陶瓷具有怎样的微观结构 _小知识

陶瓷具有怎样的微观结构
多晶陶瓷材料的微观结构如图1所示，是复杂的结构体，然而在单晶中却不存在晶界。此外，由于空隙、缺陷、副成分相的存在，而赋于材料以多种特性。以往将这些晶界及副成分相等看作是有害因素，尽量将其排除，最大限度地使材料接近单晶。但自从知道了将晶界和表面从积极方面加以利用，便可获得新的功能后，反而将其充分利用，促进了功能陶瓷的开发。
现将图1的晶界部位进行简要说明。因为晶界附近的能量高，所以，通常杂质聚集于晶界。这时，杂质或在晶粒之间形成第二相乃至第三相，或偏析于晶界。根据杂质和添加物的多少，微观结构由图1的A向B移动。但这时晶界的形状、晶粒的形状随物质、成分和烧结方面而变化。例如，在氧化铝中，虽然以Al2O3-MgO系为原料组成进行烧结的，但这时MgO在晶界偏析而抑制Al2O3晶粒成长，所以获得了如图2（a）所示的烧结组织，气孔被排除。它作为透光性氧化铝，可以用作钠灯的外套管。图2（b）所示是晶粒异常成长之一例。它虽然也可作为氧化铝陶瓷之一，但却是由于杂质介入和原料颗粒直径变化而产生的物质。晶粒的尺寸从强度方面来看也是重要的，通常，材料的强度由下式表示。
【陶瓷具有怎样的微观结构】式中，γt ——破坏能；E——弹性模量；C——开裂长度的二分之一；Y——几何常数。该式中的C，相当于直接影响强度的最大开裂的长度。当然，晶粒直径、气孔直径也包括在内，而且最大直径与其对应。因而，异常晶粒的存在也会使强度降低，即使平均粒径大，也会导致强度的下降。在前述氧化铝陶瓷情况下，为了确保强度，晶粒的直径最好是小一些。上式的分子相当于断裂韧性值KIC 。将作为机械材料而引人注目的氮化硅陶瓷那样的晶粒形状长柱化，从而提高KIC值也是可行的（图3）。晶界的存在对电子陶瓷也极为重要。氧化锌（ZnO）非线性电阻和PTC陶瓷、BL电容嚣等就是利用了晶界的陶瓷。另外，利用其表面的多孔质陶瓷，除作为催化剂载体而广泛使用外，作为气敏元件、湿敏元件使用也是重要的。