超強、超硬、耐高溫結構陶瓷材料結構與性能

 結構陶瓷材料具有超強、超硬、耐高溫等性能，在許多應用領域有著金屬等其它材料不可替代的地。本文通過查閱相關文獻，闡述了結構陶瓷材料的結構，綜述了結構陶瓷材料的結構及其性能特點,為今后陶瓷的發展提供了可靠的前景。
關鍵詞：結構陶瓷，結構 性能
引言：構陶瓷是陶瓷材料的重要分支，它以耐高溫、高強度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等機械力學性能為主要特征，可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴酷工作環境，在空間技術領域，制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。從蒂1艘宇宙飛船即開始使用高溫與低溫的隔熱瓦，碳-石英復合燒蝕材料已成功地應用于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于新型結構材料的應用，在這方面結構陶瓷尤其是陶瓷基復合材料和碳/碳復合材料遠遠優于其他材料。即在冶金、宇航、能源、機械、光學等領域有重要的應用,因此具有超強、超硬、耐高溫的結構陶瓷材料成為了人們關注的熱點。
2.結構陶瓷的定義及分類
結構陶瓷是指用于各種結構部件，以發揮其機械、熱、化學相生物等功能的高性能陶瓷。
結構陶瓷若按使用領域進行分類可分為：（1）機械陶瓷；（2）熱機陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它若按化學成分分類可分為：（1） 氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、賽龍陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3） 碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4） 硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它結構陶瓷(莫來石陶瓷、MoSi 陶瓷、硫化物陶瓷以及復合陶瓷等)。本文就從化學成分分析氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、復合陶瓷等來分析。
2.1氧化物陶瓷
2.1.1 Al2O3陶瓷
AI2O3陶瓷類型的結構與性能
氧化鋁陶瓷是一種以α- AI2O3為主晶的陶瓷材料。氧化鋁的含量在75%左右稱為“75瓷”，含量在85%左右稱作“85瓷”，含量在99%左右稱作“99瓷”。含量在99%以上的稱作剛玉瓷或純剛玉瓷。Al2O3主要有三種晶型結構，即α-Al2O3，β-Al2O3，γ- Al2O3。Al2O3晶型轉化關系如圖1所示。α-Al2O3屬三方晶系，2050℃熔化前穩定， β-Al2O3：是一種氧化鋁含量高的的鋁酸鹽礦物，γ-Al2O3：屬尖晶石型結構（立方）。 后兩種在溫度高于1600℃時全部轉化為α-Al2O3， a-Al2O3為高溫穩定相，工業上使用*多。其結構不同，性質也不同，在1300℃以上的高溫幾乎完全轉變為α- AI2O3。α- AI2O3屬六方晶系其單位晶胞是一個尖的棱面體，氧離子近似于六方緊密排列，Al3+占據2/3的八面體空隙。α- AI2O3是自然界中唯一存在的AI2O3變體，如天然剛玉、紅寶石、藍寶石等礦物。α- AI2O3是所有AI2O3變體中結構*緊密，活性*低，電學性質*好的晶相，在所有溫度下都是穩定的，其它變體當溫度達到1000～1600℃時都不可能逆地轉變為α- AI2O3。