原來「陶瓷」是指陶器、水泥、玻璃等窯業製品,然為了滿足工業上的新要求,開發了許多採用人工原料或經過化學處理的高純度原料所製造的新型陶瓷材料,這些新陶瓷具有各種特定的優秀性質,用於各種工業領域。例如機械工業的高溫構造材料、切削工具材料等,電子工業或核能發電和宇宙開發用的材料,生體材料等。
為了區別新陶瓷材料和舊有所使用的陶瓷材料,一般把後者叫做普通陶瓷。普通陶瓷大多是採用以氧化矽為主體的廉價天然原料來製造,其不純物多,組織、性質也比較不均一。新陶瓷是採用高純度的氧化鋁、氧化鎂、碳化矽等經過特殊處理的天然原料或人工原料來製造,而具有各種特殊的機能。
新陶瓷以成分分類時,可以分為(1)採用高純度天然原料的氧化物系,例如氧化鋁、氧化矽、 氧化鈦等和(2)採用人工合成原料的非氧化物系,例如碳化矽、碳化硼、氮化矽等。這些新陶瓷的耐熱,耐蝕性優良,硬度高,機械強度大,具有優良的電氣、磁氣特性,所以用途很廣。油田鑽井和採油工程中,存在大量腐蝕和磨损问题,可以预计陶瓷塗層有着廣泛的應用前景。
氧化物 |
應用及功能 |
氧化鋁
(Al2O3) |
硬度高、摩擦係數低、化學性能穩定、熱導率低、膨脹係數小,具有很好的耐磨、耐沖蝕性能。氧化鋁是噴塗技術中最常應用的材料。 |
氧化鋯
(ZrO2) |
優越的耐高溫性能與低的熱傳導率,廣泛用於航空發動機的熱障塗層。 |
氧化鎂
(MgO) |
熱導率高,能將承受的高溫熱流傳導散發開。高溫電阻率高,是很好的高溫絕緣體,常作為加熱器的耐高溫、絕緣、導熱填料。熱膨脹系數較高,與鋼鐵基體的熱膨脹係數比較接近。 |
氧化鉻
(Cr2O3) |
硬度高(HRC65~HRC5),摩擦係數小,拋光性能好,是優異耐磨粒、硬面和纖維磨損,耐顆粒沖蝕和氣蝕塗層材料。 |
二氧化鈦
(TiO2) |
用於鈦、鋁合金表面的耐腐蝕塗層,如高溫泵柱塞、軸承套等。還可以作為遠紅、黑體吸收塗層。用於太陽能吸收,加熱器元件等;抗紫外線、半導體、抗靜電塗層。 |
碳化物 |
應用及功能 |
碳化鎢
(WC) |
熱硬度最高,耐磨性很好的耐磨塗層材料。 |
碳化鈦
(TiC) |
常溫使用下最耐磨的材料之一。 |
碳化鉻
(Cr3C2) |
常溫硬度及熱硬度都很高,在金屬碳化物中抗氧化能力最高。是綜合性能優異的抗高溫氧化、摩擦磨損、耐燃氣沖蝕材料。 |
碳化矽
(SiC) |
熱導率高,其熱導率是不銹鋼的2.5倍,是耐火黏土的10倍。抗高溫能力特別好,可耐高溫至2300度能保持其強度。 |
碳化硼
(B4C) |
硬度高、密度小、熱膨脹係數小、抗蝕性能好,與酸、鹼溶液不起反應。 |
氮化物 |
應用及功能
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氮化鈦
(TiN) |
耐硝酸、硫酸、鹽酸三大強酸腐蝕,耐多種熔融金屬侵蝕,耐各種有機溶劑和有機酸腐蝕。 |
氮化矽
(Si3N4) |
熱膨脹係數低,抗熱震性能好。耐摩擦磨損性能優異,並具有良好抗疲勞性能。 |
氮化硼
(BN) |
具有優異的抗高溫氧化性能,溫度上升至1925度仍很穩定,也不會發生分解。是性能優異的耐高溫磨損材料。 |