結(jié)構(gòu)陶瓷可分為三大類:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。
氧化物陶瓷主要包括氧化鋁、氧化鋯、莫來石和鈦酸鋁。
非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和賽龍(SIALON)。
玻璃陶瓷 玻璃陶瓷兼具玻璃的工藝性能和陶瓷的機(jī)械性能,它利用玻璃成型技術(shù)制造產(chǎn)品,然后高溫結(jié)晶化處理獲得陶瓷。
工業(yè)玻璃陶瓷體系有鎂-鋁-硅酸鹽、鋰-鎂-鋁-硅酸鹽和鈣-鎂-鋁-硅酸鹽系列,它們常被用來制造耐高溫和熱沖擊產(chǎn)品,如炊具。此外它們作為建筑裝飾材料正得到越來越廣泛的應(yīng)用,如地板、裝飾玻璃。
同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子間主要是以共價(jià)鍵結(jié)合在一起,因而具有較高的硬度、模量、蠕變抗力,并且能把這些性能的大部分保持到高溫,這是氧化物陶瓷無法比擬的。但它們的燒結(jié)非常困難,必須在極高溫度(1500~2500℃)并有燒結(jié)助劑存在的情況下才能獲得較高密度的產(chǎn)品,有時(shí)必須借助熱壓燒結(jié)法才能達(dá)到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生產(chǎn)成本一般比氧化物陶瓷高。
這些含硅的非氧化物陶瓷還具有極佳的高溫耐蝕性和抗氧化性,因此一直是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要材料,目前已經(jīng)取代了許多超高合金鋼部件。現(xiàn)有最佳超高合金鋼的使用溫度低于1100℃,而發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒的溫度在1300℃以上,因而普遍采用高壓水強(qiáng)制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金鋼后,燃燒溫度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系統(tǒng),這在能源利用和環(huán)保方面具有重要的戰(zhàn)略意義。
非氧化物陶瓷也廣泛應(yīng)用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本較高,但高溫韌性、強(qiáng)度、硬度、蠕變抗力優(yōu)異得多,并且刀具壽命長(zhǎng)、允許切削速度高,因而在刀具市場(chǎng)占有日益重要地位。
它的應(yīng)用領(lǐng)域還包括輕質(zhì)無潤(rùn)滑陶瓷軸承、密封件、窯具和磨球等。
氧化物陶瓷最突出優(yōu)點(diǎn)是不存在氧化問題,原料價(jià)格低廉,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。氧化鋁和氧化鋯具有優(yōu)異的室溫機(jī)械性能,高硬度和耐化學(xué)腐蝕性,主要缺點(diǎn)是在1000℃以上高溫蠕變速率高,機(jī)械性能顯著降低。
氧化鋁和氧化鋯主要應(yīng)用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高溫爐管、密封圈和玻璃熔化池內(nèi)襯等。
莫來石室溫強(qiáng)度屬中等水平,但它在1400℃仍能保持這一強(qiáng)度水平,并且高溫蠕變速率極低,因此被認(rèn)為是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的主要候選材料之一。
上述三種氧化物也可制成泡沫或纖維狀用于高溫保溫材料。
鈦酸鋁陶瓷體內(nèi)存在廣泛的微裂紋,因而具有極低的熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率。它的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)度低,無法單獨(dú)作為受力元件,所以一般用它加工內(nèi)襯用作保溫、耐熱沖擊元件,并已在陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用。