陶瓷纤维十篇

陶瓷纤维篇1

关键词 锆陶瓷纤维;应用技术;损坏机理

1 前言

陶瓷纤维作为耐火纤维的主要代表,广义上讲是指包括含氧化铝、二氧化硅、硅酸铝和氧化锆等耐火纤维的总称,狭义上讲是包括硅酸铝(Al2O3・SiO2)质熔融或溶胶纤维化的纤维[1]。陶瓷纤维常用的成形方法为熔融纤维化方法,即先将原料熔融,再通过喷吹和甩丝法使其纤维化。

陶瓷纤维具有耐高温、强度高、耐腐蚀性、抗剧烈温度变化、绝热性能好、密度小等特性,其主要用作炉墙砌砖的胀缝填料、高温保温内衬、增强复合材料、熔融金属或高温气液体的过滤材料和航空航天材料等[2]。陶瓷纤维及其制品性能的损坏或失效与一般陶瓷制品不同:一般陶瓷制品的损坏主要表现为开裂或脆性断裂,而陶瓷纤维及其制品的损坏主要体现在陶瓷纤维的粉化脱落,使用温度过高时,陶瓷纤维内部晶相转变会导致制品的收缩加剧,并使其逐渐断裂。

随着工业文明的不断进步,工程材料的需求在不断提升,对材料性能的要求也在不断提高。普通陶瓷纤维制品已经不能满足特定场合的应用条件,含锆陶瓷纤维制品作为从陶瓷纤维制品中发展出来的新型纤维制品,具有耐火度高、使用温度高、使用寿命长等优点,被广泛用于钢铁、铜及其合金冶炼中的配件、碱液过滤器、焦化厂保温部件等较高温的生产环境中[3,4]。

2 锆纤维制品的制备工艺

2.1 制备工艺流程

锆纤维制品(如浇口杯、转接管、堵套、流槽、分流盘等)的制备,较为普遍的是采用湿法挤压成形工艺,成形机采用自动加压成形机,模具一般采用多孔石墨质模具。图1为锆纤维制品制备的具体工艺流程。

2.2 关键工艺介绍

现将几个关键工序作逐一介绍。

(1) 配 料

锆纤维制品中采用的主原料为含锆10%～17%的硅酸铝陶瓷纤维棉,一般纤维棉中都含有一定量的渣球,而渣球含量直接影响耐火纤维制品的整体强度、体积密度和使用温度,故使用前需经过除渣处理,常采用湿法沉淀分离或干法悬浮分离将渣球清除。本工艺采用的是湿法沉淀分离法,操作简单且分离效果较好。

除主原料锆纤维外,配料中还加入了一定量的凝固剂和无机粘结剂,再配以水,调成棉质浆料。在水泥池中用真空搅拌机打浆,使浆料混合均匀。

(2) 挤压成形

将水泥池中陈腐好的浆料抽出,注入石墨多孔模具并加压,加压时棉浆中多余的水从孔中排出,成形后产品的含水率在18%～22%。

对同一配方而言,产品最后的比重取决于棉浆的加入量和加压的压力大小,棉浆加入量越大、加压力越大,产品比重就越大。为保证产品比重的均匀性,成形时用同一容积的容器取出棉浆,压力设定为一固定值,这样得到的产品比重均匀性较好,产品强度也较均一。

(3) 浸渍粘结剂

将烘干后具有一定强度的产品,浸渍在无机粘结剂中,浸渍时间约30min,以保证浸渍充分。

浸渍粘结剂是一个非常重要的工序,由于采用湿法加压工艺,粘结剂在成形过程中往往随着水分一同从孔中排出,产品中只留有少量的粘结剂。而粘结剂是保证产品强度的一个重要组分,同时还能起到填充压制产品中的部分空隙、易后续机加工及使产品表面光滑的作用,因此制品成形后需再浸渍粘结剂。如对产品强度和产品表面性能有特殊要求,还需反复浸渍、烘干几次。

(4) 培 烧

将浸渍、干燥后的产品放入培烧窑内煅烧,培烧温度为600～800℃,烧成周期10～12h。

由普通含锆陶瓷纤维制成的产品,其内部均为玻璃态相,具有较高的内能,培烧可适当降低其内部势能。经培烧后配方中的各原料发生物理化学反应,从而使制品结合紧密。

3 锆纤维制品应用技术及其失效机理

锆纤维制品内部的特殊晶相,使得其应用技术较为特殊,应用领域也更加广泛。由于锆纤维制品显微组织中ZrO2弥散在纤维基体内,起到抑制陶瓷纤维在加热过程中析晶和晶粒长大的作用,从而提高了制品的使用温度,延长了制品的使用寿命。一般硅酸铝陶瓷纤维最高使用温度为1260℃,连续使用温度为1100℃;而锆纤维制品最高使用温度为1400℃,连续使用温度1300℃,因而锆纤维制品被较多地运用在高温环境下,如铝合金熔液及钢铁水铸造行业、航天零部件、高温炉内保温件等。

虽然锆纤维具有良好的高温性能,但也存在使用损坏失效的情况。由于其内部为纤维状玻璃相,其抗剪切性能远不如抗拉伸性能。制品的损坏基本是由纤维缩短、粉碎、脱落造成的,其耐磨性能较普通陶瓷差,所以制品除了在使用过程中会出现断裂外,最易出现的问题就是锆纤维制品磨损严重,导致尺寸不能匹配使用。

根据张克铭提出的陶瓷纤维失效的主要机理[5],即基于一个原因造成的两个方面的破坏。一个原因指的是陶瓷纤维的失效永远是与使用温度和使用时间成正比关系。使用温度超过制品最高使用温度时,制品损坏具有骤然性;在使用温度范围内,其失效情况伴随着时间延长而严重,一般具有可评估性。两个方面是指:一是指制品在长时间高温加热下,纤维内部发生晶体析晶、晶粒长大和晶相转变而导致制品收缩,造成纤维杆自身断裂粉化;二是指制品收缩导致制品间隙扩大,火焰窜入后烧损炉壁、锚固件而使结构破坏。晶体态纤维主要是晶粒长大和晶相转变造成纤维制品损坏失效。

4 结论

(1) 含锆陶瓷纤维与普通陶瓷纤维一样,具有耐高温、比强度高、比重小、耐腐蚀性能好等特点,同时具有比普遍陶瓷纤维更高的使用温度,能满足更苛刻的使用条件。

(2) 锆纤维制品制备工艺较普通陶瓷纤维制品制备工艺差异不大,生产操作简单。利用锆废渣制备含锆陶瓷纤维制品,可大大节约原料成本。

(3) 锆纤维制品的失效机理为内部晶体析晶、晶粒长大和晶相转变,制品内部的单斜锆晶相在持续高温中变为四方相;莫来石晶体在高温中不断析出并且晶粒也慢慢长大;石英晶相富集并转变为方石英晶相,这些都导致制品收缩加剧、纤维变短,同时粉化脱落,致使制品失效。

参考文献

[1] 张克铭.耐火纤维应用技术[M].北京:冶金工业出版社,

2007.

[2] 傅正义,李建保.先进陶瓷及无机非金属材料[M].北京:

科学出版社,2007:91～93.

[3] 王英姿,候宪钦,陶文宏.氧化锆陶瓷纤维特点及制备方

法[J].河南建材,2005(1).

[4] 李建军.氧化锆基连续陶瓷纤维关键制备技术[J].无机化

学,2007,25(2).

陶瓷纤维篇2

路人甲：一套刹车系统要十几万元？

路人乙：当然，4S店销售人员告诉我，与跑车搭配的陶瓷碳纤维刹车装置，耐高温、热衰减程度低，是专门为赛道打造的利器。

路人甲：可这套赛道利器在日常民用中能发挥多大作用？

路人乙：虽然上赛道的机会很少，但是对于一台高性能跑车而言，平时自然会开得比较快，所以制动性能和安全性都很重要，所以好的刹车系统也很重要。

38兄：兄弟们，我的观点是：并不是陶瓷碳纤维制动系统本身不好，只是它并不适合装备于赛车以外的平台，包括在相当多的“超级”跑车上面，它的表现都微乎其微。

“38”是谁？

来自北京，美国留学，持有SCCA赛车执照与Hennessey Performance性能车机构颁发的车辆改装认证技师资格证。

如果你想更多了解他，可搜索其创立的非盈利、汽车评测网站“38号测试中心”，或者在新浪微博中关注“38号美系性能控”。

十几万元可以买点什么？

你可以买一辆普及型家轿，或者给一辆高性能跑车选装一套陶瓷碳纤维刹车装置①。

关于这套“刹车利器”，我发现不止一个人表达过疑惑：要不要选装？装上之后能发挥多大作用？

如果先说诱惑力，陶瓷碳纤维制动系统的主要优势在于：和传统钢制制动系统的制动盘材质不同——由于陶瓷碳纤维复合材料比铸铁的密度要低很多，因此降低了车辆的非簧载质量②，这对于车辆悬挂的反馈特性有一定提升。另一方面转动惯量也更低，理论上对于制动和驱动的负荷更小。

上述两点可以简单地理解为它在“轻量化”方面做出的贡献。对于争分夺秒的赛车而言，这一点点提升是有意义的，但在民用车其实质性的驾驶感受区别极小。同样的原理，还不如花更少的钱换一套轻量化的轮圈效果更明显。

到了赛道上，车辆的制动抗热衰减性能突出体现了出来，制动系统热衰减的直接原因在于，制动时的高温使制动系统的某些材质软化，降低了制动力度③。

陶瓷碳纤维复合材质虽然相比于铸铁有更低的热膨胀系数和更高的熔点，但缺点在于自身的散热性较差，这意味着同等负荷条件下它会比铸铁制动盘积累更多的热量。

即陶瓷碳纤维虽然自身更耐热，但热量如果无法散去，会导致更严重的热衰减，因此更依赖于外置散热系统的辅助。

制动系统的散热主要依赖于行驶时吹过的制动盘的气流强度，绝大部分装备了陶瓷碳纤维制动系统的民用跑车，车底空气导流布局无法达到赛车级水平，所以它的实际热衰减效应往往比钢制刹车更严重。当然这并不是说陶瓷碳纤维制动系统本身不好，只是它并不适合装备于赛车以外的平台，包括在相当多的“超级”跑车上面，它的表现都微乎其微。陶瓷碳纤维制动系统非常依赖于散热结构的配合。

TIPS

①：陶瓷刹车装置和陶瓷碳纤维刹车装置一样吗？

答：是的，“陶瓷刹车”是简称。

②：什么是非簧载质量，降低非簧载质量的意义是？

答：10000字以内解释不清楚，简单来说，降低非簧载质量后，由于自身惯量低，轮胎贴地性会提高一些，对于车身反馈作用也会小一些，舒适性也会轻微提高。

③：有车主说陶瓷碳纤维刹车装置，在雨天或者天冷的时候制动性能一般。

答：只有在极端不良天气条件下，极限制动性能会稍稍逊于铸铁刹车系统，对于日常使用的话，不会存在刹不住的问题，大可放心。

民用跑车典范

左图为雪佛兰考维特Z06，它的前后制动系统都专门配有导风管，并且车身的空气动力学布局从设计之初就考虑到了制动散热的问题，因此这是量产车中极其少数装备了陶瓷碳纤维制动系统并且表现还算不错的案例。但并非同级别所有装备陶瓷碳纤维制动系统的车辆都能如此完善。

专业赛车

陶瓷纤维篇3

一、结构陶瓷同金属材料相比,陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3),因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题,原料价格低廉,生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能,高硬度和耐化学腐蚀性,主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高,机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平,但它在1400℃仍能保持这一强度水平,并且高温蠕变速率极低,因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹,因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低,无法单独作为受力元件,所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件,并已在陶瓷发动机上得到应用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起,因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力,并且能把这些性能的大部分保持到高温,这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难,必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品,有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性,因此一直是陶瓷发动机的最重要材料,目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃,而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上,因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后,燃烧温度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系统,这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本较高,但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多,并且刀具寿命长、允许切削速度高,因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度,玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化,而陶瓷的软化温度同熔点很接近,因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型,工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能,它利用玻璃成型技术制造产品,然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列,它们常被用来制造耐高温和热冲击产品,如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用,如地板、装饰玻璃。

二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料,其断裂韧性可以达到10Mpam1/2以上,而一般陶瓷的韧性仅有3Mpam1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多,所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力,从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料,例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Mpam1/2以上,比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵,目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体,其强度和模量接近材料的理论值,极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用,主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷,已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。

1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间,从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性,因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用,最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用,主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用,主要用来制造钠-硫电池,其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的,它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高,已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料,已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。

2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上,而过去使用的云母小于10,所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷,如锆钛酸铅,具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时,会产生一个相应的电信号,反之亦然,从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛,产品有压力传感元件、超声波发生器等。

陶瓷纤维篇4

本文对常见的远红外纤维进行了图像特征分析，尝试用表面张力仪测定远红外纤维体积密度，并用物理法进行含量分析，对测定远红外混纺纤维含量进行了一些探索。

关键词：远红外纤维；形态；密度；含量分析

远红外纤维是指在合成纤维的加工过程中，加入具有远红外线的发射体所制成的纤维，其纤维远红外发射率一般在85%以上。远红外纤维主要应用于内衣、保健服装、床上用品等产品中，尤其在年老体弱者和青少年、儿童等细分市场具有较好的前景。

1 远红外纤维的生产

具有远红外辐射特性的物质有很多种，远红外陶瓷粉可以由一种也可以由多种远红外辐射性物质的混合物构成。常见的远红外辐射性物质如：氧化物Al2O3、ZrO2等，碳化物ZrC、SicC等，硼化物、硅化物、氮化物。使用最多的是氧化物，有时也使用碳化物。用于远红外纤维和产品的远红外粉应具有尽量高的常温比辐射率，人体温度一般保持在36.5℃～37.0℃左右，只有在此温度具有最大比辐射率的远红外辐射体才具有最好的效果。

远红外纤维常用的生产方法有两种：

（1）涂层法

化学纤维通过一种含有远红外陶瓷粉粘合剂和分散剂的混合液的喷涂，在纤维表面涂覆一层远红外陶瓷粉，也就制成了远红外纤维。目前采用这种方法的较少。

（2）溶液纺丝法

把远红外陶瓷粉束直接加入到化学纤维纺丝液中；也可先把远红外陶瓷粉末分散到有机溶液中；再加入到纺丝液中；还可先把远红外陶瓷粉末分散至含有纤维素衍生物的有机溶液中再加入到纺丝液中。

2 远红外纤维形态特征分析

2.1 样品制备

试验采集市面上常见的丙纶、涤纶、远红外丙纶和远红外涤纶的各一种，所有试样均采用梳理后的短纤状。随机分3～5点从涤纶（丙纶）与远红外涤纶（远红外丙纶）纤维中按比例取样，每份样品总量0.500g，按照不同混纺比例共取样3份。试样、平行试样、备用试样各1份。

2.2 纤维截面图像

首先对要测试的混纺纤维切片采样。切片的质量会直接影响测试的结果（采样的有效性和图像精度），一般用哈氏切片器切片。厚度控制在≤20μm为宜，通过调节采光强度使纤维轮廓处有较大的灰度梯度。当视觉上轮廓特征明显时，调节显微镜和摄像机到合适倍数，使混纺纱截面处于显微镜的光轴中摄像采样。如图1～图8所示。

2.3 纤维图像特征总结

从表1可以看出，由于普通化学纤维和远红外化学纤维的截面通常都为圆形，但是通过遍布纤维纵截面和横截面的深色点状颗粒基本可以鉴别这两种纤维，所以我们认为可以通过是否有远红外陶瓷粉颗粒的分布现象来区分远红外纤维和普通化学纤维。

3 纤维密度测定

目前，我国对各种纤维密度的测定尚没有统一的国家标准，现常用的测定方法有很多，如排水法、比重瓶（计）法、液体浮力法和气体容积法等等，现被国际标准化组织承认并列入相关标准的试验方法有三种，即液体置换法、浮沉法、密度梯度柱法，但每种方法都受精度、仪器、装置、人为误差等的限制，互存利弊。现在，本文另辟蹊径，提出采用表面张力仪测试法，来快速简便测定远红外纤维的体积密度。

3.1 表面张力仪

试验设备：KRUSS K100表面张力仪、离心机、浸润液、电子分析天平。

3.2 密度测定

取一份样品，将试样打结，充分浸泡于浸润液中，经过高速离心机处理后，置于表面张力仪测试的夹头，点击测试按钮。测试时要注意室内温度和空气流速。对于同一个样品，两个试验员分别测试5次，测试完毕比较结果差异，如差异较大则需进行检测，否则以两人平均值为结果，见表2和表3。

4 远红外纤维含量分析

在500倍显微镜下，通过识别截面是否充满大量黑点，颜色较深的远红外纤维和颜色较浅的普通纤维，进行分类计数，应用含量计算公式：X1=n1d12ρ1/（ n1d12ρ1+ n2d22ρ2）×100，我们可以得出样品中远红外纤维的重量混纺比结果。

从表4和表5可看出，采用本方法检验远红外混纺纤维含量的偏差率最高不超过7.5%，其中远红外涤纶的偏差率普遍略大于远红外丙纶纤维，分析除了一般因素外还与远红外涤纶纤维的中空结构和密度测试结果的准确度有关。

5 总结

陶瓷纤维篇5

关键词：传统无机非金属材料；水泥；玻璃；陶瓷

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。

传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。

1 水泥

水泥作为三大建筑材料之一，是最大宗的无机非金属材料。日前，传统水泥的生产工艺日趋完善，水泥材料的发展主要表现在高性能水泥基材料、节能型水泥等方面。

1. 1高性能水泥基材料

对水泥材料高性能的要求首先是基于高强。通过降低孔隙率、改善孔结构及孔径分布可开发出高致密、高强度的水泥基材料，为此，一般可采用以下儿种方法:改变成型方法；掺加超细活性硅质材料，掺加高分了材料;掺加纤维材料，取得了很好的增强和增韧效果，从理论上讲，理想的纤维材料是硅酸钙纤维，它与水泥材料的化学兼容性好，还可起品种作用促进水化;发展新型水泥材料，传统的硅酸盐水泥及其衍生品种的强度和耐久性均不够理想，

1.1.1浸渍水泥基材料

采用高分子聚合物对水泥浆体浸渍，使整个材料非常密实，所得材料的抗压强度可达240MPa。

1.1.2压实水泥

根据岩石的成矿机理采用类似于制造陶瓷的热压工艺，在100MPa-345M P。的压力和150°C - 250°C的温度下获得了抗压强度达350MPa- 500MP的水泥材料，使其几乎与金属材料媲美。

1.1.3MDF水泥

又称宏观无缺陷水泥是指一种综合性能优异的抗压强度高达300MPa，抗折强度更高达的200MPa，在电学、磁学、声学和低温使用性能方面也有某些性能的新型水泥制品。 MDF水泥抗折强度高韧性好，可用于制造各种管 道尤其是用其他材料不易制作的大直径管道，及对抗折强度有较高要求的支撑材料。 MDF水泥绝缘性好，体积电阻率和击穿电压高，可代替陶瓷、塑料用作力学性能好的经久耐用电绝缘材料； 经微细化处理的MDF水泥，可用作唱片、音箱材料以及制作水泥弹簧等； MDF水泥还有望成为一些金属材料、木材和陶瓷材料的廉价代用品。

1.2节能型水泥

节能型水泥的生产可通过改变熟料矿物组成、生产少熟料水泥等途径达到。

1.2.1改变熟料矿物组成：在保证质量的条件下以含钙量低，形成温底低的低能耗熟料矿物代替传统硅酸盐水泥中的C3S,C3A等高能耗矿物。

1.2.2生产少熟料水泥： 利用碱―矿渣水泥的生产原理，提高混合材掺量，减少水泥用量可大幅度降低水泥生产能耗及成本，同时还可充分利用工业废渣，如钢渣、磷渣、铁合金渣、铅渣、镍渣、铝渣等，还可利用沸石、火山灰等天然或人工火山灰质材料。提高混合村掺量通常对水泥长期强度没影响，但使凝结变慢、早强下降，采用碱性激发剂充分激发混合材的活性或采用早强剂可弥补这一缺点。

2玻璃

玻璃是另一类传统的、历史悠久的无机非金属材料。传统的玻璃材料及器皿等工艺技术己基本成熟，玻璃新材料包括医用玻璃和生物工程玻璃、非线性光学玻璃、光通讯用玻璃、平面集成微光学玻璃、电致变色和光致变色玻璃等。

2.1医用玻璃和生物工程玻璃

自发明生物玻璃以来，人们发现许多玻璃和微品玻璃能与生物骨形成键合，其中一些己应用于临床，用作牙周种植、人造中耳骨等。日前已经利用玻璃、微品玻璃制备高韧性生物活性金属，生物活性聚合物等。微品玻璃尤其是多孔微品玻璃可用作生物工程中的载体，用在固定床反应器、固定床循环反应器和流化床反应器上。

2. 2非线性光学玻璃

近年来，非线性光学玻璃，特别是未来全光学装置所要求的具有高二阶极化率X,快的响应时间T和低的光吸收特性的材料研究引人注日。制备方法包括传统微品玻璃制备法分离了交换法、溶胶―凝胶法和离了注入法。

2. 3光通讯用玻璃

目前利用掺稀土的氟化物光纤制作具有从可见光到中红外光操作波长带的纤维激发器和放大器，以满足超高容量和适应性强的光学网络系统的需要。

3陶瓷

陶瓷是具有悠久历史的材料，通常作为陶瓷器、砖瓦、卫生陶器等民用产品用于人们的日常生活，作为工业产品，广泛用着耐火材料、电绝缘子、磨削砂轮等。

精细陶瓷是相对于传统陶瓷而言的。它是采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术制造、加工的，便于进行结构设计的，具有优异特性的陶瓷。精细陶瓷可分为:电了陶瓷、高温陶瓷、生物陶瓷、结构陶瓷等。

3. 1电陶瓷

电陶瓷可分为导电陶瓷、光电陶瓷、电介质陶瓷等。

导电陶瓷：导电陶瓷有碳和SiC系陶瓷、BaTi03系半导体陶瓷等。可用作电阻器、高温用电热电阻、热敏电阻器、湿敏电阻器、具有开关和存储功能的非线性电阻器等。光电陶瓷：光电陶瓷制成光敏元件、光电导模元件、光生伏打模元件。烧结CaS多品可作成x射线到紫外线范围的光检测器。电介质陶瓷：电介质陶瓷可分为绝缘陶瓷、压电陶瓷和铁电陶瓷。

3.2高温陶瓷

高温陶瓷与金属相比，能耐更高的温度。高温陶瓷有氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷。碳化物、硼化物、氮化物等显示出不同于以往氧化物系陶瓷的性能，成为超高温度技术领域中的重要材料。

3. 3生物陶瓷

生物陶瓷是用于人体器官替换、修补和外科矫形的陶瓷材料，它己用于人体，近年来发展相当迅速。这类材料卞要包括氧化铝、烃基磷灰石、生物活性玻璃及生物活性玻璃陶瓷、涂层及可被吸收降解的磷酸钙陶瓷。

3.4结构陶瓷

结构陶瓷以耐高温、高强度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征，在冶金、宇航、能源、机械、光学待领域有重要应用。在这些领域中用非金属代替部分金属是总的发展趋势。

结语

未来科学技术的发展，对各种无机非金属材料，尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。由于对材料科学基础研究的日益深入，各种精密测试分析技术的发展，将有助于按预定性能设计材料的原子或分子组成及结构形态的早日实现。（郑州大学材料科学与工程学院；河南；郑州；450001）

参考文献：

陶瓷纤维篇6

关键词：先进高温材料； 研究现状； 发展趋势；

中图分类号：A715文献标识码： A

前言

高温材料已经成为先进材料中的优先发展方向, 材料在高温下的应用对航天技术领域具有极其重要的推动作用。以下就此进行了详细的论述。

一、高温合金材料分析

高温合金是指以铁、镍、钴为基, 能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度, 良好的抗氧化和抗热腐蚀性能, 良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等。高温合金为单一奥氏体基体组织, 在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性, 且其合金化程度很高。就当今高温环境使用的高温合金来看, 镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钴基高温合金。较早的高温合金是在 80%Ni+ 20%Cr 合金基础上发展起来的锻造镍基高温合金 Nimonic80A, 通过添加少量的Ti 和 Al 来提高合金的蠕变断裂强度及抗高温氧化性能。镍基高温合金的发展最初是通过改变合金成分来提高合金的使用温度, 主要有两类: Ni- Cr-Al 系和Ni -Cr-Al-Ti- W-Mo-Ta 系合金。但随着发动机性能的不断提高, 镍基高温合金的使用温度已经接近极限, 用改变其合金成分来提高使用温度已非常困难。为了满足固体火箭发动机的使用要求, 高温合金的发展重点已由普通锻造和铸造高温合金发展为定向凝固高温合金和单晶高温合金, 并向弥散强化高温合金和纤维增强的高温合金发展。单晶高温合金已由第一代合金和第二代合金发展到含有 5% ~ 7% Re 的第三代单晶合金, 其工作温度已达到 1 204℃。

二、难熔金属材料分析

难熔金属( W、Mo、Ta、Nb 和 Zr 等) 及其合金, 由于具有熔点高、耐高温和抗腐蚀强等突出优点, 一直被列入重要航天材料之一, 应用领域涉及到固、液火箭发动机, 重返大气层的航天器,航天核动力系统等方面。钨具有非常高的熔点, 具有很好的抗烧损和抗冲刷能力, 常用作长时间工作的小型发动机的喉衬, 目前研究和使用较多的是钨渗铜材料, 由钨粉烧结成多孔钨骨架, 再经高温熔渗铜, 形成钨渗铜二元假合金。这种双组分金属复合结构部件在灼热的燃气流中工作时, 可使钨骨架结构中所渗透的铜熔融、汽化, 并从钨骨架中逸出。这种金属相变化需要吸收大量的热量而产生冷却效应, 加上铜良好的导热性, 使部件起到冷却降温效果, 以致部件可保持原有的工作特性而满足控制系统的要求。类似钨渗铜的高温材料还有钨渗银、钼渗铜等。

三、陶瓷材料分析

陶瓷具有高温强度高、熔点高、热稳定性好、热膨胀系数较小、抗氧化性好、密度低、硬度大、耐磨、资源丰富、价格低廉等特点。陶瓷的共价键结合结构在高温下具有按强度、刚度、硬度和耐磨性要求而调整结合的能力, 而且密度较低( 约为高温合金的 1/ 3) 。陶瓷的主要缺点是脆性大, 而且成形过程中内部会形成许多能引发破坏的微裂纹, 因而材料的强度分散系数很大,使用可靠性低, 所以改善韧性, 提高抗脆性断裂的能力, 是现在陶瓷研究的重点内容。

四、金属间化合物材料分析

金属间化合物具有作为高温结构材料的特殊优点, 许多金属间化合物的强度在一定的温度范围内随温度升高不是连续下降, 而是升高或保持不变。这种强度随温度升高而提高是一种反常的强度-温度关系,完全不同于传统金属材料的强度随温度升高不断下降的关系。这一发现推动了在金属间化合物形变特性和屈服强度反常温度关系方面新的理论模型和机制的研究。相比而言, 硅化物金属间化合物低温韧性虽然有些不足, 但高温下抗氧化性优异。在硅化物金属间化合物中,MoSi2基高温结构材料以其优异的综合性能而被认为是目前最有前途的材料。解决MoSi2低温韧性不足的主要途径有: 加入高熔点韧性增强剂, 如 Ti、Cr、Nb、Hf、Ta 和 W 等; 添加在热力学上与 MoSi2相容的陶瓷增强相如 SiC、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiB 和TiC; 通过加入 ZrO2, 利用其相变增韧作用来达到增韧效果; 还可同其他高熔点硅化物如Mo5Si3、WSi2和 NbSi2等进行合金化来提高性能。

五、金属基复合材料分析

金属基复合材料(MMC) 除了具有高的比强度和比刚度之外, 还像纯金属一样易成形和易连接, 具有可塑性、抗环境侵蚀, 以及在高温下能保持力学性能。根据基体材料的不同, 金属基复合材料分为铝基、钛基、镁基、铜基和高温合金基复合材料等。目前研制的金属基复合材料有连续纤维增强和非连续纤维增强两大类。

六、陶瓷基复合材料分析

陶瓷基复合材料( CMC) 的热稳定性、高刚度、高温强度和可接受的密度, 使它主要用于工作温度很高而又不冷却的固体火箭发动机和航天器轻重量结构。常用的陶瓷基体是氧化物、氮化物、碳化物; 增强材料可以是颗粒、晶须、纤维等, 但以长纤维效果最好, 如 C、Ai2O3、SiO2、SiC 等纤维。

七、梯度功能材料分析

所谓梯度功能材料, 是以计算机辅助设计为基础, 采用先进的复合材料, 使构成材料的要素( 组成、显微结构等) 沿厚度方向有一侧向另一侧连续的变化, 因而材料特性及功能也呈梯度变化的一种新型复合材料。梯度功能材料已经成为当前高温材料研究领域中的重要课题之一,在有些梯度功能材料中, 除了金属材料和陶瓷材料以外, 还有一个中间层, 主要为高强度的纤维( 如氧化锆、碳化硅纤维等) 和微粒( 如陶瓷或金属间化合物粉末, 碳粒或玻璃微粒等) 。目前研究用于高温材料的梯度功能材料体系主要有: SiC-C、TiB2- Cu、T iB2- Ni、W- Cu 和 Cu- B4C 等。

八、先进高温材料的发展趋势分析研究

1、将纳米技术引入先进高温材料的研究中, 先进高温材料经过纳米材料复合后, 强度韧性将会得到显著改进, 其高温力学性能尤其明显, 可望成为解决1 600℃以上先进高温材料的重要途径。

2、寻找更好的制备工艺, 减少制备周期及制备成本, 进一步提高材料的各项性能。

3、建立和完善先进高温材料各项性能指标的测试、表征技术和评价标准, 建立有关先进高温材料的数据库。

4、探索一些具有特殊性能的可应用于高温环境的新材料种类, 同时应研制容易制造和高温氧化环境中能重复使用的材料。

5、对于某些高温结构材料二次加工比较困难的问题, 同时为了降低陶瓷零件的制造成本, 需研究新的更经济的特种加工技术和近净成形加工工艺。

6、 研究整体结构的先进高温材料用来取代过去采用的一些复合结构, 达到减重的目的。

7、 将智能结构引入先进高温材料中, 研究和开发高温智能材料。

8、先进高温材料的应用研究也要大大加强, 同时应注意根据不同使用温度和环境合理选择不同的先进高温材料。

参考文献

陶瓷纤维篇7

析，来阐述肌理在材质中的运用、对人产生的心理影响，由此得

到善用肌理之美，加入创新精神，发挥材质特点对于艺术创作的

重要性。

Based on the research and the analysis to the texture of

several common contemporary art, elaborated the use of

texture in material, the psychological impact, how to use

the beauty of the texture, to join the innovation, it’s

important to exert material characteristics in art creation.

人总是希望有光滑细腻的肌肤，那意味着年轻、美丽，满是

皱纹的脸是衰老、难看的代名词；我们总是在造平整坦荡的路，

那说明交通通畅、便捷，颠簸的石子小路是简陋、难行的代名

词。然而，在艺术的世界里，并不是所有的青睐都关注在那些整

齐、平滑、规则的作品上，在这里，美丽的肌理、富有节奏感的

层次同样带给人视觉上的享受，就让我们随着这些迷人的细节一

览当代艺术的魅力。

漆画

漆画之美正是在于材质的肌理，可以说，没有它独特的质

感，漆画也将黯然失色。就像水墨介于宣纸、油画介于画布上一

样，漆画那变幻莫测的神秘魅力，正是源于大漆的特性。漆画的

作画方法，除了绘制之外，还结合了木炭研磨、撒漆粉漆皮（图

1 ） 、贴金箔银箔、镶嵌蛋壳、螺钿等等繁多的技法，

所以说变化多样的技法正是形成漆画丰富的画面效果的一大优

势。而在当代，漆画肌理的形成技法多样，近年来更是朝着综合

材料的方向发展。一种来源自日本的漆艺，叫做“莳绘”的技法

就是在绘制好尚未干透的底漆上，撒上各种金银粉或漆粉，罩漆

后再打磨的效果层次丰富，富有变化且活泼。镶嵌也是漆画中非

常重要的一种技法，可以镶嵌的材料有洗净除去蛋衣的蛋壳片、

螺钿、各种金属丝和金属片等等，尤其是蛋壳的贴制既为画面加

入了较纯粹的白色，同时也呈现出变化多样的裂纹，这种独特的

肌理使得画面中的白更深沉更灵动。法国艺术家鲍斯考德的作品

《夜的街》就用贴制的方法，用细腻、神秘的肌理来表达夜的迷

离，灯光的晕染。（图2）

漆画的肌理有的是视觉肌理，即用眼睛观察到的表面纹理。

“平遥古城三件宝，漆器牛肉长山药。”这句晋中俗语中第一位

的就是平遥的推光漆，虽然画面蕴含了多样的肌理和细节，漆画

表面却光如平镜，许多磨漆画也在制作的最后把漆画表面打磨得

非常光滑，这时，漆画的肌理就以视觉肌理呈现。有的是触觉肌

理，即用手触摸能够感觉到的肌理，又叫非平面性肌理。在当代

漆画的创作中，越来越多的漆画作品突破了传统的束缚，把创作

的关注点移向画面本身，不再去追求表面的光，更大胆地在漆画

里加入了许多新的材料作为镶嵌和肌理，使得当代的漆画更加具

有质感。

纤维艺术

我们惊叹于纤维艺术的跨度，嫁接于想象力之上，纤维艺术的表现力一次次地

超乎想象。纤维总是用它不同的肌理特性触动着我们的感官，可以是柔软的，亦可以是坚毅的，除了在视觉上，更是在触觉上激发观众的共鸣。

平面的纤维艺术中，图1 如壁毯，就是最基本、最古__

老的纤维艺术。利用织物以平织、起绒等手段使织物形成高低错

落、色彩渐变和造型的勾勒。清华大学美术学院大厅中林乐成教

授的大型纤维作品《山高水长》，高高低低的起绒用纤维独特的

肌理表现山与水的境界，条理井然、富有节奏感的纤维肌理，带

给观众舒缓平和的心理暗示，像音符一样滑动跳跃。（图3）除了

壁毯，现代的综合绘画也加入了纤维材料，增加作品的肌理和趣

味。如金箔画《太湖石》，就用了棉线、纸浆薄薄堆砌，来表现

太湖石的肌理与质感，趣味盎然。

立体纤维艺术在当代有着很大的发展空间，以立体装置、雕

塑的形式出现，或是苍劲、或是绵软、或是繁杂，复杂多变的肌

理形式往往在第一时间就能抓住观众的心，在形式感上就引起了

共鸣。

总结起来，色彩灰沉、粗糙盘结的纤维肌理，给人以沉重、

收缩的心理暗示。相反，色彩明快，光滑平整的纤维肌理给人以

舒缓轻盈的心理感受。所以，在艺术创作的同时，除了画面的内

容，更要把握好作品与空间的关系，善于利用不同的肌理来表现

不一样的空间氛围。纤维艺术抓住了材料的特质，把简单的材料

美经过艺术手段的处理升华为丰富的肌理美。

陶瓷艺术

陶、瓷之美，土与火的艺术。土为安稳，质朴沉着；火是灵

动，变幻莫测。两者的结合，注定没有一样的结果，所以同样的

技术、同样的材料却不能制作出完全一样的作品，色彩多种多

样、肌理丰富变化。日本艺术家会田雄亮的陶壁画《北归

行》中（图4），大大的体块犹如陆地板块的碰撞，拼砌在一起

的每一块陶砖深深浅浅，表面的肌理像会呼吸的气孔，诉说着

岁月的深沉。置身于这样一个空间中，这紧紧密密的肌理收缩

着人的毛孔，沧桑感油然而升。此时，这肌理好像会说话一样，和观众对话着、低声

诉说着，把抽象的形式升华为直接的感官体验，让人不由地思考

一些问题。

当代艺术形式中，陶瓷的肌理表现多种多样，可以光滑透

亮，也可以粗糙内敛，无论是哪种倾向，都有其独特的材质魅

力。在制作中肌理的不确定性，更是为陶瓷艺术作品增添了一种

别样的韵味，近年来更是有越来越多的观众懂得欣赏陶瓷的缺陷

美，不完整、不整齐、带有手工的印记，这些小小的“缺陷”让

人更加感受到艺术的独一无二。陶瓷的魅力在于回归自然，与现

代社会愈发扩展的工业化相反，陶土的可爱安慰了现代人焦虑的

心情，手工的、原始、自然的表面肌理变成了人和大自然沟通的

桥梁。乐于享受这样的对话，当代陶瓷已经不仅仅局限于器皿、

生活用品，更多新形式的陶艺壁画、装置、雕塑走进我们的生

活，陶艺馆如雨后春笋般出现在普通人的视线里，每个人都可以

亲身参与到这个有趣的艺术创作中，享受双手与陶土相触带来的

独一无二的肌理效果。

琉璃

琉璃其本身总是和光滑、通透、坚硬等词汇联系在一起，当

代的琉璃艺术在形式感上趋于多样，在质感的表现上更热衷于把

琉璃的特点发挥到极致或是反其道而行之。在肌理的表现上，涌

现出很多新颖的、优秀的作品。

一个意大利艺术家创作的琉璃作品就试图使原本光滑坚硬的

材料来表现柔软、温暖的质感。利用小片的琉璃薄片层叠堆加，

通过光的反射来制造类似于纤维的柔软的肌理效果。（图5）然

而，当你真的用手去触碰的时候，会发现肌理给人造成的假象使

人产生了心理错觉。可见，不同的肌理可以改变材质给人的印

象，用来创作更多可能性的艺术作品，这也是当代艺术多元性的

一种体现。

艺术作品中的肌理能够丰富作品的形式感、加强作品带给人

的心理感受，善用肌理在艺术创作的过程中也就显得更加重要。

肌理之美，美在感受，不同的材质、不同的肌理，平衡好它们之

间的关系，抓住观众的心理反映，把它们的特性发挥到极致，艺

术作品的外在美、内涵美才能愈发饱满。

参考文献：

1.黄国松著，《色彩设计学》，中国纺织出版社，2001年第一版

陶瓷纤维篇8

关键词：粘结泥浆；干法粘结；陶瓷杯把

1　前言

陶瓷件的粘结工艺分为湿法粘结和干法粘结。湿法粘结工艺已被广泛应用于生产中。干法粘结因对粘结泥浆及工艺有较高的要求，其操作也稍微复杂，所以在生产中应用得较少。近年来，随着人们对高档瓷器的青睐，要求陶瓷杯是轻而薄，而湿法粘结工艺极易造成产品的挤压应力变形，所以干法粘结工艺逐渐受到工厂的重视。笔者通过对粘结介质――粘结泥浆配方的调整，同时添加羧甲基纤维素钠和腐植酸钠等添加剂，并在粘结操作细节上稍加改变，成功研制了适于陶瓷杯干法粘结把的粘结泥浆。

2　试验过程

2.1试验原料

根据生产实际需要，选用以下几种原料进行试验：诸城长石、安徽石英、大同土、煅烧大同土、汶南土、白瓷粉等。所用原料的化学组成见表1。

2.2粘结泥料的配方组成

干法粘结杯把的难点在于过干的坯体与粘结泥浆的湿度梯度太大，水分扩散速度快，造成泥浆的剧烈收缩而产生应力。同时，扩散过快易形成水流，可能会带动一部分微细的颗粒嵌入到坯体的粘结表面，堵塞毛细孔，造成粘结层粗细颗粒分层。这些因素将直接影响粘结的牢固度，造成把裂。因此，在湿度梯度不能进行调整的前提下，降低泥浆水分的扩散速度至关重要。扩散速度降低，可以减小泥浆的干燥收缩从而降低粘结应力，增加粘结的牢固度。因此，要求粘结泥浆具有保水性强、干燥收缩率小等特点。

根据干法粘结杯把对粘结泥浆性能的要求，笔者对粘结泥浆的配方结构进行了调整。经过反复试验，终于确定了粘结泥料的配方及含量，如表2所示。其化学组成及含量见表3，两种泥浆的性能比较见表4。

试验配方是在原配方的基础上加入部分废瓷粉。同时对部分粘土原料进行煅烧，并向泥浆中添加适量的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、腐植酸钠等添加剂。由表4可知，泥浆的流动性提高了，并具有一定的保水性能。同时，减小了泥浆的干燥收缩率以及烧成收缩率。最终获得了粘结性能较好的粘结泥料的配方。

2.3试验内容

粘结泥料要求满足以下工艺参数：

(1)料：球：水=1：2：0.5；

(2)泥浆细度：万孔筛余为0.15％～0.2％；

(3)泥浆陈腐时间：一周：

(4)粘结泥浆水分：28％～30％。

粘结工艺：粘结操作非常关键，粘结时为了减少湿度梯度的差异，先对粘把处进行补水，同时将杯把粘结面快速放进水中浸湿一下，然后沾上泥浆进行粘结。粘结杯把要求快而稳，用力均匀，粘接面要保持水平，粘好后使粘结面水平略停片刻，并观察有无粘结缺陷，然后轻轻地放在托板上，并尽量避免震动。

干燥及烧成：坯体粘把后干燥不宜过急，最好先在室温下放置2～3h后，再转入干燥室进行干燥，否则粘结层会因收缩过急而开裂。其烧成是在笔者公司80m燃气隧道窑内进行，烧成周期为16h，烧成温度为1310℃。

3　结果与分析

3.1粘结面的吻合程度对粘结效果的影响

如果粘结面吻合不好，可能是粘结层的厚度不一。薄处的水分渗入坯体内的速度较快，收缩也先于厚处结束，从而形成不均匀的应力，造成产品开裂。采用于法粘结工艺，可避免出现粘结面吻合不好的现象。因为杯把此时已干燥，具有一定的强度，可借助两条平行且转速不同的皮擦带进行自动修把，提高接触面的吻合程度。

3.2羧甲基纤维素钠在泥浆中的作用机理及对泥浆粘结效果的影响

羧甲基纤维素钠是一种高分子阴离子型的纤维素醚，外观为白色或微黄色粉末，易溶于水。羧甲基纤维素钠在粘结泥浆中主要有以下几方面的作用：粘结、悬浮、保水。羧甲基纤维素钠的粘结作用主要是大分子依靠氢键和范德华力形成牢固的网状结构表现出来的。当水渗入到羧甲基纤维素钠胶块内部时，亲水基少的地方发生膨胀，而亲水基多的地方在膨胀后与胶块分离，由于亲水基不均匀而使胶团分散的大小粒度不一；胶团内部处于水合膨胀状态，外部则结合一层水合物(结合水层)，胶团在初溶阶段是游离于胶液中，由于大小、形状不对称，并通过范德华力相互有规律地靠拢，结合水层逐渐形成网状结构，体积大，故有较强的粘结能力。

为了减小粘结泥浆的干燥收缩，配方中加入较多的瘠性料，由于重力作用这些瘠性料易沉淀而分层。羧甲基纤维素钠由于形成网状结构，其分子或离子像带子一样在泥浆中伸张并占据一定空间，防止了泥浆中微粒间引力的产生，使空间定性得到提高。特别是带负电荷的羧甲基纤维素钠阴离子与带负电荷的粘土粒子相斥，更加增大泥浆的悬浮性，能使泥浆中的粒子不易沉淀而分层。同时，羧甲基纤维素钠还能提高泥浆的表面张力，使泥浆具有较强的保水性能，防止粘结后水分从粘结泥浆中快速扩散到坯体中。从而避免因水分扩散过快而导致粘结泥浆的剧烈收缩，提高粘结强度。

由于羧甲基纤维素钠对泥浆性能具有显著的影响，其品质和用量对粘结效果也有较大的影响。因此需选择高聚合度、粘度较高、纯度较高，不含有色杂质，烧后无残留的羧甲基纤维素钠产品。试验表明，羧甲基纤维素钠加入量在0.5％时效果较好，太低则泥浆的保水性差，易出开裂。如超过0.5％时，泥浆稳定性反而降低，泥浆含水率增大，效果不好。

3.3泥浆陈腐工艺对粘结的影响

泥浆在一定的湿度下进行陈腐，使泥浆水分均匀。同时，陈腐又是一个氧化、水解和细菌活动的过程。通过陈腐使泥浆中的有机质变成腐植质，并使离子交换进一步趋于平衡，达到提高可塑性、结合性的目的。笔者对泥浆陈腐和不陈腐进行了对比试验，结果发现未陈腐的泥浆粘结后裂把率达17.4％。而陈腐了一周后再进行粘结，裂把率只有5.5％，粘结成功率远高于未陈腐的泥浆。

4　结论

(1)泥浆具有较好的保水性能和较小的干燥收缩率是干法粘结能否进行的决定性要素。羧甲基纤维素钠能显著提高泥浆的保水性能，增强泥浆的粘结能力。

(2)结合面的吻合程度及泥浆的陈腐、严格的接把操作工艺是干法粘结把的关键因素。

陶瓷纤维篇9

关键词：陶瓷刀具 发展

中图分类号：TG711 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2011)09(a)-0246-01

几十年来，虽然由于新型刀具材料的出现，使切削速度和切削加工生产率成倍增加，然而，随着航空航天工业、动力工业、超高温、超高压技术等的发展，黑色金属及难加工材料(包括铁基、镍基、钻基、钦基高温合金、高硬度钢、铸铁及其合金、模具钢、耐热合金、钦合金等)的高速切削加工技术和刀具材料研究越来越迫切，同时，制造技术向高精度、高柔性和强化环境意识的方向发展，在这种情况下，高速切削已成为切削加工的主流，一般高于常规切削速度5一10倍。而高速切削的发展主要取决于高速切削刀具和高速切削机床的发展，其中，高速切削刀具材料起决定性作用[5]。

由于陶瓷刀具在1200一1450℃高温下尚能进行切削，并且可在切削速度500一1000m/min下进行工作，陶瓷刀具的研制成为刀具材料研究的热点。并且随着烧结理论的深入研究，各种氧化物、碳化物及氮化物等粉末制备技术的不断改进，多种陶瓷烧结及加工设备和工艺的不断开发研制，使得陶瓷材料成为高速切削、干切削刀具的理想材料，几乎可以加工包括多种难加工材料在内的所有黑色和有色金属[5]。

陶瓷材料作为三大材料之一，随着社会的发展被分成了两大类：普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷按其用途分为日用瓷、建筑瓷、电瓷和化工瓷；特种陶瓷又可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷强调材料的力学性能或机械性能；而将具有电、磁、声、光、热、化学及生物体特性，且具有相互转化功能的陶瓷定义为功能陶瓷[2]。陶瓷刀具是现代结构陶瓷在加工材料中的一个重要应用领域。陶瓷刀具是含有金属氧化物的无机非金属材料,具有高硬度、高强度、摩擦因数低、优异的耐热性、耐磨性（耐磨性为硬质合金的3~5倍）和化学稳定性等优异性能，能够在其他材料无法承受的恶劣环境条件下正常工作，它已成为高速切削刀具材料的首选[4]。

陶瓷刀具材料的出现也有半个多世纪历史,从1913年陶瓷材料最早试作切削刀具开始，陶瓷刀具材料的发展，在20世纪经历了以下几个阶段：50年代后期以氧化铝陶瓷为主，现氧化铝系陶瓷刀具材料是目前所有陶瓷刀具中应用最广泛，年消耗量最大的陶瓷刀具材料[5]。由于Al2O3系陶瓷刀具化学稳定性好、耐热、耐磨性能优异且价格低廉，所以目前所占比例很大；60一70年代以Al2O3/TiC陶瓷为主，70年代后期至80年代初期发展了Si3N4系陶瓷刀具及相变增韧陶瓷刀具材料，80年代后期至90年代在晶须增韧陶瓷刀具材料得到长足发展的同时，各种复相陶瓷刀具材料的研究也倍受重视。目前国内外应用最为广泛的是氧化铝系和氮化硅系陶瓷刀具材料。20世纪70年入使用的Al2O3/TiC热压陶瓷材料,强度、硬度和韧性均较高,仍是国内外使用最多的陶瓷刀具材料之一。此后在Al2O3中添加TiB2、Ti(C,N)、SiCW、ZrO2等陶瓷刀具也相继研制成功,其力学性能进一步提高,广泛应用于碳钢、合金钢或铸铁的精加工或半精加工[6]。

目前陶瓷刀具的研制己建立起融合切削学和陶瓷学为一体的、基于切削可靠性的陶瓷刀具材料设计研究理论体系[5]。现代陶瓷刀具材料多为复相陶瓷，根据材料不同的使用环境，以一定的设计理论为基础，采用各种超细的氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等为基本组分，并依据不同的增韧补强机理进行微观结构设计，可以制备出具有良好综合性能的复相陶瓷。

陶瓷材料本征脆性，大多抗拉强度低、韧性差，因此陶瓷材料的强韧化是拓展其应用的关键。最近的研究表明，梯度功能材料(FunetionalGradientMaterial简称FGM)、表面改性陶瓷、纳米复合陶瓷刀具材料将在今后得到较大的发展[3]。

其中，纳米技术（Nano一ST)是于上世纪80年代迅速形成和发展起来的一门基础研究和应用开发紧密联系的高新技术，它在纳米尺度上研究物质(包括分子、原子)的内在相互作用和特性，它所涉及的领域是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域，英国著名材料专家.RW.Cahn在《自然》杂志上撰文说：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”[5]。经过纳米改性的材料可提高强度、增加韧性、降低烧结温度。目前使用纳米技术制备的陶瓷刀具材料主要有两种：纳米复合陶瓷刀具材料和纳米涂层陶瓷刀具材料。

纳米复合结构陶瓷的概念是由K.Niliiara于1991年提出的，可看作是对复构陶瓷微观结构设计的应用。纳米复合材料是纳米材料的重要应用，它由两相或多相构成，其中至少有一相为纳米级尺寸。将纳米颗粒、晶须及纤维弥散到陶瓷基体中，制备成的纳米复合材料具有优异的性能。切削性能实验表明，纳米复合陶瓷刀具的耐磨性能远高于同组分的微米级的陶瓷刀具，且断续切削的能力也有了明显增强[2]。

纳米技术的出现为陶瓷材料的改性和增强提供了条件，纳米技术在现代陶瓷的应用方面将带来革命性的变化。将纳米颗粒增韧、纤维(纤维)增韧、相变增韧等手段相结合，在保持高硬度、高耐磨性和红硬性的基础上,研制出高强度、高韧性、智能化、经济环保、具有更好的耐高温性能、耐磨损性能和抗崩刃性能,满足高速精密切削加工的要求的高性能复合陶瓷材料，将是廿一世纪陶瓷材料学的发展方向[1]。

通过对近几年发表的关于陶瓷刀具切削性能研究的文献，了解了刀具材料的发展历程、陶瓷刀具材料的主要种类和特点，笔者认为陶瓷刀具类型的开发必将是高精度、高柔性和强化环境意识的现代制造技术的不二选择。

参考文献

[1] 徐立强.新型Ti_C_N_基金属陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究.山东大学硕士学位论文.2005.

[2] 丁代存.Si_3N_4_TiC纳米复合陶瓷刀具材料的研制与性能研究.山东大学硕士学位论文.2005.

[3] Krestic V D.Fracture of brittle solids in the presence of ther-moelastic stresses.J Am Ceram Soc.1984,67(9):589~593.

[4] 宋新玉，赵军，姜俊玲.加工Inconel718时陶瓷刀具的磨损机理.中国机械工程.2009,4:763-768.

陶瓷纤维篇10

关健词：莫来石；碱金属氧化物；高温蠕变

1 引言

莫来石-刚玉质复相陶瓷因同时具有莫来石相熔点高、热膨胀系数低、抗蠕变、抗热震和刚玉相弹性高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化及高温蠕变速率低等特点，使得其性能优越于纯刚玉陶瓷和纯莫来石陶瓷；刚玉莫来石质陶瓷是在高温下长期使用的耐火陶瓷，因为长期受荷重和热负荷的作用，高温蠕变是其最主要的性能指标。

为了该陶瓷成型的实现，需要加入一定量的结合剂以保证成型的可行性，一般选用CMC-Na，这是因为CMC-Na在成型过程中不仅起着粘结作用，而且有赋形剂、可塑剂、增强剂等作用，这些性质可增加坯料粘结力，使坯体易于成型，但CMC-Na中氧化钠含量一般大于10%，这对陶瓷的性能影响较大，尤其是抗高温蠕变性能；CMC-K与CMC-Na为一类纤维素添加剂，为了考察K和Na对陶瓷性能的影响，选用CMC-K进行试验。使用CMC-K后，陶瓷的强度略有提高，高温蠕变速率显著降低，这对于提高陶瓷的使用寿命具有十分重要的意义。

2 试 验

2.1刚玉莫来石陶瓷的制备

根据原料及组成点的化学组成进行配方计算，按照下列工艺过程制备试样。

原料配料湿法球磨干燥、造粒成型干燥烧成，细磨料全部过200目筛，加入一定量的添加剂，采用半干压法压制成型，成型压力为30MPa，成型添加剂分别为，2.5%的PVA、2.5%的CMC-Na和2.5%的CMC-K，试样编号分别为1#、2#和3#，试样尺寸为： 50 mm × 10 mm × 5 mm。坯体干燥后，将各试样在硅钼棒炉中于1660℃保温6 h 烧成，停止加热后随炉温自然冷s。

2.2陶瓷的性能表征

采用阿基米德法测试烧结体的吸水率、孔隙率和体积密度，利用Y-4型的X射线衍射仪分析试样的晶相；采用JM-6460LV型扫描电子显微镜观察试样的断面微观形貌；利用三点弯曲法测量烧结体的抗折强度，并通过HMOR-STRAIN1TP高温蠕变弹性模量测定仪测量烧结体的高温蠕变位移变化量和位移变化率。

3 结果与讨论

3.1 试样的烧结状况

添加剂为PVA时，烧结体的吸水率为15.1%，添加剂为CMC-Na时，烧结体的吸水率为15.3%，而以CMC-K为添加剂的烧结体的吸水率为14.8%，对应的体积密度分别为2.36，2.33和2.38，从中可以看出，CMC-Na和CMC-K均有助熔作用，但CMC-K为添加剂时，除造孔剂外，氧化钾具有促进莫来石生长的作用，晶体发育良好，填充在空隙中，因此吸水率较低，体积密度较大。

3.2 不同粘结剂配方对烧结体的结构影响

我们知道，高温机械性能主要取决于显微结构特征，主要体现在液相的含量，气相及晶相的含量及分布状况，而最为重要的是晶相的含量和晶体的生长状况，因此本文就不同添加剂对晶相和液相及其造成的性能影响进行分析。

从表2可以看出，2#配方中的玻璃相含量较1#显著提高，这是因为CMC-Na在烧成过程中，纤维素进行分解，而钠离子以游离的形式存其中，进行反应，在高温下，钠离子易与粘土中的二氧化硅及其他杂质反应，进而形成玻璃相，而3#烧结体重的莫来石相含量较前两个配方的稍高，是由于钾离子具有降低形成莫来石晶粒活化能及促进莫来石发育的作用[1]，因而在钾离子的作用下，更多的莫来石晶核进行建立，并迅速的发育成莫来石晶体，并且，莫来石晶核和刚玉相晶核相互联结在一起，同时也促进了刚玉相的发育。

结构陶瓷在高温熔融段，玻璃相的含量、粘度和对晶体的表面张力等影响着陶瓷的高温性能，下面对以上三个粘结剂配方所烧制的陶瓷断面扫面电镜进行分析。

从SEM照片可以看出，2#试验样品的非晶质相的含量较高，晶体细小，气孔较大主要是因为玻璃相含量较大，晶体发育不完全，尤其是莫来石相的含量，3#试验样品的玻璃相的含量较低，这是因为氧化钠含量较低的缘故，而该试验的晶体发育较好，气孔较小，结构致密，晶体呈长柱状生长，这是由于氧化钾促进了莫来石的发育。

3.3不同粘结剂配方对烧结体的性能影响

从图可以看出，三个试验的抗弯强度分别为20.1MPa、21.6MPa和25.3MPa，以CMC-K为添加剂的试验的强度最高，与前面的微观结构分析一致，晶体间接触和结合的程度越高，晶体发育越好，结构陶瓷的高温力学性能越好。

为了全面的表征添加剂对性能的影响，本文对烧结体的高温蠕变位移变化量和位移变化率进行检测。

从表3可知，试验3的高温蠕变速率最低，位移变化率仅为0.52%，说明碱金属氧化物中的氧化钠和氧化钾对其性能影响巨大。一般为了改善耐火材料的蠕变性，采取最重要措施是改善耐火制品的化学矿物组成和结构。为此，应提高原料的纯度，减少高温下液相的生成量；提高液相的粘度，减弱对晶相的浸润；增加直接结合率；控制和调节制品中的矿物成分，尽量形成高熔点矿相和良好的网络结构。制造工艺对改善制品高温蠕变性有很大关系。合理的粒度级配，加大成型压力，适当提高制品的烧成温度、延长保温时间，使制品中晶体发育良好、晶问结合牢固，是提高制品的高温强度、降低蠕变的重要手段。下一步的研究工作将是结晶效应和玻璃效应对莫来石陶瓷的结构和性能的研究。

4 结 论

添加剂CMC-Na和CMC-K直接影响着莫来石陶瓷中的玻璃相含量，进而影响陶瓷中微观结构和性能，且以CMC-K为添加剂的烧结体的晶体发育良好，结构致密，抗弯强度高，高温蠕变速率低，位移变化率仅为0.52%。