陶瓷材料的基本性能要点有哪些？

　　一、物理性能

　　密度

　　定义：单位体积材料的质量，与成分和微观结构（如气孔率）密切相关。

　　典型值：传统陶瓷（如黏土制品）密度约2.0~2.5 g/cm³；先进陶瓷如Al₂O₃（3.9 g/cm³）、SiC（3.2 g/cm³）。

　　应用影响：轻量化需求下，低密度陶瓷（如多孔陶瓷）适用于隔热或过滤材料。

　　硬度

　　定义：抵抗局部塑性变形（如压痕或划痕）的能力，常用莫氏硬度或维氏硬度（HV）表征。

　　典型值：金刚石（HV≈10,000）、Al₂O₃（HV≈1,500~2,000）、SiC（HV≈2,500）。

　　优势：高硬度赋予陶瓷的耐磨性，适用于切削工具、轴承等。

　　表面特性

　　粗糙度：抛光后可达纳米级（如Ra<0.1 μm），影响摩擦系数与光学性能。

　　润湿性：多数陶瓷为亲水性，通过表面改性（如硅烷化）可调整为疏水性。

　　二、机械性能

　　强度

　　抗压强度：陶瓷抗压强度极高（如Al₂O₃可达2,500 MPa），但抗拉强度仅为抗压强度的1/10~1/20。

　　抗弯强度：反映材料抵抗弯曲断裂的能力，如ZrO₂增韧陶瓷可达1,200 MPa。

　　缺陷敏感性：微裂纹或气孔显著降低强度，需通过高致密化工艺（如热等静压）改善。

　　韧性（断裂韧性）

　　定义：材料抵抗裂纹扩展的能力，以应力强度因子（KIC）表示。

　　增韧机制：相变增韧、纤维/晶须增强、微裂纹偏转等。

　　弹性模量

　　定义：材料在弹性变形阶段的应力-应变比值，反映刚性。

　　典型值：Al₂O₃≈380 GPa，SiC≈450 GPa（高于大多数金属）。

　　应用：高模量陶瓷适用于高刚度需求场景（如精密仪器基板）。

　　三、热性能

　　熔点与高温稳定性

　　典型熔点：Al₂O₃（2,072℃）、SiC（2,700℃），适合高温环境（如航天器热防护）。

　　高温蠕变：多数陶瓷在高温下蠕变率低，但玻璃相含量高时易软化。

　　热膨胀系数（CTE）

　　定义：温度变化引起的尺寸变化率，与晶体结构相关。

　　典型值：Al₂O₃（8×10⁻⁶/℃）、SiC（4×10⁻⁶/℃），低CTE陶瓷（如堇青石）用于热冲击敏感部件。

　　导热性

　　典型值：AlN（170~200 W/m·K）用于散热基板；ZrO₂（2~3 W/m·K）适合隔热涂层。

　　各向异性：单晶陶瓷（如蓝宝石）沿不同晶向导热性差异显著。

　　热震抗力

　　评价指标：材料承受急剧温度变化而不破裂的能力，与强度、导热性、CTE相关。

　　优化手段：引入微裂纹缓冲热应力（如部分稳定ZrO₂）。

　　四、电性能

　　绝缘性

　　电阻率：传统陶瓷（如Al₂O₃）电阻率>10¹² Ω·cm，适用于高压绝缘子。

　　击穿场强：Al₂O₃可达10~30 kV/mm，纯度越高性能越优。

　　介电损耗（tanδ）：高频应用中需tanδ<0.001，通过掺杂降低（如MgO掺杂Al₂O₃）。

　　无铅替代：KNN（KNaNbO₃）体系逐步替代含铅材料。

　　五、化学性能

　　耐腐蚀性

　　酸性环境：Al₂O₃耐强酸（除HF），SiC耐浓硫酸与盐酸。

　　碱性环境：SiO₂基陶瓷易受强碱侵蚀，需选用ZrO₂或Si₃N₄。

　　抗氧化性

　　高温氧化：SiC表面生成SiO₂保护层，可在1,600℃下长期使用。

　　六、微观结构对性能的影响

　　结构特征影响性能优化方法

　　晶粒尺寸细晶（<1 μm）提高强度与韧性快速烧结、添加剂抑制晶粒生长

　　气孔率高气孔率降低强度与导热性热等静压、液相烧结

　　晶界相玻璃相降低高温性能晶界工程（如晶界结晶化）

　　第二相分布均匀分散增强增韧效果纳米复合、原位反应合成。