第一篇：碳化硅陶瓷性能及特点
陶瓷纤维性能及成分
陶瓷纤维是一种集传统绝热材料、耐火材料优良性能于一体的纤维状轻质耐火材料。其产品涉及各领域,广泛应用于各工业部门,是提高工业窑炉、加热装置等热设备热工性能,实现结构轻型化和节能的基础材料。
主要化学成份:
SiO2: 45%-55%
AL2O3: 40%-50%
Fe2O3:0.8%-1.0%
Na2O+K2O:0.2-0.5%
特点及用途:
具有低导热率,优良的热稳定性,化学稳定性,无腐蚀性.用该纤维生产的制动器衬片具有良好的耐高温性和分散性,适合各类混料机搅拌.
适用于有耐高温要求,热恢复性能好,制动噪音小的制动器衬片.
陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料,具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点,因而在机械、冶金、化工、石油、交通运输、船舶、电子及轻工业部门都得到了广泛的应用,在航空航天及原子能等尖端科学技术部门的应用亦日益增多.发展前景十分看好。陶瓷纤维在我国起步较晚,但一直保持着持续发展的势头,生产能力不断增加,并实现了产品系列化,我国已发展成为世界陶瓷纤维生产大国。
陶瓷纤维的现状及发展趋势
早在1941年,美国巴布考克·维尔考克斯公司就利用天然高岭土经电弧炉熔融后喷吹成了陶瓷纤维。20世纪40年代后期,美国有两家公司生产硅酸铝系纤维,并第1次将其用于航空工业。进入50年代,陶瓷纤维已正式投入工业化生产,到了60年代,已研制开发出多种陶瓷纤维制品,并开始用于工业窑炉的壁衬。1973年全球出现能源危机后,陶瓷纤维获得了迅速的发展,其中以硅酸铝系纤维发展最快,每年以10%~15%的速度增长。美国和加拿大是陶瓷纤维的生产大国,年产量达到了10万t左右,约占世界耐火纤维年总产量的1/3。欧洲的陶瓷纤维产量位于第三,年产量达到6万t左右。在年产30万t的陶瓷纤维中,各种制品的比例大致为:毯和纤维模块45%;真空成型板、毡及异形制品25%;散状纤维棉15%:纤维绳、布等织品6%;纤维不定形材料6%:纤维纸3%。
陶瓷纤维制品的应用领域主要是加工工业和热处理工业(工业窑炉、热处理设备及其它热工设备),其消耗量约占40%,其次是钢铁工业,其消耗量约占25%。国外在提高陶瓷纤维产量的同时,注意研制开发新品种,除1000型、1260型、1400型、1600型及混配纤维等典型陶瓷纤维制品外,近年来在熔体的化学组分中添加ZrO
2、Cr2O3等成分,从而使陶瓷纤维制品的最高使用温度提高到1300℃。此外,有些生产企业还在熔体的化学组分中添加CaO、MgO等成分,研制开发成功多种新产品。如可溶性陶瓷纤维含62%~75%Al2O3的高强陶瓷纤维及耐高温陶瓷纺织纤维等。因此,目前在国外陶瓷纤维的应用带来了十分显著的经济效益,导致陶瓷纤维的应用范围日益扩大,一些主要工业发达国家的陶瓷纤维产量继续保持持续增长的发展势头,其中尤以玻璃态硅酸铝纤维的发展最为迅速。同时,随着陶瓷纤维应用范围的不断扩大,导致陶瓷纤维制品的生产结构随之发生重大改变.如陶瓷纤维毯(包括纤维块)的产量由过去占陶瓷纤维产量的70%下降至45%;陶瓷纤维深加工制品(如纤维绳、布等纤维制品)、纤维纸、纤维浇注料、可塑料、涂抹料等纤维不定形材料的产量大幅度增长,接近于陶瓷纤维产量的15%。陶瓷纤维新品种的开发生产和应用,大大促进了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。
我国陶瓷纤维生产起步较晚,在20世纪70年代初期,才先后在北京耐火材料厂和上海耐火材料厂研制成功并投入批量生产。其后10余年主要以“电弧炉熔融、一次风喷吹成纤、湿法手工制毡”的工艺生产陶瓷纤维制品,工艺落后,产品单一。自1984年首钢公司耐火材料厂从美国CE公司引进电阻法甩丝成纤陶瓷纤维针刺毯生产线后.至1987年,又有河南陕县电器厂、广东高明硅酸铝纤维厂和贵阳耐火材料厂分别从美国BW公司和Ferro公司引进了3条不同规模、不同成纤方法的陶瓷纤维针刺毯生产线及真空成型技术,从此改变了我国陶瓷纤维生产工艺、生产设备落后和产品单一的面貌。
自1986年开始.我国通过对引进的陶瓷纤维生产设备和工艺消化、吸收,并结合国情研制、设计建成了不同类型的电阻法甩丝(或喷吹)成纤干法针刺毯生产线82条,安装在45家企业内。年产量已达到10万t以上,成为世界最大的生产国。产品品种多样化.除批量生产低温型、标准型、高纯型、高铝型等多种陶瓷纤维针刺毯及超轻质树脂干法毡(板)外.还可生产14%~17%ZrO2的合锆纤维毯。其使用温度可达1300℃以上。
20世纪80年代末期,日本直井机织公司、车铁及英特莱等机织品公司相继在北京投资建成了陶瓷纤维纺织品专业生产企业,并批量生产陶瓷纤维布、带、扭绳、套管、方盘根等陶瓷纤维纺织品,纤维织品生产所需的散状纤维棉及工艺装备均已实现了国产化。90年代初,北京、上海、辽宁鞍山、山东、河南三门峡等地先后从美国、法国、日本等国引进了陶瓷纤维的喷涂技术和设备;并在冶金、石化部门工业窑炉上应用了陶瓷纤维喷涂炉衬,节省了能耗,取得了良好的经济效益,现已得到了普遍推广,并在冶金、石化和机械等部门工业炉和加热装置中的应用取得了成功的经验。与陶瓷纤维喷涂技术同步发展的陶瓷纤维浇注料、可塑料、涂抹料等纤维不定形材料,不仅已建有国内生产企业,而且已在各类工业窑炉、加热装置和高温管道上推广应用。
因此,目前我国陶瓷纤维已处于持续调整发展的阶段,陶瓷纤维的生产工艺与设备,尤其是干法针刺毯的生产工艺与设备具有世界先进水平,含铬、含锆硅酸铝纤维板,多晶氧化铝纤维,多晶莫耒石纤维及混配纤维制品等新型陶瓷纤维与制品相继开发成功,并投放了工业化生产,使纤维状轻质耐火材料构成了完整的系列产品。陶瓷纤维应用范围的不断扩大,致使高强度、抗风蚀硬性纤维壁衬应用日益普及。同时,陶瓷纤维生产技术的发展,也大大推动了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。
陶瓷纤维的化学组成与结构性质
1 陶瓷纤维的化学组成
陶瓷纤维的化学组成见表1所示。
表1 陶瓷纤维的化学组成
2 陶瓷纤维的结构性质
陶瓷纤维的直径一般为2μm~5μm,长度多为30mm~250mm,纤维表面呈光滑的圆柱形,横截面通常是圆形。其结构特点是气孔率高(一般大于90%),而且气孔孔径和比表面积大。由于气孔中的空气具有良好的隔热作用,因而纤维中气孔孔径的大小及气孔的性质(开气孔或闭气孔)对其导热性能具有决定性的影响。实际上,陶瓷纤维的内部组织结构是一种由固态纤维与空气组成的混合结构,其显微结构特点在固相和气相都是以连续相的形式存在,因此,在这种结构中,固态物质以纤维状形式存在,并构成连续相骨架,而气相则连续存在于纤维材料的骨架间隙之中。正是由于陶瓷纤维具有这种结构,使其气孔率较高、气孔孔径和比表面积较大,从而使陶瓷纤维具有优良的隔热性能和较小的体积密度。
陶瓷纤维的机械物理性能
陶瓷纤维品种较多,其化学成分也不相同,因此其机械物理性能也有较大的差异,现选择具代表性的4种主要陶瓷纤维的典型性能列于表2。
表2 4种陶瓷纤维的典型性能
瓷纤维的制造方法
1 化学气相反应法
化学气相反应(CVR)法是以B2O3为原料,经熔纺制成B2O3纤维,再置于较低的温度和氨气中加热,使B2O3与氨气反应生成硼氨中间化合物,再将这种晶型不稳定的纤维在张力下进一步在氨气或氨与氮的混合气体中加热至1800℃,使之转化成BN纤维,其强度可高达2.1GPa,模量可达345GPa。
2 化学气相沉积法
化学气相沉积(CVD)法系由钨芯硼纤维氮化而成。制造时,先将硼纤维加热至560℃进行氧化,再将氧化纤维置于氨中加热至1000℃~1400℃,反应约6h后即可制得BN纤维。
3 聚合物前躯体法
聚合物前躯体法是由聚硼氮烷熔融纺丝制成纤维后进行交联,生产不熔化的纤维.再经裂解制成纤维。
Si3N4纤维有两种制法:一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷为起始原料,先合成稳定的氢化聚硅氮烷,经熔融纺丝制成纤维,再经不熔化和烧制而得到Si3N4纤维;二是以吡啶和二氧化硅烷为原料,在惰性气体保护下反应生成白色的固体加成物,再于氮气中进行氨解得到全氢聚硅氮烷,再置于氮气中进行氨解得到全氢聚硅氮烷.再置于烃类有机溶剂中深解配置成纺丝溶液,经干法纺丝制成纤维,然后在惰性气体或氨气中于1100℃~1200℃温度下进行热处理而得氮化硅纤维。
SiBN3C纤维也是采用聚合物前躯体法生产的,是一种最新的陶瓷纤维,起始原料为聚硅氮烷,经熔融纺丝、交联、不熔化和裂解后制得纤维。
SiO2纤维是通过与制备高硅氧玻璃纤维相同的工艺制得的,先制成玻璃料块,再进行二次熔化,采用铂金坩锅拉丝炉进行熔融纺丝,温度约1150℃.得到纤维或进一步加工成织物等成品后用热盐酸处理,除掉B2O3HNa2O成分,再进行烧结使纤维中SiO2的质量分数达到95%~100%。另外,还有以SiO2为原料,配制成高粘度的溶胶后进行纺丝,制得前躯体纤维后,再加热至1000℃,便可制得纯度为99.999%的石英纤维。此外,还可用石英棒或管用氢氧焰熔融拉成粗纤维,然后再以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰高速拉成直径为4μm~10μm的连续长纤维,SiO2含量为99.9%。
陶瓷纤维的应用领域
陶瓷纤维是一种新型纤维状轻质耐火材料,应用领域很广,主要用于金属基和陶瓷基复合材料和隔热功能材料,如应用于航空、航天和其它要求耐高温和较好力学性能的部件,包括烧蚀材料(如宇航器重返大气层的隔热罩、火箭头锥体、喷嘴、排气口和隔板等)。此外,还可应用于熔融金属或高温气液体的过滤材料和耐极高温的绝热材料等。
目前陶瓷纤维发展的趋势
1 陶瓷纤维产品品种和生产规模持续发展
自20世纪90年代以来.一些大的陶瓷纤维生产企业为了增强抗风险的能力,纷纷组建集团,并进行了内部结构调整.淘汰了一些落后的工艺与设备及生产线,在产品结构上作了较大的调整,大幅度压缩了在国际市场上竞争力较差的普通硅酸铝纤维产品,扩大了高纯硅酸铝纤维、含铬纤维、含锆纤维、多晶氧化铝纤维和多晶莫耒石纤维等产品的生产能力。同时,一些大的陶瓷纤维企业开发成功并批量生产用于特殊应用领域的多晶氧化锆纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维、硼化物纤维等新产品,如美国DuPont(杜邦)公司生产的多晶氧化铝长纤维(商品名为FP纤维),含有99.9%多晶α—Al2O3,纤维直径为20μm,主要用于制造纺织物。随着科学技术的发展,先进的复合材料已研制开发成功,其增强体主要是连续长纤维和晶须,其中碳化硅纤维与晶须在复合材料中应用最广,由碳化硅纤维增强的金属基(钛基)复合材料、陶瓷基复合材料已用于制造航天飞机部件、高性能发动机等耐高温结构材料,是21世纪航空航天及高技术领域的新材料。
2 陶瓷纤维制造工艺、方法与技术快速发展
目前,“电阻法喷吹成纤、干法针刺制毯”和“电阻法甩丝成纤、干法针刺制毯”仍为国际上陶瓷纤维生产的两种典型的工艺技术。由于陶瓷纤维的应用范围越来越扩大,以及随着高新技术的发展,要求陶瓷纤维产品向功能性方向发展,以满足特定领域内所需的专用功能性产品,如使产品具有优良的耐高温性能、机械力学性能、柔韧性能和可纺性能等。
在制造方法方面,熔融法与化学法(胶体法)同时并存且同步发展,以适应不同品种用途的需要。熔融法常用于生产非晶质(玻璃态)纤维,其技术含量低,生产成本低,产品的应用量大面广,主要用于工业窑炉、加热装置耐火、隔热应用领域中的基础材料。化学法用于生产多晶晶质纤维,该法技术含量高,生产成本也高,附加值高,但产品仍较少,主要用于1300℃以上高温工业窑炉的耐火隔热及航天、航空、核能等尖端技术领域。
3 提高陶瓷纤维生产原料的纯度,发展生产能力较
陶瓷纤维的产品质量主要取决于原料的质量,一些工业发达国家的陶瓷纤维生产企业都是以高纯度合成粉料为原料,使熔融法生产的非晶质纤维化学组成中的Fe2O
3、Na2O、CaO等有害杂质的含量低于1%,从而提高了纤维板的质量和耐热性能。
4 大新产品研制开发力度
一般是对现有的工艺设备和生产工艺进行改造与完善,生产功能性产品,扩大应用领域。新产品的开发主要有:晶质氧化铝连续长纤维、复合材料生产用的新型纤维增强体和纳米结构晶质氧化铝连续长纤维的开发等
第二篇：陶瓷的制备及性能测试
一、实验目的
1.掌握陶瓷坯料配方操作技能。
2.初步掌握陶瓷生产工艺方案的确定方法，全面了解陶瓷生产的工艺过程。 3.掌握可塑性测定仪的使用方法
二、实验药品及仪器
药品：高岭土、石英、长石、膨润土
仪器：可塑性测定仪、马弗炉、托盘、刀片、保鲜膜等
三、实验过程
1.选定好配方
2.把三种原料放在钢盆中混合，要求混合地非常的均匀。 3.加入一定量的水(根据不同粉料加入不同数量的水)。
4.用手进行揉练，以进一步除去泥料中的空气泡并使水分分布均匀，陈化，根据不同的实验制备不同形状的试块，做好备用。 5.可塑性的测定(详见附件)
附件：
粘土或坯料可塑性的测定
可塑性是陶瓷泥料的重要工艺性能，其测定方法有间接和直接法两种，但到目前为止仍无一种方法能完全符合生产实际，因此，国内外正在积极研究适宜的定量测定方法。目前各研究单位或工厂仍广泛沿用直接法，即用可塑性指标和可塑性指数对粘土或坯料的可塑性进行初步评价。 1.可塑性指标的测定 1.1目的意义
可塑性指标是利用一定大小的泥球，测定其在受力情况下所产生的应变，以对粘土或坯料的可塑性进行初步评价，对陶瓷的成型和干燥性能进行分析。
本实验的目的：
①了解粘土或坯料的可塑性指标对生产的指导意义; ②熟悉影响粘土可塑性指标的因素;
③掌握粘土或坯料可塑性指标的测定原理及测定方法。 2.2基本原理
可塑性是指具有一定细度和分散度的粘土或配合料，加适量水调和均匀，或为含水率一定的塑性泥料，在外力作用下能获得任意形状而不产生裂缝或破坏，
并在外力作用停止后仍能保持该形状的能力。
可塑性指标以一定大小的泥球在受力情况下所产生的应变与应力的乘积来表示：
式中 S——可塑性指标，cm·kg; D——泥球在试验前的直径，cm;
H——泥球受压后产生裂纹时的高度，cm; P——泥球出现裂纹时的负荷，kg。
可塑性与调和水量，亦即与颗粒周围形成的水化膜厚度有一定的关系。一定厚度的水化脂会使颗粒相互联系，形成连续结构，加大附着力;水膜又能降低感粒间的内摩擦力，使质点能相互沿着表面滑动而易于塑造成各种形状，从而增加了可塑性。但加入水量过多又会产生流动，失去塑性;加入水量过少，则连续水膜破裂，内摩擦力增加，塑性变坏，甚至在不大的压力下就呈松散状态。
3.3实验器材
①KS-B微电脑可塑性测定仪。 ②粗天平。 ③量筒。 ④卡尺。 ⑤调泥皿。 ⑥调泥刀。 3.4试样的制备
圆柱体：Φ28×38 mm 圆球：Φ30 mm 3.4测定步骤
①将400g粘土(或直接取生产用坯料)加入适量水分，充分调和捏练使其达到具有正常工作稠度的致密泥团(此时，泥团极易塑造成型而又不粘手)。将泥团铺于玻璃板上，制成厚30mm的泥饼，用直径45mm之铁环割取5段，保存在保湿器中，随时取用。
②将泥团用手搓成泥球，球面要求光滑无裂纹，球的直径(45+1)mm，为了使手掌不致吸去泥段表面水分和沾污泥球表面，实验前应先用湿毛巾擦干。
3.4.1 方法一检测适用于圆柱体试样
a.打开电源开关，预热5分钟，仪表高两位显示位移(mm)，此时高两位应>38mm，否则应下降使之符合要求，低四位显示压力(N)且低四位应为0，否则需进行零点测定。
B.按测试键，高位闪烁，按“↑”键将其置数为1，再按测试键，显示方式1状态(状态1指示灯亮)。
C.将制好的试样(Φ28×38 mm圆柱体试样)放入下压板中心，按上升键，仪器在完成试验后停机并自动计算显示该泥料的可塑度R，式中A为常数，对于Φ28×38 mm的试样，此值为1.80，F
10、F50分别为试样压缩10%和50%时所承受的压力。
R=A·F10/F50 D.按R、S键复位，准备下一次实验。 3.4.2 方法二检测，适用于球形试样。
A.打开电源开关，预热5分钟，高2位显示位移(mm)此值应大于球形试样的直径，该值大小可通过“上升”“下降”键来调节，低四位应位0。
B.按测试键，高位“0”闪烁，按“↑”键将其置数为2。再按测试键，显示方式2状态(状态2指示灯亮)， 同时显示050.0，此值为球形试样直径的初设值，用卡尺将球形试样直径d量出来;按键“↑”和“→”键将其数据修改成测量值(mm)，按测试键。
C.将做好的球形试样(d≤45mm)放入下压板心，按上升键，同时仔细观察球形试样，当看到裂纹时，立即按下降键，此时电机停止转动，测试仪自动计算，显示该泥料的可塑性数据n=(d-b)·p。其中d为球形试样直径(mm)，b为压裂时的厚度(mm)，p为压裂时的压力(Kg)。
D.按RS键复位，准备下一次实验。 每种试样需平行测定2个 3.5、注意事项
①试样加水调和应均匀一致，水分必须是正常操作水分，搓球前必须经过充分捏练。
②搓球必须用润湿的掌心，搓球时间大致差不多，球表面必须光滑，滚圆无疵，球的尺寸须控制在4cm范围内。
③试验操作必须正确，顺序不得颠倒，掌握开裂标淮应该一致。http://
第三篇：叶氏陶瓷企业文化及陶瓷特点
湖北华叶陶瓷有限公司是一家以家居礼品陶瓷研发、设计、生产、包装、销售为一体的综合性公司，拥有一支在陶瓷艺术、技艺方面拔尖的人才队伍作为产品技术开发顾问，以分公司景德镇叶氏陶瓷有限公司为依托，独立设计、自行生产系列中高档陶瓷餐具、茶具、咖啡具、办公用具，系列宾馆用瓷和中高档艺术瓷等。
公司自创立之日起，承袭叶氏家族百年的陶瓷生产史，吸收了国内外先进的管理制造经验，产品更是入选中南海国宴用瓷，“当代国瓷”的称号让叶氏陶瓷承载着至高的荣誉，也赋予了叶氏陶瓷引领创新，超越一流的内在品质。凭借厚重悠长的陶瓷历史文化的铺垫，叶氏陶瓷快速成长为名扬海内外的知名品牌，产品远销海内外，并深受欧洲、美洲及东南亚各国的喜爱。
叶氏陶瓷怀着振兴“叶氏陶瓷”和中国陶瓷业的责任感和使命感，积极整合景德镇制瓷资源和优势，借鉴国际先进的行业连锁营销的经营模式，在九省通衢的湖北省武汉市设立品牌运营中心，在中国家居礼品陶瓷行业率先导入“陶瓷生活馆”连锁营销模式，为全球合作伙伴提供完善的管理、专业的指导和高品质的服务，确保合作伙伴长期受益，确保事业蓬勃发展、企业永续经营。使“叶氏陶瓷”的销售网点得到迅速发展，叶氏陶瓷生活馆在全国更是遍地开花，掀起了“健康全瓷生活用品”革命！
叶氏陶瓷，创意与质量并重，天然与时尚齐鸣，品质生活的缔造者生活之美的营造者家之幸福的点睛者
健康环保——高温烧制，最绿色的环保产品
陶瓷用品是纯天然陶泥土经过1320度高温烧制而成，高温灭菌的产品不含任何对环境和对人体有害的物质，绝对100%健康安全，真正是无毒、无害、无污染、环保健康。与塑料制品相比，长期使用塑料产品会有致癌可能。
经久耐用——千年不腐，永不褪色，绝不变形变质
陶瓷拥有很强的耐酸、碱、盐及大气中碳酸气侵蚀的能力，不易与这些物质发生化学反应，不会生锈老化。
物美价廉——经济实惠，最廉价的高档品
瓷器产品与金属产品相比，原材料成本低，物美价廉，更避免了长期摄入有害金属的可能。更无氧化变质可能。
有利储存——与“瓷”同时，最严密的储存器
瓷器的气孔极少，吸水率很低。用瓷器储存食物，严密封口后，能防止食物中水分挥发、渗透及外界细菌的侵害。
安全稳定——烈火铸就，不惧沸腾滚烫
陶瓷还拥有很强的热稳定性，传热慢，优于玻璃器皿，不会因急热骤冷而炸裂，用来盛装沸水或滚烫的食物，端拿时不易烫手。
易于打理——历久弥新，打理如此简单
陶瓷釉面光亮、细腻，不易损伤，不晕染，不脱色，易清洗。清水刷洗即可洁净如新。 美观大气——只有想不到，没有做不到
陶瓷制品形式多样，色彩丰富，有档次、有个性、有品位，陶瓷制品上的花纹图案及色彩为高温釉彩无铅中毒危害，使用起来安全放心，个性美观，深受人们喜爱。
第四篇：碳化硼陶瓷的制备
1 碳化硼陶瓷的制备方法 1.1 碳化硼粉末的合成
根据合成碳化硼粉末所采用的反应原理、原料及设备的不同，碳化硼粉末的工业制取方法主要有高温自蔓延合成法(SHS)和碳管炉、电弧炉碳热还原法，近年来还出现了激光化学气相反应法、溶胶-凝胶碳热还原法等。 1.1.1 碳管炉、电弧炉碳热还原法
这是合成碳化硼粉末最常用的方法，早在化学计量的B4C被确定(1934年)后不久，电炉生产工业碳化硼的研究即取得成功，碳化硼作为磨料开始在工业上得到应用。将硼单质或含硼的化合物与碳粉或含碳的化合物均匀混合后放入高温设备，例如碳管炉或电弧炉中，通以保护气体或N2在一定温度下合成碳化硼粉末，基本的化学方程式为： 2B2O3(4H3BO3)+7C=B4C+6CO2(g)+6H2O(g) 这种方法的优点是：设备结构简单、占地面积小、建成速度快、工艺操作成熟、稳定。但该法也有较大的缺陷，包括能耗大、生产能力较低、高温下对炉体的损坏严重，尤其是合成的原始粉末平均粒径大(20～40μm)，作为烧结碳化硼的原料还需要大量的破碎处理工序，大大增加了生产成本。
1.1.2 自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法(SHS)是利用化合物合成时的反应热，使反应进行下去的一种工艺方法。由前苏联物理化学研究所的MerzhahovG，BorovlnskayaLp发明，并成功制备了多种高纯度的陶瓷粉末，例如B4C、BN等。由于此法制备碳化硼时多以镁作为助熔剂，故又称镁热法。与其他方法相比，具有反应温。度较低(1273～1473K)、节约能源、反应迅速及容易控制等优点，所以合成的碳化硼粉的纯度较高且原始粉末粒度较细(0.1～4μm)，一般不需要破碎处理，是目前合成碳化硼粉的较佳方法，缺点是反应物中残留的MgO必须通过附加的工艺洗去，且极难彻底除去。
1.1.3 激光诱导化学气相沉积法
激光诱导化学气相沉积法(LICVD)是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热分解或化学反应，经成核生长形成超细粉末。 1.1.4 溶胶-凝胶碳热还原法
溶胶-凝胶法(sol-gel)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理合成化合物的方法。由于提供硼源的硼化物很难与其他无机物或有机物形成凝胶，故用此法合成碳化的报道较少。
1.2 碳化硼陶瓷材料制备的一般方法
特种陶瓷的主要制备工艺是粉末制备、成型和烧结。的塑性很差，晶界移动阻力很大，固态时表面张力很小，这一切都是阻碍烧结的因素。无任何添加剂的常压烧结要想得到较高致密度的产品，要求的条件很苛刻，例如粉末粒度要尽可能小(小于3μm)，粉末粒度大于8μm是不可能进行无添加剂常压烧结的;烧结温度高(2250～2280℃)，接近碳化硼的熔点(2400℃)。所以，常压烧结通常添加各种烧结助剂以促进烧结。添加物可以分为金属和无机非金属两大类。烧结温度小于1800℃和添加Gr、Co、Ni、Al、玻璃等常压烧结时，最终密度小于78%。添加Si、Al、Mg、TiB
2、GrB
2、SiC、Be2C以及SiC+Al、B+C、B+Si+W2B5等在温度较高(2150～2250℃)烧结时有助于提高致密度。以少量碳为烧结添加剂的优点是不引入除碳、硼以外的第三元素，较加入第三元素(如Si、Al、Mg、Ti、F、Ni等)为添加剂的材料碳化硼的结构和性质没有大的变化，故而受到特别的重视。加入的碳通常通过葡萄糖、酚醛树脂等有机先驱物热分解而来。热致密化主要包括热压和热等静压两种方法。工业上制备形状简单的主要靠热压。在真空和惰性气氛中，纯碳化硼制品热压条件一般为：温度2050～2100℃、压力30～40MPa、高强石墨模具、保温保压15～45min。制品的密度、孔隙度和微观结构取决于具体的热压条件。热等静压可进一步降低烧结温度至小于1727℃而获得致密产品。也有将微波烧结、反应烧结、爆炸成型等技术用于碳化硼烧结。
近10年来，关于碳化硼陶瓷的研究取得了可喜进展，但不同的研究者仅从致密化或韧化角度对材料进行改善，或仅采用一种或两种方法对其进行致密化，因而材料的性能还不令人满意。
碳化硼抗弹陶瓷应用前景
目前，Al2O3基抗弹陶瓷已用于“502工程”及“212工程”，但在战车车体侧面等部位采用Al2O3基陶瓷复合装甲时，其减重效果不明显，而采用同等厚度的高性能碳化硼陶瓷复合装甲则要比Al2O3基防弹陶瓷质量减轻15%～20%，同时防弹性能进一步提高。因此重点装备工程陶瓷复合装甲研制项目对高性能、低成本碳化硼防弹陶瓷提出了迫切需求。
因而，开展高性能、低成本碳化硼防弹陶瓷材料的研制与应用，可大大提高相关武器装备的使用性能，具有显著的军事效益和经济效益。碳化硼防弹陶瓷材应用方向为重点装备工程、未来主战坦克、步兵战车、空投空降车等轻型装甲车辆以及武装直升机腹板、船艇上层建筑的装甲防护。
工业用碳化硼的强度和韧性比较低，这主要是由于组织粗大(250um)、缺陷多、致密度不高所致，通过提高烧结密度、细化晶粒等基本途径可以明显地改善强度，但断裂韧性增加不大，这与单相材料本身的局限性有关。因此，要想减轻碳化硼的穿晶断裂的倾向，增加断裂韧性，走“复合”之路似乎是最后的选择。大量研究表明，复合添加剂可极大地降低烧结温度和压力，在高温高压条件下，获得高致密度的纯碳化硼陶瓷，并有优异的力学性能。复合材料的前景是十分诱人的，但问题是选择什么样的途径来实现“复合”之目的，总之，碳化硼材料能否在工程下得到更广泛的应用取决于3个基本问题的解决： 1)烧结温度的降低;
2)强度和断裂韧性的提高; 3)抗氧化行为的改善。
结构决定性能是自然界永恒的定律。对新型碳化硼材料体系，其性能取决于微观组织结构，而微观组织结构的形成与化学成分、绕结工艺和相反应过程密切相关。鉴于碳化硼陶瓷的特性和作为防弹装甲陶瓷的重要意义，所以碳化硼特种陶瓷的研究工作，国家已经取得很大的成效，研究出新型的碳化硼基超硬防弹陶瓷材料，从原材料配方、烧结工艺到制成成品、性能检测一系列工作中均取得了良好的结果。所研制的高性能B4C陶瓷达到了企业标准和美军军标，其技术水平国内首创，填补了国内空白，在国际上达先进水平，为我国提供了一种新型的轻质高性能防弹装甲产品。 2结语
(1)碳化硼是一种重要的特种陶瓷，具有许多优异的性能，获得了广泛的应用，国内外对其研究较多。碳化硼陶瓷的主要制备工艺是粉末制备、成型和烧结这一典型粉末冶金工艺。 (2)碳化硼粉末的工业制取方法主要有高温自蔓延合成法(SHS)和碳管炉、电弧炉碳热还原法，近年来还出现了激光化学气相反应法、溶胶-凝胶碳热还原法等。
(3)复合添加剂可极大地降低烧结温度和压力，在高温、高压条件下能获得高致密度的纯碳化硼陶瓷，并具有优异的力学性能。
(5)开展高性能、低成本碳化硼防弹陶瓷材料的研制与应用，可大大提高相关武器装备的使用性能，具有显著的军事效益和经济效益。
第五篇：纳米陶瓷及其主要性能简析
纳米陶瓷
及其主要性能简析
[摘要]
纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。
[关键词]
纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性
[引言]
陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
一、纳米陶瓷及其结构简介
所谓纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。
我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。粒度越小，粉粒的表面积越大，表面能越大，烧结的推动力越大;同时晶界所占体积越大，扩散越容易，因而烧结速度越快。当陶瓷中晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。如晶粒尺寸为3~6nm，晶界的厚度为1~2nm时，晶界的体积约占整个体积的50%。由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。
纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成，是晶粒尺寸在1~100nm之间的多晶陶瓷。所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。由于晶粒细化，晶界数量大幅度增加。当晶粒尺寸在25nm以下，若晶界厚度为1nm，则晶界处原子百分数达15%~50%，单位体积晶界的面积达600m/cm，晶界浓度达10/cm。
纳米陶瓷这样的特殊结构，使得其具有特殊的性能。 23193
二、纳米陶瓷的主要性能及其简析
纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能，是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。
1、 较低的烧结温度和较快的致密化速度 纳米颗粒粒径小，比表面积大，表面能高，表面原子数多。这些表面原子近邻配合不全，活性大，因此纳米颗粒熔化时所需的内能较小，使其熔点急剧下降，一般为块体材料熔点的30%~50%。所以对纳米粉料进行烧结时，只需不高的温度即可将其熔化并烧结成陶瓷。因而纳米陶瓷的烧结温度比普通陶瓷降低很多。
由于在纳米陶瓷的晶粒边界含有大量的原子，无数的界面为原子提供了高密度的短程环形扩散途径，因此，与普通陶瓷相比，它们具有较高的扩散率。因而用纳米粉料进行烧结，致密化速度快，也可以降低烧结温度。
2、 力学性能
人们认为纳米陶瓷是解决陶瓷韧性和提高强度的战略途径。与普通陶瓷相比，纳米陶瓷的基本特征是晶粒尺寸非常小，晶界占有相当大的比例，并且纯度高，可使陶瓷材料的力学性能大为提高。
材料的断裂强度()与晶粒尺寸(G)有以下函数关系：
fG1/2
⑴
因为晶粒越细，晶粒上的应力相对均匀，不易产生应力集中;同时，晶粒越细，晶界越多，越曲折，不利于裂纹传播。所以晶粒细化有利于强度和韧性的提高。而纳米陶瓷由于晶粒细小，强度和韧性较普通陶瓷都有明显提高。
除晶粒尺寸外，显微结构中气孔常成为应力的集中点而影响材料的强度。纳米陶瓷具有较高的扩散率，在烧结过程中易于通过表面扩散、晶界扩散和晶格扩散而填充气孔，同时通过晶界移动抑制晶粒的异常生长，从而降低了陶瓷中的气孔率，增大了其强度。
日常生活中最常用的陶瓷材料具有硬而脆的特点，脆是指它经不住冲击。而纳米陶瓷由于气孔率低，以及材料中界面的各向同性，使得通常易碎的陶瓷变得具有韧性，达到类似于铁的耐弯曲性。从而克服了普通陶瓷相比于金属易碎的缺点。实验发现，纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在180℃经受弯曲而不产生裂纹。
3、 超塑性
超塑性是指材料在断裂前产生很大的伸长量(L/L大于或等于100%，L为伸长量，L为原始试样长度)。这种现象通常发生在经历中温(0.5Tm)以及中等到较低的应变速率106~102s1条件下的细晶材料中。超塑性机制目前还有争议，但是从实验中可以得出
0晶界和扩散率在这一过程中起着主要作用。普通陶瓷只有在1000C以上，应变速率小于104s1时才表现出塑性，而纳米TiO2陶瓷在1800C时塑性变形可达100%。纳米CaF
2、ZnO也在低温下出现了塑性变形。
上海硅酸盐研究所首次在国际上发现和证实了纳米3YTZP陶瓷(100nm左右)室温循环拉伸断口表面的某些微观区域已发生了超塑性形变，从断口侧面观察到大量弯曲的滑移线，说明晶粒尺寸大小是陶瓷室温循环变形的关键，指出纳米陶瓷裂纹尖端的微区内发生的室温超塑性变形的微观机制为位错的滑移运动所致。
由于陶瓷多为离子键和共价键的结合，故其产生超塑性的条件为：①具有较大的晶格应变能力;②较小的粒径，且变形时能保持颗粒尺寸稳定性;③较高的试验温度;④具有较低的应力指数;⑤快速的扩散途径(增强的晶格、晶界扩散能力)。纳米陶瓷具有较小的晶粒及快速的扩散途径，所以晶粒尺寸小于50nm的纳米陶瓷有望具有室温超塑性，具有非常高的断裂韧性，从而根本上克服陶瓷材料的脆性。
陶瓷超塑性的出现将使陶瓷的成型方法发生变革，并是复杂形状部件的成型成为可能。它将变革现有的烧结工艺，使成型和烧结有可能一次完成，为开发新型结构陶瓷开辟了一条新途径。利用陶瓷的超塑性，通过热煅等手段调整、优化结构，从而可以根据材料设计原则来获得所需结构，制备特殊性能的新型材料。(下图为粒径为130nm的纳米氧化锆陶瓷在12500C下表现出的超塑性)
4、 电学性质
由于纳米陶瓷中庞大体积分数的界面使平移周期性在一定范围内遭到严重破坏，颗粒尺寸愈小，电子平均自由程愈短。纳米陶瓷偏离理想周期场，必将引起电学性能的变化。
一般纳米材料的电阻高于常规材料。主要原因是纳米材料中存在大量的晶界，几乎使大量的电子运动局限在小颗粒范围。晶界原子排列越混乱，晶界厚度越大，对电子的散射能力就越强，界面这种高能垒使电阻升高。另外，尽管电阻很小，但纳米材料的电导温度曲线的斜率比体相材料的要大。改变纳米陶瓷中具有电导的组分就可以使陶瓷的电导发生数量级的改变。
纳米陶瓷有高的介电常数，这是界面极化(空间电荷极化)、转向极化和松弛极化对介电常数的贡献比普通陶瓷高得多引起的。
此外，人们在纳米非晶氮化硅块体上观察到了强的压电效应。
5、 光学性质
纳米陶瓷具有红外吸收、可见光发射以及非线性光学效应、光伏特性和磁场作用下的发光效应等。
三、纳米陶瓷应用的几点见解
1、如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级，又将恢复通常陶瓷的特性。因此，可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与扎制加工，随后进行热处理，使其转变为常规陶瓷，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐蚀性。例如，采用纳米陶瓷制备的纳米滚球，韧性和硬度远超过钢，具有永不生锈、永不腐蚀、耐磨、自润滑等功能。
2、从应用的角度发展高性能纳米陶瓷最重要的是降低纳米粉料的成本，在制备纳米粉体的工艺上除了保证纳米粉体的质量外，还要求生产量大。所以寻找低成本高质量的制备纳米粉体的方法是发展纳米陶瓷最重要的环节之一。
3、在目前纳米粉体的生产成本较高的情况下，如何利用尽量少的纳米粉体，发挥其尽量大的作用也可以成为提高陶瓷性能的课题之一。近两年来，科学工作者为了扩大纳米粉体在陶瓷改性中的应用，提出了添加纳米粉体室常规陶瓷综合性能得到改善的想法。例如，把纳米氧化铝粉体加入粗晶粉体中提高氧化铝的致密度和耐热疲劳性能;英国把纳米氧化铝与二氧化锆进行混合在实验室已获得高韧性的陶瓷材料，烧结温度可降低100C。
总之，纳米陶瓷可能具有的低温超塑性、延展性和极高的断裂韧性，将使其成为兼具常规陶瓷和金属的优良特性(如高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、易加工等)的新的结构和功能材料，在航空、航天、机械、电子信息等众多领域具有无限广阔的应用前景!
0[参考书目]
1、陆佩文 主编《无机材料科学基础》，武汉工业大学出版社，1996年8月;
2、郑昌琼、冉均国 主编《新型无机材料》，科学出版社，2003年1月;
3、张立德 编著《纳米材料》，化学工业出版社，2001年4月;
4、刘吉平、郝向阳 编著《纳米科学与技术》，科学出版社，2002年8月。