《先进陶瓷材料及进展》第一章概述

先进陶瓷材料及进展尹奇异,第一章概述,教学基本要求,了解陶瓷的定义和发展历史。掌握陶瓷的分类、特性及用途。理解陶瓷的特点。了解先进陶瓷的发展前景。,1.0教学基本要求第一章概述,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,约50万年前，人类学会了用火，慢慢知道黏土成型经火烧制后可变成坚硬耐用的器物。“黏土经成型后高温烧制而得的坚硬的、遇水不会分散的致密材料”成为陶瓷最早的定义。,早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水率、断面粗糙无光、不透明，被称为陶器。瓷是在陶的制作工艺基础上，对工艺条件和原料控制更严格、烧制温度更高所得材料。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,汉代柿蒂云纹红陶器,汉代盾牌武士佣,汉代陶器男欢女爱,汉代陶狗,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,景德镇陶器,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,希腊陶器,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,制陶原料高岭土是江西省景德镇东郊高岭村所产，景德镇也就成了瓷都。明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士以“瓷”（china）作为国名。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,陶瓷在人类文明史上功不可没。人类最早使用的工具石器，可以说就是一种最早的天然陶瓷材料。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,仙人洞旧石器时代遗址,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,石斧,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,陶瓷既是我国最杰出的科学成就之一，又是中华文明伟大象征之一。就陶瓷研究历史进程看，可简单概括为三个发展阶段，如图1-1所示。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,图1-1陶瓷研究发展的三个阶段,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,新石器时代，我们的祖先就会制作陶器。然而陶器仅是一种含有较多气孔、质地较松的未完全烧结制品。东汉晚期，陶器步入了瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上十分重要的里程碑。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,汉代瓷器,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,随着科学技术的进步与发展，由瓷器又衍生出许多种类的陶瓷。日用陶瓷、工业陶瓷与水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等统称为硅酸盐制品。人们一般将这一类陶瓷制品成为传统陶瓷或普通陶瓷。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,20世纪以来，特别是第二次世界大战之后，随着宇宙开发、原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，陶瓷研究的发展则从传统陶瓷跃入第二阶段先进陶瓷阶段。先进陶瓷（AdvancedCeramics）是为了有别于传统陶瓷而言的。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,先进陶瓷是在传统硅酸盐陶瓷的基础上，吸收了相邻学科的先进技术而发展起来的一门综合而又相对独立的学科。这一阶段先进陶瓷被称为微米级先进陶瓷。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,小影霸显示卡使用先进纳米陶瓷风扇,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,20世纪90年代，陶瓷的研究进入了第三个阶段纳米陶瓷阶段。所谓纳米陶瓷，是指显微结构中物相具有纳米（nm）级尺度的陶瓷材料，它包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在纳米量级的尺度上。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,TiO2陶瓷薄膜AFM照片,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,纳米陶瓷是当前陶瓷材料研究中的一个十分重要发展趋向，它将促使陶瓷材料从工艺到理论、从性能到应用提高到一个崭新阶段。,1.1陶瓷的定义和发展历史第一章概述,一按化学成分分类,氧化物陶瓷。碳化物陶瓷。氮化物陶瓷。硼化物陶瓷。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.1陶瓷按化学成分分类表,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.1陶瓷按化学成分分类表(续,完),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,二按陶瓷的概念与用途分类,传统陶瓷,又称普通陶瓷。根据其使用领域的不同，又可分为日用陶瓷、艺术陈设陶瓷、建筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等。传统陶瓷以外的广义陶瓷概念中所涉及的陶瓷材料和制品即为先进陶瓷。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,中国传统的陶瓷建筑构件,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,先进陶瓷(结构陶瓷与功能陶瓷),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.2传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较(续1),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.2传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较(续2,完),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,三传统陶瓷的分类,传统陶瓷按所用原料及坯体致密度分为两大类：陶器和瓷器。根据性能和特征的差别，陶器和瓷器可分成几个小类，具体分类见表1-3。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,汉代陶器,景德镇陶器,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,瓷器,表1.3传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续1),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.3传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续2),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.3传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续3),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.3传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续4),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.3传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续5),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.3传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续6,完),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,四先进陶瓷的分类、特性及用途,先进陶瓷按其特性和用途,可分为两大类:结构陶瓷和功能陶瓷。所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。其分类、特性及用途见表1-4。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,半导体精密结构陶瓷,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,陶瓷椅,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.4结构陶瓷的分类、特性和用途(续1),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.4结构陶瓷的分类、特性和用途(续2),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.4结构陶瓷的分类、特性和用途(续3),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.4结构陶瓷的分类、特性和用途(续4,完),注：f纤维；w晶须，原子排列极为有序，结构十分完整的单晶纤维，强度接近原子间的理论强度，直径在纳米级，长度在几十微米，可用作良好的补强材料。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,所谓功能陶瓷，是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷的分类、特性和用途见表1-5。有关先进陶瓷的分类，也可以参见表1-6。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,雷达表(多功能陶瓷),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续1),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续2),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续3),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续4),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续5),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续6),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续7),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续8),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续9),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续10),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.5功能陶瓷的分类、特性和用途(续11,完),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.6先进陶瓷的分类(续1),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,表1.6先进陶瓷的分类(续2,完),1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,必须指出,上述分类并非绝对。结构陶瓷和功能陶瓷有时并无严格界限,某些陶瓷，二者兼而有之。,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,负离子远红外多功能生态抗菌保健陶瓷装饰材料,1.2陶瓷的分类、特性及用途第一章概述,一陶瓷材料的性能特点,高硬度，决定了它具有优异的耐磨性。高熔点，决定了它具有杰出的耐热性。高化学稳定性，决定了它具有良好的耐蚀性。致命弱点脆性，限制了特性发挥和应用。,1.3陶瓷的特点第一章概述,1.3陶瓷的特点第一章概述,二先进陶瓷与传统陶瓷的比较,先进陶瓷与传统陶瓷在原料组成、制备工艺、组织结构及性能方面均有显著区别。参见表1-7。,陶瓷韧化成为世界瞩目的陶瓷研究领域中的核心课题。,1.3陶瓷的特点第一章概述,表1.7传统陶瓷与先进陶瓷的对比,1.3陶瓷的特点第一章概述,信息、能源、新材料被誉为当代科学技术的三大支柱。先进陶瓷作为一种新材料，以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会中将发挥显著的作用。,1.4先进陶瓷的发展前景第一章概述,随着世界科技的不断进步，可以预见，先进陶瓷材料在21