礦大(北京)化工新技術(shù)專題無機(jī)第十-十二課：陶瓷

1、第五章第五章 陶陶 瓷瓷一、陶瓷（一、陶瓷（Ceramics）的概念）的概念1傳統(tǒng)的陶瓷概念傳統(tǒng)的陶瓷概念 是指是指所有以粘土為主要原料與其他所有以粘土為主要原料與其他天然礦物原料經(jīng)過粉碎混煉、成型、煅天然礦物原料經(jīng)過粉碎混煉、成型、煅燒等過程而制成的各種制品。如我們常燒等過程而制成的各種制品。如我們常見的日用陶瓷、藝術(shù)陶瓷、建筑衛(wèi)生陶見的日用陶瓷、藝術(shù)陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷等都屬于傳統(tǒng)陶瓷。瓷等都屬于傳統(tǒng)陶瓷。緒 論2新型陶瓷的概念新型陶瓷的概念 隨著近代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，陶瓷隨著近代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，陶瓷已成為人類生活和現(xiàn)代化建設(shè)中不可缺少已成為人類生活和現(xiàn)代化建設(shè)中不可缺少的材料之一。的

2、材料之一。 具有高強(qiáng)、耐溫、耐腐特性或各種敏具有高強(qiáng)、耐溫、耐腐特性或各種敏感特性的陶瓷材料，由于其制作工藝過程感特性的陶瓷材料，由于其制作工藝過程與傳統(tǒng)陶瓷不同，更重要的是由于其化學(xué)與傳統(tǒng)陶瓷不同，更重要的是由于其化學(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)及特性不同于傳統(tǒng)陶瓷，組成、顯微結(jié)構(gòu)及特性不同于傳統(tǒng)陶瓷，故現(xiàn)在人們習(xí)慣稱其為新型陶瓷，而又把故現(xiàn)在人們習(xí)慣稱其為新型陶瓷，而又把所有新型陶瓷制品統(tǒng)稱為陶瓷新材料。所有新型陶瓷制品統(tǒng)稱為陶瓷新材料。 新型陶瓷是新型陶瓷是采用人工精制的無機(jī)粉采用人工精制的無機(jī)粉末原料，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精確的化學(xué)計(jì)末原料，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精確的化學(xué)計(jì)量、合適的成型方法和燒成制度而達(dá)到量、

3、合適的成型方法和燒成制度而達(dá)到特定的性能，經(jīng)過加工處理使之符合使特定的性能，經(jīng)過加工處理使之符合使用要求尺寸精度的無機(jī)非金屬材料。用要求尺寸精度的無機(jī)非金屬材料。 新型陶瓷正在不斷成熟和發(fā)展之中，新型陶瓷正在不斷成熟和發(fā)展之中，新型陶瓷也有如下幾種說法新型陶瓷也有如下幾種說法：先進(jìn)陶瓷：先進(jìn)陶瓷(Advanced Ceramics)、高性能陶瓷、高性能陶瓷(High Performance Ceramics)、高技術(shù)、高技術(shù)陶瓷陶瓷(High-tech. Ceramics)、精細(xì)陶瓷、精細(xì)陶瓷(Fine Ceramics)、特種陶瓷、特種陶瓷(Special Ceramics)等。等。 3廣義

4、的陶瓷概念廣義的陶瓷概念 用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機(jī)非金屬固體材料和用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機(jī)非金屬固體材料和制品的通稱。制品的通稱。二、陶瓷研究的發(fā)展歷程二、陶瓷研究的發(fā)展歷程 陶瓷在人類文明發(fā)展史上功不可沒。人類最早陶瓷在人類文明發(fā)展史上功不可沒。人類最早使用的工具使用的工具石器，可以說就是一種最早的天石器，可以說就是一種最早的天然陶瓷材料。陶瓷既是我國(guó)最杰出的科學(xué)成就之然陶瓷材料。陶瓷既是我國(guó)最杰出的科學(xué)成就之一，又是中華文明的偉大象征之一。一，又是中華文明的偉大象征之一。 就陶瓷研究的歷史進(jìn)程來看，可簡(jiǎn)單概括為三個(gè)發(fā)展就陶瓷研究的歷史進(jìn)程來看，可簡(jiǎn)單概括為三個(gè)發(fā)展階段，如圖階段，如圖1所示

5、。遠(yuǎn)在幾千年前的新石器時(shí)代，我們的祖先所示。遠(yuǎn)在幾千年前的新石器時(shí)代，我們的祖先就已經(jīng)利用天然粘土作原料，塑造成各種形狀的器皿，再在就已經(jīng)利用天然粘土作原料，塑造成各種形狀的器皿，再在火堆中燒成堅(jiān)硬的可重復(fù)使用的火堆中燒成堅(jiān)硬的可重復(fù)使用的陶器。陶器。由于燒成溫度較低，由于燒成溫度較低，陶器僅是一種含有較多氣孔、質(zhì)地較松的未完全燒結(jié)制品。陶器僅是一種含有較多氣孔、質(zhì)地較松的未完全燒結(jié)制品。 以后大約在以后大約在2000多年前的東漢晚期，多年前的東漢晚期，人們利用含鋁量較人們利用含鋁量較高的天然瓷土為原料，加上釉的發(fā)明，以及高溫?zé)Y(jié)技術(shù)的高的天然瓷土為原料，加上釉的發(fā)明，以及高溫?zé)Y(jié)技術(shù)的不斷改

6、進(jìn)，使陶器步入了瓷器階段，這是陶瓷技術(shù)發(fā)展史上不斷改進(jìn)，使陶器步入了瓷器階段，這是陶瓷技術(shù)發(fā)展史上十分重要的里程碑。十分重要的里程碑。由于瓷器燒成溫度高，質(zhì)地致密堅(jiān)硬，由于瓷器燒成溫度高，質(zhì)地致密堅(jiān)硬，表面有光亮的釉彩，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，由瓷器又表面有光亮的釉彩，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，由瓷器又衍生出了許多種類的陶瓷。衍生出了許多種類的陶瓷。 在日用陶瓷的基礎(chǔ)上，形成了工業(yè)陶瓷的生在日用陶瓷的基礎(chǔ)上，形成了工業(yè)陶瓷的生產(chǎn)，如電力工業(yè)用的高壓電瓷、化學(xué)工業(yè)用耐腐產(chǎn)，如電力工業(yè)用的高壓電瓷、化學(xué)工業(yè)用耐腐蝕的化工陶瓷、建筑工業(yè)用的建筑陶瓷和衛(wèi)生陶蝕的化工陶瓷、建筑工業(yè)用的建筑陶瓷和衛(wèi)生陶

7、瓷等。瓷等。 諸如此類的日用陶瓷、工業(yè)陶瓷與水泥、玻諸如此類的日用陶瓷、工業(yè)陶瓷與水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等統(tǒng)稱為硅酸鹽璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等統(tǒng)稱為硅酸鹽制品，因?yàn)樗鼈兊闹饕煞质枪杷猁}化合物。人制品，因?yàn)樗鼈兊闹饕煞质枪杷猁}化合物。人們一般將這一類陶瓷制品稱為傳統(tǒng)陶瓷或普通陶們一般將這一類陶瓷制品稱為傳統(tǒng)陶瓷或普通陶瓷。瓷。 從原始瓷器的出現(xiàn)到近代的傳統(tǒng)陶瓷，這一從原始瓷器的出現(xiàn)到近代的傳統(tǒng)陶瓷，這一階段一直持續(xù)了階段一直持續(xù)了4000余年。余年。瓷器瓷器（傳統(tǒng)陶瓷）（傳統(tǒng)陶瓷）陶陶 器器高鋁質(zhì)粘土高鋁質(zhì)粘土和瓷土的應(yīng)用和瓷土的應(yīng)用釉的發(fā)明釉的發(fā)明原料純化原料純化陶瓷工

8、藝陶瓷工藝的發(fā)展的發(fā)展陶瓷理論陶瓷理論的發(fā)展的發(fā)展先進(jìn)陶瓷先進(jìn)陶瓷（微米級(jí)）（微米級(jí)）納米陶瓷納米陶瓷高溫技術(shù)高溫技術(shù)的發(fā)展的發(fā)展顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)分析的進(jìn)步分析的進(jìn)步性能研究性能研究的深入的深入無損評(píng)估無損評(píng)估的成就的成就相鄰學(xué)科相鄰學(xué)科的推動(dòng)的推動(dòng)圖圖1 陶瓷研究發(fā)展的三個(gè)階段陶瓷研究發(fā)展的三個(gè)階段 20世紀(jì)以來，特別是第二次世界大戰(zhàn)之后，世紀(jì)以來，特別是第二次世界大戰(zhàn)之后，隨著宇宙開發(fā)、原子能工業(yè)的興起和電子工業(yè)的隨著宇宙開發(fā)、原子能工業(yè)的興起和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)陶瓷材料，無論從性能、質(zhì)量、品迅速發(fā)展，對(duì)陶瓷材料，無論從性能、質(zhì)量、品種等方面，均提出了越來越高的要求，促使陶瓷種等方面，

9、均提出了越來越高的要求，促使陶瓷材料發(fā)展為新的具有一系列特殊功能的無機(jī)非金材料發(fā)展為新的具有一系列特殊功能的無機(jī)非金屬材料，屬材料，陶瓷研究的發(fā)展則從傳統(tǒng)陶瓷躍入第二陶瓷研究的發(fā)展則從傳統(tǒng)陶瓷躍入第二個(gè)階段個(gè)階段先進(jìn)陶瓷階段先進(jìn)陶瓷階段。先進(jìn)陶瓷（。先進(jìn)陶瓷（Advanced Ceramics，又稱現(xiàn)代陶瓷）是為了有別于傳統(tǒng)陶，又稱現(xiàn)代陶瓷）是為了有別于傳統(tǒng)陶瓷而言的。瓷而言的。 相鄰學(xué)科、相關(guān)技術(shù)的相互滲透與交相鄰學(xué)科、相關(guān)技術(shù)的相互滲透與交叉叉，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)。，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)。 先進(jìn)陶瓷（或現(xiàn)代陶瓷）是在傳統(tǒng)硅先進(jìn)陶瓷（或現(xiàn)代陶瓷）是在傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的

10、基礎(chǔ)上，吸收了相鄰學(xué)科的先進(jìn)酸鹽陶瓷的基礎(chǔ)上，吸收了相鄰學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來的一門綜合而又相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)而發(fā)展起來的一門綜合而又相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科體系，許多學(xué)科和技術(shù)因素促成了這種學(xué)科體系，許多學(xué)科和技術(shù)因素促成了這種發(fā)展，例如：發(fā)展，例如： 在原料上，在原料上，從傳統(tǒng)陶瓷以天然礦物原料為主從傳統(tǒng)陶瓷以天然礦物原料為主體發(fā)展到用高純的合成化合物，材料的組成已遠(yuǎn)遠(yuǎn)體發(fā)展到用高純的合成化合物，材料的組成已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出硅酸鹽的范圍。超出硅酸鹽的范圍。 制備工藝的進(jìn)步，制備工藝的進(jìn)步，在傳統(tǒng)陶瓷工藝基礎(chǔ)上發(fā)在傳統(tǒng)陶瓷工藝基礎(chǔ)上發(fā)展和創(chuàng)造出一系列新的工藝技術(shù)。如展和創(chuàng)造出一系列新的工藝技術(shù)。如成型技術(shù)成型技

11、術(shù)上的上的等靜壓成型、熱壓注成型、注射成型、離心注漿成等靜壓成型、熱壓注成型、注射成型、離心注漿成型、壓力注漿成型和流延成膜等成型方法；型、壓力注漿成型和流延成膜等成型方法；燒成燒成上上則有熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、快速燒則有熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、快速燒結(jié)、微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)、自蔓燃燒結(jié)等。結(jié)、微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)、自蔓燃燒結(jié)等。 陶瓷科學(xué)理論的發(fā)展，陶瓷科學(xué)理論的發(fā)展，為陶瓷工藝的為陶瓷工藝的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)，使陶瓷工藝從經(jīng)驗(yàn)操發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)，使陶瓷工藝從經(jīng)驗(yàn)操作發(fā)展到科學(xué)控制，并發(fā)展到在一定程度上作發(fā)展到科學(xué)控制，并發(fā)展到在一定程度上可根據(jù)實(shí)用要求進(jìn)行特定的

12、材料設(shè)計(jì)?？筛鶕?jù)實(shí)用要求進(jìn)行特定的材料設(shè)計(jì)。 顯微結(jié)構(gòu)分析上的進(jìn)步顯微結(jié)構(gòu)分析上的進(jìn)步，使人們可更，使人們可更精確地了解陶瓷材料的結(jié)構(gòu)及其組成，從而精確地了解陶瓷材料的結(jié)構(gòu)及其組成，從而可人為控制工藝可人為控制工藝顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)性能關(guān)系性能關(guān)系的統(tǒng)一，對(duì)陶瓷技術(shù)起到了指導(dǎo)作用。的統(tǒng)一，對(duì)陶瓷技術(shù)起到了指導(dǎo)作用。 陶瓷材料性能的研究陶瓷材料性能的研究使新的性能不斷出現(xiàn)，使新的性能不斷出現(xiàn)，大大開拓了陶瓷材料的應(yīng)用范圍。大大開拓了陶瓷材料的應(yīng)用范圍。 陶瓷材料無損評(píng)估技術(shù)的發(fā)展陶瓷材料無損評(píng)估技術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)了陶瓷，加強(qiáng)了陶瓷材料使用上的可靠性。材料使用上的可靠性。 相鄰學(xué)科的發(fā)展相鄰學(xué)科的發(fā)展

13、對(duì)陶瓷科學(xué)的進(jìn)步起到了推對(duì)陶瓷科學(xué)的進(jìn)步起到了推動(dòng)作用。動(dòng)作用。 但是應(yīng)該指出，這一階段的先進(jìn)陶瓷，無論但是應(yīng)該指出，這一階段的先進(jìn)陶瓷，無論從原料、顯微結(jié)構(gòu)中所體現(xiàn)的晶粒、晶界、氣孔、從原料、顯微結(jié)構(gòu)中所體現(xiàn)的晶粒、晶界、氣孔、缺陷等在尺度上還只是處在微米級(jí)的水平，缺陷等在尺度上還只是處在微米級(jí)的水平，故又故又可稱之為微米級(jí)先進(jìn)陶瓷?？煞Q之為微米級(jí)先進(jìn)陶瓷。 到上世紀(jì)到上世紀(jì)9090年代，陶瓷研究進(jìn)入了第三個(gè)階年代，陶瓷研究進(jìn)入了第三個(gè)階段段納米陶瓷階段納米陶瓷階段。所謂納米陶瓷，。所謂納米陶瓷，是指是指顯微結(jié)顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米（構(gòu)中的物相具有納米（nmnm）級(jí)尺度的陶瓷材料，它）級(jí)尺

14、度的陶瓷材料，它包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等均在納米量級(jí)的尺度上。缺陷尺寸等均在納米量級(jí)的尺度上。 納米陶瓷是當(dāng)前陶瓷材料研究中一個(gè)十分重要納米陶瓷是當(dāng)前陶瓷材料研究中一個(gè)十分重要的發(fā)展趨向，它將促使陶瓷材料研究從工藝到理論，的發(fā)展趨向，它將促使陶瓷材料研究從工藝到理論，從性能到應(yīng)用都提高到一個(gè)嶄新階段。從性能到應(yīng)用都提高到一個(gè)嶄新階段。三、陶瓷的分類三、陶瓷的分類 陶瓷的分類方法很多，這里主要介陶瓷的分類方法很多，這里主要介紹紹按陶瓷的概念和用途來分類，按陶瓷的概念和用途來分類，可將陶瓷可將陶瓷分為普通陶瓷（分為普通陶

15、瓷（Traditional Ceramics）和特種陶瓷（和特種陶瓷（Special Ceramics）兩大）兩大類。類。 特種陶瓷從性能上可分為特種陶瓷從性能上可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。兩大類。 結(jié)構(gòu)陶瓷（結(jié)構(gòu)陶瓷（Structural Ceramics）是指）是指具有具有力學(xué)和機(jī)械性能及部分熱學(xué)和化學(xué)功能的先進(jìn)陶力學(xué)和機(jī)械性能及部分熱學(xué)和化學(xué)功能的先進(jìn)陶瓷（現(xiàn)代陶瓷），特別適于高溫下應(yīng)用的則稱為瓷（現(xiàn)代陶瓷），特別適于高溫下應(yīng)用的則稱為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。 功能陶瓷（功能陶瓷（Functional Ceramics）是指）是指那些那些利用電、磁、聲、光、熱、

16、力等直接效應(yīng)及其耦利用電、磁、聲、光、熱、力等直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)某種使用合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)某種使用功能的先進(jìn)陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）。功能的先進(jìn)陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）。 功能陶瓷的特點(diǎn)功能陶瓷的特點(diǎn)是品種多、產(chǎn)量大、價(jià)格低、是品種多、產(chǎn)量大、價(jià)格低、應(yīng)用廣、功能全、技術(shù)高、更新快。應(yīng)用廣、功能全、技術(shù)高、更新快。 通過對(duì)復(fù)雜多元氧化物系統(tǒng)的化學(xué)、物理及組通過對(duì)復(fù)雜多元氧化物系統(tǒng)的化學(xué)、物理及組成、結(jié)構(gòu)、性能和使用效能間相互關(guān)系的研究，已成、結(jié)構(gòu)、性能和使用效能間相互關(guān)系的研究，已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批具有優(yōu)異性能或特殊功能的功能陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批具有優(yōu)異性能或特殊功能的

17、功能陶瓷，并可借助于離子置換、摻雜等方法調(diào)節(jié)、優(yōu)陶瓷，并可借助于離子置換、摻雜等方法調(diào)節(jié)、優(yōu)化其性能，化其性能，功能陶瓷材料研究功能陶瓷材料研究已開始從經(jīng)驗(yàn)式的探已開始從經(jīng)驗(yàn)式的探索逐步走向按所需性能來進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。索逐步走向按所需性能來進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。 結(jié)構(gòu)陶瓷大致分為氧化物系和非氧化結(jié)構(gòu)陶瓷大致分為氧化物系和非氧化物系兩類物系兩類，見表，見表1。由于許非氧化物系的陶。由于許非氧化物系的陶瓷材料具有氧化物系材料所不具備的優(yōu)異瓷材料具有氧化物系材料所不具備的優(yōu)異功能，因而其發(fā)展前途廣闊。功能，因而其發(fā)展前途廣闊。表表1 結(jié)構(gòu)陶瓷的分類結(jié)構(gòu)陶瓷的分類 種種 類類 材材 料料 氧氧 化化 物物 系系

18、Al2O3，MgO，ZrO2，SiO2，UO2，BeO等等非非氧氧化化物物系系碳碳 化化 物物SiC，TiC，B4C，WC，UC，ZrC等等氮氮 化化 物物Si3N4，AlN，BN，TiN，ZrN等等硼硼 化化 物物ZrB2，WB，TiB2，LaB6等等硅硅 化化 物物MoSi2氟氟 化化 物物CaF2，BaF2，MgF2硫硫 化化 物物ZnS，TiS2，MxMo6S8（M=Pb, Cu, Gd）碳和石墨碳和石墨C 功能陶瓷具有功能陶瓷具有電絕緣性、半導(dǎo)體性、導(dǎo)電性、電絕緣性、半導(dǎo)體性、導(dǎo)電性、壓電性、鐵電性、磁性、耐腐蝕性、化學(xué)吸附性、壓電性、鐵電性、磁性、耐腐蝕性、化學(xué)吸附性、生物適應(yīng)性、

19、吸聲性（能）、耐輻射性等很多功生物適應(yīng)性、吸聲性（能）、耐輻射性等很多功能，且具有相互轉(zhuǎn)換的功能。能，且具有相互轉(zhuǎn)換的功能。 功能陶瓷的大致分類見表功能陶瓷的大致分類見表2。隨著科學(xué)技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多功能陶瓷材料已逐漸在研制和生產(chǎn)，的發(fā)展，多功能陶瓷材料已逐漸在研制和生產(chǎn)，這種陶瓷材料所具備的多功能性是其它材料難以這種陶瓷材料所具備的多功能性是其它材料難以達(dá)到的，因而十分引人注目。達(dá)到的，因而十分引人注目。表表2 功能陶瓷的分類功能陶瓷的分類分類分類功能陶瓷功能陶瓷典典 型型 材材 料料主要用途主要用途電功電功能陶能陶瓷瓷絕緣陶瓷絕緣陶瓷Al2O3、BeO、MgO、AlN、SiC集成

20、電路基片、封裝陶瓷、高頻絕緣集成電路基片、封裝陶瓷、高頻絕緣陶瓷陶瓷介電陶瓷介電陶瓷TiO2、La2Ti2O7、Ba2Ti9O20陶瓷電容器、微波陶瓷陶瓷電容器、微波陶瓷鐵電陶瓷鐵電陶瓷BaTiO3、SrTiO3陶瓷電容器陶瓷電容器壓電陶瓷壓電陶瓷PZT、PT、LNN(PbBa)NaNb5O15超聲換能器、諧振器、濾波器、壓電超聲換能器、諧振器、濾波器、壓電點(diǎn)火、壓電電動(dòng)機(jī)、表面波延遲元件點(diǎn)火、壓電電動(dòng)機(jī)、表面波延遲元件半導(dǎo)體陶瓷半導(dǎo)體陶瓷PTC(Ba-Sr-Pb)TiO3NTC(Mn、Co、Ni、Fe、LaCrO3)CTR(V2O5 )溫度補(bǔ)償和自控加熱元件等溫度傳感溫度補(bǔ)償和自控加熱元件等

21、溫度傳感器、溫度補(bǔ)償器等熱傳感元件、防火器、溫度補(bǔ)償器等熱傳感元件、防火災(zāi)傳感器等災(zāi)傳感器等ZnO壓敏電阻壓敏電阻浪涌電流吸收器、噪聲消除、避雷器浪涌電流吸收器、噪聲消除、避雷器SiC發(fā)熱體發(fā)熱體電爐、小型電熱器等電爐、小型電熱器等快離子導(dǎo)體快離子導(dǎo)體陶瓷陶瓷-Al2O3、ZrO2鈉鈉-硫電池固體電介質(zhì)、氧傳感器陶瓷硫電池固體電介質(zhì)、氧傳感器陶瓷高溫超導(dǎo)陶高溫超導(dǎo)陶瓷瓷La-Ba-Cu-O、Y-Ba-Cu-OBi-Sr-Ca-Cu-O、Tl-Ba-Ca-Cu-O超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料分分 類類 功功 能能 陶陶 瓷瓷 典典 型型 材材 料料 主主 要要 用用 途途磁磁 功功能能 陶陶瓷瓷軟磁鐵氧體軟

22、磁鐵氧體Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn、Cu-Zn-Mg電視機(jī)、收錄機(jī)的磁電視機(jī)、收錄機(jī)的磁芯，記錄磁頭、溫度芯，記錄磁頭、溫度傳感器，計(jì)算機(jī)電源傳感器，計(jì)算機(jī)電源磁芯、電波吸收體磁芯、電波吸收體硬磁鐵氧體硬磁鐵氧體Ba、Sr鐵氧體鐵氧體鐵氧體磁石鐵氧體磁石記憶用鐵氧體記憶用鐵氧體Li、Mn、Ni、Mg、Zn與鐵形成的尖晶與鐵形成的尖晶石型石型計(jì)算機(jī)磁芯計(jì)算機(jī)磁芯光光功功能能陶陶瓷瓷透明透明Al2O3陶瓷陶瓷Al2O3高壓鈉燈高壓鈉燈透明透明MgO陶瓷陶瓷MgO照明或特殊燈管，紅照明或特殊燈管，紅外輸出窗材料外輸出窗材料透明透明Y2O3-ThO2陶陶瓷瓷Y2O3ThO2激光元件激光元件透明

23、鐵電陶瓷透明鐵電陶瓷PLZT光存儲(chǔ)元件、視頻顯光存儲(chǔ)元件、視頻顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)，光開示和存儲(chǔ)系統(tǒng)，光開關(guān)、光閥等關(guān)、光閥等分類分類功能陶瓷功能陶瓷 典典 型型 材材 料料 主主 要要 用用 途途生生物物及及化化學(xué)學(xué)功功能能陶陶瓷瓷濕敏陶瓷濕敏陶瓷 MgCr2O4-TiO2、ZnO-Cr2O3、Fe3O4等等工業(yè)濕度檢測(cè)、烹工業(yè)濕度檢測(cè)、烹飪控制元件飪控制元件氣敏陶瓷氣敏陶瓷 SnO2、-Fe2O3、ZrO2、TiO2、ZnO等等汽車傳感器、氣體汽車傳感器、氣體泄漏報(bào)警，各類氣泄漏報(bào)警，各類氣體檢測(cè)體檢測(cè)載體用陶載體用陶瓷瓷堇青石瓷、堇青石瓷、Al2O3瓷、瓷、SiO2-Al2O3瓷等瓷等汽車尾氣

24、催化載體、汽車尾氣催化載體、化工用催化載體、化工用催化載體、酵素固定載體酵素固定載體催化用陶催化用陶瓷瓷沸石、過渡金屬氧化沸石、過渡金屬氧化物物接觸分解反應(yīng)催化、接觸分解反應(yīng)催化、排氣凈化催化排氣凈化催化生物陶瓷生物陶瓷 A l2O3、 C a5( F 、Cl)P3O12人造牙齒、關(guān)節(jié)骨人造牙齒、關(guān)節(jié)骨等等四、新型陶瓷的特性與應(yīng)用四、新型陶瓷的特性與應(yīng)用 新型陶瓷，由于不同的化學(xué)組分和顯微新型陶瓷，由于不同的化學(xué)組分和顯微結(jié)構(gòu)而決定其具有不同的特殊性質(zhì)和功能，結(jié)構(gòu)而決定其具有不同的特殊性質(zhì)和功能，如高強(qiáng)、高硬、耐溫、耐腐、絕緣、導(dǎo)電和如高強(qiáng)、高硬、耐溫、耐腐、絕緣、導(dǎo)電和各種電、磁、光及生物相

25、容性等，陶瓷材料各種電、磁、光及生物相容性等，陶瓷材料的這些性能，可以廣泛用于機(jī)械、電子、宇的這些性能，可以廣泛用于機(jī)械、電子、宇航、醫(yī)學(xué)工程等各個(gè)方面，成為近代尖端科航、醫(yī)學(xué)工程等各個(gè)方面，成為近代尖端科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。學(xué)技術(shù)的重要組成部分。 新型陶瓷的主要特性和應(yīng)用見表新型陶瓷的主要特性和應(yīng)用見表3。表表3 新型陶瓷的特性與應(yīng)用新型陶瓷的特性與應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域 特特 性性 應(yīng)應(yīng) 用用光、光、電、電、磁磁學(xué)學(xué)功功能能領(lǐng)領(lǐng)域域電電子子陶陶瓷瓷高絕緣性高絕緣性集成電路組件，集成電路襯底，散熱性絕緣襯底集成電路組件，集成電路襯底，散熱性絕緣襯底鐵電性、介電鐵電性、介電性性圖像存儲(chǔ)元件，電光偏振光

26、元件，高容量電容器圖像存儲(chǔ)元件，電光偏振光元件，高容量電容器壓電性壓電性振子，點(diǎn)火元件，濾波器，壓電變壓器，超聲波元振子，點(diǎn)火元件，濾波器，壓電變壓器，超聲波元件，電子引燃器，彈性表面波元件，電子鐘表件，電子引燃器，彈性表面波元件，電子鐘表熱電性熱電性紅外檢測(cè)元件，自計(jì)式溫度計(jì)，探測(cè)器，新型武器紅外檢測(cè)元件，自計(jì)式溫度計(jì)，探測(cè)器，新型武器電子放射性電子放射性陰極射線管電子槍熱陰極，熱電子裝置，電子顯微陰極射線管電子槍熱陰極，熱電子裝置，電子顯微鏡，電子束焊機(jī)，超大規(guī)模集成電路電子束繪畫儀鏡，電子束焊機(jī)，超大規(guī)模集成電路電子束繪畫儀半導(dǎo)性、傳感半導(dǎo)性、傳感性性電阻發(fā)熱體（高溫電爐），濕度傳感器，

27、熱敏電阻電阻發(fā)熱體（高溫電爐），濕度傳感器，熱敏電阻（溫度控制器），壓力傳感器，穩(wěn)壓元件（非線性（溫度控制器），壓力傳感器，穩(wěn)壓元件（非線性電阻），自控系統(tǒng)電阻發(fā)熱元件（電子恒溫器，被電阻），自控系統(tǒng)電阻發(fā)熱元件（電子恒溫器，被褥干燥器，頭發(fā)干燥器），氣體傳感器（氣體泄漏褥干燥器，頭發(fā)干燥器），氣體傳感器（氣體泄漏報(bào)警器）報(bào)警器）離子導(dǎo)電性離子導(dǎo)電性氧量傳感器（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣氧量傳感器（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣燃料比控制器），燃料比控制器），高爐的控制，鈉硫電池（功率平衡用）高爐的控制，鈉硫電池（功率平衡用） 領(lǐng)領(lǐng) 域域 特特 性性 應(yīng)應(yīng) 用用光、光、電、電、磁磁學(xué)學(xué)功功能能領(lǐng)領(lǐng)域域光光電電陶陶瓷瓷熒光

28、性熒光性熒光體，彩色電視顯像管材料熒光體，彩色電視顯像管材料偏振光性偏振光性電光偏振光元件電光偏振光元件光電性光電性光電變換元件光電變換元件光光陶陶瓷瓷透光性透光性耐高溫耐蝕透光性（高壓鈉燈燈管），窯爐耐高溫耐蝕透光性（高壓鈉燈燈管），窯爐觀察窗，原子能反應(yīng)堆窗口，半導(dǎo)性透可見觀察窗，原子能反應(yīng)堆窗口，半導(dǎo)性透可見光性（光改變色玻璃）光性（光改變色玻璃）光反射性光反射性耐高溫金屬特性耐高溫金屬特性反射紅外性反射紅外性透過可見光，反射紅外線特性（節(jié)能型窗玻透過可見光，反射紅外線特性（節(jié)能型窗玻璃）璃）導(dǎo)光性導(dǎo)光性通信用光纖，光通信光纜，胃攝像機(jī)，光能通信用光纖，光通信光纜，胃攝像機(jī)，光能傳輸纖維

29、傳輸纖維磁性磁性陶陶 瓷瓷軟磁性、硬磁軟磁性、硬磁性性電腦存儲(chǔ)元件，變壓器磁芯，磁帶，磁盤，電腦存儲(chǔ)元件，變壓器磁芯，磁帶，磁盤，橡膠磁鐵，立體聲拾音器，磁頭，現(xiàn)金支付橡膠磁鐵，立體聲拾音器，磁頭，現(xiàn)金支付信用卡，冷藏庫(kù)氣密磁門信用卡，冷藏庫(kù)氣密磁門領(lǐng)領(lǐng) 域域 特特 性性 應(yīng)應(yīng) 用用熱學(xué)熱學(xué)功能功能領(lǐng)域領(lǐng)域傳熱性傳熱性集成電路絕緣（散熱）襯底集成電路絕緣（散熱）襯底絕熱性絕熱性耐熱絕熱體，輕質(zhì)絕熱體，不燃壁材，節(jié)能型爐耐熱絕熱體，輕質(zhì)絕熱體，不燃壁材，節(jié)能型爐耐高溫性耐高溫性耐高溫結(jié)構(gòu)材料，高溫爐，核聚變反應(yīng)堆材料，原子能耐高溫結(jié)構(gòu)材料，高溫爐，核聚變反應(yīng)堆材料，原子能反應(yīng)堆材料反應(yīng)堆材料機(jī)機(jī)

30、械械功功能能領(lǐng)領(lǐng)域域高強(qiáng)度、耐磨性、高強(qiáng)度、耐磨性、非膨脹收縮性非膨脹收縮性超高精度全陶瓷車床，機(jī)床，測(cè)量機(jī)械，拉絲模超高精度全陶瓷車床，機(jī)床，測(cè)量機(jī)械，拉絲模高強(qiáng)度、耐高溫高強(qiáng)度、耐高溫性性高性能高效汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)葉片，柴油機(jī)，高性能高效汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)葉片，柴油機(jī)，Sterling發(fā)動(dòng)機(jī)，航天飛機(jī)表面瓦發(fā)動(dòng)機(jī)，航天飛機(jī)表面瓦高比強(qiáng)度性高比強(qiáng)度性汽車零件，人造衛(wèi)星機(jī)體，火箭機(jī)體，飛機(jī)機(jī)體汽車零件，人造衛(wèi)星機(jī)體，火箭機(jī)體，飛機(jī)機(jī)體高模量高模量高爾夫球棒，長(zhǎng)柄，網(wǎng)球拍，撐桿跳高撐桿，釣魚竿，高爾夫球棒，長(zhǎng)柄，網(wǎng)球拍，撐桿跳高撐桿，釣魚竿，各種彈簧材料各種彈簧材料超硬性超硬性研磨材料，切

31、削工具，磨削材料研磨材料，切削工具，磨削材料潤(rùn)滑性潤(rùn)滑性軸承材料，高溫潤(rùn)滑材料軸承材料，高溫潤(rùn)滑材料生物生物化學(xué)化學(xué)功能功能領(lǐng)域領(lǐng)域骨親和性骨親和性人工骨，人造牙根，人造關(guān)節(jié)人工骨，人造牙根，人造關(guān)節(jié)載體性載體性固定酶載體，催化劑載體，生物化學(xué)反應(yīng)控制裝置固定酶載體，催化劑載體，生物化學(xué)反應(yīng)控制裝置耐蝕性耐蝕性理化儀器，化工陶瓷，化學(xué)裝置內(nèi)襯，原子能有關(guān)材料理化儀器，化工陶瓷，化學(xué)裝置內(nèi)襯，原子能有關(guān)材料催化性催化性水煤氣反應(yīng)催化劑，耐熱催化劑，化學(xué)用催化劑水煤氣反應(yīng)催化劑，耐熱催化劑，化學(xué)用催化劑 尤其要指出的是，尤其要指出的是，功能陶瓷功能陶瓷的不斷開發(fā)，的不斷開發(fā)，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起了巨

32、大促進(jìn)作用，功能對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起了巨大促進(jìn)作用，功能陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之更為廣泛，陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之更為廣泛，目前主要目前主要用于用于電、磁、光、聲、熱和化學(xué)等信息的檢電、磁、光、聲、熱和化學(xué)等信息的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理和存儲(chǔ)等，并已在電測(cè)、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理和存儲(chǔ)等，并已在電子信息、集成電路、計(jì)算機(jī)、能源工程、超子信息、集成電路、計(jì)算機(jī)、能源工程、超聲換能、人工智能、生物工程等眾多近代科聲換能、人工智能、生物工程等眾多近代科技領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。技領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)功能陶瓷組成結(jié)構(gòu)的易調(diào)性和可控性根據(jù)功能陶瓷組成結(jié)構(gòu)的易調(diào)性和可控性，可以制備超高絕緣性、絕緣性、半導(dǎo)體、

33、導(dǎo)可以制備超高絕緣性、絕緣性、半導(dǎo)體、導(dǎo)電性和超導(dǎo)電性陶瓷；電性和超導(dǎo)電性陶瓷；根據(jù)其能量轉(zhuǎn)換和耦合特性，根據(jù)其能量轉(zhuǎn)換和耦合特性，可以制備壓電、可以制備壓電、光電、熱電、磁電和鐵電等陶瓷；光電、熱電、磁電和鐵電等陶瓷；根據(jù)其對(duì)外場(chǎng)條件的敏感效應(yīng)根據(jù)其對(duì)外場(chǎng)條件的敏感效應(yīng)，則可制備熱，則可制備熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、磁敏和光敏等敏感敏、氣敏、濕敏、壓敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷。陶瓷。 高溫超導(dǎo)氧化物陶瓷的發(fā)現(xiàn)，高溫超導(dǎo)氧化物陶瓷的發(fā)現(xiàn)，使功能陶使功能陶瓷的研究形成了全球性的熱點(diǎn)，高溫超導(dǎo)瓷的研究形成了全球性的熱點(diǎn)，高溫超導(dǎo)陶瓷的研究開發(fā)，為未來的技術(shù)革命帶來陶瓷的研究開發(fā)，為未來的技術(shù)革命帶來新

34、的曙光。新的曙光。 上世紀(jì)上世紀(jì)90年代開始的納米功能陶瓷的年代開始的納米功能陶瓷的研究，表明人們已開始深入到介于宏觀與研究，表明人們已開始深入到介于宏觀與原子尺度的納米層次來研究功能陶瓷的性原子尺度的納米層次來研究功能陶瓷的性能與結(jié)構(gòu)，以期進(jìn)一步開拓功能陶瓷新的能與結(jié)構(gòu)，以期進(jìn)一步開拓功能陶瓷新的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域。五、新型陶瓷的工藝技術(shù)現(xiàn)狀五、新型陶瓷的工藝技術(shù)現(xiàn)狀 新型陶瓷已有新型陶瓷已有100余年的發(fā)展歷史，尤其是余年的發(fā)展歷史，尤其是近三十年多來，新型陶瓷已成為當(dāng)今社會(huì)不可缺近三十年多來，新型陶瓷已成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的新材料之一。少的新材料之一。 盡管新型陶瓷材料已有一套初步成熟的

35、工藝盡管新型陶瓷材料已有一套初步成熟的工藝技術(shù)，并已形成了一定的規(guī)模與市場(chǎng)，但由于其技術(shù)，并已形成了一定的規(guī)模與市場(chǎng)，但由于其尚處于發(fā)展和提高之中，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量還不能尚處于發(fā)展和提高之中，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量還不能滿足當(dāng)今社會(huì)日益發(fā)展的需求，特別是高性能、滿足當(dāng)今社會(huì)日益發(fā)展的需求，特別是高性能、高精度的產(chǎn)品還很缺乏。為此，目前需研究和解高精度的產(chǎn)品還很缺乏。為此，目前需研究和解決的重點(diǎn)是：決的重點(diǎn)是：1工藝工藝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)與研究性能的設(shè)計(jì)與研究 有效地控制工藝過程，使其達(dá)到預(yù)定有效地控制工藝過程，使其達(dá)到預(yù)定的結(jié)構(gòu)（包括薄膜化、纖維化、氣孔的含的結(jié)構(gòu)（包括薄膜化、纖維化、氣孔的含量、非晶態(tài)

36、化、晶粒的微細(xì)化等），對(duì)于量、非晶態(tài)化、晶粒的微細(xì)化等），對(duì)于提高新型陶瓷材料的性能和進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其提高新型陶瓷材料的性能和進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其新的功能是十分重要的。新的功能是十分重要的。2重視粉體標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的研究與開發(fā)重視粉體標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的研究與開發(fā) 新型陶瓷材料規(guī)模化的大生產(chǎn)，必須新型陶瓷材料規(guī)?；拇笊a(chǎn)，必須以標(biāo)準(zhǔn)化的粉體為基礎(chǔ)，并根據(jù)不同產(chǎn)品以標(biāo)準(zhǔn)化的粉體為基礎(chǔ)，并根據(jù)不同產(chǎn)品的需要盡可能提供系列化的粉體。因此，的需要盡可能提供系列化的粉體。因此，高純、超細(xì)陶瓷粉體的制備仍是今后相當(dāng)高純、超細(xì)陶瓷粉體的制備仍是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期的主攻方向，先進(jìn)的制備工藝長(zhǎng)一段時(shí)期的主攻方向，先進(jìn)的制備工

37、藝和制造成本的降低將成為主攻的重點(diǎn)。和制造成本的降低將成為主攻的重點(diǎn)。3提高新型陶瓷材料制品的重復(fù)性、可靠提高新型陶瓷材料制品的重復(fù)性、可靠性及其使用壽命性及其使用壽命 這是影響新型陶瓷產(chǎn)品能否有市場(chǎng)和這是影響新型陶瓷產(chǎn)品能否有市場(chǎng)和發(fā)展前主的關(guān)鍵。越是高技術(shù)的設(shè)備對(duì)材發(fā)展前主的關(guān)鍵。越是高技術(shù)的設(shè)備對(duì)材料的要求越高。目前新型陶瓷材料使用受料的要求越高。目前新型陶瓷材料使用受到一定的限制。為此，從事新型陶瓷材料到一定的限制。為此，從事新型陶瓷材料工作者必須對(duì)此引起足夠的重視，致力于工作者必須對(duì)此引起足夠的重視，致力于提高材料的性能和使用壽命。提高材料的性能和使用壽命。4新型陶瓷材料的精密加工亟

38、待加強(qiáng)新型陶瓷材料的精密加工亟待加強(qiáng) 由于陶瓷材料燒結(jié)時(shí)帶來體積的變化，由于陶瓷材料燒結(jié)時(shí)帶來體積的變化，要滿足精密裝配等要求必須進(jìn)行精加工。但要滿足精密裝配等要求必須進(jìn)行精加工。但陶瓷材料的高強(qiáng)、超硬又給精加工帶來了很陶瓷材料的高強(qiáng)、超硬又給精加工帶來了很大的困難。因此，必須研究采用快速、經(jīng)濟(jì)大的困難。因此，必須研究采用快速、經(jīng)濟(jì)的精加工技術(shù)，以賦于新型陶瓷材料更廣闊的精加工技術(shù)，以賦于新型陶瓷材料更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。的應(yīng)用領(lǐng)域。六、新型陶瓷展望六、新型陶瓷展望 信息、能源、材料被譽(yù)為當(dāng)代科學(xué)的三大支信息、能源、材料被譽(yù)為當(dāng)代科學(xué)的三大支柱。新型陶瓷作為一種新材料，以其優(yōu)異的性能在柱。新型陶瓷

39、作為一種新材料，以其優(yōu)異的性能在材料領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，受到了人們的高度重視，在未材料領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，受到了人們的高度重視，在未來的社會(huì)中將發(fā)揮愈益顯著的作用。來的社會(huì)中將發(fā)揮愈益顯著的作用。 新型陶瓷材料將在下列幾方面獲得新的進(jìn)展與新型陶瓷材料將在下列幾方面獲得新的進(jìn)展與突破，對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步作出特突破，對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步作出特有的貢獻(xiàn)。有的貢獻(xiàn)。 1氣相凝聚法制備超微粉體將成為超微粉研究發(fā)展氣相凝聚法制備超微粉體將成為超微粉研究發(fā)展的重點(diǎn)的重點(diǎn) 隨著人們對(duì)新型陶瓷材料制品性能要求的提高，對(duì)隨著人們對(duì)新型陶瓷材料制品性能要求的提高，對(duì)其所用粉體性能的要求也將更加苛刻。采

40、用傳統(tǒng)的粉體制其所用粉體性能的要求也將更加苛刻。采用傳統(tǒng)的粉體制備法已無能為力。唯有氣相凝聚法可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。備法已無能為力。唯有氣相凝聚法可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 氣相凝聚法是氣相凝聚法是直接利用氣相或是通過各種手段將物質(zhì)直接利用氣相或是通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理變化，變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理變化，最后在冷卻過程中凝聚形成超微粉。其方法主要有氣體中最后在冷卻過程中凝聚形成超微粉。其方法主要有氣體中蒸發(fā)法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、電弧等離子體法、高頻等離子蒸發(fā)法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、電弧等離子體法、高頻等離子體法和激光法等。體法和激光法等。2微波加熱將向

41、傳統(tǒng)燒結(jié)方法挑戰(zhàn)微波加熱將向傳統(tǒng)燒結(jié)方法挑戰(zhàn) 由于微波加熱完全不同于普通常規(guī)加熱由于微波加熱完全不同于普通常規(guī)加熱方 式 ， 有 著 加 熱 均 勻 、 加 熱 速 度 快方 式 ， 有 著 加 熱 均 勻 、 加 熱 速 度 快（500/min以上），高效節(jié)能和能實(shí)現(xiàn)以上），高效節(jié)能和能實(shí)現(xiàn)2000以上高溫等諸多優(yōu)點(diǎn)。以上高溫等諸多優(yōu)點(diǎn)。 微波加熱還能用于陶瓷間的焊接，為復(fù)微波加熱還能用于陶瓷間的焊接，為復(fù)雜異形陶瓷的制作或陶瓷瓷件的修復(fù)創(chuàng)造條雜異形陶瓷的制作或陶瓷瓷件的修復(fù)創(chuàng)造條件。件。3陶瓷材料脆性致命弱點(diǎn)將得到顯著改變陶瓷材料脆性致命弱點(diǎn)將得到顯著改變 陶瓷材料具有高強(qiáng)、耐磨、耐高溫、

42、耐腐等許多優(yōu)陶瓷材料具有高強(qiáng)、耐磨、耐高溫、耐腐等許多優(yōu)異性能，但陶瓷材料致命弱點(diǎn)異性能，但陶瓷材料致命弱點(diǎn)脆性，阻礙了它的進(jìn)一脆性，阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展，因此，改善陶瓷材料的脆性一直為陶瓷材步應(yīng)用和發(fā)展，因此，改善陶瓷材料的脆性一直為陶瓷材料科技工作者研究的熱點(diǎn)。料科技工作者研究的熱點(diǎn)。 目前人們已在目前人們已在粒子彌散增韌、氧化鋯相變?cè)鲰g和晶須粒子彌散增韌、氧化鋯相變?cè)鲰g和晶須（纖維）增韌方面做了許多工作，而其中晶須增韌尤為顯（纖維）增韌方面做了許多工作，而其中晶須增韌尤為顯著，其斷裂韌性已達(dá)著，其斷裂韌性已達(dá)36MPam1/2，比單一陶瓷增加一個(gè)，比單一陶瓷增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，但韌性指

43、標(biāo)仍不能達(dá)到人們所期望的效果。數(shù)量級(jí)，但韌性指標(biāo)仍不能達(dá)到人們所期望的效果。 今后需完善和探索今后需完善和探索新的復(fù)合工藝技術(shù)，開發(fā)新的增韌新的復(fù)合工藝技術(shù)，開發(fā)新的增韌方法與途徑，如超塑性納米陶瓷等，使陶瓷材料的脆性得方法與途徑，如超塑性納米陶瓷等，使陶瓷材料的脆性得以根本的改變。以根本的改變。4納米材料的應(yīng)用將為新型陶瓷材料帶來新的活納米材料的應(yīng)用將為新型陶瓷材料帶來新的活力力 納 米 材 料 是 指納 米 材 料 是 指 在 納 米 （在 納 米 （ 1 0- 9m ） 長(zhǎng) 度 范 圍） 長(zhǎng) 度 范 圍（1100nm）內(nèi)的微?；蚪Y(jié)構(gòu)、結(jié)晶或納米復(fù)合的材料。）內(nèi)的微?；蚪Y(jié)構(gòu)、結(jié)晶或納米復(fù)合

44、的材料。納米顆粒由于尺寸極小，故不易用一般的方法合成，而納米顆粒由于尺寸極小，故不易用一般的方法合成，而采用原位復(fù)合法，目前正在探索納米技術(shù)來制備納米材采用原位復(fù)合法，目前正在探索納米技術(shù)來制備納米材料。料。 納米材料具有特有納米材料具有特有的的“納米尺寸效應(yīng)納米尺寸效應(yīng)”，一些不易，一些不易固溶、混溶的組分有可能在納米尺度復(fù)合，從而可開發(fā)固溶、混溶的組分有可能在納米尺度復(fù)合，從而可開發(fā)新穎復(fù)合陶瓷材料；高缺陷濃度、高擴(kuò)散系數(shù)和高反應(yīng)新穎復(fù)合陶瓷材料；高缺陷濃度、高擴(kuò)散系數(shù)和高反應(yīng)度的納米材料，將在催化、生物化學(xué)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。度的納米材料，將在催化、生物化學(xué)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。納米材料的應(yīng)用日趨

45、廣泛，因而，納米材料被公認(rèn)為是納米材料的應(yīng)用日趨廣泛，因而，納米材料被公認(rèn)為是21世紀(jì)的新材料。世紀(jì)的新材料。5智能陶瓷將日益引起人們的關(guān)注智能陶瓷將日益引起人們的關(guān)注 智能陶瓷是更高級(jí)的功能陶瓷智能陶瓷是更高級(jí)的功能陶瓷，它利用陶瓷，它利用陶瓷的特有功能，通過傳感的特有功能，通過傳感反饋反饋驅(qū)動(dòng)的綜合驅(qū)動(dòng)的綜合效果，達(dá)到感知外界，并對(duì)外作功的目的。智能效果，達(dá)到感知外界，并對(duì)外作功的目的。智能陶瓷可分為被動(dòng)的智能陶瓷、主動(dòng)智能陶瓷、高陶瓷可分為被動(dòng)的智能陶瓷、主動(dòng)智能陶瓷、高智能陶瓷復(fù)合材料智能陶瓷復(fù)合材料。 智能陶瓷材料的發(fā)展是建立在人類的需求、智能陶瓷材料的發(fā)展是建立在人類的需求、材料中

46、所孕育的功能和材料中已顯露的功能三者材料中所孕育的功能和材料中已顯露的功能三者之間的聯(lián)系上。目前需要人們?nèi)ミM(jìn)一步探索以形之間的聯(lián)系上。目前需要人們?nèi)ミM(jìn)一步探索以形成一個(gè)龐大的智能系統(tǒng)。成一個(gè)龐大的智能系統(tǒng)。 七、陶七、陶 瓷瓷 品品 種種 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介 對(duì)陶瓷（材料及其制品）都有特定的性能要求。對(duì)陶瓷（材料及其制品）都有特定的性能要求。例如對(duì)日用餐具要有一定的強(qiáng)度（例如對(duì)日用餐具要有一定的強(qiáng)度（strength）、白度）、白度(whitness)、抗熱沖擊性（熱穩(wěn)定性、抗熱沖擊性（熱穩(wěn)定性,thermal shock resistance）；對(duì)電瓷有強(qiáng)度和介電性能要求對(duì)特種）；對(duì)電瓷有強(qiáng)度和介電

47、性能要求對(duì)特種陶瓷的性能及其穩(wěn)定性要求更高。陶瓷的性能及其穩(wěn)定性要求更高。 陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如熱膨陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如熱膨脹系數(shù)、電阻率、彈性模量等）的影響，同時(shí)又與脹系數(shù)、電阻率、彈性模量等）的影響，同時(shí)又與其顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)（陶瓷燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)見圖其顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)（陶瓷燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)見圖2-5-1）。）。第一節(jié)第一節(jié) 陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與性能陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與性能 決定顯微結(jié)構(gòu)和本征物理量的決定顯微結(jié)構(gòu)和本征物理量的是陶瓷的組成及是陶瓷的組成及其加工工藝。其中陶瓷組成其加工工藝。其中陶瓷組成對(duì)對(duì)顯微結(jié)構(gòu)乃至性能起決顯微結(jié)構(gòu)乃至性能起決定性作用。定性作用

48、。 圖圖2-5-1 陶瓷燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)陶瓷燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu) 一、陶瓷性能與材料鍵性、結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、陶瓷性能與材料鍵性、結(jié)構(gòu)的關(guān)系A(chǔ). 陶瓷材料的鍵性主要是陶瓷材料的鍵性主要是離子鍵與共價(jià)鍵，而且往往離子鍵與共價(jià)鍵，而且往往是兩種鍵雜交在一起。是兩種鍵雜交在一起。(1)如島狀硅酸鹽中如島狀硅酸鹽中，陽(yáng)離子和硅氧四面體是以離子鍵，陽(yáng)離子和硅氧四面體是以離子鍵相聯(lián)，四面體中相聯(lián)，四面體中Si-O是共價(jià)鍵與離子鍵的混合鍵。是共價(jià)鍵與離子鍵的混合鍵。(2)多數(shù)氧化物以多數(shù)氧化物以離子鍵相結(jié)合。離子鍵相結(jié)合。(3)一些非金屬的碳化物一些非金屬的碳化物、氮化物中，共價(jià)鍵占主導(dǎo)地、氮化物中，共價(jià)鍵占主導(dǎo)地位

49、。如位。如SiC的強(qiáng)共價(jià)鍵使其硬度大、耐高溫。的強(qiáng)共價(jià)鍵使其硬度大、耐高溫。Si3N4中中Si與四個(gè)與四個(gè)N共價(jià)形成堅(jiān)固聯(lián)系的四面體，因而其共價(jià)形成堅(jiān)固聯(lián)系的四面體，因而其強(qiáng)度及分解溫度均高，而且熱膨脹系數(shù)小、抗熱震強(qiáng)度及分解溫度均高，而且熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性好性好.B. 陶瓷材料中原子或分子的排列方式和結(jié)構(gòu)也陶瓷材料中原子或分子的排列方式和結(jié)構(gòu)也是決定性能的重要依據(jù)是決定性能的重要依據(jù)(1)如具有對(duì)稱中心的晶體如具有對(duì)稱中心的晶體不可能具有壓電性；不可能具有壓電性；(2)在正尖晶石型結(jié)構(gòu)中，在正尖晶石型結(jié)構(gòu)中，相反方向排列的磁矩?cái)?shù)相等相反方向排列的磁矩?cái)?shù)相等，使得晶體的總磁矩為零，因而不顯

50、磁性；，使得晶體的總磁矩為零，因而不顯磁性；(3)在反尖晶石結(jié)構(gòu)中，在反尖晶石結(jié)構(gòu)中，相反方向排列的磁矩?cái)?shù)不等，相反方向排列的磁矩?cái)?shù)不等，因而晶體呈現(xiàn)磁性。因而晶體呈現(xiàn)磁性。C.結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)陶瓷材料的性能也有顯著的影響結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)陶瓷材料的性能也有顯著的影響 如點(diǎn)缺陷中的肖脫基缺陷、弗侖克爾缺陷及如點(diǎn)缺陷中的肖脫基缺陷、弗侖克爾缺陷及價(jià)電子位移產(chǎn)生的色心都會(huì)增大離子晶體的導(dǎo)電價(jià)電子位移產(chǎn)生的色心都會(huì)增大離子晶體的導(dǎo)電性。若晶體發(fā)生位錯(cuò)或缺陷，自然會(huì)影響晶體的性。若晶體發(fā)生位錯(cuò)或缺陷，自然會(huì)影響晶體的生長(zhǎng)和材料的機(jī)械強(qiáng)度。生長(zhǎng)和材料的機(jī)械強(qiáng)度。二、陶瓷強(qiáng)度的控制和脆性的改善二、陶瓷強(qiáng)度的控制和脆性的

51、改善1.陶瓷材料強(qiáng)度特征陶瓷材料強(qiáng)度特征A.陶瓷材料的實(shí)際強(qiáng)度為理論強(qiáng)度的陶瓷材料的實(shí)際強(qiáng)度為理論強(qiáng)度的1/101/100。 這是因?yàn)槎嗑У奶沾刹牧辖Y(jié)構(gòu)中實(shí)際上存在著這是因?yàn)槎嗑У奶沾刹牧辖Y(jié)構(gòu)中實(shí)際上存在著多種缺陷，這些缺陷強(qiáng)烈影響著材料的斷裂性能與多種缺陷，這些缺陷強(qiáng)烈影響著材料的斷裂性能與強(qiáng)度值。強(qiáng)度值。 提高陶瓷強(qiáng)度的關(guān)鍵是提高陶瓷強(qiáng)度的關(guān)鍵是控制其裂紋和位錯(cuò)。例控制其裂紋和位錯(cuò)。例如，若能將裂紋長(zhǎng)度控制到和原子間距同一數(shù)量級(jí)，如，若能將裂紋長(zhǎng)度控制到和原子間距同一數(shù)量級(jí)，則材料可接近理論強(qiáng)度。則材料可接近理論強(qiáng)度。 B. 陶瓷材料在室溫下具有脆性陶瓷材料在室溫下具有脆性 陶瓷材料的另一

52、個(gè)強(qiáng)度特征是室溫下具有脆陶瓷材料的另一個(gè)強(qiáng)度特征是室溫下具有脆性（性（brittleness），），表現(xiàn)為表現(xiàn)為在外加應(yīng)力作用下會(huì)突然在外加應(yīng)力作用下會(huì)突然斷裂。其抗沖擊強(qiáng)度低，承受溫度劇變能力差。斷裂。其抗沖擊強(qiáng)度低，承受溫度劇變能力差。 (1) 組成陶瓷材料的化合物往往是組成陶瓷材料的化合物往往是離子鍵和共離子鍵和共價(jià)鍵的鍵性，這些化學(xué)鍵的原子不象金屬鍵鍵合的價(jià)鍵的鍵性，這些化學(xué)鍵的原子不象金屬鍵鍵合的原子那樣排列緊密，而是有許多空隙，難以引起位原子那樣排列緊密，而是有許多空隙，難以引起位錯(cuò)移動(dòng)。錯(cuò)移動(dòng)。 (2) 陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，其多晶體的晶界也會(huì)阻，其多晶體的晶界也會(huì)阻礙位

53、移的通過，聚集的位移應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂紋的形成礙位移的通過，聚集的位移應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂紋的形成，并在超過一定的臨界值后突然擴(kuò)展。，并在超過一定的臨界值后突然擴(kuò)展。 (3)組成陶瓷材料的組成陶瓷材料的晶體和玻璃相也多是脆性的晶體和玻璃相也多是脆性的。 2. 陶瓷強(qiáng)度的控制和脆性的改善陶瓷強(qiáng)度的控制和脆性的改善 A.降低其總氣孔率，控制好氣孔的大小、形狀和分降低其總氣孔率，控制好氣孔的大小、形狀和分布。布。 B. 控制晶粒的大小、數(shù)量和形狀?？刂凭Я５拇笮　?shù)量和形狀。 C. 脆性是與強(qiáng)度密切相關(guān)但又不相同的性質(zhì)，它是脆性是與強(qiáng)度密切相關(guān)但又不相同的性質(zhì)，它是強(qiáng)度與塑性的綜合反映。強(qiáng)度與塑性的綜合反映。提高

54、提高強(qiáng)度并強(qiáng)度并 不會(huì)明顯改不會(huì)明顯改善脆性，善脆性，但但降低脆性（即增韌）對(duì)提高強(qiáng)度有利降低脆性（即增韌）對(duì)提高強(qiáng)度有利。 D. 增韌的方法一般有表面補(bǔ)強(qiáng)增韌的方法一般有表面補(bǔ)強(qiáng)（例如陶瓷表面的施（例如陶瓷表面的施釉、表面離子交換）、釉、表面離子交換）、復(fù)合增韌復(fù)合增韌（例如金屬與陶例如金屬與陶瓷的復(fù)合、纖維與陶瓷的復(fù)合）和瓷的復(fù)合、纖維與陶瓷的復(fù)合）和相變?cè)鲰g相變?cè)鲰g（如（如ZrO2的增韌作用）。的增韌作用）。第二節(jié)第二節(jié) 陶瓷坯料的配制陶瓷坯料的配制 陶瓷坯料陶瓷坯料(body material)一般一般是由幾種不同的原料配制而成的。性是由幾種不同的原料配制而成的。性能不同的陶瓷產(chǎn)品，其

55、所用原料的種能不同的陶瓷產(chǎn)品，其所用原料的種類和配比也不同，即所謂坯料組成或類和配比也不同，即所謂坯料組成或配方不同。配方不同。一、確定坯料配方的原則一、確定坯料配方的原則（1）充分考慮產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和使）充分考慮產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和使用性能要求用性能要求.（2）參考前人的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)）參考前人的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù).（3）了解各種原料對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響）了解各種原料對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響.（4）應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求）應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求.（5）了解原料的品位、來源和到廠價(jià)格）了解原料的品位、來源和到廠價(jià)格.二、坯體組成的表示方法二、坯體組成的表示方法（一）配料量表示法（一）配料量表示法 配料量表示法也稱配料

56、比表示法，是生產(chǎn)中常配料量表示法也稱配料比表示法，是生產(chǎn)中常用的方法。它直接列出所用原料的名稱和質(zhì)量比（用的方法。它直接列出所用原料的名稱和質(zhì)量比（各種原料質(zhì)量比之和應(yīng)為各種原料質(zhì)量比之和應(yīng)為100）。）。 例如，某釉面磚配方可表示如下：焦寶石例如，某釉面磚配方可表示如下：焦寶石40、石英石英30、粘土、粘土15、滑石、滑石5、石灰石、石灰石7、長(zhǎng)石、長(zhǎng)石3。這種方。這種方法便于工廠計(jì)量配料，直觀方便。法便于工廠計(jì)量配料，直觀方便。（二）化學(xué)組成表示法（二）化學(xué)組成表示法 即用坯料中各種化學(xué)組分所占的質(zhì)量即用坯料中各種化學(xué)組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示坯料組成（見表百分?jǐn)?shù)來表示坯料組成（見表2-5

57、-6）。）。 其優(yōu)點(diǎn)是其優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)坯料中化學(xué)成分的可以根據(jù)坯料中化學(xué)成分的多少來推斷或比較坯體的某些性能。多少來推斷或比較坯體的某些性能。 表表2-5-6 某瓷坯的化學(xué)組成某瓷坯的化學(xué)組成SiO2 Al2O3Fe2O3TiO2 CaO MgOK2O Na2O灼減灼減量量 總計(jì)總計(jì) 64.15 24.33 0.71 0.39 7.49 1.84 0.88 0.22 100 （三）示性礦物組成表示法（三）示性礦物組成表示法 普通陶瓷坯體一般是由粘土、石英及熔劑類礦普通陶瓷坯體一般是由粘土、石英及熔劑類礦物原料組成。用這三類礦物的百分含量可表示坯物原料組成。用這三類礦物的百分含量可表示坯料的組成

58、，這樣的表示方法叫示性礦物表示法。料的組成，這樣的表示方法叫示性礦物表示法。 例如表例如表2-5-6中的釉面磚配方可表示成：粘土類中的釉面磚配方可表示成：粘土類礦物礦物51%，石英，石英28%，熔劑類礦物，熔劑類礦物21%。它有助。它有助于了解坯料的一些工藝性能，如燒成性能等。于了解坯料的一些工藝性能，如燒成性能等。0.282K2O 0.196MgO 0.078CaO 5.616SiO2 0.026Fe2O30.974TiO2（四）實(shí)驗(yàn)式表示法（四）實(shí)驗(yàn)式表示法 實(shí)驗(yàn)式表示法也稱坯式表示法，實(shí)驗(yàn)式表示法也稱坯式表示法，它是采用它是采用各種氧化物摩爾數(shù)來表示坯料組成的一種方法，各種氧化物摩爾數(shù)來

59、表示坯料組成的一種方法，將坯料中的氧化物分為堿性、中性和酸性氧化物將坯料中的氧化物分為堿性、中性和酸性氧化物（見表（見表2-5-7），并計(jì)算出其摩爾數(shù)后按順序排），并計(jì)算出其摩爾數(shù)后按順序排列。例如，某?；u坯式為：列。例如，某?；u坯式為：0.282K2O 0.026Fe2O30. 196MgO 5.616SiO2 0.078CaO 0.974TiO2實(shí)驗(yàn)式表示法：實(shí)驗(yàn)式表示法： a R2O b RO c R2O3 d RO2當(dāng)當(dāng) a+b=1 時(shí)時(shí) 為釉式，為釉式， c=1 時(shí)時(shí) 為坯式。為坯式。 三、配三、配 料料 計(jì)計(jì) 算算（一）從化學(xué)組成計(jì)算實(shí)驗(yàn)式（一）從化學(xué)組成計(jì)算實(shí)驗(yàn)式 若知道了坯

60、料的化學(xué)組成，可按下列步驟，計(jì)算成為實(shí)若知道了坯料的化學(xué)組成，可按下列步驟，計(jì)算成為實(shí)驗(yàn)式驗(yàn)式 1、若坯料中的化學(xué)組成包含有灼減量成分、若坯料中的化學(xué)組成包含有灼減量成分，首先應(yīng)將其，首先應(yīng)將其換算成不含灼減量的化學(xué)組成；換算成不含灼減量的化學(xué)組成； 2、以各氧化物的摩爾質(zhì)量、以各氧化物的摩爾質(zhì)量，分別除各該項(xiàng)氧化物的質(zhì)量，分別除各該項(xiàng)氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，得到各氧化物的摩爾數(shù)；百分?jǐn)?shù)，得到各氧化物的摩爾數(shù)； 3、以堿性氧化物或中性氧化物摩爾數(shù)總和，、以堿性氧化物或中性氧化物摩爾數(shù)總和，分別除各氧分別除各氧化物的摩爾數(shù)，即得到一套以堿性氧化物或中性氧化物摩爾化物的摩爾數(shù)，即得到一套以堿性氧化物或