特种陶瓷课件

关于特种陶瓷第一页，共95页幻灯片学习评价ClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhere412330%平时成绩+70%考试成绩

平时成绩=出勤+课堂成绩+作业

出勤=2分/次

,共5次

作业=4分/次，共5次

4123第二页，共95页幻灯片教材和参考书

教材：《陶瓷工艺学》，张锐主编，化学工业出版社，2007年

参考书：1.《先进陶瓷的现代制备技术》，王树海等编著，化学工业出版社，2007年2.《陶瓷工艺》，理查德.J.布鲁克主编，科学出版社，1999年3.《特种陶瓷工艺学》，李世普主编，武汉理工大学出版社，1993年4.

《特种陶瓷工艺与性能》，毕见明等编著，哈尔滨工业大学出版社，2008年；5.《无机材料工艺学》，宋晓岚等编著，冶金工业出版社，2007年第三页，共95页幻灯片第一章绪论本课程教学目标什么是陶瓷陶瓷的分类陶瓷发展演变史陶瓷在我国国民生产中的作用第四页，共95页幻灯片1、了解中国陶瓷发展史；2、掌握陶瓷生产的基本原理和工艺过程；3、掌握陶瓷的坯体的制备技术；4、掌握陶瓷坯体的质量控制；5、利用所学的专业基础知识能阐明陶瓷生产过程中发生各种变化的实质，明确重点工艺环节对显微结构、性能的影响；知道从哪几方面去探明影响产品质量的因素及改进的途径；6、了解国内外近年发展起来的陶瓷生产新工艺、新技术；7、切身体会到要做强中国陶瓷所面临的问题；8、掌握陶瓷生产未来发展方向，激发对无机非金属材料专业的热爱。本课程的教学目标第五页，共95页幻灯片陶瓷的概念与分类第一章绪论第六页，共95页幻灯片陶瓷的概念与分类1.陶瓷的概念

传统陶瓷：是指由硅酸盐矿物原料经细碎、混合、成型、烧成、彩绘等工序而获得的具有坚硬结构的硅酸盐制品。传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。日用陶瓷－餐具建筑陶瓷－地砖电瓷第一章绪论是陶器、炻器、瓷器等粘土制品的统称第七页，共95页幻灯片邓小平同志出访用瓷毛泽东主席用瓷第八页，共95页幻灯片盛世金碧丽晶石江山多娇新生代第九页，共95页幻灯片

传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、长石、石英等)，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。因此，陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属“硅酸盐工业”的范畴。粘土矿物－高岭石钾长石石英地壳中各元素的含量分别为：氧48.06％、硅26.30％、铝7.73％、铁4.75％、钙3.45％、钠2.74％、钾2.47％、镁2.00％、氢0.76％、其他0.76％第十页，共95页幻灯片第十一页，共95页幻灯片此类产品的生产过程虽然基本上还是原料处理-成形-煅烧这种传统的陶瓷生产方法，但采用的原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料，已扩大到化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料（如SiC、Si3N4、AlN等）。现代陶瓷：指用生产陶瓷的方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称。第十二页，共95页幻灯片随着科学技术的发展，近百年来出现了许多新的陶瓷品种，如氧化物陶瓷（Al2O3、MgO、ZrO2等陶瓷）、压电陶瓷、敏感陶瓷、金属陶瓷等等各种高温结构和功能陶瓷。超声波雾化器用压电陶瓷晶片氧化锆陶瓷金属陶瓷阀门第十三页，共95页幻灯片离子烫陶瓷发热板陶瓷金属化产品温控器第十四页，共95页幻灯片一体成型耐磨弯头

高温陶瓷辊棒急冷带抗弯陶瓷辊棒

第十五页，共95页幻灯片广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。德国陶瓷协会：“陶瓷是化学工业或化学生产工艺的一个分支，包括陶瓷材料和器物的制造或进一步加工成陶瓷制品(元件)。陶瓷材料属于无机非金属材料，最少含30％结晶体。一般是在室温中将原料成型，通过800℃以上的高温处理，以获得这种材料的典型性质。有时也在高温下成型，甚至可经过熔化及析晶等过程。”美国和日本等国：Ceramics是包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材料的通称，不仅指陶瓷，还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。第十六页，共95页幻灯片陶瓷的定义几经变迁，不断延伸

陶器瓷器

凡是经原料配制、坯料成型、窑炉烧成工艺制成的产品

所有无机非金属材料

包括多晶和单晶

传统陶瓷

发展延伸

现代陶瓷（特种陶瓷）第十七页，共95页幻灯片区别点普通陶瓷特种陶瓷原料天然矿物原料人工精制化工原料和合成原料成分主要由粘土、长石、石英的产地决定原料是纯化合物，由人工配比决定成型注浆、可塑法、压制法成型为主模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、注射成型为主烧成温度一般在1350℃以下，燃料以煤、油、气为主结构陶瓷常需1600℃左右高温烧结，功能陶瓷需精确控制烧成温度，燃料以电、气、油为主加工一般不需加工常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光性能以外观效果为主，较低力学性能和热性能以内在质量为主，常呈现耐温、耐腐蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、敏感、生物性能用途餐具、陈设品和墙地砖、卫生洁具主要用于宇航、能源、冶金、机械、交通、家电、化工、环保等行业特种陶瓷与普通陶瓷的主要区别第十八页，共95页幻灯片2陶瓷的分类陶瓷按概念分按用途分传统陶瓷特种陶瓷粗陶精陶细瓷功能陶瓷瓦罐盆砖、陶管美术陶瓷釉面砖日用细瓷高频高压装置瓷日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、艺术陶瓷、实验室用陶瓷、工业陶瓷第一章绪论陶瓷的概念与分类结构陶瓷第十九页，共95页幻灯片按坯体的物理性能分类按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分类，是较为科学的一种分类方法。按陶瓷坯体的结构不同和所标志的坯体致密度的不同，把所有陶瓷制品分为两大类：陶器和瓷器。陶器：坯体结构较疏松，致密度较差，有一定的吸水率（>3%），断面粗糙无光，无半透明性（不透光），敲之声音粗哑（沉浊）。瓷器：坯体结构致密，基本上不吸水（≤3%），有一定的半透明性（透光），断面呈石状或贝壳状，敲之声音清脆。第二十页，共95页幻灯片(2)按坯体的物理性能分类性能及特征陶器瓷器吸水性/％一般大于3一般不大于3透光性不透光透光胎体特征未玻化或玻化程度差、断面粗糙玻化程度高、结构致密、细腻，断面呈石状或贝壳状敲击声沉浊清脆表0－1日用陶瓷分类第二十一页，共95页幻灯片

陶器是一种坯体结构较疏松、致密度较差的陶瓷制品，通常有一定吸水率，断面粗糙无光，没有半透明性，敲之声音粗哑。名称粗陶器普通陶器细陶器特征吸水率一般大于15%，不施釉，制作粗糙吸水率一般不大于15％，断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉，制作不够精细吸水率一般不大于12％，断面颗粒细，气孔较小，结构均匀，施釉或不施釉，制作精细表0－2日用陶器分类第二十二页，共95页幻灯片

瓷器的坯体致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，断面成石状或贝壳状。名称炻瓷类普通瓷器细瓷器特征吸水率一般不大于3％透光性差，通常胎体较厚，呈色，断面呈石状，制作较精细吸水率一般不大于1％有一定透光性，断面呈石状或贝壳状，制作较精细吸水率一般不大于0.5％，透光性好，断面细腻，呈贝壳状，制作精细表0－3日用瓷器分类(shi)第二十三页，共95页幻灯片第一章绪论3特种陶瓷的分类与应用特种陶瓷按用途分按成份分结构陶瓷功能陶瓷氧化物陶瓷氮化物陶瓷耐热、耐磨耐冲击高强度、高刚性隔热电磁功能光电功能ABO3如BST、PZT等KTN、KN、Al2O3Si3N4AlNGaN分类：生物-化学功能碳化物陶瓷SiCAlNAlN非氧化物陶瓷陶瓷的概念与分类第二十四页，共95页幻灯片结构陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度、高硬度等特点，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第二十五页，共95页幻灯片

结构陶瓷由于主要用于工业或工程上，因此近年来更多地被称作“工程陶瓷”（engineeringceramics）。如切削刀具、航天器的喷嘴、喷气发动机的叶片，发动机的其它零、部件等。

此外，氧化铝陶瓷的耐磨性、耐腐蚀性、高比重极适合用作油田深井泵中的阀球与阀座，可使寿命大大提高。在钢铁工业中的钢水连铸、高炉风口等高温、磨损、侵蚀的工作部位中采用高温结构陶瓷。在纺织工业的耐磨损、防静电等工作场合中亦有高温结构陶瓷的用武之地。第二十六页，共95页幻灯片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等。功能陶瓷具有特殊的性质和功能，如压电、铁电、半导体、绝缘、超导、磁性、生物相容性等。由于性能特殊，这类陶瓷在电子通讯、广播电视、医学工程等领域得到了广泛的应用。电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管第二十七页，共95页幻灯片第一章绪论特种陶瓷的应用特种瓷利用电、磁、声、光、热等方面的优越性能第二十八页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途应用领域举例电源压电变压器雷达，电视显像管，阴极射线管，盖克技术管，激光管和电子复制机等高压电源和压电点火装置信号源标准信号源振荡器，压电音叉，压电音片等用作精密仪器中的时间和频率标准信号源信号转换电声换能器拾声器，送话器，受话器，扬声器，蜂鸣器等声频范围的电声器件发射与接收超声换能器超声切割，焊接，清洗，搅拌，乳化及超声显示等频率高于20KHz的超声器件，压电马达，探测地质构造，油井固实程度，无损探伤和测厚，催化反应，超声衍射，疾病诊断等各种工业用的超声器件水声换能器水下导航定位，通讯和探测的声纳，超声探测，鱼群探测和传声器等第二十九页，共95页幻灯片信号处理滤波器通讯广播中所用各种分立滤波器和复合滤波器，如彩电中频滤波器；雷达，自控和计算系统所用带通滤波器，脉冲滤波器等放大器声表面信号放大器以及振荡器，混频器，衰减器，隔离器等表面波导声表面波传输线传感与计测加速度计压力计工业和航空上测定振动体或飞行器工作状态加速度计，自动控制开关，污染检测用振动计以及流速计，流量计和液面计等角速度计测量物体角速度及控制飞行器航向的压电陀螺红外探测计监视领空，检测大气污染浓度，非接触式测温以及热成像，热电探测、跟踪器等位移与致动器激光稳频补偿元件，显微加工设备及光角度，光程长的控制器存贮调制电光和声光调制的光阀，光闸，光变频器和光偏转器，声开关存贮光信息存贮器，光记忆器显示铁电显示器，声光显示器等其它非线性元件压电继电器等压电陶瓷的用途第三十页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷超声马达第三十一页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷超声马达第三十二页，共95页幻灯片基于压电驱动器杆状微马达（摄像用）压电陶瓷的用途压电陶瓷超声马达第三十三页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途超声马达在国外已应用的领域智能飞机磁悬浮列车汽车手机人造卫星细胞穿刺智能药片（压电泵）集成式USM彩色复印机火星探测器半导体制造业照相机手表昆虫机器人变形机翼（应用压电作动器）天文望远镜空中机器人太空机器手第三十四页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途南京航空航天大学研制的部分超声马达及其应用无磁性USM双模态步进USM三自由度USM带编码器USM大推力直线USM便携式汽油发动机云台控制系统方板型直线USM移动机器人核磁共振注射器关节机器手X-Y运动台（直线USM）行波型杆式USM模态转换型USM用于二元机翼模型试验非接触性USMX-Y运动台（旋转USM）第三十五页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷驱动器第三十六页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷驱动器第三十七页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷泵阀出口压电陶瓷换能器进口第三十八页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷喷墨打印金属片圆锥形容器内液层外墨水池喷嘴金属膜墨水压电陶瓷换能器输入信号第三十九页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途254311.焊接程序控制器；2.超声发生器；3.换能器声学系统；4.焊件；5.工作台压电陶瓷超声波焊接第四十页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷超声波焊接第四十一页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷加湿器雾气出口水箱压电振子水雾风机第四十二页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷加湿器第四十三页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷变压器（升压型）输入端极化方向极化方向驱动部分发电部分振动方向输出端twl/2tw第四十四页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷变压器（降压型）第四十五页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途

压电陶瓷复印机电源第四十六页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途笔记本电脑背光电源第四十七页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷变压器便携式激光电源第四十八页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途激光血管内照射治疗仪第四十九页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷极化台第五十页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电变压器电警棍第五十一页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷变压器雷达显示器高压电源第五十二页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷变压器（升压型）第五十三页，共95页幻灯片压电陶瓷的用途压电陶瓷变压器（降压型）第五十四页，共95页幻灯片第五十五页，共95页幻灯片二、我国陶瓷发展简史第一章绪论第五十六页，共95页幻灯片

约8000年前：裴李岗文化时期的陶器。出土于河南省郑州市新郑市裴李岗村。出土的陶器主要以泥质红陶和夹砂红陶为主，红陶在中国出现最早，烧成温度900℃左右。二、我国陶瓷发展简史及其伟大成就（一）陶瓷的起源和演变第五十七页，共95页幻灯片

约7000年前：浙江河姆渡遗址（公元前5005±130年）：出土陶器有釜、罐、盆、盘钵1）新石器时代的陶瓷第五十八页，共95页幻灯片

约6000年前：西安半坡遗址（仰韶文化时期）：彩陶1）新石器时代的陶瓷第五十九页，共95页幻灯片

仰韶文化时期陶器

1972年河南省郑州市大河村出土彩陶双连壶1）新石器时代的陶瓷第六十页，共95页幻灯片

山东历城县龙山镇出现了“黑陶”。所以这个时期称为“龙山文化”时期，又称“黑陶文化”。龙山黑陶在烧制技术上有了显著进步，它广泛采用了轮制技术，因此，器形浑圆端正，器壁薄而均匀，将黑陶制品表面打磨光滑，乌黑发亮，薄如蛋壳，厚度仅1mm，人称“蛋壳陶”。龙山文化时期出土的黑陶（距今约4600－4000年）1）新石器时代的陶瓷第六十一页，共95页幻灯片

约4500年前：甘肃马家窑（马家窑，公元前2550±100年）：彩陶、黑陶1）新石器时代的陶瓷第六十二页，共95页幻灯片

约4000年前：中原地区（龙山文化，公元前2000前后）：彩陶、黑陶1）新石器时代的陶瓷第六十三页，共95页幻灯片2）夏商周时期的陶瓷

约4000~3000年前：夏商周时期的陶瓷：彩陶、白陶、釉陶第六十四页，共95页幻灯片3）秦汉时期的陶瓷

秦汉时期：瓦当、汉砖、兵马俑、铅釉陶第六十五页，共95页幻灯片

秦汉时期：瓦当、汉砖、兵马俑、铅釉陶3）秦汉时期的陶瓷第六十六页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷隋唐时期

：彩陶、白陶→原始瓷器发展，越窑瓷第六十七页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷隋唐时期

：邢窑瓷第六十八页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷隋唐时期

：唐三彩第六十九页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷

宋朝：中国瓷器的鼎盛时期：定窑第七十页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷宋朝：汝窑第七十一页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷宋朝：钧窑第七十二页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷宋朝：官窑、哥窑第七十三页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷宋朝：景德镇瓷器第七十四页，共95页幻灯片4）唐宋时期的陶瓷宋朝：唐宋长沙窑第七十五页，共95页幻灯片5）近代的瓷器景德镇陶瓷：青花玲珑、青花釉里红、斗彩、薄胎第七十六页，共95页幻灯片醴陵：釉下五彩、红官窑、炻瓷5）近代的瓷器第七十七页，共95页幻灯片5）近代的瓷器长沙：中国红瓷第七十八页，共95页幻灯片5）近代的瓷器骨瓷：英国、韩国、唐山第七十九页，共95页幻灯片我国学者刘秉诚从传统陶瓷的表观结构出发，认为我国陶瓷的发展历程，经历了三个重大飞跃：商、周时代的釉陶是陶器的第一个飞跃；从釉陶发展到具有半透明的釉，而胎还是欠致密的瓷器，是又一个飞跃；以后在此基础上发展成为更具有半透明的胎的瓷器，是第三个飞跃。（二）由陶到瓷的发展过程和瓷器的发明从陶器到瓷器是我国陶瓷生产史上的一个重大飞跃，世界人民公认瓷器是我国古代的伟大发明之一，中国是瓷器（china）的祖国。第八十页，共95页幻灯片近年来，航天飞机外壳上所用的陶瓷耐热耐磨绝缘材料，以及近代材料科学领域内出现的各种技术陶瓷和特种功能陶瓷，则可看作是陶瓷发展的第四个“飞跃”。第八十一页，共95页幻灯片（三）制瓷技术的外传及其对世界陶瓷的影响中国瓷器对世界各国的影响很大，在文化发展和瓷器制造技术方面都有过直接或间接的影响。在唐代，中国瓷器即以新兴的商品进入国际市场，销往日本、印度、波斯以及埃及等。明代郑和七次下西洋，把中国的瓷器带到了所经各国。其中所输出的瓷器，绝大部分是景德镇所产。第八十二页，共95页幻灯片清代初期到中叶，中国瓷器除在欧洲也有广大市场外，也销往美洲、非洲、大洋洲等。中国瓷器自7世纪初传到世界各国后，各国竞相仿造。埃及、伊拉克、土耳其等国所制瓷器的风格，均能不同程度地看出一些中国的影响。中国瓷器，为人类文化的进步做出了重大贡献，世界各国的瓷器在早期其设计的风格、造型等方面以及工艺制作过程，都能找出其源自中国的痕迹。第八十三页，共95页幻灯片第一章引言（四）特种陶瓷的发展纳米陶瓷制备、性能研究结构陶瓷和功能陶瓷的制备与性能研究20世纪90年代20世纪70年代

电子陶瓷主要应用于传感器、发光材料、光导材料、激光材料、电子元器件、磁记录材料等第八十四页，共95页幻灯片第一章引言1987年率先在国内开展纳米材料研究；创建了中科院固体所纳米材料与纳米结构研究室和纳米材料应用发展中心；代表专著：《纳米材料学》《纳米材料和纳米结构》张立德中国科学院固体物理所张立德，1939年生，资深研究员，博士生导师。

1964年毕业于北京大学物理系，

1968年中科院金属所研究生毕业。

1980-1981年在德国马普学会金属研究所进修。

1981年回国后筹建中科院固体物理研究所。纳米材料和纳米结构"首席科学家、国家纳米科技协调委员会成员、中国颗粒学会超微粒子专业委员会主任。第八十五页，共95页幻灯片第一章绪论（四）特种陶瓷的发展查尔斯.李波(CharlesM.Liber)Lieber教授现任哈佛大学化学系教授，美国艺术科学院、美国国家科学院院士，是国际学术界公认的纳米科技开创者之一。1959年出生于美国宾夕法尼亚州的费城，1981年，学士，FranklinandMarshall学院

1985年，博士，斯坦福Stanford大学

第八十六页，共95页幻灯片特种陶瓷材料特性方面取得了某些重大进展表1典型电子陶瓷材料重大发现历程表材料名称发现者年份材料特性ZrO2(Y2O3)能纳斯特1900氧化物导电体β-Al2O3(MgO,CaO)伦琴1916固体电解质Na2O斯提威尔1926固体电解质BaTiO3坦曼1925铁电体ZrO2(CaO)鲁夫1929氧气传感器LiNbO3修义1937压电、非线光学BaFe12O19艾多斯科尔德1938铁氧体、记忆材料非晶硅康尼格1944太阳能电池合成沸石巴勒1948催化剂PTC陶瓷海曼1950热敏材料半透明Al2O3陶瓷科布尔1957透明BaxLa5-xCu5O5(3-y)贝德洛茨等1986高温氧化物超导第八十七页，共95页幻灯片新型电子陶瓷元器件及相关材料的发展趋势和方向主要体现在以下几个方面：1.小型化与微型化2.高频化与频率系列化