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研制新型韧性陶瓷的秘决-【新闻】

发布时间:2021-05-28 11:06:27 阅读: 来源:跳线机厂家

研制新型韧性陶瓷的秘决

近年来,科学家们在对传统陶瓷进行悉心研究后发现,它之所以脆弱,主要有两个原因:

第一,由于陶器的烧成温度比较低,通常在800~1000℃,因此气孔率比较高。在陶器碎片的断面上,不难看见许多小孔洞,且组成陶器的颗粒也比较粗大。瓷器的烧成温度虽然要比陶器高得多(通常为1200~1400℃),组成的结构也比陶器细密多了,用肉眼可能看不出有什么细微的缺陷,但是,如果你通过显微镜观察,在瓷器碎片的断面上,就可以看到有许多细微的伤痕、裂纹、气孔、夹杂物。要是你把瓷器碎片放在倍数更大的电子显微镜下,那么,你还可以发现瓷器在晶体结构方面的缺陷,例如空位、位错等。而所有这些细微的裂纹、气孔、夹杂物、晶体缺陷和表面伤痕,都可能成为陶瓷裂纹的发源地。

第二,由于陶瓷属于脆性材料,一旦出现裂纹,它不像金属那样具有塑性变形能力,所以,只好"打破沙锅(纹)到底"了。至于在热冲击的条件下,由于陶瓷的导热性较差,热膨胀系数大,热应力由此增加,因此,裂纹的扩展速度更会进一步加剧。在日常生活中,如果我们用砂锅炖(煮)食物,只能用文火慢慢加温,要是一开始就用猛火急烧,就会出现砂锅炸裂事故。即使是烧好后,也不能用水急冷。

那么采用什么具体办法才能制造出不怕撞击、不怕猛火急烧成韧性陶瓷呢?

所谓韧性陶瓷,必须克服普通陶瓷脆性这一缺点。经过许多科学家的不懈努力,现在人们终于找到了克服陶瓷脆性的“药方”。

首先,从改善内部结构着手。研究表明,在氧化锆陶瓷的原料中,添加少量的氧化钇、氧化镁、氧化钙等粉未,经高温烧制成氧化锆陶瓷后,其中的氧化锆便生成两种晶体,它们叫立方晶体和四方晶体。当陶瓷受到外力作用时,四方晶体便变成一种单斜晶体,体积迅速"膨胀"。由于晶体的体积急速增大,进而可阻止陶瓷中原先存在的细微裂纹的扩展。这样,陶瓷就不会破裂了。

其次,可在改善陶瓷的表面状态方面下功夫。一般说来,陶瓷的断裂大部分从表面的缺陷开始,因此,改善陶瓷的表面状态,犹如为防止陶瓷的破损设下了第一道屏障。具体方法为:通过化学或机械抛光技术消除陶瓷的表面缺陷:对氮化硅、碳化硅等非氧化物,只要通过控制表面氧化技术,便可消除表面缺陷或者使裂纹尖端变纯;通过热处理也可达到表面强化和增韧的目的。

第三,将纤维均匀地分布于陶瓷原料之中,以提高陶瓷的强度和韧性。其原理与我们在石灰石加入纸筋相类似。这是因为,将纤维加入陶瓷料中,具有三大作用:纤维不易拉断,在工作时可承担大部分外加负荷,从而减轻了陶瓷负担,进而使裂纹不易产生;  纤维与陶瓷体结合在一起以后,具有很大的摩擦力,于是陶瓷的韧性可大大提高。  即使陶瓷出现了细微裂纹,纤维也能将它们紧紧拉住,使裂纹不至于进一步扩展开来。  韧性陶瓷可以制成陶瓷榔头、陶瓷菜刀、陶瓷剪刀等工业产品和生活用具。从外观上看,这些陶瓷制品与普通的钢铁制品并没有什么不同,只是毫无钢铁的成分。

韧性陶瓷除了不怕撞击不怕摔打的优点以后,还具有强度大、硬度高,抗化学腐等优点。它除了可以制作榔头和刀剪以外,还可以制造开瓶器、螺丝刀、斧头、锯子等器具。至于说到这些新产品的长处,那是显而易见的;用陶瓷菜刀切食物。不会在食物上留下令人讨厌的铁腥味,它特别适合于生吃的食物和熟食;陶瓷剪刀的锋利程度不亚于钢制剪刀,可以用来截剪纸张、绸布等。由于它不会带磁性,因此特别适宜于剪接录音磁带和录像磁带。韧性陶瓷还可以用来制作手表壳,制造加工金属用的切削工具、防弹盔甲、人造骨骼和关节。不过,科学家对韧性陶瓷最感兴趣的是利用它代替金属材料制造发动机。近几年,伊朗的建筑卫生陶瓷工业发展很快,但制造墙地砖及卫生洁具的设备则全部依赖进口,大多来自意大利和德国。伊朗工业部正在大力扶持国内的陶瓷机械及配套产品的开发,自1999年开始,进口陶机类产品受到严格的限制。所以有关专家指出,若能在伊朗开发陶瓷机械产品,必将大有前途。

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