方法:
在钢中加入对氧的亲和力大于铁的Cr，Si，Al
等，可优先形成稳定、致密的Cr2O3、Al2O3、
SiO2等氧化物保护膜，从而可以提高钢的耐热性。
超耐热合金的发展过程：
50年代前后，钴基合金（较高的耐用温度） →50年代后期，镍基合金（合金体为稳定的面心 立方结构）→高温合金中镍含量越来越高，可以
（2)非氧化物陶瓷
•碳化硅：
高温强度大（～1400℃
•氮化硅： 高化学稳定性；
500～600MPa）；
高温结构件（炉管、火箭尾管喷嘴）。
耐蚀、耐磨材料（赛隆刀具）。
•氮化硼：
耐热、绝缘性好；
高温结构元件及刀具等。
氮化硅陶瓷
氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧 性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、 隔热、电绝缘等一系列优良性能。 Si3N4基陶瓷球轴承 氮化硅陶瓷部件
提高使用温度、延长高温下的使用时间、并减
轻质量。
习惯上，将含镍25%-60%及含铁的高温合金
称为铁镍基高温合金。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Al2O3/YSZ定向凝固共晶的凝固界面形态与凝固速率、样品半径之间的关系 定向凝固共晶的凝固界面形态与凝固速率、 定向凝固共晶的凝固界面形态与凝固速率
不同凝固速率下的定向凝固Al2O3/YAG 共晶陶瓷微观组织 不同凝固速率下的定向凝固
定向凝固Al2O3/YAG 共晶陶瓷共晶间距与凝固速率的关系 定向凝固 随凝固速率的增大， 随凝固速率的增大，共晶间距逐渐减小
Al2O3—YSZ和Al2O3—YAG的断裂韧性
断裂韧性基本上各向同性，在横截面和纵截面数据大体相同。 Al2O3–YSZ的断裂韧性为Al2O3–YAG的两倍多。
展 望
• 氧化物共晶凝固行为与力学性能的关系。获得更多的实验 氧化物共晶凝固行为与力学性能的关系。 数据，优化凝固过程，减少缺陷，获得最佳的力学性能， 数据，优化凝固过程，减少缺陷，获得最佳的力学性能， 特别是提高断裂韧性和抗热振性能。 特别是提高断裂韧性和抗热振性能。 • 获得更多氧化物共晶的物理性质。如热导率，潜热，比热， 获得更多氧化物共晶的物理性质。如热导率，潜热，比热， 液态的粘度，固液界面能，热膨胀系数等， 液态的粘度，固液界面能，热膨胀系数等，从而有利于理 解其凝固和断裂行为。 解其凝固和断裂行为。 • 改进实验工艺，提高生产效率。虽然目前 改进实验工艺，提高生产效率。虽然目前Bridgman方法 方法 能够制备较大尺寸简单形状的氧化物共晶陶瓷的制备， 能够制备较大尺寸简单形状的氧化物共晶陶瓷的制备，但 由于其温度梯度较低，导致共晶生长速率低。 由于其温度梯度较低，导致共晶生长速率低。区熔熔化法 虽然具有大的温度梯度， 虽然具有大的温度梯度，但是难以制备较大尺寸和复杂试 样的制备。因此， 样的制备。因此，要使其优异的性能能够得到更广泛的应 用，必须对现有的制备工艺进行进一步的改进或者发展新 型的制备工艺，从而实现较大尺寸复杂构件的制备。 型的制备工艺，从而实现较大尺寸复杂构件的制备。
TE，共晶熔点； V，生长速率；λ，层片间距 共晶熔点； ，生长速率； ，
3.2 氧化物共晶陶瓷定向凝固制备技术
3.2.1. Birdgman定向凝固技术 定向凝固技术
定向凝固 Al2O3/YAG共晶陶 共晶陶 瓷高温弯曲强度随 温度的变化
粉末烧结和定向凝固制备复合材料的比较 熔体生长复合材料制备， （MGC-熔体生长复合材料制备，即 熔体生长复合材料制备 Birdgman方法定向凝固） 方法定向凝固） 方法定向凝固
3.2.2 悬浮区熔法
悬浮区域熔炼法通常的加热的方 式有：高频感应加热， 式有：高频感应加热，电子束加 红外聚焦加热， 热，红外聚焦加热，激光加热
激光悬浮区熔制备 CaSiO3/Ca3(PO4)2的凝固过 的凝固过 程，可见凝固界面和已凝固的 固相部分
光悬浮区熔定向凝固炉原理图（ ） 及内部结构(b) 光悬浮区熔定向凝固炉原理图（a） 及内部结构
3.2.3激光水平区熔 激光水平区熔
激光水平区熔定向凝固制备的 Al2O3/YAG共晶陶瓷棒状试样 激光水平区熔定向凝固(a) 原理图 (b) 熔池
几种方法的比较
• Bridgman方法最有希望成为制备结构件 方法最有希望成为制备结构件 的方法。但是由于其温度梯度低， 的方法。但是由于其温度梯度低，调节范 围小， 围小，所得材料的性能要比其它方法低一 些。 • 激光悬浮区熔在制备小尺寸的简单形状样 品有独特优势， 品有独特优势，有可能成为制备共晶陶瓷 的主要方法。 的主要方法。
断裂韧性
Al2O3–YAG(a) 和Al2O3–YSZ（b）的裂纹扩展情况（暗相为Al2O3） Al2O3–YAG共晶的裂纹为直线，说明裂纹扩展与两相、界面及位相基本无关（a）。 共晶的裂纹为直线，说明裂纹扩展与两相、界面及位相基本无关（ ）。 共晶的裂纹为直线 Al2O3–YSZ的断裂特点则有所不同：（ ） 显示从一处可产生几条裂纹，然后平行扩 的断裂特点则有所不同：（ 的断裂特点则有所不同：（b） 显示从一处可产生几条裂纹， 直至其中一条进一步发展，而其他则停止扩展。 在此过程中，部分应力得到释放， 展，直至其中一条进一步发展，而其他则停止扩展。 在此过程中，部分应力得到释放， 较高的韧性使Al2O3–YSZ具有一定的热塑残余应力，当裂纹扩展 具有一定的热塑残余应力， 从而提高了韧性 。较高的韧性使 具有一定的热塑残余应力 至压应力区域时，应力得到释放，裂纹停止扩展。 至压应力区域时，应力得到释放，裂纹停止扩展。
有望成为1650℃以上高温氧化性气氛中长期 ℃ 有望成为 工作的首选高温结构材料
日本从2001年开始投资 亿日元 年开始投资60亿日元 日本从 年开始投资 研究如何采用定向凝固技术制备 氧化物共晶自生复合陶瓷并利用 其制造涡轮发动机， 其制造涡轮发动机，其发动机预 计功率达到5000kW级，压缩比 计功率达到 级 超过30， 超过 ，涡轮进口温度达到 1700℃ ，并大大降低氮化物等废 ℃ 气的排放。 气的排放。该发动机将采用熔体 生长的复合材料（ ），即共 生长的复合材料（MGC），即共 ）， 晶自生复合陶瓷作为喷嘴、 晶自生复合陶瓷作为喷嘴、导向 叶片和燃烧室壁板等。 叶片和燃烧室壁板等。
3.3 氧化物共晶陶瓷的凝固组织
(a) (b)
(a) Bridgman定向凝固 定向凝固Al2O3/YAG共晶陶瓷纵截面的微观组织 共晶陶瓷纵截面的微观组织 定向凝固 (b)Al2O3/YAG共晶陶瓷的三维微观组织图。 共晶陶瓷的三维微观组织图。 共晶陶瓷的三维微观组织图
可以看出，定向凝固 共晶陶瓷在横纵截面具有类似的微观组织， 可以看出，定向凝固Al2O3/YAG共晶陶瓷在横纵截面具有类似的微观组织，均表现 共晶陶瓷在横纵截面具有类似的微观组织 出三维网状结构。这种结构是氧化物共晶特有的，其特点是共晶相呈均匀分布， 出三维网状结构。这种结构是氧化物共晶特有的，其特点是共晶相呈均匀分布， 无晶粒边界。网状结构再加上两相间良好的联系，直接导致材料的优异力学性能、 无晶粒边界。网状结构再加上两相间良好的联系，直接导致材料的优异力学性能、 高温稳定性和耐蚀性。 高温稳定性和耐蚀性。
3.4 氧化物共晶陶瓷的力学性能
• 高温强度
(a) (b))
定向凝固Al2O3-/EAG (a)和Al2O3/YAG./ZrO2(b)高温弯曲强度随温度的变化 定向凝固 和 高温弯曲强度随温度的变化
拉伸变形
定向凝固Al2O3/YAG共晶陶瓷从室温到 共晶陶瓷从室温到1750℃的拉伸应力位移 定向凝固 共晶陶瓷从室温到 ℃ 曲线。 曲线。在1650℃，共晶产生屈服现象，并在塑性形变 ℃ 共晶产生屈服现象，并在塑性形变10%～ ～ 17% 左右后，复合材料才开始断裂。 左右后，复合材料才开始断裂。
第三章
高温共晶自生复合陶瓷材料
陶瓷材料的特点
• 陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度、 陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度、 强的抗腐蚀等优异性能, 强的抗腐蚀等优异性能 被认为是最有希望 的新一代超高温结构材料之一。 的新一代超高温结构材料之一。 • 陶瓷材料稳定使用温度高，可高达 陶瓷材料稳定使用温度高，可高达1700℃， ℃ 有效提高了热效率，并降低了能耗； 有效提高了热效率，并降低了能耗；更重 要的是陶瓷材料密度小， 要的是陶瓷材料密度小，仅是高温合金的 1/3-1/4，大大降低了构件的重量和旋转件 ， 的应力，从而极大的提高了航空发动机的 的应力， 推重比和使用性能。 推重比和使用性能。
自生复合陶瓷在未来燃气涡轮中的应用( 自生复合陶瓷在未来燃气涡轮中的应用 MCG：Melt Growth Composite)
3.1共晶陶瓷材料体系 共晶陶瓷材料体系
• 氧化铝基共晶陶瓷
– – – Al2O3—Y2O3 系 Al2O3/ZrO2系 系 Al2O3/(RE)AlO3。 。 RE为稀土元素，通 为稀土元素， 为稀土元素 常为Sm（, （钆）， 常为 （ Lu（镥）, Y, Er(铒） （ 铒 等。 Al2O3/Er3Al5O12(E AG)。 。 Al2O3/YAG/ZrO2等 等 三元共晶体系以及伪 共晶体系。 共晶体系。
蠕变性能
(a) (b)
•
定向凝固共晶Al2O3/YAG共晶陶瓷复合材料与烧结复合材料虽然组份相同， 共晶陶瓷复合材料与烧结复合材料虽然组份相同， 定向凝固共晶 共晶陶瓷复合材料与烧结复合材料虽然组份相同 但蠕变特性相差甚大。烧结复合材料的应力指数 约为 约为1， 但蠕变特性相差甚大。烧结复合材料的应力指数n约为 ，而共晶复合材料的 n约为 ～6；在10-4的应变速率下 烧结材料应变应力为 约为5～ ； 的应变速率下, 烧结材料应变应力为33MPa，而共晶复合 约为 ， 材料达433MPa，显示出13倍之优的特性。同时，共晶复合材料的蠕变特性 ，显示出 倍之优的特性 同时， 倍之优的特性。 材料达 也优于单组分蓝宝石。 也优于单组分蓝宝石。
– –
Al2O3—Y2O3系相图的富 系相图的富Al2O3 部分 系相图的富
氧化物共晶体系及其组成
共晶系 Al2O3/YSZ Al2O3/Y3Al5O12（YAG） ） Al2O3/Er3Al5O12 Al2O3/EuAlO3 Al2O3/GdAlO3 Al2O3/Y3Al5O12/YSZ Ca0.25Zr0.75O1.75/CaZrO3 Mg0.2Zr0.8O1.8/MgO YSZ/NiAl2O4 CaSZ/NiO CaSZ/CoO MgAl2O4/MgO CaF2/MgO TE (K) 2135 2100 2075 1985 2015 1990 2525 2445 2270 2115 2025 2270 1625 共晶成分(wt%) 共晶成分 42YSZ + 58Al2O3 33.5Y2O3 + 66.5Al2O3 52.5Al2O3 + 47.5Er2O3 46.5Al2O3 + 53.5Eu2O3 47Al2O3 + 53Gd2O3 54Al2O3 + 27Y2O3 + 19ZrO2 23.5CaO + 76.5ZrO2 27MgO + 73ZrO2 54NiAl2O4 + 46Zr0.85Y0.15O1.92 61NiO + 39Zr0.85Ca0.15O1.85 64CoO + 36Zr0.89Ca0.11O1.89 45MgO + 55Al2O3 90CaF2 + 10MgO 第二相体积百分数 32.7ZrO2 45Al2O3 42.5Al2O3 45Al2O3 48Al2O3 18YSZ 41CaSZ 28MgO 39YSZ 44CaSZ 38.5CaSZ 23.5MgO 9MgO Vλ2 (µm 3/s) 11 100 ~60 — 6.3 70 400 50 8 32.5 25 150 68