谈陶瓷显微组织与材料性能之间的关系.doc

谈陶瓷显微组织与材料性能之间的关系陶瓷材料的物理性能在很大程度上取决于其显微结构,在某些情况下甚至是决定性的,掌握它们之间的内在关系可以有针对性地优化制备工艺,从而提高陶瓷的物理性能。陶瓷是多晶多相的材料,其显微组织包括:多晶相的种类,晶粒的大小、形态、取向和分布,位错、晶界的状况,玻璃相的形态和分布,气孔的形态、大小、数量和分布,各种杂质、缺陷、裂纹存在的开式、大小、数量和分布,畴结构的状态和分布等。在显微镜下研究陶瓷材料的显微组织,找出其物相组成、组织、性能之间的联系和规律是发展新型陶瓷材料的基础。陶瓷材料主要组成相为晶体相、玻璃相和气相。研究陶瓷显微组织与性能之间的关系,就是要研究晶体相、玻璃相和气相分别对材料性能的影响。研究这个问题有着重要的意义,主要有以下几点:(1)当我们了解了陶瓷显微组织与材料性能之间的关系后,我们就可以通过研究陶瓷的显微组织结构而对材料的性能做出评价。(2)通过对陶瓷的结构缺陷的检测分析,从显微组织上找出其缺陷原因,我们可以提出改善或防止结构缺陷的措施。(3)通过材料的显微组织研究,从材料物理化学的基本原理出发,为新材料的设计或材料改性提供依据或参考。(4)研究工艺条件对显微组织的影响,通过优化生产工艺,提高材料的性能。一、晶体相对材料性能的影响晶相是由原子、离子、分子在空间有规律排列成的结晶相。晶相是决定陶瓷材料性能呢个的主导物相。由于陶瓷是多晶材料,故晶相又可分为主晶相、次晶相、析出相和夹杂相。此时主晶相就成为主导陶瓷性能的主导晶相。主晶相是材料的主要组成部分,材料的性能主要取决于主晶的性质。次晶相是材料的次要组成部分。例如Si3N4材料中的颗粒状的六方结构的相β-Si3N4为主晶相;针状的菱方结构的α-Si3N4为次晶相,含量较少。析出相,由粘土、长石、石英烧成的陶瓷的析出相大多数是莫来石,一次析出的莫来石为颗粒状,二次析出的莫来石为针状,可提高陶瓷材料的强度。夹杂相:不同材料夹杂相不同。夹杂相量很少,其存在都会使材料的性能降低。另外,晶相中还存在晶界和晶粒内部的细微结构。晶界上由于原子排列紊乱,成为一种晶体的面缺陷。晶界的数量、厚度、应力分布以及晶界上夹杂物的析出情况对材料的性能都会产生很大影响。晶粒内部的微观结构包括滑移、孪晶、裂纹、位错、气孔、电畴、磁畴等。、耐高温、电性能和耐化学侵蚀性优良的性能,就是因为其主晶相刚玉(α-Al2O3)是一种结构紧密、离子键强度很大的晶体。75氧化铝瓷是氧化铝的一种,含有75%的α-Al2O3,是一种电真空陶瓷。其显微组织如图1-1所示,大部分为白色的氧化铝晶体,晶间三角处为暗黑色的玻璃相,圆形的黑洞为气孔,其中形态规则的为晶粒剥落坑。图1-175氧化铝瓷的显微组织1200x除了75氧化铝陶瓷还有一种透明氧化铝陶瓷。透明氧化铝瓷又叫烧结白刚玉,%以上。为了更好地排除气孔,提高透明度,可在真空下烧结。图1-2为烧成后未经磨制和腐蚀,在显微镜下观察到的透明氧化铝的原始表面显微组织。由于Al2O3纯度很高,气孔极少,可以清楚地看到氧化铝晶粒的大小,晶界的状况等。图1-2透明氧化铝的显微组织1200x图1-3为电熔刚玉的显微组织。其中白色粗大的柱状晶相为α-Al2O3,暗黑色的组织为玻璃相,黑色的圆洞为