第七、八章陶瓷材料

1、主要内容主要内容二、陶瓷材料的结构二、陶瓷材料的结构三、陶瓷材料的性能三、陶瓷材料的性能四、陶瓷材料的工艺四、陶瓷材料的工艺五、陶瓷材料的应用五、陶瓷材料的应用一、绪论一、绪论 1、陶瓷材料的概念、陶瓷材料的概念一、绪论一、绪论 陶瓷是陶器和瓷器的总称，用天然原料或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。 陶瓷材料是人类应用最早的材料。传统的陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料，新近发展起来的先进陶瓷或称精细陶瓷，成分扩展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等，其内涵远远超出了传统陶瓷范畴，几乎涉及整个无机非金属领域。 什么是陶？什么是陶？什么是瓷

2、？什么是瓷？陶和瓷的区别是什么？陶和瓷的区别是什么？ 陶器是指以普通粘土为主要原料，经手捏、轮制、模塑等方法加工成型后在8001000高温下焙烧而成，坯体不透明、不致密、有微孔、易渗漏、强度不高、具有吸水性等特点，敲之声音不清。 瓷器是以瓷土（高岭土）、长石、石英等天然原料制得坯胎，通过在窑内经过高温（约1280-1400）烧制而成。胎体玻化或部分玻化，而且一般都上釉。气孔率低，吸水率不大于3%、质地硬、强度大、敲击声清脆等特点的一类制品。 陶器和瓷器的主要区别陶器和瓷器的主要区别 烧成温度不同。烧成温度不同。陶器烧成温度一般都低于瓷器，最低甚 至达到800以下，最高可达1100左右。瓷器的烧

3、成 温度则比较高，大都在1200以上，甚至有的达到 1400左右。 坚硬程度不同坚硬程度不同。陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结， 敲击时声音发闷，胎体硬度较差，有的甚至可以用钢刀 划出沟痕。瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结，敲击时 声音清脆，胎体表面用一般钢刀很难划出沟痕。 使用原料不同。使用原料不同。陶器的胎料是普通的粘土，瓷器的胎料则 是瓷土，即高岭土。 透明度不同。透明度不同。陶器的坯体即使比较薄也不具备半透明 的特点。瓷器的胎体无论薄厚，都具有半透明的特点。 釉料不同。釉料不同。陶器多不施釉或施低温釉陶器多不施釉或施低温釉, ,即即一般的陶器表 面无釉，即使有釉也是低温釉。瓷器则多施釉，

4、瓷器则多施釉，瓷器的 釉料有两种，既可在高温下与胎体一次烧成，也可在高 温素烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成。 吸水率不同。吸水率不同。陶器有较强的吸水性。一般来说，瓷的吸 水率小于0.5%，而陶的吸水率大于10%。 含铁量不同。含铁量不同。陶的含铁量一般在3%以上，瓷胎含铁量一 般在3%以下。 胎体特征不同胎体特征不同。陶器未玻化或玻化程度差，结构不致 密，断面粗糙。瓷器玻化程度高，结构致密。 兵马俑，亦称陶俑，是典型的陶制品。兵马俑，亦称陶俑，是典型的陶制品。 举世闻名的秦兵马俑是秦代制陶工人的杰作。原料就地取土，未加调配。使用如此一般的粘土烧制这样巨大的陶俑而不变型，历经2000余年不损

5、坏，这说明当时制陶技术的精湛、高超。 秦兵马俑秦兵马俑 著名的唐三彩创始于唐高宗时期。所谓三彩，是用白色粘土做胎，以Cu、Fe、Co、Mn等的矿物做釉的着色剂，经两次烧制后，成为绚丽多彩的陶器精品。颜色以黄、绿和白色为主，故称“唐三彩”。但三彩是表示多色，并不是在一件器物上只限于三种色釉。 宜兴紫砂壶自明朝流传至今，制造技术精湛，色泽淳朴，用来泡茶，茶不失原味，耐热保温，不易变质。紫砂泥由粘土、石英、云母、赤铁矿组成，其中Fe2O3含量约占7%-10%，TiO21%。 经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到瓷，在技术上主要实现了三大突破：瓷土的发现和利用瓷土的发现和利用 瓷土与陶土相比，Fe2

6、O3、CaO、MgO等称为助熔剂的物质明显减少，SiO2的含量也降至70%以下，而Al2O3的含量显著增加。釉的发明和创新釉的发明和创新 釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一定的比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。 烧制温度的提高烧制温度的提高 烧制温度从8001000提高到1200以上，相应配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表面，冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。 瓷器是我国古代最重要的发明之一，凝聚着我国劳动人民的智慧。最早出现于距今3000多年前的商周，后经过近1000年的发展，到

7、汉代已日趋成熟，在唐、宋、元、明、清历代，造瓷技术水平登峰造极，江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬。至今藏于中国故宫博物院的大批古瓷器都是传世珍品。元代（公元12711368年） 是中国青花瓷器烧造工艺发展历史的重要时期。这一时期在前代釉下彩等工艺基础上逐步确立、完善了青花瓷器的烧造技术，并形成了自身的独特风格。到明清时期（公元13681911年），青花瓷器已经发展成为中国瓷器中的主要产品。 主要种类主要种类类类 别别按用途、性能等细分的品种按用途、性能等细分的品种普通普通陶瓷陶瓷日用陶瓷日用陶瓷餐茶具餐茶具中西餐茶具：中西餐茶具：盘，碗，杯，碟，壶盘，碗，杯，碟，壶等等

8、陈设瓷陈设瓷花瓶，陶瓷雕塑花瓶，陶瓷雕塑，陶瓷画，陶瓷画，建筑卫生陶瓷建筑卫生陶瓷墙地砖墙地砖外墙砖，内墙砖，外墙砖，内墙砖，地砖地砖卫生陶瓷卫生陶瓷洗面器，大小便器，洗涤器洗面器，大小便器，洗涤器，手纸盒，手纸盒电电 瓷瓷低压电瓷低压电瓷用于用于1KV的电瓷的电瓷高压电瓷高压电瓷用于用于1KV的电瓷，的电瓷，先进先进陶瓷陶瓷功能陶瓷功能陶瓷电子陶瓷电子陶瓷利用本征特性，如装置瓷，电阻等利用本征特性，如装置瓷，电阻等功能陶瓷功能陶瓷利用功能特性，如敏感、压电陶瓷利用功能特性，如敏感、压电陶瓷结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷利用本征特性，如高强度，耐高温，利用本征特性，如高强度，耐高温，耐磨，耐

9、腐蚀等耐磨，耐腐蚀等2、陶瓷的分类、陶瓷的分类 特征特征 类别类别吸水率吸水率（）（） 特特 征征 陶陶 器器粗陶器粗陶器15不施釉，制作粗糙不施釉，制作粗糙普通陶器普通陶器12断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉，制作不够精细断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉，制作不够精细细陶器细陶器710断面颗粒较细，断面颗粒较细，气孔较小，结构均匀，表面施釉，制作精细气孔较小，结构均匀，表面施釉，制作精细 炻炻 器器粗炻器粗炻器37透光性差，胎体较厚，断面呈石状，制作较粗，透光性差，胎体较厚，断面呈石状，制作较粗，细炻器细炻器13透光性差，胎体较薄，断面呈石状，制作较细透光性差，胎体较薄，断面呈石状，制作较细

10、 瓷瓷 器器普通瓷器普通瓷器1有一定透光性有一定透光性，断面呈石状或贝壳状，制作较精细，断面呈石状或贝壳状，制作较精细细瓷器细瓷器0.5透光性好透光性好，断面细腻断面细腻，呈贝壳状，呈贝壳状，制作精细制作精细日用陶瓷的细分类日用陶瓷的细分类日用陶瓷日用陶瓷唐山骨质瓷茶具唐山骨质瓷茶具景德镇飞天雕塑景德镇飞天雕塑景德镇三阳开泰景德镇三阳开泰建筑卫生陶瓷建筑卫生陶瓷建筑陶瓷：用于建筑物饰面或作建筑陶瓷：用于建筑物饰面或作为建筑构件的陶瓷制品。为建筑构件的陶瓷制品。卫生陶瓷：用作卫生设施的有釉卫生陶瓷：用作卫生设施的有釉陶瓷制品。陶瓷制品。金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器10kV瓷拉棒绝缘子瓷拉棒绝

11、缘子盘型悬式绝缘子盘型悬式绝缘子电瓷电瓷 陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。二、陶瓷的晶体结构二、陶瓷的晶体结构1 1、陶瓷材料的结合键、陶瓷材料的结合键19共价键共价键离子键离子键 2 2、陶瓷材料的相组成、陶瓷材料的相组成晶相玻璃相气相 普通陶瓷普通陶瓷的典型组织是由晶体相晶体相、玻璃相玻璃相和气体相气体相组成的。特种陶瓷特种陶瓷的原料纯度高，组织比较单一。如含Al203在95%以上氧化铝陶瓷，其组织主要由Al203晶体和少量气体相组成。l晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性

12、质的主要是晶相。 主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐(硅酸盐、钛酸盐等)、氧化物(MgO、Al2O3)、非氧化物(SiC，Si3N4)等。 玻璃相的强度比晶体相低、结构疏松、热稳定性也差，因此作为工业陶瓷必须控制玻璃相的含量。现在，许多高性能陶瓷几乎都是不含玻璃相的结晶态陶瓷。l玻璃相是陶瓷烧结时，各组成物和杂质经一系列物理化学反应后形成的一种非晶态的固体物质。陶瓷中这种低熔点的玻璃相的作用是将分散的晶体相粘结在一起，降低烧成温度，加快烧结过程，控制晶体长大以及填充气孔空隙的作用。 气孔对陶瓷的性能是不利的，它使应力集中，降

13、低材料的强度，是造成裂纹的根源。因此，工业陶瓷力求气孔小、数量少，并分布均匀。l陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、化学作用所生成的空隙。气体相以孤立状态分布于玻璃相中，或以细小气孔存在于晶界或晶内，约占普通陶瓷体积的5%10%或更多一些。典型晶体结构 3、陶瓷材料的晶体结构、陶瓷材料的晶体结构 陶瓷材料的晶体结构不像金属那样简单，可分为典型的晶体结构和硅酸盐晶体结构。结构代号结构名称配位数阴离子堆积方式阳离子位置举例AB氯化铯8:8简单立方全部立方体空隙CsCl、CsBr、CdI岩盐型6:6立方密堆全部八面体空隙NaCl、MgO、NiO、TiC、TiN砷化镍6:6六方密

14、堆全部八面体孔隙NiAs、FeS、FeSe、CoSe闪锌矿4:4立方密堆1/2四面体空隙ZnS、BeO、金刚石、-SiC纤锌矿4:4六方密堆1/2四面体空隙ZnS、ZnO、-SiCAB2萤石型8:4简单立方1/2立方体空隙CaF2、c-ZrO2、UO2、ThO2金红石6:3畸变立方1/2八面体空隙TiO2、VO2、SnO2、MnO2硅石型4:2四面体四面体空隙SiO2、GeO2A2B反萤石4:8立方密堆全部四面体空隙Li2O、Na2O、K2O、Rb2O赤铜矿2:4体心立方八面体空隙K2O、Ag2OA2B3刚玉型6:4六方密堆2/3八面体空隙-Al2O3、Cr2O3、-Fe2O3ABO3钙钛矿1

15、2:6:6六方密堆1/4八面体空隙CaTiO3、BaTiO3、PbZrO3、PbTiO3钛铁矿6:6:4六方密堆2/3八面体空隙FeTiO3、MgTiO3、MnTiO3、CoTiO3A2BO4橄榄石6:4:4六方密堆1/2八面体空隙A1/8四面体孔隙BMg2SiO4、Fe2SiO4AB2O4尖晶石4:6:4立方密堆1/8四面体空隙A1/2四面体孔隙BMgAl2O4、CoAl2O4、ZnFe2O4B(AB)O4尖晶石（倒反）4:6:4立方密堆1/8四面体空隙B1/2八面体孔隙ABMgTiMgO4、FeMgFeO4表7-1 陶瓷典型结构 硅酸盐晶体结构 结构名称连接方式Si:O结构形状结构式实例岛

16、状01:4四面体SiO44-Mg2SiO4环状11:3.5双四面体Si2O76-Ca2Si2O721:3三节环Si3O96-BaTiSi3O9四节环Si4O128-Ba4（Ti,Nb,Fe8O16Si4O12Cl六节环Si6O1812-Be3Al2Si6O18链状21:3单链Si2O64-CaMgSi2O62.51:2.75双链Si4O116-Ca2Mg5Si4O11(OH)2层状31:2.5平面层Si4O104-Mg3Si4O10(OH)2架状41:2骨架SiO2SiO2Si4-xO8x-NaAlSi3O8表7-2 硅酸盐晶体结构 硅酸盐是构成地壳的主要物质，也是制造陶瓷的主要原料。粘土的晶

17、体结构 粘土是由铝硅酸盐岩石长期风化形成的颗粒小于0.01mm的矿物。单矿物粘土是生产陶瓷的重要原料。粘土属于层状硅酸盐结构，根据硅-氧四面体片与铝-氧八面体片共用氧原子情况不同，粘土的晶体结构可分为1:1层状结构（一个硅氧片和一个铝氧片共用氧原子）和2:1层状结构（两个硅氧片和一个铝氧片共用氧原子）。高岭石族粘土和高岭石族粘土和埃洛石族粘土埃洛石族粘土属于1:1层状结构，见图7-1；蒙脱石族粘土、叶腊石族粘土、伊利石族粘蒙脱石族粘土、叶腊石族粘土、伊利石族粘土土属于2:1层状结构，见图7-2。粘土矿物的晶体结构数据见表7-3。图7-1 1:1 层状结构 图7-2 2:1 层状结构名称晶系结构

18、式结构形状结构层数abc高岭石三斜Al2(OH)4/Si2O3层状1:15.148.937.14埃洛石单斜Al2(OH)4/Si2O5nH2O层状1:15.158.9410.1叶腊石单斜Al2(OH)2/Si4O10层状2:15.158.929.20蒙脱石单斜Al2(OH)4/Si4O10 nH2O层状2:15.158.9415.2伊利石单斜(K,H)Al2(OH)2AlSi3O10层状2:15.918.9910.1表7-3 粘土矿物的晶体结构数据 2 2石英的晶体结构石英的晶体结构 石英晶体有7种变体，均属架状硅酸盐结构。-石英、-鳞石英、-方石英结构上的差别是硅氧四面体的连接方式不同。 晶

19、型晶系结构形状晶格常数Si-O间距Si-O-Si键角-石英三方架状a=4.913, c=5.4051.61144-石英六方架状a=4.999,c=4.4571.62147-鳞石英斜方单斜架状a=8.74, b=5.04, c=8.24a=18.45, b=4.99, c=13.831.51-1.71140-鳞石英六方架状a=5.06, c=8.251.53-1.55180-鳞石英六方架状-方石英四方架状a=4.972, c=6.9211.60-1.61147-方石英立方架状a=7.121.56-1.69151表7-4 石英的晶体结构数据 3 3长石的晶体结构长石的晶体结构 图7-4 长石的晶体

20、结构(Al、Si原子有序无序影响对称性和轴长)a）完全无序透长石 b）完全有序微斜长石 c）完全有序钙长石名称晶系结构式结构形状abc透长石单斜KAlSi3O8架状8.60013.0307.180正长石单斜KAlSi3O8架状8.56212.9967.193微斜长石三斜KAlSi3O8架状8.54012.9707.220钠长石三斜NaAlSi3O8架状8.13512.7887.154钙长石三斜CaAlSi3O8架状8.17712.87714.169钡长石单斜BaAlSi3O8架状8.64013.05014.400歪长石三斜NaKAlSi3O8架状8.20012.7007.000表7-5 长石的

21、晶体结构数据 三、三、 陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷大部分为共价键和离子键，键合牢固并有方向性，同金属相比，其晶体结构复杂而表面能小。 因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性及耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。 陶瓷材料的力学性能陶瓷材料的力学性能1 1、陶瓷的弹性模量：、陶瓷的弹性模量：陶瓷的弹性模量E一般都较高，比金属材料高若干倍，比高聚物高24个数量级，极不容易变形。陶瓷材料陶瓷材料E/GPa陶瓷材料陶瓷材料E/GPa烧结氧化铝366烧结MgAl2O4233热压Si3N4320致密SiC467烧结氧化铍310烧结TiC310热压BN8

22、3烧结ZrO2150热压B4C290SiO2玻璃72石墨9莫来石瓷69烧结MgO210滑石瓷69烧结MoSi2407AlN瓷310金属材料金属材料E/GPa金属材料金属材料E/GPa钢207铝合金72.3表7-7 常见陶瓷的弹性模量 2 2、陶瓷的硬度、陶瓷的硬度 陶瓷材料陶瓷材料硬度（硬度（HV）陶瓷材料陶瓷材料硬度（硬度（HV）WC15002400ZrO21200-Al2O31500SiC2400B4C25003700Si3N41600cBN7500Sialon1800其它材料其它材料硬度（硬度（HV）淬火钢500-800金刚石1000011000表7-8 常见陶瓷的硬度 化学键的强度决定

23、了硬度的大小，所以在各类材料中陶瓷的硬度是非常高的。其硬度随温度的升高而降低，但在高温下仍能保持较高的数值。 随着温度的增加，陶瓷的硬度降低，与其它高性能的测试相比，方法简便，所需试样少。另外，高温硬度与高温强度有一定的对应关系，但硬度对温度的敏感性比强度对温度的敏感性大，即随温度的提高，硬度比强度下降得快。 图7-8 Si3N4陶瓷的硬度 理论强度很高，但由于晶界的存在，实际强度比理论值低得多。抗弯（抗弯强度高），耐压（抗压强度更高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级），具有较高的高温强度。3 3、陶瓷的强度、陶瓷的强度 陶瓷材料晶粒尺寸/um气孔率/强度/MPa高铝砖2413.

24、5烧结Al2O3480266热压Al2O330900单晶Al2O302000热压MgO10340烧结MgO201.170单晶MgO01300表7-9 常见陶瓷的断裂强度 陶瓷一般高温强度较高。当T1/2Tm时，强度才出现明显下降。图7-9 陶瓷的断裂应力与温度的关系 陶瓷材料的刚度由弹性模量衡量，弹性模量反映了结合键的强度，所以具有强大化学键的陶瓷都有很高的刚度。4 4、陶瓷的刚度、陶瓷的刚度 刚度是抵抗变形的能力，强度是抵抗破坏的能力，硬度是侵入其它物体的能力（也是不被其它物体侵入的能力）。刚度是强调不变形，或变形小；强度是强调可靠性，即不能失效；硬度是强调侵入和反侵入的能力。 注意：注意：

25、4 4、陶瓷的韧性、陶瓷的韧性 陶瓷KIC/MPa m1/2Al2O344.5Al2O3-ZrO244.5ZrO212ZrO2-Y2O3615ZrO2-CaO810ZrO2-MgO56Si3N456SiAlON57SiC3.56B4C56表7-10 常见陶瓷的断裂韧性 陶瓷的断裂韧性很低，脆性很大，是陶瓷材料的最大缺点。提高陶瓷断裂韧性的途径主要有：相变韧化、纤维韧化以及颗粒韧化等。 ZrO2的t-m马氏体相变将产生35的体积膨胀。在陶瓷中加入单向排布长纤维可改善韧性。如果颗粒种类、粒径、含量及基体选择得当，可使陶瓷材料具有一定的韧化效果，同时使高温蠕变性能得到改善。其效果不如短纤维和晶须。许

26、多先进陶瓷材料则是既坚且韧，如增韧氧化锆瓷就非常坚韧。5 5、陶瓷的塑性、陶瓷的塑性 传统陶瓷在室温几乎没有塑性，主要原因是：陶瓷多为离子键和共价键，具有明显的方向性，滑移系少；大部分陶瓷的晶体结构复杂，满足滑移的条件困难；陶瓷中位错不易形成，位错运动困难，难以产生塑性形变。 近年来还发现一些陶瓷具有超塑性，如ZrO2、Al2O3、Si3N4、SiC、TiO2等陶瓷材料。所谓超塑性是指在适当的条件下会出现异常高的塑性变形率（ l/l100% ）。 陶瓷材料的超塑性主要是由于材料界面材料界面所贡献的，是由于界面滑移所引起的。陶瓷材料的界面数量和界面性质对超塑性起决定性作用。如果界面数量太少界面数

27、量太少，没有超塑性，这是因为晶粒过大，大晶粒容易造成应力集中，界面数量过多界面数量过多虽然可能出现超塑性，但由于材料强度的下降使其应用受到限制。温度升高时物质原子振动振幅提高、原子间距增大所导致的体积长大现象。陶瓷的线膨胀系数线膨胀系数比高聚物低，比金属低得多。在一定温度梯度作用下热量在固体中的传导速率。陶瓷的导热性比金属小，陶瓷多为较好的绝热材料绝热材料。热稳定性就是抗热振性，为陶瓷在不同温度范围波动时的寿命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高温度来表征。陶瓷的热稳定性很低热稳定性很低，比金属低得多。这是陶瓷的另一个主要缺点主要缺点。陶瓷的结构非常稳定结构非常稳定。具有很好的耐火性能耐火性

28、能或不可燃不可燃烧性烧性，对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力抗蚀能力。陶瓷导电性变化范围很广导电性变化范围很广，大多数陶瓷是良好的绝缘体绝缘体。但不少陶瓷既是离子导体，又有一定的电子导电性，是重要的半导半导体材料体材料，如ZnO、NiO、Fe3O4等。陶瓷的其它性能陶瓷的其它性能 陶瓷制品的生产工艺主要包括配料、制坯成型、施釉和烧成等工序。四、陶瓷材料的工艺四、陶瓷材料的工艺有釉陶瓷制品根据焙烧次数分为一次烧成和二次烧成两种工艺。一次烧成是坯体干燥后即上釉，坯体与釉同时烧成。二次烧成是坯体干燥后先素烧，然后再施釉入窑釉烧。无釉陶瓷制品是在配料中加入适当的着色氧化物，坯体干燥后直接

29、烧成。石英(SiO2) 石英是构成地壳的主要成分，一部分以硅酸盐化合物状态存在，构成各种矿物岩石；另一部分则以独立状态存在，成为单独矿物实体。石英在瓷坯中起骨架作用骨架作用。1、原料止火温度常温晶型转变液相的过冷凝固液相析晶长石 长石在瓷坯中属熔剂熔剂，是一族矿物的总称，架状硅酸盐结构，一般又分四大类： Na2OAl2O36SiO2 钠长石 钙长石 钾长石 钡长石 K2OAl2O36SiO2 CaOAl2O32SiO2 BaOAl2O32SiO2 在陶瓷生产中使用的长石是几种长石的互溶物，并含有其它杂质，所以它没有一个固定熔融温度，只是在一个温度范围内逐渐软化熔融变为乳白色粘稠玻璃态物质。熔融

30、后的玻璃态物质能够溶解一部分粘土分解物及部分石英，促进成瓷反应的进行，并降低烧成温度，减少燃料消耗。这种作用通常称为助熔作用助熔作用。此外，由于高温下高温下长石熔体具有较大粘度长石熔体具有较大粘度，可以起到高温热塑作用与高温胶结作用，防止高温变形。冷却后冷却后长石熔体以透明玻璃长石熔体以透明玻璃体状态存在于瓷体中体状态存在于瓷体中，构成瓷的玻璃基质，增加透明度，提高光泽与透光度，改善瓷的外观质量与使用效能。 粘土 4 高岭石类，一般称为高岭土（Al2O32SiO22H2O）；4 伊利石类，这类粘土主要是水云母质粘土，或绢云母质粘土；4 蒙脱石类，主要是由蒙脱石、拜来石等构成的粘土，这类粘土又称

31、为膨润土。 粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化与地质作用而生成。在自然界中分布很广，种类繁多，藏量丰富。 粘土矿物的主要化学成分是SiO2、Al2O3和水，还含有Fe2O3、TiO2等成分。粘土具有独特的可塑性与结合性，调水后成为软泥，能塑造成形，烧后变得致密坚硬。这样一种性能构成了陶瓷的生产工艺基础，因而它是陶瓷的基础原料基础原料。粘土矿物主要有以下几类：粘土矿物主要有以下几类：2、坯体成型可塑法成形是用各种不同的外力对具有可塑性的坯料(泥团)进行加工，迫使坯料在外力作用下发生可塑变形而制成生坯的成形方法。可塑法成形主要用于传统陶瓷可塑法成形主要用于传统陶瓷。可塑

32、法成形基于坯料具有可塑性。对于可塑成形来说，要求可塑坯料具有较高的屈服值和较大延伸变形最（在破裂点前）。较高的屈服值是保证成形时坯料有足够的稳定性，而较大的延伸变形量则保证其易被塑成各种形状而不开裂。 可塑法成形注浆法成形是将制备好的坯料泥浆注入多孔性模塑内，由于多孔性模型的吸水性，泥浆贴近模壁的一层被模子吸水而形成均匀的泥层。该泥层随时间的延长而逐渐加厚，当达到所需的厚度时，可将多余的泥浆倾出。最后该层继续脱水收缩而与模型脱离，从模型中取出后即为毛坯。注浆法成形主要用于制造日用陶瓷和建筑陶瓷等形状复杂件。注浆法成形主要用于制造日用陶瓷和建筑陶瓷等形状复杂件。注浆法成形多孔性模塑准备注浆倒余浆

33、修口成品压制成形干压法成形是利用压力将干粉坯料在模型中压成致密坯体的一种成形方法。由于干压成形的坯料水分少，压力大，坯体比较致密，因此能获得收缩小、形状准确、无需大干燥的生坏。干压成形过程简单，生产量大，缺陷少，便于机械化，因此对于成形形状简单的小型坯体较为合适，但对于形状复杂的大型制品，采用一般的干压成形就有困难。干压法成形压制成型等静压成形与干压成形相似，也是利用压力将干粉料在模型中压制成形。但等静压成形的压力不象干压成形那样只局限于一、二个受压面，而是在模具的各个面上都施以均匀的压力，这种均匀受压是利用了液体或气体能均匀地向各个方向传递压力的特性。将粉料装进一只有弹性的模具内，密封，然后

34、把模具连同粉料一起放在充有液体或气体的高压容器中。封闭后，用泵对液体或气体加压，压力均匀地传送到弹性模壁和粉料上，使粉料被压成与模具形状相象的压实物，但尺寸要比模具小一些。受压结束后，慢慢减压，从模具中取出坯体。 等静压成形图8-3等静压成形过程1待成形的粉状原料2将粉料装满有弹性的软模3把模子关上并封严4把模子放在施压容器的施压介质中5施压6减压之后，得到毛坯 3、坯体干燥成形后的坯体必须进行干燥，排除水分。实践表明，生坯的强度随着水分的降低而大为提高。当生坯的水分含量干燥到12%时，已有足够的强度和吸附釉层的能力，无须再继续干燥。若生坯的水分再降低，则生坯在存放过种程中会自然吸收空气中的水

35、分。晶型转变解碳酸盐、硫化物等的分的氧化有机物、碳和无机物等排除结构水950300图8-4坯体干燥过程的示意图坯体在干燥过程中，随着水分的排出，坯体不断发生收缩。4、上釉釉是附着于陶瓷坯体表面的连续玻璃质层，具有与玻璃相类似的物理与化学性质。从外观来说，陶瓷坯体表面的釉层使陶瓷具有平滑而光泽的表面，增加陶瓷的美观，尤其是颜色釉与艺术釉更增添了陶瓷制品的艺术价值。从机械性能来说，正确配合的釉层可以增加陶瓷的强度与表面硬度，同时还可以使陶瓷的电气绝缘性能、抗化学腐蚀性能有所提高。按组分分类：按组分分类：铅釉硼釉铅硼釉长石釉石灰釉石英、长石、大理石、高岭土瓷石釉灰石英绢云母高岭土长石碳酸钙硬度较高，

36、光泽较强，略具乳白色。透光性强，适应性能好，硬度亦较高。特征 特征 釉料配料制浆施釉浸釉法喷釉法浇釉法刷釉法5、烧成经过成形、上釉后的半成品，必须最后通过高温烧成才能获得瓷器的一切特性。坯体在烧成过程中发生一系列物理化学变化，如膨胀、收缩、气体的产生、液相的出现、旧晶相的消失、新晶相的析出等等，这些变化在不同温度阶段中进行的状况决定了陶瓷的质量与性能。蒸发期蒸发期坯体内残余水分的排除，常温300左右。 氧化分解和晶型转化期氧化分解和晶型转化期 玻化成瓷期玻化成瓷期 NoImage冷却期冷却期 烧成过程大致可分为四个阶段： 先进陶瓷又称为特种陶瓷、精细陶瓷、高性能陶瓷、高技术先进陶瓷又称为特种陶

37、瓷、精细陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷陶瓷，其内涵远远超出了传统普通陶瓷范畴，几乎涉及整个无机非金属领域。 一般认为，先进陶瓷是采用高度精选且具有特定化学组成的原料，按照便于进行结构设计和控制的工艺进行制备、加工，得到的具有优异性能的陶瓷。五、陶瓷材料的应用五、陶瓷材料的应用先进陶瓷材料先进陶瓷材料原材料不同：原材料不同：先进陶瓷选用人工合成或提纯的高质量粉体作起始原料；后者则将天然矿物，如黏土、石英、长石等，经过粉碎、除渣等工艺处理后直接使用。化学组成不同：先进陶瓷化学组成不同：先进陶瓷除氧化物外，还有氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等，其化学和相组成简单明晰，纯度高，显微结构均匀细密化学和相组

38、成简单明晰，纯度高，显微结构均匀细密。传统陶瓷以氧化物为主，其化学和相组成均复杂多变，显微结构粗劣且多气孔。 1 1、先进陶瓷与传统陶瓷的差别、先进陶瓷与传统陶瓷的差别制备工艺不同。制备工艺不同。先进陶瓷必须加入添加剂才能进行干法或湿法成型，烧结温度较高（1200 -2200），且需加工后处理；而普通陶瓷烧结温度较低（900-1400）。 品种不同品种不同。先进陶瓷除烧结体外，还有单晶、薄膜、纤维、复合物；而传统陶瓷主要是天然硅酸盐矿物原体的烧结体。用途不同。用途不同。先进陶瓷因优异的力、光、电、磁性能等，被广泛应用于石油、化工、电子、航空航天、核动力、军事、纺织、生物和汽车等诸多工业领域，传

39、统陶瓷一般仅限于日用和建筑使用。 根据性能和应用不同，先进陶瓷材料可以分为结构陶瓷、功能结构陶瓷、功能陶瓷和陶瓷涂层材料陶瓷和陶瓷涂层材料等。 结构陶瓷：结构陶瓷：在工程结构上使用的陶瓷称为结构陶瓷，具有高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优越性能。 功能陶瓷：功能陶瓷：利用陶瓷具有的物理性能（电、磁、光、压电、热释电等）制造的陶瓷材料称为功能陶瓷，也称为电子陶瓷，它具有的物理性能差异很大。 陶瓷涂层材料：陶瓷涂层材料：在生产中，几乎所有部件都可以用涂层的办法来满足其对耐高温、耐化学腐蚀的要求，即加工成陶瓷涂层材料。2 2、先进陶瓷材料的分类、先进陶瓷材料的分类 结构陶

40、瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料。不同形状的特种结构陶瓷件不同形状的特种结构陶瓷件结构陶瓷结构陶瓷66 这类陶瓷是作为结构材料用于制造结构零部件，要求有更好的力学性能，如强度、韧性、硬度、模量、耐磨性及高温性能等。 不同成分陶瓷均可设计成为结构陶瓷，如Al2O3、Si3N4、ZrO2等，是常用的结构陶瓷。陶瓷零件陶瓷零件氧化铝陶瓷是一种技术成熟、工艺稳定、材料性能优良的结构陶瓷材料。由于其具有较好的耐磨性耐磨性、抗抗腐蚀性腐蚀性以及具有较高的强度较高的强度、硬度硬度和相对较低的价格相对较低的价格，因而被广泛的使用作为耐磨材料、密封制品等结

41、构部件。同时氧化铝陶瓷又具有较佳的绝缘性能绝缘性能，也常作为绝缘部件应用于电子、电器零部件。 67 成分： Al2O3少量SiO2氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷a)高强度、高温稳定性：喷嘴、火箭、导弹的导流罩 ；b)高硬度、高耐磨性：切削工具、模具、磨料、轴承、人造宝石；c)低的介电损耗、高电阻率、高绝缘性：火花塞，电路基板，管座；d)熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管，热电偶保护套等；e)离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。f)生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。68 成分： Al2O3少量SiO2氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷密封

42、环氧化铝陶瓷坩埚氧化铝陶瓷坩埚 氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚热偶套管，淬料，如耐火砖、坩埚热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。罩及轴承等。 70氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系数小，耐磨性好，抗热振性大大高于其它陶瓷。它具有优良的化学稳定性，能耐除氢氟酸、氢氧化钠外的其它酸和碱性溶液腐蚀，以及抗熔融金属侵蚀。它还具有优良的绝缘性能。 用于制造切削刀具、高温轴承、泵密封环、热电偶保护套、缸套、活塞顶、电磁泵管道和阀门等。成分：

43、以Si3N4为主要成分的陶瓷71 高性能氮化硅陶瓷高性能氮化硅陶瓷是一种通过化学反应经人工合成的结构材料，具有密度小、高强度、高硬度、耐磨损、抗氧化、自润滑、电绝缘等一系列优良性能。在航天航空、汽车发动、机械、化工、石油等领域有着广泛的用途。 热压烧结氮化硅热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。SiSi3 3N N4 4轴承轴承 反应烧结氮化硅陶瓷反应烧结氮化硅陶瓷用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。汽轮机转子汽轮机转子叶片气阀等零件叶片气阀等零件 功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料

44、等。电子绝缘件电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管氧化锆陶瓷光学导管功能陶瓷功能陶瓷75 作为功能材料，主要是利用无机非金属材料除机械性能外的优异的物理和化学性能，如电磁性、热性能、光性能及生物性能等，用以制作功能器件。 例如用于制作电磁元件的铁电陶瓷；制作电容器的介电陶瓷；作为力学传感器的压电陶瓷，还有固体电解质陶瓷、生物陶瓷、光导纤维材料等大量的功能性陶瓷。电子陶瓷电子陶瓷1、先进陶瓷的制备过程中应具备下列技术要素:原材料原材料：高纯超细、粒度分布均匀；化学组成化学组成：可以精确调整和控制；精密加工精密加工：精密可靠，而且尺寸和形状可根据需 要进行设计；烧结烧结：可根据需要进行温度、湿度、气氛和压

45、力控制。先进陶瓷的制备先进陶瓷的制备 先进陶瓷与普通陶瓷不同，通常以化学计量进行配料，要求粉料高纯超细，传统的通过机械粉碎和分级的固相法已不能满足要求。 先进陶瓷的微观结构和多功能性，在很大程度上取决于粉末原料的特性、粒度及其形状与尺寸、化学组成及其均匀度等。 随着科学技术的迅猛发展，对先进陶瓷元件提出了高精度、多功能、高可靠性、小型化的要求。为了制造出高质量的先进陶瓷元件，其关键之一就是要实现粉末原料的超纯、超细的均匀化。 在Al2O3含量较高的瓷坯中，主要晶相为刚玉(-Al2O3)。这种刚玉瓷，由于Al2O3含量高，具有很高的耐火度和强度。其生产工艺过程如下： 工业氧化铝的预烧工业氧化铝的

46、预烧：预烧使原料中的-Al2O3全部转变为-Al2O3，减少烧成收缩。预烧还能排除原料中大部分Na2O杂质。原料的细磨原料的细磨：由于工业Al2O3是由氧化铝微晶组成的疏松多孔聚集体，很难烧结致密。为了要破坏这种聚集体的多孔性，必需将原料细磨。但过细粉磨，也可能使烧结时的重结晶作用很难控制，导致晶粒长大，降低材料性能。以Al2O3陶瓷的制备过程为例：酸洗酸洗：如果采用钢球磨粉磨，料浆要经过酸洗除铁。盐酸能与铁生成FeCl2或FeCl3而溶解，然后再水洗以达到除铁的目的。成形成形：把经酸洗除铁并烘干备用的原料采用干压、挤制、注浆、轧膜、捣打、热压及等静压等方法成形，以适应各种不同形状的要求。烧成烧成：烧成制度对刚玉制品的