材料力学 教学课件 ppt 作者 顾晓勤 等 第13章 复合材料等的力学性能第3节 陶瓷材料的力学性能.ppt

传统的陶瓷制品:以天然粘土为原料,通过混料、成形、烧结而成,其性能特点是强度低而脆。新型工程陶瓷:采用高纯、超细的人工合成材料,精确控制其化学组成,经过特殊工艺加工而得到的结构精细、力学性能和热学性质优良的陶瓷材料。常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝和氧化锆增韧陶瓷。工程陶瓷材料的力学性能特点:耐高温、硬度高、弹性模量大、耐磨损、抗腐蚀、抗蠕变能力强。陶瓷材料的断裂特征:绝大多数陶瓷材料在常温下拉伸或弯曲,均不产生塑性变形,呈现脆性断裂的特征,如图所示。例如:在发动机上使用高性能工程陶瓷材料,除耐磨、耐腐蚀外,还由于材料耐高温,无需冷却系统,可使热效率提高20%,发动机重量减轻20%,耗油量降低30%以上。表13-3常温下陶瓷材料与金属材料的弹性模量名称抗拉强度(GPa)名称抗拉强度(GPa)氧化铝380石英玻璃7395%氧化铝陶瓷300尖晶石240氧化镁210氧化锆190钢210铜110铝70表13-4材料的抗拉强度和抗压强度名称抗拉强度/MPa抗拉强度/MPa化工陶瓷30~40250~400透明石英玻璃50200烧结尖晶石134190099%烧结氧化铝2652990烧结B4C3003000铸铁FC10100~150400~600优质碳素结构钢45598合金结构钢40Cr9811)陶瓷材料的弹性模量比金属大得多,常高出1倍至几倍。陶瓷材料的弹性模量不仅与结合键有关,还与其组成相的种类、分布比例及气孔率有关。因此陶瓷的成型与烧结工艺对弹性模量影响重大。陶瓷材料弹性变形特点2)陶瓷材料的压缩弹性模量高于拉伸弹性模量。3)陶瓷材料压缩时的强度比拉伸时大得多。这是脆性材料的一个特点或优点。4)和金属材料相比,陶瓷材料在高温下具有良好的抗蠕变性能,而且在高温下也具有一定的塑性。1)热膨胀系数小的,往往具有较高的弹性模量。陶瓷弹性模量的决定因素2)熔点越高,弹性模量越高。3)随着气孔率的增加,陶瓷的弹性模量急剧下降。4)单晶陶瓷在不同的晶向上往往有不同的弹性模量。影响陶瓷强度的主要因素1)当材料成分相同,气孔率的不同将引起强度的显著差异。2)对结构陶瓷材料来说,获得细晶粒组织,对提高室温情况下的强度是有利的。3)晶界相的性质、厚度、晶粒形状。