陶瓷在化学方面有何作用?
一般陶瓷里就有二氧化硅,二氧化硅也就是石英、玻璃,添加二氧化硅大概能在陶瓷的光泽上有所帮组,个人认为这是没帮助的。
氧化铁的话对陶瓷的质量是有影响的,微量的氧化铁是能改变陶瓷颜色,多了就影响质量。
陶土和氧化铁颗粒表面所带电荷正好相反。陶土表面带负电荷。
氧化镁在一定曾度上对陶瓷是有帮助的,因为氧化镁比较耐高温,氧化镁在陶瓷中作用是起结构固定作用,产品不容易变形,一般在耐火材料中就有这方面的要求
化学性质:钠钙玻璃易水解 耐高温
常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素所组成的化合物,如硼和硅的碳化物和氮化物。
根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。此外,近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。
2氧化物陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主,存在部分共价键,因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点,良好的电绝缘性能,特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性,在上程领域已得到了较广泛的应用。
2.1氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷又称刚玉瓷,一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂的不同,有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷,85瓷,95瓷,99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。
Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;A1203陶瓷与大多数熔融金属不发生反映,只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫酸能溶解A1203,热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用;A1203陶瓷的蒸汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性,可广泛地用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套,输送酸的管道内衬和阀门等。
氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等特点,因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。
A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。
透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性,同时具有高温强度高、耐热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。
2. 2氧化锆(Zr02)陶瓷
Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。根据所含相的成分不同,Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02陶瓷。
2. 2. 1稳定Zr02陶瓷
稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成,其耐火度高、比热与导热系数小,是理想的高温隔热材料,可以用做高温炉内衬,也可作为各种耐热涂层。
稳定Zr02陶瓷化学稳定性好,高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀,但不能抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应,可以用来作为熔炼这此金属的坩埚。
纯Zr02是良好的绝缘体,由于其明显的高温离子导电特性,可作为2000℃使用的发热元件,高温电极材料,还可用作产生紫外线的灯。
此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性,可制成氧气传感器,进行氧浓度的测量。
2. 2. 2部分稳定Zr02陶瓷
部分稳定Zr02陶瓷由t c双相组织组成,具有非常高的强度,断裂韧性和抗热冲击性能,被称为“陶瓷钢”。同时其热传导系数小,隔热效果好,而热膨胀系数又比较大,比较容易与金属部件匹配,在日前所研制的陶瓷发动机中用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件。
部分稳定Zr02陶瓷还可作为采矿和矿物工业的无润滑轴承,喷砂设备的喷嘴,粉末冶金上业所用的部件,制药用的冲压模等。
另外,部分稳定Zr02陶瓷还可用作各种高韧性,高强度工业与医用器械。如纺织工业落筒机用剪刀、羊毛剪,磁带生产中的剪刀,微电子工业用工具,此外由于其不与生物体发生反应,也可用作生物陶瓷材料。
2.3 MgO陶瓷
MgO陶瓷的主晶相为MgO,属立方晶系氯化钠结构,熔点2800℃,理论密度3.58 g/cm2,在高温下比体积电阻高,介质损耗低,介电系数为9.12具有良好的电绝缘性,属于弱碱性物质。MgO对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力,与镁、镍、铀钍、铝、钼等不起作用,可用于制备熔炼金属的坩锅、浇注金属的模子,高温热电偶的保护管,高温炉的炉衬材料等。
3氮化物陶瓷
氮化物包括非金属和金属元素氮化物,他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多,但都不是天然矿物,而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)等。
3. 1氮化硅(Si3N4)陶瓷
Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小,因此具有较好的抗热震性能;在陶瓷材料中,Si3N4的弯曲强度比较高,硬度也很高,同时具有自润滑性,摩擦系数小,与加油的金属表明相似,作为机械耐磨材料使用具有较大的潜力;Si3N4陶瓷材料的常温电阻率比较高,可以作为较好的绝缘材料;Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀,也不被铅、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀;高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化,抗执化温度达1800℃。
Si3N4陶瓷可用作热机材料、切削工具、高级耐火材料,还可用作抗腐蚀、耐磨损的密封部件等。
3. 2氮化铝(AlN)陶瓷
AIN属于共价键化合物,六方晶系,纤维锌矿型结构,白色或灰白色,密度3.26g/cm2,无熔点,在2200℃- 2250℃升华分解,热硬度很高,即使在分解温度前也不软化变形。具有优异的抗热震性。AlN对Al和其它熔融金属、砷化稼等具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,此外,还具有优良的电绝缘性和介电性质;但AlN的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解。
AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器,也可用作真空中蒸镀金的容器、耐热砖等,特别适用于作为2000℃左右氧化性电炉的炉衬材料;AlN的导热率是A1203的2-3倍,热压时强度比Al203还高可用于高强度、高导热的场合,例如大规模集成电路的基板等。
3. 3氮化硼(BN)陶瓷
氮化硼(BN)陶瓷存在着六方与立方结构两种BN材料。
3.3.1六方BN
六方BN具有自润滑性,可用于机械密封、高温固体润滑剂,还可用作金属和陶瓷的填料制成轴承。其耐热性非常好,可以在900℃以下的氧化气氛中和2800℃以下的氮气和惰性气氛中使用。六力BN对酸碱和玻璃熔渣有良好的耐侵蚀性,对大多数熔融金属既不润湿也不发生反应,因此可以用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩锅、器皿等部件。BN既是热的良导体,又是电的绝缘体。它的击穿电压是氧化铝的4- 5倍,介电常数是氧化铝的1/2,可用来做超高压电线的绝缘材料。BN对微波和红外线是透明的,可用作透红外和微波的窗口。BN在超高压下性能稳定,可以作为压力传递材料和容器。BN是最轻的陶瓷材料,可以用于飞机和宇宙飞行器的高温结构材料。此外,利用BN的发光性,可用作场致发光材料。涂有BN的无定形碳纤维可用于火箭的喷嘴等