第十三章陶瓷及其陶瓷涂层材料的力学性能_材料的宏微观力学性能

《第十三章陶瓷及其陶瓷涂层材料的力学性能_材料的宏微观力学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十三章陶瓷及其陶瓷涂层材料的力学性能_材料的宏微观力学性能（82页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程13.1 陶瓷材料概述陶瓷材料概述13.1.1 陶瓷材料定义陶瓷材料定义 由金属和非金属元素或单质组成的具有由金属和非金属元素或单质组成的具有共价键、离子键共价键、离子键或混合键结合特性的晶态或非晶态或混合键结合特性的晶态或非晶态无机非金属材料无机非金属材料的总称。的总称。1. 现代陶瓷材料现代陶瓷材料2. 范围和种类范围和种类 它既包括了各种氧化物、复合氧化物和各种硅酸盐，还它既包括了各种氧化物、复合氧化物和各种硅酸盐，还包括

2、碳化物、硅化物、氮化物、硼化物、金属间化合物。包括碳化物、硅化物、氮化物、硼化物、金属间化合物。现代还把金属陶瓷，单质无机材料如金刚石、石墨和单晶现代还把金属陶瓷，单质无机材料如金刚石、石墨和单晶硅等统统归入陶瓷范畴，使陶瓷成为种类和晶种极多的一硅等统统归入陶瓷范畴，使陶瓷成为种类和晶种极多的一个材料大家族，与金属、高分子有机材料共同构成当代三个材料大家族，与金属、高分子有机材料共同构成当代三大固态工程材料。大固态工程材料。周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程13.1.2 陶瓷材料微观结构陶瓷材料微观结构陶瓷材料陶瓷材料微观结构微观结构相分布相分

3、布晶粒尺寸晶粒尺寸晶粒形状晶粒形状气孔大小和分布气孔大小和分布杂质缺陷杂质缺陷晶界晶界周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程陶瓷材料由晶相、玻璃相、气相组成。陶瓷材料由晶相、玻璃相、气相组成。13.1.2 陶瓷材料微观结构陶瓷材料微观结构晶相是陶瓷材料的晶相是陶瓷材料的主要组成相，决定主要组成相，决定陶瓷材料的物理化陶瓷材料的物理化学特性学特性玻璃相是非晶玻璃相是非晶态低熔点固体态低熔点固体相，起黏结晶相，起黏结晶相、填充气孔、相、填充气孔、降低烧结温度降低烧结温度等作用。等作用。气相和气孔是陶瓷气相和气孔是陶瓷材料在制备过程中材料在制备过程中由于

4、原料微粒堆积由于原料微粒堆积不够致密而必然出不够致密而必然出现的现象。现的现象。 氧化物结构和硅酸盐结构氧化物结构和硅酸盐结构是陶瓷晶体中最重要的两类结构。它们的共同是陶瓷晶体中最重要的两类结构。它们的共同特点是结合键主要是离子键，含一定比例的共价键；有确定的成分，可以用特点是结合键主要是离子键，含一定比例的共价键；有确定的成分，可以用确定的分子式表示。确定的分子式表示。不同种类、不同粒度、不同数量、不同形状和分布的主不同种类、不同粒度、不同数量、不同形状和分布的主晶相、非晶相和气相晶相、非晶相和气相，就组成了具有不同物理化学性能的千百种陶瓷材料。，就组成了具有不同物理化学性能的千百种陶瓷材料

5、。周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程13.1.3 陶瓷材料的热物理性能陶瓷材料的热物理性能1. 密度密度2. 热膨胀系数热膨胀系数3. 熔点熔点4. 导电性导电性绝大多数陶瓷材料的相对密度在绝大多数陶瓷材料的相对密度在2.54.0 之间之间 由于陶瓷晶体是由共价键、离子键组成，故由于陶瓷晶体是由共价键、离子键组成，故陶瓷材料的熔点一般很陶瓷材料的熔点一般很高高。 陶瓷材料的热膨胀系数一般都很陶瓷材料的热膨胀系数一般都很小小，进而，进而可以体现其热稳定性和体积稳定性都很好。可以体现其热稳定性和体积稳定性都很好。 陶瓷材料电化学性能也是陶瓷材料电化

6、学性能也是多种多样多种多样的，包括导电的，包括导电陶瓷、半导体陶瓷、绝缘或介电陶瓷以及超导陶瓷陶瓷、半导体陶瓷、绝缘或介电陶瓷以及超导陶瓷 。周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程13.2 陶瓷材料的力学性能陶瓷材料的力学性能13.2.1陶瓷材料的弹性变形陶瓷材料的弹性变形 绝大多数陶瓷材料绝大多数陶瓷材料在室温下拉伸或弯曲，在室温下拉伸或弯曲，均均不产生塑性变形不产生塑性变形，即，即弹性变形阶段结束后立弹性变形阶段结束后立即呈即呈脆性断裂脆性断裂特征。特征。 周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程13

7、.2.2 陶瓷材料的陶瓷材料的塑性塑性变形变形1.常温条件：常温条件：一般的陶瓷材料由于晶体结构复杂，在室温下一般的陶瓷材料由于晶体结构复杂，在室温下没有塑性没有塑性； 2.高温条件：高温条件： 由于温度升高，陶瓷材料的强度下降，因而表现由于温度升高，陶瓷材料的强度下降，因而表现出部分塑性变形。出部分塑性变形。3. 陶瓷材料陶瓷材料超塑性超塑性变形变形1)定义：定义： 在一定的温度和应力作用下，材料显示在一定的温度和应力作用下，材料显示出非常高的塑性变形率，其出非常高的塑性变形率，其拉伸变形量拉伸变形量可达百可达百分之几百。分之几百。 周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品

8、课程材料的力学性能精品课程2) 类型类型 一种是一种是相变超塑性相变超塑性，它是由于温度变化经过，它是由于温度变化经过相变点因相变而产生的超塑性行为，如方氧化铁相变点因相变而产生的超塑性行为，如方氧化铁多晶体多晶体(TZP)是最典型的超塑性陶瓷。是最典型的超塑性陶瓷。 另一种是另一种是结构超塑性结构超塑性，它是晶粒具有等轴形，它是晶粒具有等轴形状的均匀细晶粒材料在应力作用下表现出的超塑状的均匀细晶粒材料在应力作用下表现出的超塑性行为，故也称细晶超塑性。性行为，故也称细晶超塑性。 13.2.2 陶瓷材料的超陶瓷材料的超塑性塑性变形变形周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程

9、材料的力学性能精品课程3) 产生超塑性条件产生超塑性条件I晶粒细小，其临界尺寸范围约晶粒细小，其临界尺寸范围约I晶粒是等轴的；晶粒是等轴的；I第二相弥散分布，能抑制高温下基体晶第二相弥散分布，能抑制高温下基体晶粒生长；粒生长；I晶粒间存在液相或无定形相。晶粒间存在液相或无定形相。 nm50020013.2.2 陶瓷材料的陶瓷材料的塑性塑性变形变形周易春教授周易春教授周益春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程 晶粒尺寸和晶界的性质是影响陶瓷材料超塑性的晶粒尺寸和晶界的性质是影响陶瓷材料超塑性的主要主要因素。细晶粒超塑性机理是晶界滑移，晶粒尺寸越小，晶因素。细晶粒超塑性机理是

10、晶界滑移，晶粒尺寸越小，晶界越多，高温下越容易产生晶界滑移，变形量越大，表现界越多，高温下越容易产生晶界滑移，变形量越大，表现出高的超塑性。在超塑性变形过程中，变形前后的超细晶出高的超塑性。在超塑性变形过程中，变形前后的超细晶粒并非保持不变，由于应变和高温的联合作用，材料显微粒并非保持不变，由于应变和高温的联合作用，材料显微结构出现晶粒长大现象。结构出现晶粒长大现象。 13.2.2 陶瓷材料的陶瓷材料的塑性塑性变形变形4) 影响超塑性因素影响超塑性因素内在因素内在因素外在因素外在因素晶粒尺寸、显微结构的稳定性晶粒尺寸、显微结构的稳定性应变速率、变形温度应变速率、变形温度周易春教授周易春教授周益

11、春教授周益春教授材料的力学性能精品课程材料的力学性能精品课程13.2.3陶瓷材料的硬度与磨损陶瓷材料的硬度与磨损13.2.3.1 陶瓷材料硬度陶瓷材料硬度 1.定义及类型定义及类型 它是材料抵抗局部压力而产生变形能力的表征。常见它是材料抵抗局部压力而产生变形能力的表征。常见的硬度指标有的硬度指标有布氏硬度布氏硬度(HB)、洛氏硬度、洛氏硬度(HRC)、维氏硬度、维氏硬度(HV)、显微硬度、显微硬度(HM)、莫氏硬度、努普硬度、莫氏硬度、努普硬度(HK)等。等。 1)可沿用金属材料硬度测试方法；可沿用金属材料硬度测试方法；2)实验方法及设备简便，试样小而经济；实验方法及设备简便，试样小而经济；3