口腔陶瓷材料的哪些机械性能特点非a.拉伸强度，弯曲强度，冲击强度 b

在传统的柴油机或蒸汽轮机中使用的金属部件中，铝合金的温度极限为350℃，钢和铸铁为450℃。最好的过热耦合使发动机的设计变得复杂，增加了重量并消耗了很多功率。长期以来，人们一直在寻找一种理想的材料来取代发动机中使用的金属。发动机材料的主要改革是用高性能的陶瓷部件逐步取代金属部件，直至发动机的主要部件，这就是所谓的陶瓷发动机。

陶瓷材料有很多优点。陶瓷的硬度在1500HV以上，而一般合成金属的硬度在400HV左右，而且陶瓷的隔热性能非常好。根据陶瓷的特点，用陶瓷材料制作活塞、连杆、气缸套、气缸盖等重件，发动机的热效率将大大提高，至少提高35%以上。陶瓷具有密度低、重量轻的特点。陶瓷具有耐腐蚀的特点，在高温下不易氧化，具有良好的耐腐蚀性。从这一点来看，燃料的选择范围将大大改善，可以选择质量较低的燃料。从陶瓷材料的材质来看，陶瓷的主要成分为硅酸盐，资源非常丰富。

此外，陶瓷材料的热特性非常好，熔点很高，一般金属的熔点在1400℃左右，而常规陶瓷的熔点在2000℃以上，在高温下具有优良的化学稳定性，同时陶瓷的热膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。由于陶瓷在1400℃左右的温度下保持稳定，因此不需要大型的发动机冷却系统。

通过取消冷却系统，柴油机的体积可以减少40%以上。柴油机体积的减少降低了车辆的整体重量，从而提高了单位体积的功率、单位功率和机动性。50%的军用车辆故障与冷却系统有关，减少或消除冷却意味着改善发动机的可靠性、可维修性、可维护性和耐久性。此外，活塞的工作温度可提高300摄氏度以上，大大促进了燃料和空气混合物的燃烧，燃烧更彻底，对油耗、排放有很大好处。

特种陶瓷定义

特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大 ... 在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能。如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能，以及耦合功能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。

特种陶瓷的分类

特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。按照化学组成划分有：

①氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。

②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。

③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。

④硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。

⑤硅化物陶瓷：二硅化钼等。

⑥氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。

硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。

除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。

人们为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。

随着科学技术的发展，人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多更新的品种。

特种陶瓷的制作工艺

1、成形方法与结合剂的选择

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下

所示：

特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量

成形方法 结合剂举例 <结合剂用量（质量％）

千压法 聚乙烯醇缩丁醛等 1~5

浇注法 丙烯基树脂类 1~3

挤压法 甲基纤维素等 5~15

注射法 聚丙烯等 10~25

等静压法 聚羧酸铵等 0~3

结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂（具有分散剂和润滑功能）等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂，要考虑以下因素：

l）结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力（yoc）或表面自由能（yos）比结合剂的表面张力（yoc）大时，才能很好地润湿。

2）好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合（一次结合），同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力（二次结合）。虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：

一CONH一＞－CONH2＞一COOH＞一OH＞－NO2＞－COOC2H5＞一COOCH5＞－CHO＞＝CO＞－CH3＞＝ CH2＞－CH2

3）结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。

4）为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。

在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。

2、陶瓷注射成形和成形用结合剂

氮化硅由于具有高强度、高耐磨性、低密度（轻量化）、耐热化、耐腐蚀性等优良性能，所以适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。不允许有内在缺陷（裂纹、气孔、异物等）和表面缺陷。

满足这些质量要求的成形技术之一，有陶瓷注射成形法（高压）。其工艺流程如下：

成形工艺中，不能产生由成形材料的流动性、金属模型温度等引起的沟线和由成形条件引起的穴孔等缺陷；在脱脂工艺中，不使其产生由有机材料组成和热分解速度引起的脱脂裂纹。有机材料的选定也得满足这些质量要求。

一般来说，陶瓷注射成形使用的有机材料由结合剂、助剂、可塑剂构成，结合剂可使用聚丙烯（PP）、无规则聚丙烯（APP）、聚乙烯（PE）、乙烯一醋酸乙烯共聚体（EVA）、聚苯乙烯（PS）、丙烯酸系树脂等。其中PE具有优异的成形性；EVA与其他树脂的相溶性好，流动性、成形性也好；APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的特征；PS流动性好。助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然石蜡、硬脂酸、配合剂等。成形材料的流动性可以使用高式流动点测定器和熔化分度器进行评价。当脱脂具有结合剂的含量多 时，则脱脂性有降低的倾向，助剂的石蜡多者，脱脂性好。如果有机材料在特定的温度区域不能全部飞散掉，就会影响陶瓷的烧结，因此，需要考虑热分解特性，加以选择。

陶瓷注射成形使用的有机材料应选择使得成形材料的流动性和成形体的脱脂性两个特性达到最佳化。

3、陶瓷挤压成形和成形用结合剂

堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优良材料特性，所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体。堇青石蜂窝状物利用原料粒子的取向，产生出蜂窝状结构体的低热膨胀，可用挤压成形法来制造。

根据堇青石分子组成（2MgO·2Al2O3·5SiO2），原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内，经过细分后，向薄壁扩展，再结合，由此求得延伸性和结合性好的质量。另外，作为挤压成形后的蜂窝状体，为了保持形状，坯土的屈服值高者好，也就是说，选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。

原料粉末、结合剂、助剂（润滑剂、界面活性剂等）及水经机械混练后，用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）等。MC能很好溶于水中，当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中，分散性、稳定性也高。PVA 广泛地用于各种成形。润滑剂可减少粉体间的磨擦，界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。

缺乏可塑性，具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑，表面缺陷增加。因此，对结合剂的性能应有评价指标。评价还土的可塑性方法，有施加扭曲、压缩、拉伸等应力，求出应力与变形之间的关系，用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。在用粘弹性的方法评价时，可得出结合剂配合量增加到一定程度时，自守性和流动性均会增加的结果。也就是说，结合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。

有机材料是特种陶瓷的主要结合剂，合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。在生产中，应根据粉料的特性、制品的形状、成形方法综合进行选择。

特种陶瓷发展新动向

1前言

特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法，这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于普通陶瓷，故称为特种陶瓷或高技术陶瓷，在日本称为精细陶瓷。特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元，因此许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必定会占据十分重要的地位。

2生产工艺技术方面的新进展

（1）在粉末制备方面，目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000—15000℃和一个大气压以下制造金钢石，其效率比现在普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。

超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质：生产率会大幅度提高；可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计，2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中，绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。

(2)在成型及烧结方面，热等静压法最为引人注目。该法与热压法相比能使物料受到各向同性的压力，因而其瓷质均匀，此外由于热压静法可以施加几千个大气压的高压，这样就使得要烧结的材料能在极低的温度下得以烧结。目前，市场上出售的热等静压法设备的最高使用温度及最高压力通常为2000℃，2000个大气压。

(3)在特种陶瓷的精密加工方面，真空扩散焊接法是一种最有前途的方法。采用真空扩散焊接法不仅可获得高强度、高致密度、高几何尺寸精度的金属陶瓷制品(泄漏率不大于5×10ˉ11立方米·帕/秒)，而且无需使用贵重的稀有焊料，可用于制作各种形状、各种尺寸，特别是大规格的金属陶瓷制品。

另外，采用刀具加工陶瓷也引起了人们的极大兴趣。目前，这方面的工作仅处于研究实验阶段，由于用超高精度的车床和金刚石单晶车刀进行加工，以微米数量级的微小吃刀深度和微小的走刀量，能获得0.1微米左右的加工精度，因而许多国家把这种加工技术作为超精密加工的一个方面而加以开发研究。

3 应用方面的新发展

特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。

（1）、耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等。

(2)、隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。

(3)、导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。

(4)、耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面。

(5)、高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。目前，这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力，试图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等。

(6)、具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，目前国外正在加紧研究。

(7)、生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用引起人们极大关注。

4今后研究与开发的重点

(1)、特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等；

(2)、超导陶瓷的研究；

(3)、特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究；

(4)、陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础，目前国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；

（5）、多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视；

(6)、陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合(陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属)问题也是现阶段的研究重点。

(7)、在非氮化物陶瓷中，目前国外研究最多的是陶瓷发动机，高压热交挽器及陶瓷刀具等；

(8)、随着生物化学，生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。

金属材料的性能包括很多，可分为物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能等，

1、物理性能：密度、外观、导热性能、光学性能、磁性能、电性能、超导性能、形状记忆性能等，如电镀金利用金的外观、飞机用铝合金利用密度、电热器用铜制作利用导热导电、永磁材料利用磁性能等等。

2、化学性能：耐热性、耐蚀性、耐晒性、催化特性、感光特性等，不锈钢利用耐蚀性、高温合金利用耐热性等等。

3、力学性能：硬度、强度、塑性、韧性、冲击、疲劳、弹性等等，如刀具利用硬度、结构材料利用强度、变形加工利用塑性、弹性材料利用弹性和疲劳性能、装甲钢利用冲击性能等等。

4、工艺性能：工艺性能是指加工成为一定形状的零件的难易程度。如锻造性能、冲压性能、铸造性能、焊接性、热处理性能等等，其中又可细分，如铸造性能里面有流动性、收缩性等，热处理性能里面有淬透性、淬硬性、氧化脱碳性、白点敏感性等等

陶瓷材料是金属和非金属元素间的化合物，最具代表性的陶瓷材料大多是氧化物、氮化物和碳化物等。常见陶瓷材料大多是由黏土矿物、水泥和玻璃所组成的陶瓷，这些材料是典型的电和热的绝缘体，且比金属和高分子更耐高温和腐蚀性环境。

在建筑装饰工程中，陶瓷是最古老的装饰材料之一。建筑陶瓷的应用范围及用量迅速增加，从厨房、卫生间的小规模使用到大面积的室内外装修，建筑陶瓷已成为一种重要的建筑装饰材料。

随着现代科学技术的发展，陶瓷在花色、品种、性能等方面都有了巨大的变化，为现代建筑装饰装修工程提供了越来越多的实用性装饰的材料。陶瓷面砖产品总的发展趋势是：增大尺寸、提高精度、品种多样、色彩丰富、图案新颖、强度提高、收缩减少，并注意与卫生洁具配套，协调一致。施工对产品的要求是便于铺贴，粘结牢固，不易脱落。

按其功能来说，建筑陶瓷材料一般又分为：建筑结构陶瓷材料、建筑陶瓷装饰材料、建筑陶瓷纳米材料、智能建筑陶瓷材料等。

耐磨、 耐高温和耐腐蚀等特性, 而被日益广泛地应用于电子、机械、冶金、化工及航空航天等领域中。但由于工 程陶瓷具有很高的硬度和较大的脆性,给其成形加工带了很大的困难。 机械磨削是目前最常用的工程陶瓷加工方法,该加工方法需用昂贵的金刚石 砂轮和高刚度的磨床,加工成本高、 效率低,且磨削时砂轮和工件之间存在强烈的 作用力,易使工件表面产生微裂纹而降低零件的使用寿命。 为此,人们开展了绝缘 工程陶瓷的激光加工、超声加工、电火花加工、等离子弧加工、磁力研磨,以及 相关的相复合加工等技术,并取得了较大的研究进展【4】。

1、激光加工工程陶瓷

目前国内外学者对陶瓷材料激光加工技术的研究主要集中在打孔、切割、划 线和型腔加工等方面。洪蕾等人用自行研制的机械斩光盘调Q CO2，冲激光器对 Si3N4 陶瓷切割试验表明,在高峰值能量(≥15 kW) 、短脉冲宽度(1μs) 、高脉 冲频率(20kHz) 和适当的平均功率(300 W) 条件下,采用高速(>220 mm/ s) 多次 重复走刀切割工艺,可以得到无裂纹的精细切口。陈可心等人采用0.25 MPa 氧气 作辅助气体,用800 W 的连续波CO2 激光在厚度13.5 mm 的氮化硅陶瓷上加工出 了直径0.72 mm的无损伤深孔,深径比达18.75Tsai Chwan2Huei 等人提出 了基于裂纹加工单元的激光铣削方法,他们采用CO2 和Nd : YAG激光器对Al2O3 陶瓷进行了基于裂纹加工单元的激光铣削加工,并在Al2O3 陶瓷零件上加工出了 形状较复杂的型腔。研究结果表明,采用该方法进行激光铣削所需要的功率比通 常的方法低。Henry Matt等人对TBC 陶瓷、聚晶金刚石、硬质合金和不锈钢等材 料的激光铣削工艺进行了试验研究。

为把激光加工技术更好地应用于陶瓷加工中,人们还探讨了激光预热辅助切 削或磨削等方法,其目的是增强陶瓷被加工部位的韧性,以达到降低切削或磨削 力、提高加工效率和质量等目的。I. D.Marinescu 等人对Al2O3 、Ferrite 、 ZrO2 和Si3N4 4 种材料进行了激光预热磨削试验,发现激光预热磨削不仅能减 少磨削过程中温度的影响作用,而且还能降低陶瓷的硬度, 增大去除量而不引起 磨削裂纹。美国Purduce 大学的C. J . Rozzi 等人对激光辅助切削工程陶瓷技 术进行了研究,建立了激光辅助切削ZrO2 、 Si3N4 等陶瓷瞬时三维温度场 传递的物理、数学模型,并总结出了相应的加工规律。

2、超声加工工程陶瓷

与电火花加工、电解加工、激光加工等特种加工技术相比,超声加工既不依 赖于材料的导电性,又没有热物理作用,加工后工件表面无组织改变、 残余应力及 烧伤等现象等发生加工过程中宏观作用力小,适合于加工不导电工程陶瓷。 T. B. THOE 等人对超声加工Al2O3 、ZrO2 、SiC等陶瓷的工艺规律和加工 机理进行了研究,给出了的研究结果,并用超声加工技术在Si3N4陶瓷上加工出了 航空航天用的涡轮叶片。

研究资料表明， 采用超声磨削工程陶瓷时,当磨削深度小于某临界值时,工程 陶瓷的去除机理与金属磨削相似,工件材料在磨刃的作用下通过塑性流动形成切 屑,避免了较深变质层的形成,塑性磨削可以获得Ra <0. 01 μm 的表面质量。超 声磨削工程陶瓷的优点是加工效率比普通磨削高一倍以上,可采用较大的磨削用 量,能有效防止砂轮堵塞,减少砂轮的修整时间。

3、电火花加工工程陶瓷

在用电火花工艺加工工程陶瓷方面,日本长冈技术科学大学福泽康与丰田工 业大学毛利尚武的研究成果最具有代表性,他们提出了用辅助电极的方法加工绝 缘陶瓷材料。 该方法是利用放置在陶瓷表面的金属辅助电极被击穿放电时的熔化 和碳化等作用,来形成绝缘陶瓷表面的导电层以进行电火花加工的。 此后,他们又 探讨了采用物理蒸汽沉积TiN 来形成绝缘陶瓷表面导电层的电火花加工方法,以 及用廉价的石墨胶体溶液涂敷在工件表面,经过烘干等工序形成辅助电极的方 法。 Apiwat Muttamara 等人用普通电火花成形机和辅助电极电火花加工系统相 结合,以直径45μm 铜钨电极在0. 3 mm 厚的Si3N4 陶瓷工件上成功地加工出了 直径55μm 的微孔。

4、电解电火花复合加工

绝缘工程陶瓷电解电火花复合加工时,工具电极和辅助电极分别接电源的 负、 正极,工作液为电解液,由电解液的导电作用和电化学反应来形成火花放电的条件,达到放电蚀除加工的目的。 刘永红等人提出了绝缘陶瓷材料的充气电解电火花复合加工方法,研究结果 表明该加工方法具有生产率高和能耗小等优点。B. Bhattacharyya 等人使用 NaOH 溶液作电解液对高纯Al2O3 的加工试验发现,加工电压越高材料去除速度 越高,但微裂纹和其他缺陷也相应增加电解液浓度越高材料去除率越高,但过切 现象也越严重。

试验显示能够同时获得较高材料去除率和尺寸精度的加工参数为: 加工电压80 V 左右,电解液是NaOH 质量分数为40 %的溶液。另外,工具电极的尖 端形状也是影响电解电火花复合加工的一个重要因素,端部为锥形尖端形状的电 极要比端部为圆柱形的加工效果好。

5、等离子弧切割

等离子弧切割可加工所有导电材料,生产成本低、切割速度快、生产率高。 对于非金属可以采用非转移型等离子弧进行切割,非转移型等离子弧在切割时阳 极斑点在喷嘴上,大量热能经水冷散失,因此能量利用率低。 由于受弧柱形态及温 度场分布限制,该加工技术很难胜任较大厚度工件的切割。

大连理工大学进行了 绝缘陶瓷材料附加阳极等离子弧切割技术的研究工作,其基本原理是在被加工陶 瓷件下方设置一个附加电极,利用阴极与附加电极之间产生的等离子弧进行切割 加工。他们用该方法对6 mm 厚的Al2O3 陶瓷板进行了切割试验,得到了上口宽 5. 0 mm , 下口宽4. 7 mm , 切口角2. 9°的光滑切口。

陶瓷轴承的应用领域日益广泛，但在工业领域中成功应用的还是陶瓷球轴承．应用较多的为氮化硅陶瓷球轴承。它的优点是：极限转速高、精度保持性好、启动力矩小、刚度高、干运转性好、寿命长，非常适合于在高速、高温以及腐蚀、辐射条件下保持高精度、长时间运转，主要用于数控机床和高速精密机械中，如高速电主轴轴承、机床主轴轴承、牙钻轴承、仪器仪表用轴承，计算机硬盘驱动器轴承等．此外，氮化硅陶瓷的硬度比轴承钢高1倍，弹性模量约高1/3，在相同载荷的条件下，氮化硅陶瓷的弹性变形小，所以，使用陶瓷球轴承的机床主轴具有良好的运转精度。

混合型陶瓷轴承已成功地应用于高速机床的主轴中，并已进入实用化阶段，如日本牧野等公司生产的HPM型超精密车床等，主轴转速为16000r/min，而美国MIKRO公司生产的HSM700高速加工中心，主轴转速已达到42000r/min，切削速度提高了5～10倍。此外，混合型陶瓷轴承还用应在电主轴、涡流分子泵等高转速的设备中。

陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界独领风骚。近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦等特殊工况下工作，产品市场价格也逐渐接近实用化，达到用户可接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来。

陶瓷轴承的特点：

1、低密度：由于陶瓷滚动体材料密度低，离心载荷小，从而可在更高转速下工作，而且产生热量较少。

2、中等弹性模量：陶瓷滚动体的弹性模量比钢制滚动体高，则轴承的动态刚度提高，但是弹性模量太大会因应力集中而降低轴承的承载能力。

3、热膨胀系数小：热膨胀系数小有助于减小对温度变化的敏感性，从而防止卡死。对混合滚子轴承，可适用的运转速度范围更宽。

4、抗压强度高：抗压强度高是滚动轴承承受高接触应力的需要（对于陶瓷材料，其强度通常是通过三点或四点弯曲试验测得的断裂模量决定）。

5、高硬度和高韧性：这两个特性相结合可获得较好的表面粗糙度，而且能防止外界硬质粒子和冲击的损伤。

6、良好的抗滚动接触疲劳特性：此性能对轴承滚动体的要求至关重要。

7、剥落失效形式：如果滚动体在工作中失效，则应是疲劳剥落，该实效形式在卡死前有预兆，是一种造成危害最小的实效形式。在一些应用条件较高的应用领域陶瓷材料还具备一些特殊性能。

8、耐高温和稳定性：在高达800℃高温环境中能稳定保持其机械性能。

9、耐腐蚀：在氧化和腐蚀环境，尤其是在反复滚动而挤掉表面油膜的接触区应具有抗氧化和腐蚀稳定性。

采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。

特种材料分类

根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。

结构陶瓷

氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3，一般含量大于45%。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能。耐高温，一般可要1600℃长期使用，耐腐蚀，高强度，其强度为普通陶瓷的2~3倍，高者可达5~6倍。其缺点是脆性大，不能接受突然的环境温度变化。用途极为广泛，可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等，也可作刀具和模具。

氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4，这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，线膨胀系数在各种陶瓷中最小，使用温度高达1400℃，具有极好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐其它各种酸的腐蚀，并能耐碱、各种金属的腐蚀，并具有优良的电绝缘性和耐辐射性。可用作高温轴承、在腐蚀介质中使用的密封环、热电偶套管、也可用作金属切削刀具。

碳化硅陶瓷主要组成物是SiC，这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。

六方氮化硼陶瓷主要成分为BN，晶体结构为六方晶系，六方氮化硼的结构和性能与石墨相似，故有“白石墨”之称，硬度较低，可以进行切削加工具有自润滑性，可制成自润滑高温轴承、玻璃成形模具等。

工具陶瓷

硬质合金主要成分为碳化物和粘结剂，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘结剂主要为钴（Co）。硬质合金与工具钢相比，硬度高（高达87~91HRA），热硬性好（1000℃左右耐磨性优良），用作刀具时，切削速度比高速钢提高4~7倍，寿命提高5~8倍，其缺点是硬度太高、性脆，很难被机械加工，因此常制成刀片并镶焊在刀杆上使用，硬质合金主要用于机械加工刀具；各种模具，包括拉伸模、拉拔模、冷镦模；矿山工具、地质和石油开采用各种钻头等。

金刚石天然金刚石（钻石）作为名贵的装饰品，而合成金刚石在工业上广泛应用，金刚石是自然界最硬的材料，还具备极高的弹性模量；金刚石的导热率是已知材料中最高的；金刚石的绝缘性能很好。金刚石可用作钻头、刀具、磨具、拉丝模、修整工具；金刚石工具进行超精密加工，可达到镜面光洁度。但金刚石刀具的热稳定性差，与铁族元素的亲和力大，故不能用于加工铁、镍基合金，而主要加工非铁金属和非金属，广泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、宝石、玛瑙等的加工。

立方氮化硼（CBN）具有立方晶体结构，其硬度高，仅次于金刚石，具热稳定性和化学稳定性比金刚石好，可用于淬火钢、耐磨铸铁、热喷涂材料和镍等难加工材料的切削加工。可制成刀具、磨具、拉丝模等

其它工具陶瓷尚有氧化铝、氧化锆、氮化硅等陶瓷，但从综合性能及工程应用均不及上述三种工具陶瓷。

功能陶瓷

功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的领域比较多，常用功能陶瓷的特性及应用见表。

常用功能陶瓷 种类 性能特征 主要组成 用途 介电陶瓷 绝缘性 Al2O3、Mg2SiO4 集成电路基板 热电性 PbTiO3、BaTiO3 热敏电阻 压电性 PbTiO3、LiNbO3 振荡器 强介电性 BaTiO3 电容器 光学陶瓷 荧光、发光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 红外透过性 CaAs、CdTe 红外线窗口 高透明度 SiO2 光导纤维 电发色效应 WO3 显示器 磁性陶瓷 软磁性 ZnFe2O、γ-Fe2O3 磁带、各种高频磁心 硬磁性 SrO．6 Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 半导体陶瓷 光电效应 CdS、Ca2Sx 太阳电池 阻抗温度变化效应 VO2、NiO 温度传感器 热电子放射效应 LaB6、BaO 热阴极 精陶瓷

陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类。

结构陶瓷

这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。

电子陶瓷

指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。

生物陶瓷

生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。

精细陶瓷是新型材料特别值中得注意的一种，它有广阔的发展前途。这种具有优良性能的精细陶瓷，有可能在很大的范围内代替钢铁以及其他金属而得到广泛应用，达到节约能源、提高效率、降低成本的目的；精细陶瓷和高分子合成材料相结合．可以使交通运输工具轻量化、小型化和高效化。

精陶材料将成为名副其实的耐高温的高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。精细陶瓷与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料。有些科学家预言．由于精细陶瓷的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代

应用区别并不是很大，主要是两种陶瓷材料的机械性能相似，但是氧化锆陶瓷的耐高温性能远远不及氧化铝的，加工难度来讲氧化铝更容易加工一些，钧杰陶瓷用陶瓷专用雕铣机做过加工实验，氧化铝加工 效率比氧化锆稍高一点，猜测主要是由于氧化锆陶瓷材料的韧性强度更好一些的原因吧。

结构陶瓷

在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。高温结构材料的出现，弥补了金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。

1、氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。利用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉磨球机，用来研磨比它硬度小的材料。用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。

2、氮化硅陶瓷

氮化硅陶瓷陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是氮化硅具有如此良好的特性，人们常常用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。

3、氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷

4、人造宝石

红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。 1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。 现在，已经 能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。