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第14章 可加工陶瓷材料现状

自20世纪六、七十年代以来,出现了多种可加工陶瓷材料。主要有云母陶瓷(微晶玻璃)、六方氮化硼、碳化硅钛和磷酸稀土体系陶瓷。云母陶瓷是一种开发得较早、较为成熟的可加工陶瓷,目前已有商品出售。它是由片状云母微晶均匀分散在玻璃基质中的玻璃陶瓷。云母属于层状结构硅酸盐矿物,具有良好的电绝缘性,其结构内的层与层之间靠范德华键联接,结合很弱,容易发生解理。在切割刀具作用下,沿解理面产生微裂纹,通过微裂纹相互连接使小部分材料被去除,所以有很好的可加工性。

六方氮化硼具有和石墨一样的层状结构,材料在同一层内具有很强的共价键,但是层与层是靠范德华力结合在一起,在外力的作用下,这些层状结构在层与层之间容易滑移。因此,六方氮化硼制品具有良好的加工性能。同时,六方氮化硼制品电绝缘性能也相当好。但是,六方氮化硼制品材料容易吸潮,造成电性能大幅度下降。此外,六方氮化硼极难烧结,其制品必须用热压工艺生产,现有的陶瓷热压工艺还不能制造大尺寸材料。因此,六方氮化硼材料的应用受到极大的限制。

碳化硅钛材料是近年来新发现的一种具有良好的可加工性的金属陶瓷,但由于具有导电性,不能作为电绝缘材料使用,该材料的原料合成难度相当大,目前尚处在研究阶段。

磷酸稀土体系陶瓷,是20世纪90年代出现的一种新型可加工陶瓷材料。磷酸稀土晶体由于具有层状结构使材料具有可加工性,由于这种材料可以同许多氧化物进行复合形成晶界弱结合复合陶瓷材料,使得最终材料的性能可通过不同的复合方式来调控,因此可制造高性能的可加工陶瓷材料。该材料存在的一个主要问题是所用的原料比较昂贵,使得制造成本很高。此外能否制成电绝缘性能良好的材料尚不清楚。

综上所述当前真正被大量用于电绝缘方面的可加工陶瓷是云母基材料。云母陶瓷通常有二种制造方法:①以云母粉为主要原料,加入适量烧结助剂,通过热压烧结而成。该工艺仅适合生产小型简单形状制品;②采用微晶玻璃制造工艺,由于受设备和工艺的限制,材料的尺寸不可能很大,一般直径在150 mm以内,长度不大于300 mm。当前随着电力、电子工业日新月异地发展,在许多场合要求提供大尺寸的可加工绝缘陶瓷材料,以满足各种高新技术的用途。

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