中溫瓷的機械沖擊強度是多少

Ⅰ 陶瓷的特性有哪些優缺點有哪些

一、優點

1、吸水率低

陶瓷板採用陶瓷工藝打造而成，相對於我們常用的石材，吸水率更低，而且沒有色差、輻射，施工起來較為簡單，永遠不會出現龜裂的現象，非常環保，易維護，使用壽命長。

2、超強耐熱

陶瓷磚不會因天氣的變化或者濕氣影響產生發霉現象，而且具有抗紫外線的作用，不就算是風吹日曬，陶瓷板的外觀幾乎都不會有任何變化，因此常常被用於室外裝飾中。同時陶瓷板還具有防火阻燃性能，面板不會融化，可長期使用。

3、耐磨耐腐蝕

陶瓷板具有超強的耐磨性能，不容易變形或者褪色，適合重物存放和清洗，同時陶瓷板具有超強的耐腐蝕性，不會受到果汁、清潔劑等化學物質的侵蝕，性能穩定。

4、藝術性高

陶瓷板顏色多變，性能穩定，可以展示出許多不同的效果，不僅可以滿足人們對環保的要求，還能展現出用戶的個性與品位。

二、缺點

1、施工難度較高，對誤差的要求比較高，因此對施工人員的技術水平具有一定的要求。若按傳統瓷磚的鋪貼技術，薄板和牆面、地面間容易產生『空鼓』，受到重擊後容易破裂。

2、目前陶瓷板的生產技術成本較高，價格會比較高。多數薄板每平方米的價格都處於500元以上，有些甚至高達上千元！

拓展資料：

陶瓷，英語：china。中國人早在約公元前8000－2000年（新石器時代）就發明了陶器。用陶土燒制的器皿叫陶器，用瓷土燒制的器皿叫瓷器。陶瓷則是陶器，炻器和瓷器的總稱。

古人稱陶瓷為甌。凡是用陶土和瓷土這兩種不同性質的粘土為原料，經過配料、成型、乾燥、焙燒等工藝流程製成的器物都可以叫陶瓷。

Ⅱ 瓷器的密度是多少（不是要計算的物理題）

陶瓷的密度和石頭的密度應該是一樣的，陶瓷也就是人造石，陶瓷的成分和陶瓷礦石成分基本一樣。
石頭的密度是2.7/m3

網址 http://cmse.szu.e.cn/jp/lun/5.htm#z51

陶瓷的密度具有特殊的含義。如果我們說鐵的密度是7.8Mg/m3，聚丙烯的密度是0.89 Mg/m3，高密度聚乙烯的密度是0.94 Mg/m3，意義是很清楚的。但當我們描述陶瓷的密度時，就必須說明是什麼密度。因為陶瓷一般是由微小的顆粒燒結而成的，顆粒之間必然存在孔隙，於是就有了表觀體積與真實體積之別，顯然，表觀體積為真實體積與材料內孔隙體積之和（這里「孔隙」的概念不是指晶格中原子排列的空隙，而是由於球形顆粒堆積時必然留下的孔隙，尺寸在微米或納米級）。陶瓷的重量除以表觀體積就得到表觀密度，除以真實體積就得到真實密度。但所謂「真實」密度並不等於理論密度（r），理論密度是計算得到的晶格密度，而真實密度是用某種測定方法得到的不含孔隙的密度。孔隙體積占表觀體積的百分數稱為孔隙度。如果我們說某一陶瓷的孔隙度為20%，那麼其表面密度就應是理論密度的80%。在實際情況中，陶瓷的密度一般低於理論密度的60%。要想提高陶瓷的密度，可採取很多措施。如使用寬分布的顆粒，讓小顆粒嵌入大顆粒的縫隙中；或採用機械振動，拍打等手段。即使如此，也很難使陶瓷的表觀密度達到理論密度的80%以上。要想進一步提高密度，就不能使用顆粒燒結的方法，必須採用新技術。氣相滲濾法、定向氧化法就可以大大降低孔隙度，使表觀密度達到95%以上

氧化物是最大的一族陶瓷材料。氧可以與幾乎所有金屬形成化合物，也可以與許多非金屬元素化合。氧化物可分為單氧化物與復氧化物兩大類。單氧化物是氧與另一種元素形成的二元化合物，而復氧化物是氧與兩種以上元素形成的化合物。單氧化物是按氧原子數與另一種原子數的比例分類的。以字母A代表另一種元素，單氧化物可以有A2O，AO，A3O4，A2O3，AO2，AO3等類型。AO型中比較重要的有氧化鎂（MgO）、氧化鋅（ZnO）和氧化鎳（NiO）；AO2型中較重要的有二氧化硅（SiO2）、二氧化鈦(TiO2)和二氧化鋯（ZrO2）；A2O3型中最重要的是三氧化二鋁（Al2O3）。氧化物體系由圖5－15所示。

圖5－15氧化物的分類
二氧化鈦(TiO2)有三種晶形：低溫下穩定的銳鈦（anatase）、板鈦(brookite)與高溫下穩定的金紅石(rutile)。銳鈦與板鈦在400~1000°C的溫度范圍內會不可逆地轉化為金紅石。
氧化鋁（Al2O3）是在鋁釩土(Al2O3·2H2O)的加熱過程中製得的。在不斷升溫的過程中，會產生一系列不同結構的氧化鋁，這些結構都是不穩定的，最終都會不可逆地轉化為a- Al2O3。a- Al2O3具有六方的剛玉結構，是1200°C以上唯一可用作結構材料與電子材料的穩定形式。另一個穩定結構是g- Al2O3，但只能在催化方面應用。故在本書中Al2O3特指a- Al2O3。由於O-Al鍵的鍵能高達400kcal/mol，Al2O3具有突出的物理性質，硬度是氧化物中最高的，而熔點高達2050°C。
硅酸鹽是地殼中最豐富的礦物，有正式名稱的硅酸鹽就有幾千種。大多數硅酸鹽都不是人工合成的，而是直接取自礦物，用於耐火材料、磚瓦、瓷器和陶器。一般說來，硅酸鹽的力學性能低於氧化鋁、氧化鋯等單氧化物，但在民用領域，各種硅酸鹽得到了廣泛的應用，也有少數作為工程陶瓷應用。我們只以堇青石和葉蠟石作為此類工程陶瓷的代表加以介紹。
堇青石(Cordierite, 2MgO·2Al2O3·5SiO2)的熱脹系數極低，所以有很高的抗熱沖擊性能。其力學性能也不低，所以被用在發動機過濾器、火花塞、汽輪機換熱器的葉輪等熱敏感部位。堇青石有兩種結構形式，天然存在的形式是四方晶形，人工合成的形式是六方晶形。為保證純度與加工重復性，工程應用中都使用六方晶形的合成堇青石。
葉蠟石(Pyrophyllite)是一種層狀結構的硅酸鹽，化學組成為Al2(Si2O5)2(OH)2。它的用途非常廣泛。由於價廉易得，不僅可以燒製成各種陶瓷，還可以機械加工，在西方被稱為「魔石」。層間作用力主要是范德華力，因此材料較軟，易於機械加工。熱處理時，在800°C發生脫羥基反應，在1100°C時發生相轉變，產生白硅石（SiO2）和鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2)的雙相結構。在脫羥基和相轉變過程中尺寸變化僅有2%。
鋁紅柱石在自然界非常罕見，主要礦藏發現於英國Mull島，故稱為Mullite。其熱脹系數低於Al2O3，故具有更好的抗熱沖擊性，尤其是在1000°C以上的溫度。工程上應用的鋁紅柱石都是人工合成的。最初的合成方法是將Al2O3與SiO2在1600°C下燒結，但強度與韌性都不高。採用新技術合成的新一代鋁紅柱石，具備了高強度和高韌性，強度達到500MPa，斷裂韌性可達到2-4MPa·m1/2。鋁紅柱石的傳統用途是熔爐中的耐火材料。工程化的鋁紅柱石的用途大大加寬，包括電子元件的基板、保護性塗料、發動機部件和紅外透射窗等。
表5－5氧化物陶瓷的性質

性質 氧化鋁
鋁紅柱石
尖晶石
堇青石
氧化鋁/氧化鋯

化學成分
Al2O3
3Al2O3·2SiO2
MgO·Al2O3
2MgO·2Al2O3
·5SiO2
20.0wt% Al2O3
75.7 wt% ZrO2
4.2 wt% Y2O3

熔點/°C
2015
1830
2135
1470
--

熱脹系數/
（10-6/°C）
8.3
4.5-5.3
7.6-8.8
1.4-2.6
9

導熱系數/
(W/cm·K)
0.27
0.059
0.15
--
0.035

楊氏模量/
GPa
366
150-270
240-260
139-150
260

撓曲強度/
MPa
550
500
110-245
120-245
2400

5.3.2 碳化物
一般意義上的碳化物可以分為三類：（1）離子碳化物，即碳與I，II，III族金屬或鑭系金屬形成的化合物；（2）共價碳化物，只包括兩種：碳化硅（SiC）與碳化硼(B4C)；(3)間隙碳化物，包括許多與過渡元素形成的化合物，如IVa族的鈦、鋯，Va族的鈮、鉭，VIa族的鉻、鉬、鎢，以及VIII族的鐵、鈷、鎳等。從工程的角度看，離子碳化物可以不必考慮。因為它們在空氣中極不穩定，還容易與潮分作用分解為烴類。間隙碳化物雖然數量眾多，但目前有工程價值只有碳化鎢與碳化鈦兩種。主要碳化物的性能見表5－6。

5.3.2.1 碳化硼
在工業上碳化硼不單獨使用，而是以與石墨的復合材料的形式使用。碳化硼是通過氧化硼與碳在熔爐中作用生成。這種共價的陶瓷很難製成100%密度的製品，所以常用石墨粉與碳化硼混合使用，形成兩者的復合材料。石墨的加入降低了碳化硼的使用性能，但目前還找不到更好的助劑。工業上的碳化硼製品一般用熱壓法成型，少數製品先進行燒結，再進行均勻熱壓。熱壓條件為2100°C，35MPa，30min。典型的燒結條件為2200-2250°C，30min，壓力只需10Pa左右。燒結後的均勻熱壓條件為2000°C，200MPa和120min。熱壓只能加工簡單形狀的製品，如管、板、軸向對稱的噴管等。復雜形狀的製品必須先經過燒結。碳化硼能夠捕捉熱中子，同時釋放出低能粒子。5B10原子吸收中子後的蛻變並不放出高能射線：
5B10 + 0n1 ® 3Li7 + 2He4
故其主要用途是中子吸收劑和屏蔽材料。

5.3.2.2 碳化硅
碳化硅有上百種結構，最簡單的一種具有金剛石結構，每隔一個碳原子被硅取代一個。這種立方結構被稱為b體，其它的六方和菱形結構合稱為a體。碳化硅粉末用Acheson法生產。將電流通過SiO2與焦炭的混合物。當混合物溫度升到2200°C左右時，焦炭會與SiO2作用生成SiC與CO。根據反應時間與溫度的不同，還原產物可能是細粉末，也可能是團塊。結團的產物則必須粉碎後使用，較細的級分可以用來燒結，較粗的級分直接用作磨料。
根據不同的用途，碳化硅可用三種方法加工。（1）將碳化硅粉末與第二相材料如樹脂、金屬、氮化硅、粘土等混合，然後根據第二相材料進行處理，將碳化硅粘結起來。（2）將碳化硅粉末與純碳粉或純硅粉混合，製成型坯。讓碳與硅蒸汽反應形成碳化硅，新形成的碳化硅會將原有的碳化硅融合起來，這一過程稱為自融合。如果讓硅粉與氮氣作用生成氮化硅，也可將碳化硅融合起來。這兩種加工技術都稱為反應融合。（3）用碳化硼作助劑，燒結碳化硅製品。這種方法可得到高密度的製品。以上三種方法各有優缺點。第二相融合法多用於燒蝕與耐火材料。第二材料的性質限制了材料的應用。自融合碳化硅中常含有殘留的硅粉，在溫度高於1400°C時會熔融流出。用火焰或真空處理可除去這些游離硅。自融合時如果使用過量的碳就會避免硅的殘留。自融合碳化硅比燒結產物抗氧化能力強。燒結碳化硅只能在非氧化場合使用。由於產物中含硼與游離碳，抗氧化能力較差。
碳化硅的膜、塗層與滲透加工產物不是用碳化硅粉末製造的，而是用化學氣相沉積（CVD）或化學氣相滲透（CVI）法製造的。
表5－6 碳化物的性能

碳化物 密度/
Mg/m3
熔點/
°C
韌性/
（MPa·m1/2）
模量/
GPa
拉伸強度/
MPa
導熱系數/
W/m·K
硬度/
kg/mm2

B4C
2.51
2450

445
155
28
2900-3100

SiC
3.1
2972
3.0
410
300
83.6
2800

TiC
4.94
3017

2500

ZrC
6.56
3532

WC
15.7
2800

2050-2150

TaC
14.5
3800

1750

5.3.3 氮化物
與金屬相比，氮化物陶瓷的主要優勢是耐高溫性能，在1000°C以上仍能保持高強度；以及抗氧化與抗腐蝕性能。
氮化物家族中最主要的成員是氮化硅。氮化硅的粉末通過硅粉與氮氣在1250-1400°C的溫度下反應製得。氮化硅在陶瓷材料中的優勢是抗熱沖擊性能，其導熱系數幾乎為Al2O3·TiC的兩倍，熱脹系數卻只有Al2O3的一半，是製造陶瓷發動機的有力競爭材料。使用氮化硅的主要問題是燒結比較困難。純氮化硅在高溫下不能發生有效的體積擴散，即粒子之間很難互相粘合在一起。欲得到密實的氮化硅材料，必須使用燒結助劑。氮化硅的性能，尤其是高溫性能，主要取決於燒結助劑。氮化硅最有效的燒結助劑是Al2O3、氮化鋁（AlN）與二氧化硅。氮化硅材料基本上都是氮化硅與其它材料的合金，而不用純粹的氮化硅。氮化硅材料可以用許多不同的方法加工，根據加工方法的不同分為以下幾類：反應融合氮化硅、熱壓氮化硅、燒結（無壓）氮化硅、燒結反應融合氮化硅、均勻熱壓氮化硅等。不同加工方法的氮化硅性能不同，見表5－7。
表5－7不同方法加工的氮化硅的性能

反應融合
熱壓
無壓燒結
反應燒結
均勻熱壓

楊氏模量/GPa
120-250
310-330
260-320
280-300
310-330

撓曲強度/MPa
150-350
450-1000
600-1200
500-800
600-1200

斷裂韌性/
(MPa·m1/2）
1.5-2.8
4.2-7.0
5.0-8.5
5.0-5.5
4.2-7.0

相對密度/%
77-88
99-100
95-99
93-99
99-100

熱脹系數/（10-6/K）
3.0
3.2-3.3
2.8-3.5
3.0-3.5
3.0-3.5

導熱系數/（W/m·°C）
1.4-3
5-10
4-5
--
22

由於在氮化硅的燒結過程中要加入Al2O3、AlN或SiO2等助劑，鋁原子可能取代部分硅原子的位置，氧原子可能取代部分氮原子的位置，這樣的結合體就形成了一類特殊的陶瓷—硅鋁氧氮陶瓷。這種陶瓷具有Si6-zAlzOzN8-z的通式，晶格與b-Si6N8相似。這種氮化物的燒結要容易得多，但燒結過程中會有部分玻璃相形成。玻璃相限制了高溫下的使用，但在較低溫度下的優異性能仍使此類陶瓷有廣泛的應用。
氧氮化硅從氮化硅和二氧化硅的混合物中合成。在Al2O3存在的情況下，具有一定的固體溶解性。可以用無壓或壓力燒結加工。氧氮化硅的性能略低於氮化硅，但由於其楊氏模量較低，熱脹系數較高，在熱機械方面有應用的潛力。
氮化鋁具有較高的導熱系數，在微電子工業中用作絕緣基板。用氮化鋁粉末與密化助劑和CaO或Y2O3在1650-1800°C下在氮氣氛中燒結而成。用Y2O3作燒結助劑時，會有釔鋁化合物在顆粒邊界形成。氮化鋁的導熱系數隨Y2O3的含量迅速增加。這是由於當Y2O3含量很低時（<0.8wt%），釔鋁化合物會在氮化鋁顆粒外形成一層連續的外殼，阻止了氮化鋁（導熱系數50-90W/m·K）顆粒間的熱傳導。當釔的含量增加時，釔鋁全結成較大的瘤（可達15m），氮化鋁顆粒之間能夠直接接觸。釔含量達到 4.2wt%時，導熱系數可達160W/m·K。氮化鋁的機械性能不高，且在800°C以上發生氧化，所以不能作為結構材料使用。
氮化硼的電子結構與碳相似，晶體有兩種變體，一種類似於石墨（六方），一種類似於金剛石（立方）。六方氮化硼較軟，具有片層結構，可以熱壓成型。材料具有各向異性，因為層片垂直於壓力方向取向，不同方向上的導熱系數與導電率大不相同。可以用化學沉積法製造坩堝一類薄壁製品。立方氮化硼的密度和硬度要高得多，用六方氮化硼在高溫高壓下製得，類似人造金剛石的製法。可用作磨料或切削刀具。
氮化硅基體的復合材料主要用碳化硅晶須和碎片增強，目的是提高韌性和高溫強度。由於碳化硅晶須的存在，阻礙了氮化硅基體的收縮，使無壓燒結更為困難。因此，氮化硅復合材料只能用熱壓法才能得到緻密的產品。在從燒結溫度冷卻時，由於基體與晶須的熱脹系數不匹配，材料內會產生應力。碳化硅為4.4´10-6/K，而氮化硅為3.2´10-6/K。這樣，纖維會處於張力狀態而基體處於壓縮狀態。因此使基體開裂的應力就應更高。在徑向上，晶須會收縮而減弱與基體的結合，這樣會使裂縫偏移並會使晶須容易拔出，也造成增韌。雖然碳化硅晶須的加入使強度略有降低，但有顯著的增韌作用，報道的最高斷裂韌性為10MPa·m1/2。上述各類氮化物的性能見表5－8。
表5－8氮化物陶瓷的性能

硅鋁氧氮
氧氮化硅
（Si2N2O）
氮化鋁
（AlN）
六方氮化硼
(平行於晶片)
六方氮化硼
(垂直於晶片)
立方氮化硼

楊氏模量/GPa
300
275-280
260-350
100
20
150

撓曲強度/MPa
750-950
450-480
235-370
低
低
高

理論密度/%

2.90
3.20
2.27
2.27
3.48

熱脹系數/
(10-6/K）
3.0-3.7
4.3
4.4-5.7
2-6
1-2
--

導熱系數/（W/m·K）
15-22
8-10
50-170
20
33
--

5.3.5金屬陶瓷
顧名思義，金屬陶瓷是金屬與陶瓷的結合體，實際上是一種復合材料。其分散相是陶瓷顆粒，多為碳化物，如碳化鈦、碳化鎢等。基體是一種金屬或幾種金屬的混合物，如鎳、鈷、鉻、鉬等。實際上金屬僅起到粘合劑的作用，將堅硬的陶瓷粒子粘合在一起。金屬陶瓷家族中最著名的成員是鈷粘合的碳化鎢。

圖5-16金屬陶瓷的制備過程
碳化鎢/鈷的起點原料是鎢的粉末，通過碳化將鎢粉轉化為碳化鎢。然後將碳化鎢粉末與鈷一起球磨，一方面減小碳化鎢的粒度，一方面將鈷塗到陶瓷表面。塗飾好的粉末按粒度分級，取所需粒度壓成型坯。型坯在真空下或氫氣氛中燒結成型。所謂燒結不過是將金屬熔融，把陶瓷粒子徹底「焊」在一起。圖5-16是金屬陶瓷的一般制備流程。
陶瓷金屬比任何工具鋼都硬，耐磨性能極佳。可作切削工具，可作任何軟、硬表面的磨擦件。如果單純使用陶瓷，因為其脆性，不能用作切削工具、模具或振動強烈的機器部件。而金屬陶瓷中的金屬提供了韌性，陶瓷提供了硬度與強度，這種復合產生了性能上的協同效應。
金屬陶瓷有下列共同的特點：

模量比鋼高（413-620GPa）。
密度高於鋼。
壓縮強度高於大多數工程材料。
硬度高於任何鋼與其它合金。
拉伸強度與合金鋼相當（1380MPa）。
表5-9 各種規格的金屬陶瓷

用途 代碼
等級
成分
硬度
(RA)
側向斷裂強度
(MPa)

WC
TiC
TaC
Co

加工屬鑄鐵，有色金屬與非金材料
C-1
粗加工
94
-
-
6
91
2000

C-2
通用加工e
92
-
2
6
92
1550

C-3
細加工
92
-
4
4
92
1520

C-4
精加工

96
-
4
93
1400

加工碳鋼，合金鋼與工具鋼
C-5
粗加工
75
8
7
10
91
1870

C-6
通用加工
79
8
4
9
92
1650

C-7
細加工
70
12
12
6
92
1750

C-8
精加工
77
15
3
5
93
1180

耐磨件
C-9
無振動
94
-
-
6
92
1520

C-10
輕振動
92
-
-
8
91
2000

C-11
強振動
85
-
-
15
89
2200

抗沖擊件
C-12
輕度
88
-
-
12
88
2500

C-13
中度
80
-
-
20
86
2600

C-14
重度
75
-
-
15
85
2750

目前市場上已有多種規格的金屬陶瓷，其碳化物的種類、含量、粒度不同，金屬粘合劑的種類與含量不同。表5-9列出了各種規格的成分、性能與用途。由於碳化鉭比碳化鎢還硬，含碳化鉭的金屬陶瓷更為耐磨。金屬含量越低，陶瓷粒度越細（<1mm），耐磨性能越好。所有金屬陶瓷都具有室內耐腐蝕性，含有鎳和鉻的金屬陶瓷可耐化學環境的腐蝕。表中側向斷裂強度一項是機械強度的度量，該項強度越高，沖擊強度越高。但作為陶瓷，抗沖擊性能畢竟是有限的，比任何金屬都要低。作為最堅硬的材料之一，金屬陶瓷的加工性能很差，不能車，不能鋸，甚至不能鑽孔，只能進行電火花加工。如果同一個部件需要兩件以上，最經濟的辦法就是加工一個燒結模具。把加工的問題放到燒結以前解決。限制金屬陶瓷應用的最大障礙是價格問題。1996年價格為$44/kg。這個價格是普通工具鋼的5倍。但要考慮到作為耐磨部件和切削工具，金屬陶瓷的壽命是工具鋼的50倍，這個價格就應該不成為問題了。