第一章陶瓷材料

陶瓷材料概论第一章CompanyLogo

了解陶瓷材料的定义和发展历史。

掌握陶瓷材料的分类、特性及用途。

理解陶瓷材料的特点。教学基本要求陶瓷?CompanyLogo1.1陶瓷的定义和发展历史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。陶器的制作CompanyLogo汉代柿蒂云纹红陶器汉代盾牌武士佣汉代陶马古希腊陶器1.1陶瓷的定义和发展历史材料制备技术秦兵马俑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CompanyLogo1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo瓷器的生产过程1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo景德镇陶瓷1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制备、成型、烧结坯料制备通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团。1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo成型将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。烧结生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo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CompanyLogo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CompanyLogo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。汉代瓷器1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo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称为传统陶瓷或普通陶瓷。1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo20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。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CompanyLogo20世纪90年代，陶瓷研究进入了第三个阶段—纳米陶瓷阶段。小影霸（纳米陶瓷风扇）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。纳米陶瓷菜刀纳米陶瓷轴承1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo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，陶瓷的发展经历了三次重大飞跃。陶器高铝土黏土和瓷土应用釉的发明瓷器(传统陶瓷)原料纯化工艺与理论的发展显微结构分析的进步性能研究的深入无损评估的成就相邻学科的推动先进陶瓷(微米级)纳米陶瓷高温技术的发展1.1陶瓷的定义和发展历史CompanyLogo氧化物SiO2MgOMgAl2O4BeOTiO2V2O5B2O3MgO·Al2O3Y2O5Al2O3CaOZrO23Al2O3·2SiO2Cr2O3CeO2ZrSiO4CaSiO3PbZrTiO3BaTiO3碳化物WCB4CTiCZrCHfCTaCBe2CUCVCNbCMo2CMoC1.2陶瓷的分类及用途1.2.1按化学成分分类氮化物Si3N4TiNBNAlNC3N4ZrNVNTaNNbNScN硼化物TiB2ZrB2Mo2BWB6LaB6HfBWBZrB主要作为添加剂或第二相CompanyLogo1.2陶瓷的分类及用途1.2.2按陶瓷的概念及用途分类传统陶瓷,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。中国传统的陶瓷建筑构件先进陶瓷(结构陶瓷与功能陶瓷)CompanyLogo生产工序传统陶瓷先进陶瓷原料天然矿物原料（黏土、长石、石英等）人工精制合成原料（氧化物和非氧化物两大类）成型可塑、注浆、压制压制、热压铸、注射、轧膜、流延、等静压为主1.2陶瓷的分类及用途烧成温度在1300℃以下，燃料以煤、油、气为主结构陶瓷常需1600℃，功能陶瓷需精确控制温度，以电、气、油加热为主加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和抛光等用途日用、艺术陈设、建筑卫生、化学化工、电瓷结构陶瓷、功能陶瓷CompanyLogo1.2陶瓷的分类及用途1.2.2按陶瓷的概念及用途分类陶瓷传统陶瓷先进陶瓷陶器：粗陶器、普通陶、精陶器瓷器：炽器、普通瓷、细瓷器结构陶瓷：作结构材料，制造结构零部件，主要使

用其力学性能：强度、硬度、耐高温性（高温强度、抗热震、耐烧蚀性）等。功能陶瓷：作功能器件，制造功能器件，主要使用其物理性能：电、磁、热、光、生物性能等。按所用原料及坯体致密度划分CompanyLogo1.3陶瓷材料的特点高硬度，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。1.3.1陶瓷材料的性能特点金属键离子键共价键没有方向性具有很好的塑性变形性能具有很强的方向性和很高的结合能CompanyLogo1.3陶瓷材料的性能特点1.3.2先进陶瓷与传统陶瓷的比较化学成分组织结构烧结温度力学性能传统陶瓷多元化合物复合物、天然矿物多孔体表面上釉≤1300℃强度韧性低先进陶瓷人工提纯或合成高纯组元致密无孔不上釉>1300℃高强高韧1.4陶瓷材料的组成相及其结构陶瓷材料的特性主要是由它的物质结构和微观组织的特点所决定。陶瓷的结合键是离子键和共价键。陶瓷材料结构的另一特点是显微组织的不均匀性和复杂性。

陶瓷材料的基本相及其结构要比金属材料复杂得多。陶瓷材料通常是由三种不同的相组成，即晶体相、玻璃相和气相。（1）陶瓷的晶体结构晶体相是陶瓷材料中最主要的组成相，尤其是主晶相——决定陶瓷的物理化学性能。例如：Al2O3刚玉瓷，晶体组成结构紧密，具有机械强度高，耐高温，耐腐蚀性能。

BaTiO3，PbTiO3瓷：晶体在居里点附近有很大的介电常数，可组成性能优良的介电陶瓷。晶体结构主要取决于原子间化学键的结合类型。（2）玻璃相结构玻璃相的作用：填充晶粒间隙、粘结晶粒，使陶瓷材料致密。降低烧成温度，改善工艺性能，抑制晶粒长大。固体材料结构

晶态：原子周期规整排列（长程有序）

非晶态：原子无规则排列（短程有序）——玻璃和非金属（3）气相各种陶瓷材料中气孔的含量差别很大，可以在0~90%之间变化，一般为5~10%（体积比）。分为开口气孔和闭口气孔。开口气孔影响材料透气性、真空致密性、催化反应表面活性和化学腐蚀性。还使陶瓷材料导热率下降，介电损耗增大、抗电击穿强度降低。气孔还是应力集中的地方，并且有可能直接发展成为裂纹，将