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陶瓷材料性能参数表

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结构陶瓷高温性能-广东夏阳精细陶瓷科技有限公司
来源:清华大学谢志鹏教授 | 作者:XYC | 发布时间: 2021-10-07 | 741 次浏览 | 分享到:
结构陶瓷的耐高温性能大都比较好,通常在800°C以下,温度对陶瓷材料强度影响不大。离子键陶瓷与共价键陶瓷相比,前者的耐高温性要差些。一般而言,在较低温度范围内,陶瓷的断裂破坏属脆性行为,即没有塑性变形,同时极限应变很小,对微小缺陷很敏感。


结构陶瓷的耐高温性能大都比较好,通常在800°C以下,温度对陶瓷材料强度影响不大。离子键陶瓷与共价键陶瓷相比,前者的耐高温性要差些。

一般而言,在较低温度范围内,陶瓷的断裂破坏属脆性行为,即没有塑性变形,同时极限应变很小,对微小缺陷很敏感。但在高温区,陶瓷在断裂

前可产生微小塑性变形,极限应变大大增加,有少量弹塑性行为。此外,强度对缺陷的敏感程度有很大变化,产生这种材料性能变化的低温区和

高温区的分界线通常称为脆性延性转换温度,脆性延性转变温度与陶瓷化学组成和价键的类型密切相关,同时也与陶瓷的微观结构、晶界相组成、

特别是晶界玻璃相成分和含量有关。在高温下,在脆性-延性转变温度以上,大多数陶瓷材料强度会下降。对于离子键合的MgO陶瓷,其脆性延性

转变温度很低,几乎从室温开始强度就随温度的提高而下降。Al2O3 的脆性延性转变温度大约在900°C左右,热压烧结SigN4 的脆性-延性转变温

度约在1200°C左右,而SiC陶瓷往往可以耐受1600°C高温。在高温下,绝大多数陶瓷材料的强度是随着温度的升高而下降的。图1-33表示一些典

型结构陶瓷弯曲强度随温度的变化。但是有些陶瓷在脆性-延性转变温度附近,其弯曲强度有回升,如碳化硅和莫来石陶瓷具有这种现象。这种现象

与陶瓷中玻璃相的黏滞效应有关,即在接近脆性-延性转变温度的时候,玻璃相强度尚未下降而黏度正好减小到可以松弛裂纹尖端的集中应力,

提高了对裂纹扩展的抵抗力,这时微裂纹的影响达到最小。

                                                                              图1-33 温度对结构陶瓷材料弯曲强度的影响

氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA),其强度随温度变化具有如下特点:在常温至300C范围,各种ZTA陶瓷材料的强度平均下降30%;在800~1400°C的高温区,

强度下降40%左右,而在中间温度段,强度变化不大,如图1-34所示。若将ZTA与Al2O3对比,ZTA材料不宜于高温场合,其强度下降比AlO,严重得多。

碳化物和氮化物陶瓷的高温强度较高,例如某些热压与常压烧结或重结晶碳化硅陶瓷在1500°C ,其抗弯强度仍保持不下降。图1-35是一些碳化物和氮化

物陶瓷及合金的强度与温度的关系。此外,最近发展起来的以ZrB2和HfB2为代表的超高温陶瓷,其使用温度可达2000℃甚至更高。 

  

                                                               图1-34 ZTA材料弯曲随温度的变化   

                                                 

 图1-35 碳化硅和氮化硅陶瓷及合金的强度与温度的关系

表1-21列出典型的结构陶瓷材料的使用温度,由此可见承受载荷下长期使用温度与无载荷时短期使用温度差别很大,前者低于后者可达几百度(Morrell,1989)。

如耐火型高纯Al2O3陶瓷,承受载荷下长期使用温度仅为1400°C,而在无载荷时短期使用温度达到1900°C;热压致密烧结的SiC陶瓷,承受载荷下长期使用温度为

1500°C,而在无载荷时短期使用温度为2100°C。此外,不同陶瓷材料在承受载荷下出现蠕变温度也不同,共价键结合的SiC和Si3N4非氧化物陶瓷出现蠕变的温度

通常在1600°C以上,离子键结合的氧化物陶瓷出现蠕变的温度通常在1000°C左右。




       
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