陶瓷在传统上是指陶器和瓷器，但也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石灰等人造无机非金属材料。由于这些材料都是由天然的硅酸盐矿物生产的，所以陶瓷材料也是硅酸盐材料。近二三十年来，古老的陶瓷材料得到了很大的发展，许多新型陶瓷材料的成分远远超出了硅酸盐的范围，陶瓷的性能面临着重大的突破，越来越广泛地应用于现代工业和科学技术的许多领域。现在，陶瓷材料实际上是各种无机非金属材料的通称，同金属与高分子材料一起，成为现代工程材料的主要支柱。

　　1. 陶瓷密封材料的分类

　　工程陶瓷材料主要包括无机玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷三大类。陶瓷的种类很多，按照习惯，陶瓷一般分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三大类。

　　(1)传统陶瓷

　　传统陶瓷又称普通陶瓷，主要指粘土制品，按照性能特点和用途，可分为日用陶瓷，建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷及多孔陶瓷等。

　　(2)特种陶瓷

　　特种陶瓷是一些具有各种特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。按照性能特点和应用，分为高温陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷、电光陶瓷及电容陶瓷等。

　　(3)金属陶瓷

　　粉末冶金的生产方法包括制粉、成形和烧结三大工序，与陶瓷的生产方法类似。因此常把用粉末冶金生产的金属材料统称为金属陶瓷。金属陶瓷的分类与钢相同。通常所说的金属陶瓷是指以氧化物和非氧化物为基体、金属为粘结剂、成分和性能特点接近于陶瓷的那部分金属陶瓷。

　　作为密封材料的陶瓷，主要指特种陶瓷和金属陶瓷，在密封中应用十分广泛。尤其重要地是高温陶瓷，按其化学成分主要有二种：一种是氧化物陶瓷，如Al2O3、BeO、Cr2O等，另一种是非氧化物陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物及硅化物等。

　　2.陶瓷密封材料的主要特点

　　(1)刚度大

　　刚度由弹性模量衡量，弹性模量反映结合键的强度，所以具有强大化学键的陶瓷都有很高的弹性模量，是各类材料中最高的，比金属高若干倍，比高分子材料高2～4个数量级。几种典型陶瓷的弹性模量如表1所示。

　　弹性模量对组织，包括晶粒大小和晶体形态等不敏感，但受气孔率的影响很大。气孔将降低材料的弹性模量。

表1 各种常见材料的弹性模量和硬度

　　陶瓷材料的硬度在大多数情况下，随温度的升髙而降低，但在高温下仍有较高的数值。

　　(3)抗压强度高、抗拉强度低

　　报据理论计箅，陶瓷的强度应该很髙，约为E/10～E/5，但实际上一般只为E/1000～E/100，甚至更低。例如高铝瓷的强度约为350MN/m2，均约为其弹性模量千分之一的数量级。表2给出了一些典型数据。陶瓷实际强度比理论值低的原因，是组织中存在晶界，它的破坏作用比在金属中更大。陶瓷的晶界存在有晶粒间局部分离或空隙;晶界上原子间键被拉长，键强度被削弱;同时在晶界上，相同电荷离子靠近而产生斥力，可能造成裂缝。所以，消除陶瓷晶间的不良作用，是提高陶瓷强度的基本途径。

　　陶瓷的实际强度受致密度、杂质和各种缺陷的影响很大。热压氮化硅陶瓷，在致密度增大、气孔率近于零时，强度可接近理论值。

　　陶瓷材料对应力状态特别敏感;同时强度具有统计性质，与受力的体积、或表面有关，所以它的抗拉强度很低，抗弯强度较高，而抗压强度非常高，一般比抗拉强度高一个数量级。

表2 几种典型陶瓷的弹性模量和强度

　　(4)塑性差

　　陶瓷在室温下几乎没有塑性。塑性变形是在反应力作用下出位错运动所引起的密排原子面间的滑移变形，陶瓷晶体的滑移系比金属少得多，位错运动所需的切应力很大，比较接近于晶体的理论剪切强度。另外，共价键有明显的方向性和饱和性，而离子键的同号离子接近时斥力很大，所以主要由离子晶体和共价晶体构成的陶瓷塑性极差，不过，在高温慢速加载的条件下，由于滑移系的增多，原子的扩散能促进位错的运动，以及晶界原子的迁移。特別是组织中存在玻璃相时，陶瓷也能表现出一定的塑性。塑性开始的温度约为0.5Tm，Tm为熔点的绝对温度(K);例如Al203为1237℃(1510K)。由于开始塑性变形的温度很高，所以陶瓷都有较高的高温强度。

　　(5)韧性极低或脆性极高

　　陶瓷的冲击韧性常常在10kj/m2以下，断裂韧性值也很低，如表3所示，大多比金属低一个数量级以上。陶瓷是非常典型的脆性材料，这是陶瓷的最大缺点。

表3 几种陶瓷的断裂韧性

　　(6)线膨胀系数低

　　热膨胀是温度升高时物质原子振动振幅增大、原子间距增大所导致的体积长大现象。热膨胀系数的大小与晶体结构和结合键强度密切相关。键强度高的材料热膨胀系数低;结抅较紧密的材料的热膨胀系数较大。所以陶瓷的线膨胀系数α=(7～300)×10-7(l/℃)，比高聚物材料(5～15)×10-5(l/℃)低，比金属α=(15～150)×10-5(l/℃)低得更多。

　　(7)导热系数小

　　导热性为在一定温度梯度作用下热量在固体中的传导速率。陶瓷的热传导主要依靠原子的热振动。由于没有自由电子的传热作用，陶瓷的导热性比金属小，受其组成和结构的影响，一般导热系数为λ=10-2～10-5(W/m•K)。

　　(8)热稳定性低

　　热稳定性就是抗热震性，为陶瓷材料在不同温度范围波动时的寿命。—般来说，热膨胀系数大和导热系数小的材料热稳定性不高;韧性低的材料热稳定性也不髙，所以陶瓷的热稳定性很低，比金属低得多，这是陶瓷的另一个主要缺点。

　　(9)化学稳定性好

　　陶瓷的结构非常稳定。在以离子晶体为主的陶瓷中，金属原子为氧原子所包围，被屏蔽在其紧密排列的间隙之中，很难再同介质中的氧发生作用，甚至在高温情况下也是如此。陶瓷材料对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力，是一种十分理想的耐强腐蚀密封材料。

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　　(10)摩擦磨损性能好

　　陶瓷密封材料作为密封摩擦副材料，不仅摩擦系数小，而且十分耐磨损，因此具有长久的使用寿命。

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