基本介紹
介紹,性能指標,性能特點,套用,製法,優點,強度高,耐磨耐腐蝕,絕緣,全能,研磨工藝方法,
介紹
在工程結構上使用的陶瓷稱為工程陶瓷，它主要在高溫下使用，也稱高溫結構陶瓷。這類陶瓷具有在高溫下強度高、硬度大、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損、耐燒蝕等優點，是空間技術、軍事技術、原子能、工業及化工設備等領域中的重要材料。
性能指標
陶瓷工作表面耐磨性是錳鋼的100倍以上，高鉻鑄鐵的20倍以上；比耐磨橡膠高几倍至幾十倍以上。陶瓷金屬結合強度達到300kg/㎝2使用溫度可達500℃。 使用耐磨陶瓷製造的設備，使用壽命可提高五倍以上，性能價格比可提高3倍以上。
性能特點
1. 硬度大，一般硬度大於HRA80以上，最高可達到92以上；
2. 耐磨性能極好：是普通碳鋼的至少200以上，高鉻鑄鐵的10倍以上；
3. 重量輕：氧化鋁比重一般只有3.6左右，碳化矽為2.7左右，氧化鋯為6左右；
4. 耐熱性能好：不同耐磨陶瓷的耐熱性不盡相同，但用於耐顆粒沖刷場合，耐熱性沒有任何問題。
套用
在空間技術領域，製造宇宙飛船需要能承受高溫和溫度急變、強度高、重量輕且長壽的結構材料和防護材料，在這方面，結構陶瓷占有絕對優勢。從第一艘宇宙飛船即開始使用高溫與低溫的隔熱瓦，碳-石英複合燒蝕材料已成功地套用於發射和回收人造地球衛星。未來空間技術的發展將更加依賴於新型結構材料的套用，在這方面結構陶瓷尤其是陶瓷基複合材料和碳/碳複合材料遠遠優於其他材料。
高新技術的套用是現代戰爭制勝的法寶。在軍事工業的發展方面，高性能結構陶瓷占有舉足輕重的作用。例如先進的亞音速飛機，其成敗就取決於具有高韌性和高可靠性的結構陶瓷和纖維補強的陶瓷基複合材料的套用。
製法
“氮化矽陶瓷”是以矽粉為原料，分別採用反應燒結和熱壓兩種工藝方法製造而成。第一種方法是，先把矽粉製作所需生坯，然後在1200℃的高溫中讓其與氮氣初步氮化。初步氮化了的毛坯經過修制加工後，再放在1350-1450℃的高溫下進行第二次氮化，從而制出了氮化矽陶瓷。這種方法叫做反應燒結氮化矽。用這一方法制出的陶瓷器件有個特點，即不會收縮，精度很高。第二種方法是先把矽粉氮化做成氮化矽粉末，再加入少量的氧化鎂，置於模具里，在1700-1800℃的高溫下施加二、三百個大氣壓力熱壓而成。後者是氣孔率接近於零的緻密陶瓷，前者則含有較多氣孔。
優點
強度高
工程陶瓷幾乎具備了現代陶瓷家族中的一切長處，它們的強度都很高，特別是熱壓氮化矽，室溫抗彎強度一般都在8000～10000公斤/厘米2的範圍內。如果添加入量氧化釔和氧化鋁的熱壓氮化矽，室溫抗彎強度竟可達15000公斤/厘米2，使陶瓷材料的強度越過了一萬公斤的大關，這在陶瓷材料中可以說是名列前茅了。它的硬度也很高，是世界上最堅硬的物質之一。它極耐高溫，受熱後不熔融成液體，而一直到1900℃方才分解為矽和氮。同時，耐冷熱急變的能力也很好，把它們從室溫突然加熱到千度以上的高溫，再突然扔到水裡也不決不會開裂，為此，最適宜用來製造高溫燃氣輪機的葉片，高溫坩堝等。由於它硬度很高，用它做成切削金屬的刀具，即使在快速摩擦而產生高熱的情況下也不會軟化、氧化，因此很適用於高速切削和切削諸如炮筒、剎車筒之類的硬質鋼件。它能做金屬不能勝任的事，用氮化矽陶瓷製作燃氣輪機渦輪葉片有廣泛的用途。因為燃氣輪機是一種先進的動力機械，噴氣式飛機、火力發電站、機車和載重汽車等都要用到它。
耐磨耐腐蝕
工程陶瓷又有極其優良的耐磨性和耐化學腐蝕的本領，是製造各種易腐蝕部件的好材料。它能耐幾乎所有的無機酸（氫氟酸除外）和30%以下的燒鹼溶液。它也能耐很多有機物質的侵蝕。它還可以耐很多熔融的有色金屬的侵蝕，特別是鋁液。鋁液對氮化矽是不潤濕的，所以用它做成接觸鋁液的結構部件不會有玷污之虞。
絕緣
氮化矽陶瓷還是一種很好的電絕緣材料，它的電絕緣性能可以和氧化鋁陶瓷相比。它還有透微波的性能，可以用作雷達天線罩。它的介電性能隨溫度的變化甚小，在高溫下至少可用到550℃。它的抗熱震性能在各類陶瓷中是比較優越的，這使它有可能在六個馬赫（即六倍於音速），甚至於可在七個馬赫的飛行速度下使用。
全能
工程陶瓷及其衍生物陶瓷本領高強，素被譽為“陶瓷之王”的氧化鋁陶瓷也不及它，難怪人們讚美工程陶瓷（氮化矽陶瓷）為陶瓷家族中的“全能冠軍”。
研磨工藝方法
1、試驗方法
離散磨料研磨在行星式雙面研磨機 上進行 。上、下研磨盤材質有鑄鐵、紫銅、錫鉛台金、起絨皮革等。為了提高研磨效率，在金屬研磨盤上加工出螺紋或矩形溝槽。其運動速度可變頻無級調速，通過控制減壓閌的氣壓來調節氣缸輸出力( 即研磨壓力 ) 的大小。所用的金剛石磨料有W28,W14,W7,W3,WI 微粉。固結磨料研磨是在改進的單面研磨機上進行。工件用天蠟粘在磨盤表面，研磨片用粘結劑粘在可繞自身軸線轉動的行星輪上， 通過控制氣缸壓 力來調節研磨壓力。磨盤的轉速可變頻無級調速，金剛石研磨片的粒度有：W28,W14,W7,W3,Wl ，結合劑有青銅結台卉、樹脂結合劑、濃度有：7 5 %,1 0 0%,1 5 0%。在研磨前後， 用超音波清洗機清洗工件。在精天平上稱出研磨前後的重量、用精密測微儀測量件和研磨片的厚度尺寸變化。 測量研磨前後的工表面租髓度( J I I )，統計研磨中的不良品率。
2、試驗結果機理分析
磨削比( G ) 、研磨量( O ) 影響越大，研磨後工件表面粗糙度值越大， 磨料滾動嵌工件並切削的能力越強。研磨量也越大，而過細的顆粒在研磨中不起作用。放在研磨中( 尤其在精研磨中) 選用的金剛石散粉三維尺寸要儘量均勻本試驗中選用的是杜邦公司生產的聚晶金剛石粉， 聚晶金剛石粉比單晶金剛石微粉更接近於球形， 研磨效果較好。對固結磨料研磨還能看出：粗糙度的改善是以降低研磨片的磨削比為代價， 而且磨削比降低的幅度要比表面粗糙度改善的幅度大得多。因此，在表面糙度能滿足的前提下，儘可能選用粗的微粉或採取先粗研磨後精研磨，以解決磨料消耗和工件最終表面質量的矛盾。
