陶瓷材料第一章课件

陶瓷材料学Email:Tel:参考书目特种陶瓷，王零森（中南大学出版社，2005）先进陶瓷工艺学，刘维良，武理工出版，2004陶瓷材料学，周玉（哈工大出版社1995）现代陶瓷及其应用，殷声（北京科学技术出版社，1990）陶瓷工艺学，西北轻工业学院编（中国轻工业出版社，1997）JournaloftheEuropeanCeramicSocietyJournaloftheAmericanCeramicSociety本课程主要教学内容第一章、概论（2h）第二章、陶瓷晶体结构（4h）第三章、陶瓷粉体（8h）第四章、粉体成型（6h）第五章、陶瓷烧结（2h）第六章、氧化铝陶瓷（2h）第七章、氧化锆陶瓷（2h）第八章、碳、氮化物化陶瓷（2h）第九章、金属陶瓷（2h）越窑青瓷、邢窑白瓷、景德镇影青瓷、唐三彩唐朝瓷器从半透明釉到半透明胎-------陶瓷发展的第三次飞跃景德镇、五大名窑（汝、定、官、越、钧）宋朝彩瓷由三彩发展到五彩、斗彩、粉彩、珐琅彩元、明、清现代陶瓷兴起---------大约40年前

陶瓷发展简图

仰韶文化陶器代表作双耳尖底陶瓶彩陶鱼鸟纹细颈瓶龙山黑陶

鱼纹彩陶细柄高足镂孔黑陶杯唐三彩哥窑鱼耳炉釉面碎纹：百圾碎宋代汝窑三足尊斗

彩

鸡

缸

杯青

花

压

手

杯五彩镂空云凤纹瓶紫红地珐琅彩缠枝莲纹瓶传统陶瓷发展与突破三个阶段：1、陶器阶段（起源至秦朝）2、原始瓷器阶段（过渡阶段---汉朝、晋朝）3、瓷器阶段（晋以后逐渐完善）三个突破：1、原料选择、精制与配方2、窑炉改进与烧成温度的提高3、釉料的发现与使用狭义定义：用粘土类及其他天然矿物原料经过粉碎加工、成型、煅烧等过程而得到的制品。即传统陶瓷或者硅酸盐陶瓷。广义定义：是用天然的或人工合成粉体通过成型、高温烧结而制成的无机非金属固体材料。

新型陶瓷：性能特殊，在电子、航空、航天、环境、生物医学等领域有广泛用途的陶瓷材料。为了区别于传统硅酸盐陶瓷，新型陶瓷NC也称为现代陶瓷MC、精细陶瓷FC、高性能陶瓷HPC、先进陶瓷AC或者特种陶瓷SC。现代陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷。§1.2陶瓷材料的相关定义

结构陶瓷：是指能够作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。功能陶瓷：指在应用中侧重其非力学性能（如电磁、光、热、化学和生物等方面的性能以及核性能，对气体的敏感性能等）的陶瓷材料。1，材料的组成远远超出传统硅酸盐陶瓷的范围，代之以“高度精选的原料”。(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、复合氧化物、金属陶瓷等等)2，在应用上，由原来利用材料固有的静态物理性质发展到利用各种物理效应和微观现象的功能。3，在制备工艺上突破传统工艺，吸收并采用了其他领域的各种现代化技术，如溶胶凝胶、沉淀法制粉、等静压成形、注射成型、流延成型、真空烧结、热压烧结、微波烧结技术等等。4，在制品形态上，除了传统的烧结体和粉料外，还出现了薄膜、纤维、单晶体等。5，普通陶瓷受不同产地的原料影响，现代陶瓷性质的优劣与产地无关。1.3现代陶瓷与传统硅酸

盐陶瓷的区别性能及特征类别吸水率（％）特征陶器粗陶器>15不施釉，制作粗糙普通陶器≤12断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉，制造不够精细细陶器≤15断面颗粒较细，气孔较小结构均匀，施釉或不施釉，制作精细瓷器炻瓷器≤3透光性差，通常胎体较厚，呈色，断面呈石状，制作较细普通瓷器≤1有一定透光性，断面呈石状或贝壳状，制作较精细细瓷器≤0.5透光性好，断面细腻，呈贝壳状，制作精细我国硅酸盐陶瓷分类标准（GB5001－85）硅酸盐陶瓷的按用途分类类别主要种类按用途、特征、性能等细分的品种日用陶瓷餐具中餐具(盘、碗、碟、羹、壶、杯等)西餐具(碗、盘、碟、糖缸、奶盅、壶、杯等)茶盘、咖啡具茶盘、水果盘、点心盘、杯、壶、碟等酒具酒壶、酒杯、杯托、托盘文具笔筒、笔洗、水盂、EP色盒、笔架陈设瓷（美术瓷）花瓶、灯具、雕塑瓷、薄胎碗等建筑卫生陶瓷建筑陶瓷玻化砖、彩釉砖、锦砖(马赛克)、内墙砖、外墙砖、广场砖、劈裂砖、园林陶瓷等卫生陶瓷洗面器、大便器、小便器、洗涤器、水箱、水槽、存水弯、肥皂盒、手纸盒、淋浴盒电瓷低压电瓷用于1kV以下的电瓷高压电瓷用于1kV以上的电瓷，如普通高压瓷、铝质高强度瓷超高压电瓷用于500kV以上的电瓷化工瓷耐酸砖耐酸砖、耐酸耐温砖耐酸容器储酸缸、酸洗槽、电解槽、耐酸塔，搪瓷反应釜等耐酸机械（部件）耐酸离心泵、风机、球磨机等化学瓷瓷坩埚、蒸发皿、研钵、漏斗、过滤板、燃烧舟等续表电磁功能绝缘性集成电路基片Al2O3、MgAl2O3、BeO导电性电阻发热体ZrO2、McSi2、SiC压电性点火元件Pb(Zr，Ti)O3调频、电视ZnO、LiNbO3钟表压电振子石英、LiNbO3半导性热敏电阻Fe·Co·Ma·S4·O，BaTiO3太阳电池CdS·Cu2S非线性电阻ZnO·Bi2O3、SiC气体、吸附性半导体SnO2、ZnO磁性硬磁性体(Ba，Sr)O·6Fe2O3软磁性体（磁带存储件）石榴石型铁氧体、稀土石榴石介电性低频用电容BaTiO3+SnO2+B2O3等离子导电性电池传感器β-Al2O3、ZrO2(+CaO，Y2O3)电子发射性电子枪用热阴极LuB4续表光学功能聚光性TiN、TiC、CaF2、CoO荧光特征激流二极管GaP激光器稀土化合物透光性Na蒸气灯、透明电极Al2O3、MgO、B4O、SnO2、La2O3感光性光色玻璃与原子能、热核反应有关的功能核反应堆材料核燃料UO2、UC减速剂、反射剂C、B4C核燃料包覆材料C、SiC热核反应堆材料真空第一壁材料C、SiC、Si3N4、B4C续表§1.5陶瓷的组成、结构与性能研究表明，陶瓷的性能一方面受到其本征物理量的影响，同时又与其显微结构密切相关。陶瓷的组成及其加工工艺决定显微结构和本征物理量。其中陶瓷组成对显微结构乃至性能起决定性作用。MicrostructureCompositionPropertiesApplicationProcessing陶瓷强度的控制和脆性的改善陶瓷材料的强度特征：实际强度为理论强度的1/10~1/100，具有脆性。提高陶瓷强度的关键是控制其气孔率和缺陷（裂纹和位错）。提高陶瓷强度的方法：降低其总气孔率，控制气孔大小、形状和分布，控制晶粒大小、数量和形状。降低脆性（即增韧）的方法：表面补强、复合增韧、相变增韧。陶瓷基复合材料1.6.3热学性能：高熔点（Tm>1500°C）低的热膨胀系数、热导率（与气孔率有关）。

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.4电、磁、声、光、生物学等特性。介电、压电、导电、绝缘、热电、半导体、透明、反光、荧光、催化、吸附、磁性、气敏、超导等性能§1.7陶瓷材料学研究内涵制粉粉体处理混料成型烧结应用A研究现有陶瓷材料的性能和改性途径。B研究制备陶瓷材料的最佳工艺路线。C研究陶瓷烧结体的精加工技术和封装技术。D发掘陶瓷材料的潜在性能。E开发新的陶瓷材料和研究新的合成方法。§1.8研究陶瓷材料的意义陶瓷材料研究的深度与广度远远不及金属材料和高分子材料。现代陶瓷具有优异的多方面性能的综合。现代陶瓷具有实用价值（电、磁、化学、力学、半导体、生物、太空、军事等）和潜在价值。原材料相当丰富。（氧化铝，镁、硅、锆）因此陶瓷材料的研究对于国家而言具有战略意义。美国1971年制定“脆性材料计划”，

1975-1984投入2.4亿美圆

1983制定“陶瓷技术计划”日本1978年制定“月光计划”，（陶瓷项目）

1981“下一代基础技术发展计划”（重要项目）1984年制成轻质、高效、节能的全陶瓷发动机。1983-1985投入660亿日圆中国在1986实施“先进结构陶瓷与绝热发动机计划”。大多数陶瓷领域落后日美等国，必须加大研究力度和投入资金。§1.9陶瓷发展前景ITInformationTechnologyNTNa