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瓷器的密度是多少?（不是要计算的物理题）一般的瓷器密度是多少?我只想知道这个.最好2个格式都写上g/...

瓷器的密度是多少?（不是要计算的物理题）一般的瓷器密度是多少?我只想知道这个.最好2个格式都写上g/cm3kg/m3如果是从网上找到资料的，请写下来源（我本人找这个找了半天也找不到，很想知道哪个网站有写这些东西）

匿名用户 | 2017-05-23 07:51

全部答案

（共1个回答）

陶瓷的密度和石头的密度应该是一样的,陶瓷也就是人造石,陶瓷的成分和陶瓷矿石成分基本一样.
石头的密度是2.7/m3
网址 http://cmse.szu.edu.cn/jp/daolun/5.htm#z51
陶瓷的密度具有特殊的含义.如果我们说铁的密度是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,意义是很清楚的.但当我们描述陶瓷的密度时,就必须说明是什么密度.因为陶瓷一般是由微小的颗粒烧结而成的,颗粒之间必然存在孔隙,于是就有了表观体积与真实体积之别,显然,表观体积为真实体积与材料内孔隙体积之和（这里“孔隙”的概念不是指晶格中原子排列的空隙,而是由于球形颗粒堆积时必然留下的孔隙,尺寸在微米或纳米级）.陶瓷的重量除以表观体积就得到表观密度,除以真实体积就得到真实密度.但所谓“真实”密度并不等于理论密度（r）,理论密度是计算得到的晶格密度,而真实密度是用某种测定方法得到的不含孔隙的密度.孔隙体积占表观体积的百分数称为孔隙度.如果我们说某一陶瓷的孔隙度为20%,那么其表面密度就应是理论密度的80%.在实际情况中,陶瓷的密度一般低于理论密度的60%.要想提高陶瓷的密度,可采取很多措施.如使用宽分布的颗粒,让小颗粒嵌入大颗粒的缝隙中；或采用机械振动,拍打等手段.即使如此,也很难使陶瓷的表观密度达到理论密度的80%以上.要想进一步提高密度,就不能使用颗粒烧结的方法,必须采用新技术.气相渗滤法、定向氧化法就可以大大降低孔隙度,使表观密度达到95%以上
氧化物是最大的一族陶瓷材料.氧可以与几乎所有金属形成化合物,也可以与许多非金属元素化合.氧化物可分为单氧化物与复氧化物两大类.单氧化物是氧与另一种元素形成的二元化合物,而复氧化物是氧与两种以上元素形成的化合物.单氧化物是按氧原子数与另一种原子数的比例分类的.以字母A代表另一种元素,单氧化物可以有A2O,AO,A3O4,A2O3,AO2,AO3等类型.AO型中比较重要的有氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）和氧化镍（NiO）；AO2型中较重要的有二氧化硅（SiO2）、二氧化钛(TiO2)和二氧化锆（ZrO2）；A2O3型中最重要的是三氧化二铝（Al2O3）.氧化物体系由图5－15所示.
图5－15氧化物的分类
二氧化钛(TiO2)有三种晶形：低温下稳定的锐钛（anatase）、板钛(brookite)与高温下稳定的金红石(rutile).锐钛与板钛在400~1000°C的温度范围内会不可逆地转化为金红石.
氧化铝（Al2O3）是在铝钒土(Al2O3·2H2O)的加热过程中制得的.在不断升温的过程中,会产生一系列不同结构的氧化铝,这些结构都是不稳定的,最终都会不可逆地转化为a- Al2O3.a- Al2O3具有六方的刚玉结构,是1200°C以上唯一可用作结构材料与电子材料的稳定形式.另一个稳定结构是g- Al2O3,但只能在催化方面应用.故在本书中Al2O3特指a- Al2O3.由于O-Al键的键能高达400kcal/mol,Al2O3具有突出的物理性质,硬度是氧化物中最高的,而熔点高达2050°C.
硅酸盐是地壳中最丰富的矿物,有正式名称的硅酸盐就有几千种.大多数硅酸盐都不是人工合成的,而是直接取自矿物,用于耐火材料、砖瓦、瓷器和陶器.一般说来,硅酸盐的力学性能低于氧化铝、氧化锆等单氧化物,但在民用领域,各种硅酸盐得到了广泛的应用,也有少数作为工程陶瓷应用.我们只以堇青石和叶蜡石作为此类工程陶瓷的代表加以介绍.
堇青石(Cordierite, 2MgO·2Al2O3·5SiO2)的热胀系数极低,所以有很高的抗热冲击性能.其力学性能也不低,所以被用在发动机过滤器、火花塞、汽轮机换热器的叶轮等热敏感部位.堇青石有两种结构形式,天然存在的形式是四方晶形,人工合成的形式是六方晶形.为保证纯度与加工重复性,工程应用中都使用六方晶形的合成堇青石.
叶蜡石(Pyrophyllite)是一种层状结构的硅酸盐,化学组成为Al2(Si2O5)2(OH)2.它的用途非常广泛.由于价廉易得,不仅可以烧制成各种陶瓷,还可以机械加工,在西方被称为“魔石”.层间作用力主要是范德华力,因此材料较软,易于机械加工.热处理时,在800°C发生脱羟基反应,在1100°C时发生相转变,产生白硅石（SiO2）和铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)的双相结构.在脱羟基和相转变过程中尺寸变化仅有2%.
铝红柱石在自然界非常罕见,主要矿藏发现于英国Mull岛,故称为Mullite.其热胀系数低于Al2O3,故具有更好的抗热冲击性,尤其是在1000°C以上的温度.工程上应用的铝红柱石都是人工合成的.最初的合成方法是将Al2O3与SiO2在1600°C下烧结,但强度与韧性都不高.采用新技术合成的新一代铝红柱石,具备了高强度和高韧性,强度达到500MPa,断裂韧性可达到2-4MPa·m1/2.铝红柱石的传统用途是熔炉中的耐火材料.工程化的铝红柱石的用途大大加宽,包括电子元件的基板、保护性涂料、发动机部件和红外透射窗等.
表5－5氧化物陶瓷的性质
性质氧化铝
铝红柱石
尖晶石
堇青石
氧化铝/氧化锆

化学成分
Al2O3
3Al2O3·2SiO2
MgO·Al2O3
2MgO·2Al2O3
·5SiO2
20.0wt% Al2O3
75.7 wt% ZrO2
4.2 wt% Y2O3

熔点/°C
2015
1830
2135
1470
--

热胀系数/
（10-6/°C）
8.3
4.5-5.3
7.6-8.8
1.4-2.6
9

导热系数/
(W/cm·K)
0.27
0.059
0.15
--
0.035

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

挠曲强度/
MPa
550
500
110-245
120-245
2400

5.3.2 碳化物
一般意义上的碳化物可以分为三类：（1）离子碳化物,即碳与I,II,III族金属或镧系金属形成的化合物；（2）共价碳化物,只包括两种：碳化硅（SiC）与碳化硼(B4C)；(3)间隙碳化物,包括许多与过渡元素形成的化合物,如IVa族的钛、锆,Va族的铌、钽,VIa族的铬、钼、钨,以及VIII族的铁、钴、镍等.从工程的角度看,离子碳化物可以不必考虑.因为它们在空气中极不稳定,还容易与潮分作用分解为烃类.间隙碳化物虽然数量众多,但目前有工程价值只有碳化钨与碳化钛两种.主要碳化物的性能见表5－6.
5.3.2.1 碳化硼
在工业上碳化硼不单独使用,而是以与石墨的复合材料的形式使用.碳化硼是通过氧化硼与碳在熔炉中作用生成.这种共价的陶瓷很难制成100%密度的制品,所以常用石墨粉与碳化硼混合使用,形成两者的复合材料.石墨的加入降低了碳化硼的使用性能,但目前还找不到更好的助剂.工业上的碳化硼制品一般用热压法成型,少数制品先进行烧结,再进行均匀热压.热压条件为2100°C,35MPa,30min.典型的烧结条件为2200-2250°C,30min,压力只需10Pa左右.烧结后的均匀热压条件为2000°C,200MPa和120min.热压只能加工简单形状的制品,如管、板、轴向对称的喷管等.复杂形状的制品必须先经过烧结.碳化硼能够捕捉热中子,同时释放出低能粒子.5B10原子吸收中子后的蜕变并不放出高能射线：
5B10 + 0n1 ® 3Li7 + 2He4
故其主要用途是中子吸收剂和屏蔽材料.
5.3.2.2 碳化硅
碳化硅有上百种结构,最简单的一种具有金刚石结构,每隔一个碳原子被硅取代一个.这种立方结构被称为b体,其它的六方和菱形结构合称为a体.碳化硅粉末用Acheson法生产.将电流通过SiO2与焦炭的混合物.当混合物温度升到2200°C左右时,焦炭会与SiO2作用生成SiC与CO.根据反应时间与温度的不同,还原产物可能是细粉末,也可能是团块.结团的产物则必须粉碎后使用,较细的级分可以用来烧结,较粗的级分直接用作磨料.
根据不同的用途,碳化硅可用三种方法加工.（1）将碳化硅粉末与第二相材料如树脂、金属、氮化硅、粘土等混合,然后根据第二相材料进行处理,将碳化硅粘结起来.（2）将碳化硅粉末与纯碳粉或纯硅粉混合,制成型坯.让碳与硅蒸汽反应形成碳化硅,新形成的碳化硅会将原有的碳化硅融合起来,这一过程称为自融合.如果让硅粉与氮气作用生成氮化硅,也可将碳化硅融合起来.这两种加工技术都称为反应融合.（3）用碳化硼作助剂,烧结碳化硅制品.这种方法可得到高密度的制品.以上三种方法各有优缺点.第二相融合法多用于烧蚀与耐火材料.第二材料的性质限制了材料的应用.自融合碳化硅中常含有残留的硅粉,在温度高于1400°C时会熔融流出.用火焰或真空处理可除去这些游离硅.自融合时如果使用过量的碳就会避免硅的残留.自融合碳化硅比烧结产物抗氧化能力强.烧结碳化硅只能在非氧化场合使用.由于产物中含硼与游离碳,抗氧化能力较差.
碳化硅的膜、涂层与渗透加工产物不是用碳化硅粉末制造的,而是用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）法制造的.
表5－6 碳化物的性能
碳化物密度/
Mg/m3
熔点/
°C
韧性/
（MPa·m1/2）
模量/
GPa
拉伸强度/
MPa
导热系数/
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
与金属相比,氮化物陶瓷的主要优势是耐高温性能,在1000°C以上仍能保持高强度；以及抗氧化与抗腐蚀性能.
氮化物家族中最主要的成员是氮化硅.氮化硅的粉末通过硅粉与氮气在1250-1400°C的温度下反应制得.氮化硅在陶瓷材料中的优势是抗热冲击性能,其导热系数几乎为Al2O3·TiC的两倍,热胀系数却只有Al2O3的一半,是制造陶瓷发动机的有力竞争材料.使用氮化硅的主要问题是烧结比较困难.纯氮化硅在高温下不能发生有效的体积扩散,即粒子之间很难互相粘合在一起.欲得到密实的氮化硅材料,必须使用烧结助剂.氮化硅的性能,尤其是高温性能,主要取决于烧结助剂.氮化硅最有效的烧结助剂是Al2O3、氮化铝（AlN）与二氧化硅.氮化硅材料基本上都是氮化硅与其它材料的合金,而不用纯粹的氮化硅.氮化硅材料可以用许多不同的方法加工,根据加工方法的不同分为以下几类：反应融合氮化硅、热压氮化硅、烧结（无压）氮化硅、烧结反应融合氮化硅、均匀热压氮化硅等.不同加工方法的氮化硅性能不同,见表5－7.
表5－7不同方法加工的氮化硅的性能

反应融合
热压
无压烧结
反应烧结
均匀热压

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

挠曲强度/MPa
150-350
450-1000
600-1200
500-800
600-1200

断裂韧性/
(MPa·m1/2）
1.5-2.8
4.2-7.0
5.0-8.5
5.0-5.5
4.2-7.0

相对密度/%
77-88
99-100
95-99
93-99
99-100

热胀系数/（10-6/K）
3.0
3.2-3.3
2.8-3.5
3.0-3.5
3.0-3.5

导热系数/（W/m·°C）
1.4-3
5-10
4-5
--
22

由于在氮化硅的烧结过程中要加入Al2O3、AlN或SiO2等助剂,铝原子可能取代部分硅原子的位置,氧原子可能取代部分氮原子的位置,这样的结合体就形成了一类特殊的陶瓷—硅铝氧氮陶瓷.这种陶瓷具有Si6-zAlzOzN8-z的通式,晶格与b-Si6N8相似.这种氮化物的烧结要容易得多,但烧结过程中会有部分玻璃相形成.玻璃相限制了高温下的使用,但在较低温度下的优异性能仍使此类陶瓷有广泛的应用.
氧氮化硅从氮化硅和二氧化硅的混合物中合成.在Al2O3存在的情况下,具有一定的固体溶解性.可以用无压或压力烧结加工.氧氮化硅的性能略低于氮化硅,但由于其杨氏模量较低,热胀系数较高,在热机械方面有应用的潜力.
氮化铝具有较高的导热系数,在微电子工业中用作绝缘基板.用氮化铝粉末与密化助剂和CaO或Y2O3在1650-1800°C下在氮气氛中烧结而成.用Y2O3作烧结助剂时,会有钇铝化合物在颗粒边界形成.氮化铝的导热系数随Y2O3的含量迅速增加.这是由于当Y2O3含量很低时（<0.8wt%）,钇铝化合物会在氮化铝颗粒外形成一层连续的外壳,阻止了氮化铝（导热系数50-90W/m·K）颗粒间的热传导.当钇的含量增加时,钇铝全结成较大的瘤（可达15m）,氮化铝颗粒之间能够直接接触.钇含量达到 4.2wt%时,导热系数可达160W/m·K.氮化铝的机械性能不高,且在800°C以上发生氧化,所以不能作为结构材料使用.
氮化硼的电子结构与碳相似,晶体有两种变体,一种类似于石墨（六方）,一种类似于金刚石（立方）.六方氮化硼较软,具有片层结构,可以热压成型.材料具有各向异性,因为层片垂直于压力方向取向,不同方向上的导热系数与导电率大不相同.可以用化学沉积法制造坩埚一类薄壁制品.立方氮化硼的密度和硬度要高得多,用六方氮化硼在高温高压下制得,类似人造金刚石的制法.可用作磨料或切削刀具.
氮化硅基体的复合材料主要用碳化硅晶须和碎片增强,目的是提高韧性和高温强度.由于碳化硅晶须的存在,阻碍了氮化硅基体的收缩,使无压烧结更为困难.因此,氮化硅复合材料只能用热压法才能得到致密的产品.在从烧结温度冷却时,由于基体与晶须的热胀系数不匹配,材料内会产生应力.碳化硅为4.4´10-6/K,而氮化硅为3.2´10-6/K.这样,纤维会处于张力状态而基体处于压缩状态.因此使基体开裂的应力就应更高.在径向上,晶须会收缩而减弱与基体的结合,这样会使裂缝偏移并会使晶须容易拔出,也造成增韧.虽然碳化硅晶须的加入使强度略有降低,但有显著的增韧作用,报道的最高断裂韧性为10MPa·m1/2.上述各类氮化物的性能见表5－8.
表5－8氮化物陶瓷的性能

硅铝氧氮
氧氮化硅
（Si2N2O）
氮化铝
（AlN）
六方氮化硼
(平行于晶片)
六方氮化硼
(垂直于晶片)
立方氮化硼

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

挠曲强度/MPa
750-950
450-480
235-370
低
低
高

理论密度/%

2.90
3.20
2.27
2.27
3.48

热胀系数/
(10-6/K）
3.0-3.7
4.3
4.4-5.7
2-6
1-2
--

导热系数/（W/m·K）
15-22
8-10
50-170
20
33
--

5.3.5金属陶瓷
顾名思义,金属陶瓷是金属与陶瓷的结合体,实际上是一种复合材料.其分散相是陶瓷颗粒,多为碳化物,如碳化钛、碳化钨等.基体是一种金属或几种金属的混合物,如镍、钴、铬、钼等.实际上金属仅起到粘合剂的作用,将坚硬的陶瓷粒子粘合在一起.金属陶瓷家族中最著名的成员是钴粘合的碳化钨.
图5-16金属陶瓷的制备过程
碳化钨/钴的起点原料是钨的粉末,通过碳化将钨粉转化为碳化钨.然后将碳化钨粉末与钴一起球磨,一方面减小碳化钨的粒度,一方面将钴涂到陶瓷表面.涂饰好的粉末按粒度分级,取所需粒度压成型坯.型坯在真空下或氢气氛中烧结成型.所谓烧结不过是将金属熔融,把陶瓷粒子彻底“焊”在一起.图5-16是金属陶瓷的一般制备流程.
陶瓷金属比任何工具钢都硬,耐磨性能极佳.可作切削工具,可作任何软、硬表面的磨擦件.如果单纯使用陶瓷,因为其脆性,不能用作切削工具、模具或振动强烈的机器部件.而金属陶瓷中的金属提供了韧性,陶瓷提供了硬度与强度,这种复合产生了性能上的协同效应.
金属陶瓷有下列共同的特点：
模量比钢高（413-620GPa）.
密度高于钢.
压缩强度高于大多数工程材料.
硬度高于任何钢与其它合金.
拉伸强度与合金钢相当（1380MPa）.
表5-9 各种规格的金属陶瓷
用途代码
等级
成分
硬度
(RA)
侧向断裂强度
(MPa)

WC
TiC
TaC
Co

加工属铸铁,有色金属与非金材料
C-1
粗加工
94
-
-
6
91
2000

C-2
通用加工e
92
-
2
6
92
1550

C-3
细加工
92
-
4
4
92
1520

C-4
精加工

96
-
4
93
1400

加工碳钢,合金钢与工具钢
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
细加工
70
12
12
6
92
1750
br/>C-8
精加工
77
15
3
5
93
1180

耐磨件
C-9
无振动
94
-
-
6
92
1520

C-10
轻振动
92
-
-
8
91
2000

C-11
强振动
85
-
-
15
89
2200

抗冲击件
C-12
轻度
88
-
-
12
88
2500

C-13
中度
80
-
-
20
86
2600

C-14
重度
75
-
-
15
85
2750

目前市场上已有多种规格的金属陶瓷,其碳化物的种类、含量、粒度不同,金属粘合剂的种类与含量不同.表5-9列出了各种规格的成分、性能与用途.由于碳化钽比碳化钨还硬,含碳化钽的金属陶瓷更为耐磨.金属含量越低,陶瓷粒度越细（<1mm）,耐磨性能越好.所有金属陶瓷都具有室内耐腐蚀性,含有镍和铬的金属陶瓷可耐化学环境的腐蚀.表中侧向断裂强度一项是机械强度的度量,该项强度越高,冲击强度越高.但作为陶瓷,抗冲击性能毕竟是有限的,比任何金属都要低.作为最坚硬的材料之一,金属陶瓷的加工性能很差,不能车,不能锯,甚至不能钻孔,只能进行电火花加工.如果同一个部件需要两件以上,最经济的办法就是加工一个烧结模具.把加工的问题放到烧结以前解决.限制金属陶瓷应用的最大障碍是价格问题.1996年价格为$44/kg.这个价格是普通工具钢的5倍.但要考虑到作为耐磨部件和切削工具,金属陶瓷的寿命是工具钢的50倍,这个价格就应该不成为问题了.

匿名用户 | 2017-05-23 07:51