结构陶瓷

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  结构陶瓷汉语拼音:Jiegou Taoci;英语:Structural Ceramics),具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高硬度、高强度、低蠕变速率等优异力学、热学、化学性能,常用于各种结构部件的先进陶瓷。

分类

  结构陶瓷按化学组成可分为:

  1. 氧化物陶瓷 如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铁、氧化钙等陶瓷;
  2. 非氧化物陶瓷 如碳化物、氮化物、硼化物等陶瓷;
  3. 复相陶瓷 如多相陶瓷材料、金属陶瓷等。

  随着科学技术的进步,新型结构陶瓷的形态和功能也有新发展,如低维的纳米陶瓷、陶瓷薄膜,以及功能–结构一体化的电热元件、生物医用陶瓷等。

  结构陶瓷在高温下使用大致有两种情况:

  1. 在大热流和1,500℃高温下作短时间(几秒到几十分钟)使用,如用于洲际导弹的端头,回收人造卫星的前缘,火箭尾喷管喉衬和航天飞机外蒙皮等;
  2. 在中等热流和1,200℃以上的高温下长时间(几百到数千小时)使用,主要用于能源工程,作为各种新型热机(燃气轮机、绝热柴油机和斯特林发动机)中的耐热、耐磨部件,如燃烧室、活塞顶、蜗轮转子、气缸套等。

  结构陶瓷在常温下应用十分广泛,例如在汽车、机械、石油化工等工业领域的耐磨、耐腐蚀部件(机械密封、轴套等)。重点发展的结构陶瓷有氮化硅基陶瓷、碳化硅基陶瓷、增韧氧化物陶瓷、莫来石陶瓷以及多相复合陶瓷等。纳米结构陶瓷的兴起,标志着结构陶瓷的研究工作已进入介于宏观与原子之间的纳米层次,一方面显示出结构陶瓷新的功能开拓(如超塑性、低温烧结可能性),另一方面微结构陶瓷给纳米量级的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能等方面的研究提出一系列崭新的科学内涵,成为结构陶瓷研究的一个前沿领域。

发展趋势

  结构陶瓷研究的发展趋势是:

  1. 多相复合陶瓷 包括纤维(或晶须)补强的陶瓷基复合材料,异相颗粒弥散强化复相材料,两种或两种以上主晶相结合的多相复合陶瓷、梯度功能陶瓷。
  2. 从微米级向纳米陶瓷发展 纳米结构陶瓷的出现,不仅引起陶瓷工艺的发展与变革,而且必然引起陶瓷学理论上的发展,以至新性能、新功能的出现成为可能,从而拓宽陶瓷的应用范围。
  3. 材料的剪裁与设计 逐步步入按使用性能要求对材料组成、结构、工艺进行剪裁和设计。