材料分析 | 陶瓷

陶瓷是陶器和瓷器的总称。人们早在约8000年前的新石器时代就发明了陶器。常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土等。陶瓷材料一般硬度较高,但可塑性较差。除了使用于食器、装饰上外,陶瓷在科学、技术的发展中亦扮演着重要角色。

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接下来小编介绍8种常见的陶瓷种类~


1.氧化铝——高性价比(陶器)

陶瓷是一种多孔而不透明的陶瓷品种。与玻化半透明瓷器不同,它需要上釉来防水以盛放液体。尽管它不是特别坚硬,密度不如瓷和瓷土,而且更容易碎裂,陶土所具有的优点就是,它在低温炙烧中不易变形,在生产加工中稳定性高。

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材料特性:

·         一般烧结温度低于1200摄氏度

·         烘烧过程中比瓷器变形小

·         加工工艺多种多样

·         成本低

·         比瓷器易碎

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典型用途:

材料适用范围广,从大型卫具到杯碟产品。

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2.骨瓷

骨瓷确实是因为它的成分中含有骨灰。它是由50%的骨灰、25%的石英、长石(瓷石)和云母的混合物。骨瓷与瓷在白色上有些轻微的不同。虽然它们都是半透明状的,但是骨瓷更为细腻、柔滑。骨瓷已经成为高品质、昂贵的同义词。

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材料特性:

·         素烧温度在1200摄氏度左右

·         高强度

·         半透明质

·         最纯净时为白色

·         防水

·         比一般瓷器需要更高的烘烧温度

·         可低温釉烧

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典型用途:

电子消费品,玩具,环保商品,户外护栅, 头盔、安全帽,开关,汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等),打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。

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3.金工陶瓷——可机械加工

Macor是一种高强度的刚性材料,它非常洁白而且可抛光。经过钻孔、研磨、车削镟制、割锯、抛光和碾磨这些工艺之后,这种材料的加工特性更接近金属而非瓷类。高强度、高刚性的优点使这种瓷可使用上述所有金属材料的加工工艺,无需使用那些昂贵的模具,不会产生收缩和在烧结中移动等令人沮丧的差错。对制作产品实物模型或是那些需要最大限度减少制作时间和成本的低产量产品来说,它可谓是一种理想的材料。

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材料特性:

·         用普通的金属加工工具即可进行机械加工和切割

·         耐高温可至1000摄氏度

·         机械加工后无须淬火

·         无孔,不会收缩

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典型用途:

电绝缘体及隔热体、构件、电子设备。

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4.氧化锆

氧化锆是另外一种高性能陶瓷原料。氧化锆的使用范围之所以超过氧化铝,是因为它坚韧的特性使其更易抵抗破裂,氧化锆的颗粒较细小,这样使得由它制成的表面涂层更为圆润,也使其适用于制作刀具、活塞、轴承产品,甚至是华丽的首饰制品。超精细氧化锆或碳化钛粉可用于手表的生产。这些粉末在压制成型后,再在1450摄氏度的温度进行烧结,再用钻石沙抛光使其表面更为光亮、更具金属感。

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材料特性:

·         极佳的强度及断裂韧度

·         超硬,超耐磨性

·         化学稳定性极佳

·         耐高温,可至2400摄氏度

·         致密

·         低导热性(是氧化铝的20%)

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典型用途:

些先进陶瓷原料被用于手表之后,它的变面光滑型和所具有的坚韧性,使得氧化锆成了制作切割道具及厨房刀具完美的陶瓷原材料。氧化锆还因它优良的导电性应用于汽车氧气传感器上。其它还包括一些在医疗生物应用及泵阀、泵机械密封件的应用。

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5.氮化硅

氮化硅是世界上最硬的三种材料之一。它的硬度仅次于金刚石和六方氮化硅晶体。氮化硅于60年代被一群工程师在寻找能经受喷气发动机内部恶劣运行环境的材料时发现。
陶瓷非常坚硬,具有极佳的耐磨损耗性能和压缩性能,而氮化硅则是陶瓷中最具这种特性的材料之一,它呈深灰色或黑色,具有镜面般光洁的表面。50年代的科幻小说作家曾经幻想过由氮化硅制成可以飞的杯子。

氮化硅具有极强的抗压能力,测量出来它能承受的标准压力是每平方英寸能忍受400万磅的压力,可以粗略的换算是相当于80头大象站在一个方糖块上,或是用一根直径为1英寸的绳子去拉50辆汽车。而且氮化硅的表面极为光滑。氮化硅的这些特性使其成为制作轴承最常规的材料。

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材料特性:

·         摩擦力比钢低80%

·         比钢坚硬3倍;比钢轻60%

·         运转时温度比钢低

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典型用途:

常用于航天飞机的主引擎、军用导弹、陀螺仪。氮化硅的超硬度使其成为诸如海洋的鱼卷轴、自行车赛车、滑冰鞋、溜冰板等产品中轴承的主要材料。

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6.石英

石英是一种万能的材料,它在光学上的应用有压电体和手表,石英还具有极佳的物理性能和装饰性。最为世界上资源最丰富的矿物之 一,良好的硬度和美观性使其成为制作工作台面的材料,这是它的主要用途之一。

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材料特性:

·         硬度极高

·         色彩一致性好

·         无孔

·         耐久性能极佳

·         耐热

·         耐污

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典型用途:

大量应用于商用及家用产品的外观材料。在商业应用领域中,包括墙壁夹层、工作台表面、前台桌、酒吧料理台、实验台、厨房料理台及冲淋围屏。

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7.石墨

石墨这种矿物从严格意义上来说不能算是陶瓷,但由于它所具有的物理属性,使它经常被放入至陶瓷家族中。石墨的用途非常广泛。从较低层次的应用来看,石墨常被用于诸如钱币之类的日常应用。从另一面来看,石墨经常用于一些高级体育用品。在这些应用当中,因石墨有着良好的强度和湿度的比例,使其具有良好的能量吸收特性,从而使得石墨在高级体育用具(如网球拍及高尔夫球棍)中占据了有竞争力的市场地位。石墨呈铁灰色,具有金属光泽。石墨质软并且具有滑腻感。石墨通常分为三种:晶状结构的片状石墨、柔软的非结晶结构石墨、最具商用价值的合成石墨。石墨的成层结构使得石墨具有光滑、与众不同的感觉,并使其成为高温环境下极佳的润滑剂。

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材料特性:

·         可吸收能量

·         良好的强度与重量比

·         摩擦系数小

·         无毒

·         优良的机械加工性能

·         良好的抗化学腐蚀能力

·         导电性好

·         高温下稳定,强度高

·         优良的耐热冲击能力

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典型用途:

各种形态的石墨在工业领域被大量投入应用。非结晶石墨混入黏土可做成石墨铅笔。石墨的多种多种符合形式材料可用来加强塑性,使制品更为轻捷、促进吸收能量、增强强度和硬度。常见应用如高尔夫球棍、网球拍、曲棍球杆。石墨抗高温的能力使其常被用于折射望远镜、航天飞机及交通工具。

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