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2023-07-02
结构陶瓷的性能特点分析
【摘要】：由于化学结构稳定，大多数陶瓷具有较强的抵抗酸、碱、盐类的腐蚀，以及抵抗熔融金属腐蚀的能力。由于离子晶体结构的关系，陶瓷的硬度和室温弹性模量也都较高。陶瓷更广泛的特性可能并没有被认识到。
1.物理性能
陶瓷材料的物理性能与金属材料有较大的区别，主要表现在以下几个方面：陶瓷的线胀系数比金属低，一般在10-5～10-6/K；陶瓷的熔点（或升华、分解温度）比金属的熔点高得多，有些陶瓷可在2000～3000℃的高温下工作且保持室温时的强度，而大多数金属在1000℃以上就基本上丧失了强度。也有些新型的特殊陶瓷具有特定条件下的导电性能，如导电陶瓷、半导体陶瓷、压电陶瓷等。还有一些陶瓷具有特殊的光学性能，如透明陶瓷、光导纤维等，但它们主要是功能陶瓷而不是结构陶瓷。
2.化学性能
陶瓷的组织结构十分稳定。在它的离子晶体中，金属原子被非金属（氧）原子所包围，受到非金属原子的屏蔽，因而形成极为稳定的化学结构。一般情况下不再与介质中的氧发生作用，甚至在1000℃的高温下也不会氧化。由于化学结构稳定，大多数陶瓷具有较强的抵抗酸、碱、盐类的腐蚀，以及抵抗熔融金属腐蚀的能力。
3.力学性能
陶瓷材料多为离子键构成的晶体（如Al2O3）或共价键组成的共价晶体（如Si3N4、SiC），这类晶体结构具有明显的方向性。多晶体陶瓷的滑移系很少，受到外力时几乎不能产生塑性变形，常常发生脆性断裂，抗冲击能力较差。由于离子晶体结构的关系，陶瓷的硬度和室温弹性模量也都较高。陶瓷内部存在大量的气孔，致密度比金属差很多，所以抗拉强度很低，但因为气孔在受压时不会导致裂纹扩展，所以陶瓷的抗压强度还是比较高的。脆性材料铸铁的抗拉强度与抗压强度之比一般为1/3，而陶瓷则为1/10左右。
陶瓷是非常坚固的离子/共价结合（比金属键更强），这种结合使陶瓷具有相关的特性：高硬度，高压缩强度，低导热、导电性及化学不活泼性。这种坚固的结合也表现出一些不好的特性，如低延伸性。通过控制显微组织可以克服陶瓷固有的高硬度并制出陶瓷弹簧。已经开发应用的复合陶瓷，其断裂韧度可达钢的一半。
陶瓷更广泛的特性可能并没有被认识到。人们一般认为陶瓷是电/热绝缘体，而陶瓷氧化物（以Y-Ba-Cu-O为基）却具有高温超导性。金刚石、氧化铍和碳化硅比铝或铜有着更高的导热性。
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