高溫結構陶瓷，用於某種裝置、或設備、或結構物中，能在高溫條件下承受靜態或動態的機械負荷的陶瓷。
基本介紹
- 中文名：高溫結構陶瓷
- 外文名：high temperature structural ceramics
- 特點：高熔點等
- 分類：氧化鋁陶瓷等
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簡介
高溫結構陶瓷，用於某種裝置、或設備、或結構物中，能在高溫條件下承受靜態或動態的機械負荷的陶瓷。具有高熔點，較高的高溫強度和較小的高溫蠕變性能，以及較好的耐熱震性、抗腐蝕、抗氧化和結構穩定性等。高溫結構陶瓷包括高溫氧化物和高溫非氧化物（或稱難熔化合物）兩大類。金屬作為結構材料，一直被廣泛使用。但是，由於金屬易受腐蝕，在高溫時不耐氧化，不適合在高溫時使用。高溫結構材料的出現，彌補了金屬材料的弱點。
在材料中，有一類叫結構材料主要制利用其強度、硬度韌性等機械性能製成的各種材料。高溫結構材料的出現，彌補了金屬材料的弱點。這類材料具有能經受高溫、不怕氧化、耐酸鹼腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點，作為高溫結構材料，非常適合。
分類
氧化鋁陶瓷
氧化鋁陶瓷（人造剛玉）是一種極有前途的高溫結構材料。它的熔點很高，可作高級耐火材料，如坩堝、高溫爐管等。利用氧化鋁硬度大的優點，可以製造在實驗室中使用的剛玉磨球機，用來研磨比它硬度小的材料。用高純度的原料，使用先進工藝，還可以使氧化鋁陶瓷變得透明，可製作高壓鈉燈的燈管。
氮化矽陶瓷
氮化矽陶瓷也是一種重要的結構材料，它是一種超硬物質，密度小、本身具有潤滑性，並且耐磨損，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應，抗腐蝕能力強；高溫時也能抗氧化。而且它還能抵抗冷熱衝擊，在空氣中加熱到1000以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。正是氮化矽具有如此良好的特性，人們常常用它來製造軸承、汽輪機葉片、機械密封環、永久性模具等機械構件。
氮化硼陶瓷
氮化硼陶瓷，外觀與性狀:潤滑,易吸潮.氮化硼是白色、難溶、耐高溫的物質。將B2O3與NH4Cl共熔，或將單質硼在NH3中燃燒均可製得BN。通常製得的氮化硼是石墨型結構，俗稱為白色石墨。另一種是金剛石型，和石墨轉變為金剛石的原理類似，石墨型氮化硼在高溫（1800℃）、高壓（800Mpa）下可轉變為金剛型氮化硼。這種氮化硼中B－N鍵長（156pm）與金剛石在C－C鍵長（154pm）相似，密度也和金剛石相近，它的硬度和金剛石不相上下，而耐熱性比金剛石好，是新型耐高溫的超硬材料，用於製作鑽頭、磨具和切割工具。
碳化硼陶瓷
碳化硼材料具有質量輕、高硬度、高耐磨損、高耐衝擊、吸收中子等性能，在高技術工業、核電技術、國防軍工等領域具有廣闊的套用前景，是國民經濟和國防建設中重要的戰略物資材料，具有廣泛的用途。
具體用於：
1、中子吸收和防輻射材料
B元素具有高達600barn的中子吸收截面，是核反應堆中減速元件—控制棒或核反應堆防輻射部件的主要選用材料。
2、複合裝甲材料
利用其輕質、超硬和高模量等特性，用作輕型防彈衣和防彈裝甲材料。採用碳化硼製作的防彈農，比同型鋼質防彈衣要輕50%以上。碳化硼同時還是陸上裝甲車輛、武裝直升機以及民航客機的重要防彈裝甲材料。
如AH一64阿帕奇(AH一64 Apazhe)、超級眼鏡蛇(Super Cobra)、超級美洲豹(Super Puma)、黑鷹(Black Hawk)等直升機上都使剛了碳化硼裝甲。
3、半導體工業元件和熱電元件
碳化硼陶瓷具有半導體特性和較好的熱導性能，可用作高溫半導體元器件，也可以用作半導體工業中的氣體分布盤、聚焦環、微波或紅外視窗、DC插頭等。B4C與C結合可用作高溫熱電偶元件，使用溫度高達2300℃，同時也可用作抗輻射熱電元件。
4、機械密封部件
碳化硼的超硬特性和優異耐磨性能，使它成為機械密封的重要材料。由於其成本相對較高，主要套用在一些特殊的機械密封場合。
5、噴嘴材料
碳化硼的超高硬度和優異的耐磨性能，使它成為重要的噴嘴材料。碳化硼噴嘴具有壽命長、相對低成本、省時、高效等優點。碳化硼噴嘴的壽命是氧化鋁噴嘴的幾十倍，比WC和SiC噴嘴的壽命也要高許多倍。
技術指標
氧化鋁陶瓷
以氧化鋁為主成分的陶瓷。根據主晶相的不同，可分為剛玉瓷、剛玉-莫來石瓷及莫來石瓷等。根據氧化鋁百分含量的不同又分為高純氧化鋁瓷、99瓷、95瓷、85瓷、75瓷等。瓷體的性能取決於組成與顯微結構，隨Al2O3含量的減少，熔點降低。具有較低的熱膨脹、較高的熱導率及高的機械強度，因此具有高抗熱震性。燒結剛玉製品能抵抗NaOH、Na2O2、Na2CO3、金屬、爐渣、PbPO3等的侵蝕作用，常溫下能抵抗鹼和氫氟酸作用。在高溫下，能被TiC、ZrC等還原，與水蒸氣長期作用也能起反應。氧化鋁有多種變體，其中主要有α、γ型，除α-Al2O3外其他都是不穩定晶型。氧化鋁陶瓷可作為特殊的耐火材料，機械工業的耐磨零部件及刀具材料，用作電子工業及其他工業的絕緣體，β-Al2O3還可作鈉硫電池等。
1.含量為99%(質量)的陶瓷，按主晶相分類為剛玉瓷。燒結溫度約1700℃±10℃，隨Al2O3含量增多燒結越來越難，一般須加入助燒劑。主要性能：密度為3.9g/cm3，抗彎強度為370～450MPa，熱膨脹係數為6.7×10-6/℃(20～100℃)，介電強度25～30MV/m，體積電阻率1012～1013Ω·cm(100℃±5℃)，相對介電常數為10.0。常用來製作坩堝、瓷舟、耐火爐管等。
2.含量為95%(質量)的氧化鋁陶瓷，主晶相為α-Al2O3，燒結溫度在1650℃±20℃左右。主要性能：相對介電常數8.5～9.6，介電強度為15～18MV/m，體積電阻率1010～1012Ω·m，抗彎強度為280～350MPa，密度約3.5g/cm3。作為裝置用陶瓷套用十分廣泛。
氮化矽陶瓷
一種非氧化物陶瓷以四氮化三矽為主要成分。具有高強度、高彈性模量、耐磨、耐蝕、抗氧化等優良性能。莫氏硬度9。Si3N4是共價鍵化合物，屬六方晶系，存在α型和β型兩種晶型。Si-N間的鍵合強度高，為難燒結物質。氮化矽粉通常由矽粉氮化法獲得。採用反應燒結、熱壓燒結、高溫高壓氮氣氛燒結、熱等靜壓燒結等方法將氮化矽粉燒結製得。氮化矽陶瓷性能與其製備方法密切相關，一般室溫強度可達700～1000MPa，高溫強度受晶界玻璃相影響。氮化矽陶瓷的優異性能使其在許多領域得到套用並有許多潛在的用途。在陶瓷發動機中，用來製備定子、轉子、蝸形管等部件。在冶金、化學、機械、電子和軍事工業上也有廣泛的套用。
氮化硼產品簡介
1.基本信息
英文名Boron Nitride
分子式BN 分子量24.81（按1979年國際原子量）
質量標準企業標準（QJ/YH02·08-89）
氮化硼是由氮原子和硼原子構成的晶體，該晶體結構分為六方氮化硼（HBN）、密排六方氮化硼（WBN）和立方氮化硼，其中六方氮化硼的晶體結構具有類似的石墨層狀結構，呈現鬆散、潤滑、易吸潮、質輕等性狀的白色粉末，所以又稱“白色石墨”。
2.物化性質
理論密度2.27g/cm3，比重2.43，莫氏硬度為2。六方氮化硼是具有良好的電絕緣性，導熱性，化學穩定性；無明顯熔點，在0.1MPA氮氣中3000℃升華，在惰性氣體中熔點3000℃，在中性還原氣氛中，耐熱到2000℃，在氮氣和氬中使用溫度可達2800℃，在氧氣氣氛中穩定性較差，使用溫度1000℃以下。六方氮化硼的膨脹係數相當於石英，但導熱率卻為石英的十倍。 六方氮化硼不溶冷水，水煮沸時水解非常緩慢並產生少量的硼酸和氮；與弱酸和強鹼在室溫下均不反應，微溶於熱酸，用溶融的氫氧化鈉，氫氧化鉀處理才能分解。
3.氮化硼的技術指標
1、規格99 ，BN≥99% B2O3≤0.5%粒度 D50(um)≤2.0；
2、規格98 ，B N≥98% B2O3≤0.5%粒度 D50(um)≤2.0。
4.氮化硼的各項性能參數
1、 高耐熱性3000℃升華，其強度1800℃為室溫的2倍，1500℃空冷至室溫數 十次不破裂，在惰性氣體中2800℃不軟化。
2、 高導熱係數熱壓製品為33W/M.K和純鐵一樣，在530℃以上是陶瓷材料中導熱最大的材料。
3、 低熱膨脹係數2×10-6的膨脹係數僅次於石英玻璃，是陶瓷中最小的，加上其具有高導熱，所以抗熱震性能很好。
4、 優良的電性能高溫絕緣性好，25℃為1014Ω—CM，2000℃還可達到103Ω—CM，是陶瓷中最好的高溫絕緣材料，擊穿電壓3KV/MM，低介電損耗108HZ時為2.5×10-4，介電常數為4，可透微波和紅外線。 5、 良好的耐腐蝕性與一般金屬（鐵、銅、鋁、鉛等）、稀土金屬 ，貴重多屬，半導體材料（鍺、矽、砷化鉀），玻璃，熔鹽（水晶石、氟化物、爐渣）、無機酸、鹼不反應。
6、 低的摩擦係數u為0.16，高溫下不增大，比二硫化鉬，石墨耐溫高，氧化氣氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。
7、 高純度含B高其雜質含量小於10PPM，而含B大於43.6%。
8、 可機械加工性其硬度為莫氏2，所以可用一般機械加工方法加工成精度很高的零部件製品。
六方氮化硼的用途
六方氮化硼可以用於製造TiB2/BN複合陶瓷，還可以用於高級耐火材料和超硬材料，水平連軋鋼的分離環，用於耐高溫潤滑劑和高溫塗料同時還是合成立方氮化硼的原料。
具體用途
1、 金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤滑劑。
2、 高溫狀態的特殊電解、電阻材料。
3、 高溫固體潤滑劑，擠壓抗磨添加劑，生產陶瓷複合材料的添加劑，耐火材料和抗氧化添加劑，尤其抗熔融金屬腐蝕的場合，熱增強添加劑、耐高溫的絕緣材料。
4、 電晶體的熱封乾燥劑和塑膠樹脂等聚合物的添加劑。
5、 壓製成各種形狀的氮化硼製品，可用做高溫、高壓、絕緣、散熱部件。
6、 航天航空中的熱禁止材料。
7、 在觸媒參與下，經高溫高壓處理可轉化為堅硬如金剛石的立方氮化硼。
8、 原子反應堆的結構材料。
9、 飛機、火箭發動機的噴口。
10、高壓高頻電及等離子弧的絕緣體。
11、防止中子輻射的包裝材料。
12、由氮化硼加工製成的超硬材料，可製成高速切割工具和地質勘探、石油鑽探的鑽頭。
13、冶金上用於連續鑄鋼的分離環，非晶態鐵的流槽口，連續鑄鋁的脫模劑（各種光學玻璃脫膜劑） 14、做各種電容器薄膜鍍鋁、顯像管鍍鋁、顯示器鍍鋁等的蒸發舟。
15、各種保鮮鍍鋁包裝袋等。
16、各種雷射防偽鍍鋁、商標燙金材料，各種煙標，啤酒標、包裝盒，香菸包裝盒鍍鋁等等。
17、化妝品用於口紅的填料，無毒又有潤滑性，又有光澤是法國最好的口紅。
碳化硼陶瓷
分子式：CB4
分子量：55.25
CAS號：12069-32-8
性質：密度2.51。
又稱一碳化四硼(tetra-boron carbide)。有光澤的黑色晶體。工業品一般呈粉狀。密度2.520g/cm3。熔點2350℃。沸點>3500℃。溶於熔融鹼。不溶於水和酸。硬度僅次於金剛石。由硼酸、人造石墨和石油焦混合物在電弧爐內於1700～2300℃下進行碳化反應，經冷卻後破碎，篩選，多次熱水洗滌，粗碎，酸洗，沉降分離，乾燥，篩分製得。也可由元素硼和碳混合，在2200～2250℃下反應製得。廣泛用於硬質合金，作研磨材料，以及寶石材料的加工和金屬硼化合物的製取等。也用於原子反應堆。
高溫陶瓷
高溫陶瓷是一種通俗的稱謂，在專業與日用領域分別有不同的含義。
專業領域
熔融溫度在氧化矽熔點(1728℃)以上的陶瓷材料的總稱。
特種陶瓷的重要組成部分，有時也作為高溫耐火材料的組成部分。
按材料主要化學組成可分為高溫氧化物陶瓷(如Al2O3、ZrO、MgO、CaO、ThO2、Cr2O3、SiO2、BeO、3Al2O3·2SiO2等)，碳化物陶瓷，硼化物陶瓷，氮化物陶瓷及矽化物陶瓷等。通常具有耐高溫，高強度，高硬度，良好的電性能、熱性能和化學穩定性。氧化物高溫陶瓷大都在氧化氣氛，真空等狀態燒結，非氧化物高溫陶瓷常用熱壓或特定氣氛下(如氬、氮)燒結。也有採用熱等靜壓及微波等方法燒結。對薄膜等，還可採用氣相沉積等方法製取。可作為高溫結構材料，用於宇航、原子能、電子技術、機械、化工、冶金等許多部門，是現代科學和技術不可缺少的高溫工程材料，品種繁多，用途極為廣泛。
區分方法
與低溫陶瓷區分方法
聽聲音可以簡單區分，高溫的瓷化程度好，聲音清脆。但根本是還是看吸水率的大小，高溫燒結的陶瓷吸水率小。
吸水率測法：
1、用專門的儀器測（抽真空浸水）。
2、在沸水中煮2小時。
3、在清水中浸泡24小時。
無論哪種測法，都是先將瓷片稱重，得m0，實驗後稱重得m1，吸水率為(m1-m0)/m0
每種測法所得數據略有不同，但只要兩種瓷片是用同一種方法測得，結果不有可比性。
日常領域
在日用與工藝收藏瓷中，高溫瓷指燒成溫度在1300℃以上的釉彩，我國古代的釉下青花、釉里紅等傳統瓷器，均為高溫製成。
陶瓷釉質是二氧化矽穩定的三角錐形化學鍵結構，只有在1250℃以上，方會出現分子層面的變化，使著色劑穩定的置於分子結構以內。因此，高溫瓷在色澤、色彩、材質緻密等方面，都有不可替代的獨特效果。
