陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過(guò)成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無(wú)機(jī)非金屬材料。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)??捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料,由于陶瓷還具有某些特殊的性能,又可作為功能材料。
普通材料采用天然原料如長(zhǎng)石、粘土和石英等燒結(jié)而成,是典型的硅酸鹽材料,主要組成元素是硅、鋁、氧,這三種元素占地殼元素總量的90%,普通陶瓷來(lái)源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。
特種材料采用高純度人工合成的原料,利用精密控制工藝成形燒結(jié)制成,一般具有某些特殊性能,以適應(yīng)各種需要。根據(jù)其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等;特種陶瓷具有特殊的力學(xué)、光、聲、電、磁、熱等性能。特種材料分類根據(jù)用途不同,特種陶瓷材料可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷氧化鋁陶瓷主要組成物為Al2O3,一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷具有各種優(yōu)良的性能。耐高溫,一般可要1600℃長(zhǎng)期使用,耐腐蝕,高強(qiáng)度,其強(qiáng)度為普通陶瓷的2~3倍,高者可達(dá)5~6倍。其缺點(diǎn)是脆性大,不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛,可用作坩堝、發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞、高溫耐火材料、熱電偶套管、密封環(huán)等,也可作刀具和模具。氮化硅陶瓷主要組成物是Si3N4,這是一種高溫強(qiáng)度高、高硬度、耐磨、耐腐蝕并能自潤(rùn)滑的高溫陶瓷,線膨脹系數(shù)在各種陶瓷中 *小,使用溫度高達(dá)1400℃,具有極好的耐腐蝕性,除氫氟酸外,能耐其它各種酸的腐蝕,并能耐堿、各種金屬的腐蝕,并具有優(yōu)良的電絕緣性和耐輻射性??捎米鞲邷剌S承、在腐蝕介質(zhì)中使用的密封環(huán)、熱電偶套管、也可用作金屬切削刀具。碳化硅陶瓷主要組成物是SiC,這是一種高強(qiáng)度、高硬度的耐高溫陶瓷,在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗彎強(qiáng)度,是目前高溫強(qiáng)度 *高的陶瓷,碳化硅陶瓷還具有良好的導(dǎo)熱性、抗氧化性、導(dǎo)電性和高的沖擊韌度。是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料,可用于火箭尾噴管噴嘴、熱電偶套管、爐管等高溫下工作的部件;利用它的導(dǎo)熱性可制作高溫下的熱交換器材料;利用它的高硬度和耐磨性制作砂輪、磨料等。六方氮化硼陶瓷主要成分為BN,晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系,六方氮化硼的結(jié)構(gòu)和性能與石墨相似,故有“白石墨”之稱,硬度較低,可以進(jìn)行切削加工具有自潤(rùn)滑性,可制成自潤(rùn)滑高溫軸承、玻璃成形模具等。工具陶瓷硬質(zhì)合金主要成分為碳化物和粘結(jié)劑,碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等,粘結(jié)劑主要為鈷(Co)。硬質(zhì)合金與工具鋼相比,硬度高(高達(dá)87~91HRA),熱硬性好(1000℃左右耐磨性優(yōu)良),用作刀具時(shí),切削速度比高速鋼提高4~7倍,壽命提高5~8倍,其缺點(diǎn)是硬度太高、性脆,很難被機(jī)械加工,因此常制成刀片并鑲焊在刀桿上使用,硬質(zhì)合金主要用于機(jī)械加工刀具;各種模具,包括拉伸模、拉拔模、冷鐓模;礦山工具、地質(zhì)和石油開(kāi)采用各種鉆頭等。金剛石天然金剛石(鉆石)作為名貴的裝飾品,而合成金剛石在工業(yè)上廣泛應(yīng)用,金剛石是自然界 *硬的材料,還具備極高的彈性模量;金剛石的導(dǎo)熱率是已知材料中 *高的;金剛石的絕緣性能很好。金剛石可用作鉆頭、刀具、磨具、拉絲模、修整工具;金剛石工具進(jìn)行超精密加工,可達(dá)到鏡面光潔度。但金剛石刀具的熱穩(wěn)定性差,與鐵族元素的親和力大,故不能用于加工鐵、鎳基合金,而主要加工非鐵金屬和非金屬,廣泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、寶石、瑪瑙等的加工。立方氮化硼(CBN)具有立方晶體結(jié)構(gòu),其硬度高,僅次于金剛石,具熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性比金剛石好,可用于淬火鋼、耐磨鑄鐵、熱噴涂材料和鎳等難加工材料的切削加工??芍瞥傻毒?、磨具、拉絲模等其它工具陶瓷尚有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等陶瓷。