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  • 瓷器的密度是多少?（不是要計算的物理題）一般的瓷器密度是多少?我隻想知道這個.最好2個格式都寫上g/...

瓷器的密度是多少?（不是要計算的物理題）一般的瓷器密度是多少?我隻想知道這個.最好2個格式都寫上g/cm3kg/m3如果是從網上找到資料的，請寫下來源（我本人找這個找了半天也找不到，很想知道哪個網站有寫這些東西）

匿名用戶 | 2017-05-23 07:51

全部答案

（共1個回答）
  • 陶瓷的密度和石頭的密度應該是一樣的,陶瓷也就是人造石,陶瓷的成分和陶瓷礦石成分基本一樣.
    石頭的密度是2.7/m3
    網址 https://cmse.szu.edu.cn/jp/daolun/5.htm#z51
    陶瓷的密度具有特殊的含義.如果我們說鐵的密度是7.8Mg/m3,聚丙烯的密度是0.89 Mg/m3,高密度聚乙烯的密度是0.94 Mg/m3,意義是很清楚的.但當我們描述陶瓷的密度時,就必須說明是什麽密度.因為陶瓷一般是由微小的顆粒燒結而成的,顆粒之間必然存在孔隙,於是就有了表觀體積與真實體積之別,顯然,表觀體積為真實體積與材料內孔隙體積之和（這裏“孔隙”的概念不是指晶格中原子排列的空隙,而是由於球形顆粒堆積時必然留下的孔隙,尺寸在微米或納米級）.陶瓷的重量除以表觀體積就得到表觀密度,除以真實體積就得到真實密度.但所謂“真實”密度並不等於理論密度（r）,理論密度是計算得到的晶格密度,而真實密度是用某種測定方法得到的不含孔隙的密度.孔隙體積占表觀體積的百分數稱為孔隙度.如果我們說某一陶瓷的孔隙度為20%,那麽其表麵密度就應是理論密度的80%.在實際情況中,陶瓷的密度一般低於理論密度的60%.要想提高陶瓷的密度,可采取很多措施.如使用寬分布的顆粒,讓小顆粒嵌入大顆粒的縫隙中；或采用機械振動,拍打等手段.即使如此,也很難使陶瓷的表觀密度達到理論密度的80%以上.要想進一步提高密度,就不能使用顆粒燒結的方法,必須采用新技術.氣相滲濾法、定向氧化法就可以大大降低孔隙度,使表觀密度達到95%以上
    氧化物是最大的一族陶瓷材料.氧可以與幾乎所有金屬形成化合物,也可以與許多非金屬元素化合.氧化物可分為單氧化物與複氧化物兩大類.單氧化物是氧與另一種元素形成的二元化合物,而複氧化物是氧與兩種以上元素形成的化合物.單氧化物是按氧原子數與另一種原子數的比例分類的.以字母A代表另一種元素,單氧化物可以有A2O,AO,A3O4,A2O3,AO2,AO3等類型.AO型中比較重要的有氧化鎂（MgO）、氧化鋅（ZnO）和氧化鎳（NiO）；AO2型中較重要的有二氧化矽（SiO2）、二氧化鈦(TiO2)和二氧化鋯（ZrO2）；A2O3型中最重要的是三氧化二鋁（Al2O3）.氧化物體係由圖5－15所示.
    圖5－15氧化物的分類
    二氧化鈦(TiO2)有三種晶形：低溫下穩定的銳鈦（anatase）、板鈦(brookite)與高溫下穩定的金紅石(rutile).銳鈦與板鈦在400~1000°C的溫度範圍內會不可逆地轉化為金紅石.
    氧化鋁（Al2O3）是在鋁釩土(Al2O3·2H2O)的加熱過程中製得的.在不斷升溫的過程中,會產生一係列不同結構的氧化鋁,這些結構都是不穩定的,最終都會不可逆地轉化為a- Al2O3.a- Al2O3具有六方的剛玉結構,是1200°C以上唯一可用作結構材料與電子材料的穩定形式.另一個穩定結構是g- Al2O3,但隻能在催化方麵應用.故在本書中Al2O3特指a- Al2O3.由於O-Al鍵的鍵能高達400kcal/mol,Al2O3具有突出的物理性質,硬度是氧化物中最高的,而熔點高達2050°C.
    矽酸鹽是地殼中最豐富的礦物,有正式名稱的矽酸鹽就有幾千種.大多數矽酸鹽都不是人工合成的,而是直接取自礦物,用於耐火材料、磚瓦、瓷器和陶器.一般說來,矽酸鹽的力學性能低於氧化鋁、氧化鋯等單氧化物,但在民用領域,各種矽酸鹽得到了廣泛的應用,也有少數作為工程陶瓷應用.我們隻以堇青石和葉蠟石作為此類工程陶瓷的代表加以介紹.
    堇青石(Cordierite, 2MgO·2Al2O3·5SiO2)的熱脹係數極低,所以有很高的抗熱衝擊性能.其力學性能也不低,所以被用在發動機過濾器、火花塞、汽輪機換熱器的葉輪等熱敏感部位.堇青石有兩種結構形式,天然存在的形式是四方晶形,人工合成的形式是六方晶形.為保證純度與加工重複性,工程應用中都使用六方晶形的合成堇青石.
    葉蠟石(Pyrophyllite)是一種層狀結構的矽酸鹽,化學組成為Al2(Si2O5)2(OH)2.它的用途非常廣泛.由於價廉易得,不僅可以燒製成各種陶瓷,還可以機械加工,在西方被稱為“魔石”.層間作用力主要是範德華力,因此材料較軟,易於機械加工.熱處理時,在800°C發生脫羥基反應,在1100°C時發生相轉變,產生白矽石（SiO2）和鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2)的雙相結構.在脫羥基和相轉變過程中尺寸變化僅有2%.
    鋁紅柱石在自然界非常罕見,主要礦藏發現於英國Mull島,故稱為Mullite.其熱脹係數低於Al2O3,故具有更好的抗熱衝擊性,尤其是在1000°C以上的溫度.工程上應用的鋁紅柱石都是人工合成的.最初的合成方法是將Al2O3與SiO2在1600°C下燒結,但強度與韌性都不高.采用新技術合成的新一代鋁紅柱石,具備了高強度和高韌性,強度達到500MPa,斷裂韌性可達到2-4MPa·m1/2.鋁紅柱石的傳統用途是熔爐中的耐火材料.工程化的鋁紅柱石的用途大大加寬,包括電子元件的基板、保護性塗料、發動機部件和紅外透射窗等.
    表5－5氧化物陶瓷的性質
    性質 氧化鋁
    鋁紅柱石
    尖晶石
    堇青石
    氧化鋁/氧化鋯

    化學成分
    Al2O3
    3Al2O3·2SiO2
    MgO·Al2O3
    2MgO·2Al2O3
    ·5SiO2
    20.0wt% Al2O3
    75.7 wt% ZrO2
    4.2 wt% Y2O3

    熔點/°C
    2015
    1830
    2135
    1470
    --

    熱脹係數/
    （10-6/°C）
    8.3
    4.5-5.3
    7.6-8.8
    1.4-2.6
    9

    導熱係數/
    (W/cm·K)
    0.27
    0.059
    0.15
    --
    0.035

    楊氏模量/
    GPa
    366
    150-270
    240-260
    139-150
    260

    撓曲強度/
    MPa
    550
    500
    110-245
    120-245
    2400

    5.3.2 碳化物
    一般意義上的碳化物可以分為三類：（1）離子碳化物,即碳與I,II,III族金屬或鑭係金屬形成的化合物；（2）共價碳化物,隻包括兩種：碳化矽（SiC）與碳化硼(B4C)；(3)間隙碳化物,包括許多與過渡元素形成的化合物,如IVa族的鈦、鋯,Va族的铌、鉭,VIa族的鉻、鉬、鎢,以及VIII族的鐵、鈷、鎳等.從工程的角度看,離子碳化物可以不必考慮.因為它們在空氣中極不穩定,還容易與潮分作用分解為烴類.間隙碳化物雖然數量眾多,但目前有工程價值隻有碳化鎢與碳化鈦兩種.主要碳化物的性能見表5－6.
    5.3.2.1 碳化硼
    在工業上碳化硼不單獨使用,而是以與石墨的複合材料的形式使用.碳化硼是通過氧化硼與碳在熔爐中作用生成.這種共價的陶瓷很難製成100%密度的製品,所以常用石墨粉與碳化硼混合使用,形成兩者的複合材料.石墨的加入降低了碳化硼的使用性能,但目前還找不到更好的助劑.工業上的碳化硼製品一般用熱壓法成型,少數製品先進行燒結,再進行均勻熱壓.熱壓條件為2100°C,35MPa,30min.典型的燒結條件為2200-2250°C,30min,壓力隻需10Pa左右.燒結後的均勻熱壓條件為2000°C,200MPa和120min.熱壓隻能加工簡單形狀的製品,如管、板、軸向對稱的噴管等.複雜形狀的製品必須先經過燒結.碳化硼能夠捕捉熱中子,同時釋放出低能粒子.5B10原子吸收中子後的蛻變並不放出高能射線：
    5B10 + 0n1 ® 3Li7 + 2He4
    故其主要用途是中子吸收劑和屏蔽材料.
    5.3.2.2 碳化矽
    碳化矽有上百種結構,最簡單的一種具有金剛石結構,每隔一個碳原子被矽取代一個.這種立方結構被稱為b體,其它的六方和菱形結構合稱為a體.碳化矽粉末用Acheson法生產.將電流通過SiO2與焦炭的混合物.當混合物溫度升到2200°C左右時,焦炭會與SiO2作用生成SiC與CO.根據反應時間與溫度的不同,還原產物可能是細粉末,也可能是團塊.結團的產物則必須粉碎後使用,較細的級分可以用來燒結,較粗的級分直接用作磨料.
    根據不同的用途,碳化矽可用三種方法加工.（1）將碳化矽粉末與第二相材料如樹脂、金屬、氮化矽、粘土等混合,然後根據第二相材料進行處理,將碳化矽粘結起來.（2）將碳化矽粉末與純碳粉或純矽粉混合,製成型坯.讓碳與矽蒸汽反應形成碳化矽,新形成的碳化矽會將原有的碳化矽融合起來,這一過程稱為自融合.如果讓矽粉與氮氣作用生成氮化矽,也可將碳化矽融合起來.這兩種加工技術都稱為反應融合.（3）用碳化硼作助劑,燒結碳化矽製品.這種方法可得到高密度的製品.以上三種方法各有優缺點.第二相融合法多用於燒蝕與耐火材料.第二材料的性質限製了材料的應用.自融合碳化矽中常含有殘留的矽粉,在溫度高於1400°C時會熔融流出.用火焰或真空處理可除去這些遊離矽.自融合時如果使用過量的碳就會避免矽的殘留.自融合碳化矽比燒結產物抗氧化能力強.燒結碳化矽隻能在非氧化場合使用.由於產物中含硼與遊離碳,抗氧化能力較差.
    碳化矽的膜、塗層與滲透加工產物不是用碳化矽粉末製造的,而是用化學氣相沉積（CVD）或化學氣相滲透（CVI）法製造的.
    表5－6 碳化物的性能
    碳化物 密度/
    Mg/m3
    熔點/
    °C
    韌性/
    （MPa·m1/2）
    模量/
    GPa
    拉伸強度/
    MPa
    導熱係數/
    W/m·K
    硬度/
    kg/mm2

    B4C
    2.51
    2450

    445
    155
    28
    2900-3100

    SiC
    3.1
    2972
    3.0
    410
    300
    83.6
    2800

    TiC
    4.94
    3017




    2500

    ZrC
    6.56
    3532






    WC
    15.7
    2800




    2050-2150

    TaC
    14.5
    3800




    1750

    5.3.3 氮化物
    與金屬相比,氮化物陶瓷的主要優勢是耐高溫性能,在1000°C以上仍能保持高強度；以及抗氧化與抗腐蝕性能.
    氮化物家族中最主要的成員是氮化矽.氮化矽的粉末通過矽粉與氮氣在1250-1400°C的溫度下反應製得.氮化矽在陶瓷材料中的優勢是抗熱衝擊性能,其導熱係數幾乎為Al2O3·TiC的兩倍,熱脹係數卻隻有Al2O3的一半,是製造陶瓷發動機的有力競爭材料.使用氮化矽的主要問題是燒結比較困難.純氮化矽在高溫下不能發生有效的體積擴散,即粒子之間很難互相粘合在一起.欲得到密實的氮化矽材料,必須使用燒結助劑.氮化矽的性能,尤其是高溫性能,主要取決於燒結助劑.氮化矽最有效的燒結助劑是Al2O3、氮化鋁（AlN）與二氧化矽.氮化矽材料基本上都是氮化矽與其它材料的合金,而不用純粹的氮化矽.氮化矽材料可以用許多不同的方法加工,根據加工方法的不同分為以下幾類：反應融合氮化矽、熱壓氮化矽、燒結（無壓）氮化矽、燒結反應融合氮化矽、均勻熱壓氮化矽等.不同加工方法的氮化矽性能不同,見表5－7.
    表5－7不同方法加工的氮化矽的性能

    反應融合
    熱壓
    無壓燒結
    反應燒結
    均勻熱壓

    楊氏模量/GPa
    120-250
    310-330
    260-320
    280-300
    310-330

    撓曲強度/MPa
    150-350
    450-1000
    600-1200
    500-800
    600-1200

    斷裂韌性/
    (MPa·m1/2）
    1.5-2.8
    4.2-7.0
    5.0-8.5
    5.0-5.5
    4.2-7.0

    相對密度/%
    77-88
    99-100
    95-99
    93-99
    99-100

    熱脹係數/（10-6/K）
    3.0
    3.2-3.3
    2.8-3.5
    3.0-3.5
    3.0-3.5

    導熱係數/（W/m·°C）
    1.4-3
    5-10
    4-5
    --
    22

    由於在氮化矽的燒結過程中要加入Al2O3、AlN或SiO2等助劑,鋁原子可能取代部分矽原子的位置,氧原子可能取代部分氮原子的位置,這樣的結合體就形成了一類特殊的陶瓷—矽鋁氧氮陶瓷.這種陶瓷具有Si6-zAlzOzN8-z的通式,晶格與b-Si6N8相似.這種氮化物的燒結要容易得多,但燒結過程中會有部分玻璃相形成.玻璃相限製了高溫下的使用,但在較低溫度下的優異性能仍使此類陶瓷有廣泛的應用.
    氧氮化矽從氮化矽和二氧化矽的混合物中合成.在Al2O3存在的情況下,具有一定的固體溶解性.可以用無壓或壓力燒結加工.氧氮化矽的性能略低於氮化矽,但由於其楊氏模量較低,熱脹係數較高,在熱機械方麵有應用的潛力.
    氮化鋁具有較高的導熱係數,在微電子工業中用作絕緣基板.用氮化鋁粉末與密化助劑和CaO或Y2O3在1650-1800°C下在氮氣氛中燒結而成.用Y2O3作燒結助劑時,會有釔鋁化合物在顆粒邊界形成.氮化鋁的導熱係數隨Y2O3的含量迅速增加.這是由於當Y2O3含量很低時（<0.8wt%）,釔鋁化合物會在氮化鋁顆粒外形成一層連續的外殼,阻止了氮化鋁（導熱係數50-90W/m·K）顆粒間的熱傳導.當釔的含量增加時,釔鋁全結成較大的瘤（可達15m）,氮化鋁顆粒之間能夠直接接觸.釔含量達到 4.2wt%時,導熱係數可達160W/m·K.氮化鋁的機械性能不高,且在800°C以上發生氧化,所以不能作為結構材料使用.
    氮化硼的電子結構與碳相似,晶體有兩種變體,一種類似於石墨（六方）,一種類似於金剛石（立方）.六方氮化硼較軟,具有片層結構,可以熱壓成型.材料具有各向異性,因為層片垂直於壓力方向取向,不同方向上的導熱係數與導電率大不相同.可以用化學沉積法製造坩堝一類薄壁製品.立方氮化硼的密度和硬度要高得多,用六方氮化硼在高溫高壓下製得,類似人造金剛石的製法.可用作磨料或切削刀具.
    氮化矽基體的複合材料主要用碳化矽晶須和碎片增強,目的是提高韌性和高溫強度.由於碳化矽晶須的存在,阻礙了氮化矽基體的收縮,使無壓燒結更為困難.因此,氮化矽複合材料隻能用熱壓法才能得到致密的產品.在從燒結溫度冷卻時,由於基體與晶須的熱脹係數不匹配,材料內會產生應力.碳化矽為4.4´10-6/K,而氮化矽為3.2´10-6/K.這樣,纖維會處於張力狀態而基體處於壓縮狀態.因此使基體開裂的應力就應更高.在徑向上,晶須會收縮而減弱與基體的結合,這樣會使裂縫偏移並會使晶須容易拔出,也造成增韌.雖然碳化矽晶須的加入使強度略有降低,但有顯著的增韌作用,報道的最高斷裂韌性為10MPa·m1/2.上述各類氮化物的性能見表5－8.
    表5－8氮化物陶瓷的性能

    矽鋁氧氮
    氧氮化矽
    （Si2N2O）
    氮化鋁
    （AlN）
    六方氮化硼
    (平行於晶片)
    六方氮化硼
    (垂直於晶片)
    立方氮化硼

    楊氏模量/GPa
    300
    275-280
    260-350
    100
    20
    150

    撓曲強度/MPa
    750-950
    450-480
    235-370
    低
    低
    高

    理論密度/%

    2.90
    3.20
    2.27
    2.27
    3.48

    熱脹係數/
    (10-6/K）
    3.0-3.7
    4.3
    4.4-5.7
    2-6
    1-2
    --

    導熱係數/（W/m·K）
    15-22
    8-10
    50-170
    20
    33
    --

    5.3.5金屬陶瓷
    顧名思義,金屬陶瓷是金屬與陶瓷的結合體,實際上是一種複合材料.其分散相是陶瓷顆粒,多為碳化物,如碳化鈦、碳化鎢等.基體是一種金屬或幾種金屬的混合物,如鎳、鈷、鉻、鉬等.實際上金屬僅起到粘合劑的作用,將堅硬的陶瓷粒子粘合在一起.金屬陶瓷家族中最著名的成員是鈷粘合的碳化鎢.
    圖5-16金屬陶瓷的製備過程
    碳化鎢/鈷的起點原料是鎢的粉末,通過碳化將鎢粉轉化為碳化鎢.然後將碳化鎢粉末與鈷一起球磨,一方麵減小碳化鎢的粒度,一方麵將鈷塗到陶瓷表麵.塗飾好的粉末按粒度分級,取所需粒度壓成型坯.型坯在真空下或氫氣氛中燒結成型.所謂燒結不過是將金屬熔融,把陶瓷粒子徹底“焊”在一起.圖5-16是金屬陶瓷的一般製備流程.
    陶瓷金屬比任何工具鋼都硬,耐磨性能極佳.可作切削工具,可作任何軟、硬表麵的磨擦件.如果單純使用陶瓷,因為其脆性,不能用作切削工具、模具或振動強烈的機器部件.而金屬陶瓷中的金屬提供了韌性,陶瓷提供了硬度與強度,這種複合產生了性能上的協同效應.
    金屬陶瓷有下列共同的特點：
    模量比鋼高（413-620GPa）.
    密度高於鋼.
    壓縮強度高於大多數工程材料.
    硬度高於任何鋼與其它合金.
    拉伸強度與合金鋼相當（1380MPa）.
    表5-9 各種規格的金屬陶瓷
    用途 代碼
    等級
    成分
    硬度
    (RA)
    側向斷裂強度
    (MPa)

    WC
    TiC
    TaC
    Co

    加工屬鑄鐵,有色金屬與非金材料
    C-1
    粗加工
    94
    -
    -
    6
    91
    2000

    C-2
    通用加工e
    92
    -
    2
    6
    92
    1550

    C-3
    細加工
    92
    -
    4
    4
    92
    1520

    C-4
    精加工

    96
    -
    4
    93
    1400

    加工碳鋼,合金鋼與工具鋼
    C-5
    粗加工
    75
    8
    7
    10
    91
    1870

    C-6
    通用加工
    79
    8
    4
    9
    92
    1650

    C-7
    細加工
    70
    12
    12
    6
    92
    1750
    br/>C-8
    精加工
    77
    15
    3
    5
    93
    1180

    耐磨件
    C-9
    無振動
    94
    -
    -
    6
    92
    1520

    C-10
    輕振動
    92
    -
    -
    8
    91
    2000

    C-11
    強振動
    85
    -
    -
    15
    89
    2200

    抗衝擊件
    C-12
    輕度
    88
    -
    -
    12
    88
    2500

    C-13
    中度
    80
    -
    -
    20
    86
    2600

    C-14
    重度
    75
    -
    -
    15
    85
    2750

    目前市場上已有多種規格的金屬陶瓷,其碳化物的種類、含量、粒度不同,金屬粘合劑的種類與含量不同.表5-9列出了各種規格的成分、性能與用途.由於碳化鉭比碳化鎢還硬,含碳化鉭的金屬陶瓷更為耐磨.金屬含量越低,陶瓷粒度越細（<1mm）,耐磨性能越好.所有金屬陶瓷都具有室內耐腐蝕性,含有鎳和鉻的金屬陶瓷可耐化學環境的腐蝕.表中側向斷裂強度一項是機械強度的度量,該項強度越高,衝擊強度越高.但作為陶瓷,抗衝擊性能畢竟是有限的,比任何金屬都要低.作為最堅硬的材料之一,金屬陶瓷的加工性能很差,不能車,不能鋸,甚至不能鑽孔,隻能進行電火花加工.如果同一個部件需要兩件以上,最經濟的辦法就是加工一個燒結模具.把加工的問題放到燒結以前解決.限製金屬陶瓷應用的最大障礙是價格問題.1996年價格為$44/kg.這個價格是普通工具鋼的5倍.但要考慮到作為耐磨部件和切削工具,金屬陶瓷的壽命是工具鋼的50倍,這個價格就應該不成為問題了.
    匿名用戶 | 2017-05-23 07:51

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