陶瓷材料及其制備和加工工藝12教學(xué)內(nèi)容

1、陶瓷材料及其制備和加工工藝12 玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷 石英鐘表石英鐘表 手表手表上的上的“1919鉆鉆”( (人造紅寶石軸承的數(shù)目人造紅寶石軸承的數(shù)目) ) （特殊光學(xué)材料）（特殊光學(xué)材料） 彩電（熒光材料）彩電（熒光材料） 煤氣爐中的電子打火煤氣爐中的電子打火( () ) 海底電纜海底電纜; ;信息高速公路（信息高速公路（光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維） 電腦的電腦的CPUCPU（單晶硅單晶硅）生活中的無機(jī)非金屬材料生活中的無機(jī)非金屬材料陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)一、概念、概念 傳統(tǒng)陶瓷：傳統(tǒng)陶瓷：是指以粘土、長石、石灰石、石英等天然礦物為原是指以粘土、長石、石灰石、石英等天然礦物為原料，經(jīng)過料

2、，經(jīng)過原料配制原料配制、坯料成型坯料成型后經(jīng)后經(jīng)高溫?zé)筛邷責(zé)傻囊活愔破?，組成上以的一類制品，組成上以硅酸鹽硅酸鹽為主。為主。 隨著與陶瓷工藝相近的無機(jī)材料的不斷出現(xiàn)，陶瓷概念的外延也不斷擴(kuò)大。 近代陶瓷：近代陶瓷：以以高純度化工原料和合成礦物為原料高純度化工原料和合成礦物為原料制造而成，組制造而成，組成上以成上以非硅酸鹽非硅酸鹽為特征。為特征。 廣義陶瓷：廣義陶瓷：是以是以離子鍵及共價鍵為主要結(jié)合離子鍵及共價鍵為主要結(jié)合的含有金屬和非金的含有金屬和非金屬元素的復(fù)雜化合物和固溶體，泛指所有的無機(jī)非金屬材料制品。屬元素的復(fù)雜化合物和固溶體，泛指所有的無機(jī)非金屬材料制品。它不僅包括傳統(tǒng)的陶瓷材料

3、它不僅包括傳統(tǒng)的陶瓷材料（如：（如：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料等）搪瓷、磨料等），還包括新型陶瓷材料還包括新型陶瓷材料（非金屬磁性材料、鐵電體、非金屬磁性材料、鐵電體、人造單晶、玻璃陶瓷、氧化物及非氧化物陶瓷人造單晶、玻璃陶瓷、氧化物及非氧化物陶瓷等）等）。陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的概念陶瓷材料的概念第一節(jié)第一節(jié) 陶瓷材料的概念與分類陶瓷材料的概念與分類二、分類二、分類1、按原料和組成不同分：、按原料和組成不同分： 按化學(xué)成分不同，新型陶瓷分為：按化學(xué)成分不同，新型陶瓷分為：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷和硼化物

4、陶瓷等。陶瓷和硼化物陶瓷等。按性能和用途不同，新型陶瓷分為：按性能和用途不同，新型陶瓷分為： 傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷（錄像錄像）以粘土等以粘土等天然的硅酸鹽礦物為原料天然的硅酸鹽礦物為原料制造而成，主制造而成，主要應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。要應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。 （如：（如：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料等）磨料等） 新型陶瓷新型陶瓷（工程陶瓷、精細(xì)陶瓷、特種陶瓷（工程陶瓷、精細(xì)陶瓷、特種陶瓷 錄像錄像）：）：以以高純度化高純度化工原料和合成礦物為原料工原料和合成礦物為原料制造而成，組成上以非硅酸鹽為特征。制造而成，組成上以非硅酸鹽為特征。1 1）結(jié)構(gòu)

5、陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷：強(qiáng)調(diào)材料的高溫力學(xué)性能或機(jī)械性能。如：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷強(qiáng)調(diào)材料的高溫力學(xué)性能或機(jī)械性能。如：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷（刀具、軸承、發(fā)動機(jī)內(nèi)的元件等）（刀具、軸承、發(fā)動機(jī)內(nèi)的元件等）2 2）功能陶瓷功能陶瓷：具有電、磁、聲、光、熱、化學(xué)及生物特性，且具有相互轉(zhuǎn)具有電、磁、聲、光、熱、化學(xué)及生物特性，且具有相互轉(zhuǎn)化功能。如：化功能。如：（壓電陶瓷、鐵氧體、光導(dǎo)纖維（壓電陶瓷、鐵氧體、光導(dǎo)纖維、氣敏陶瓷、生物陶瓷等）氣敏陶瓷、生物陶瓷等）陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的分類陶瓷材料的分類2、按使用性能陶瓷可分為：按使用性能陶瓷可分為： 建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、藝術(shù)陶瓷、實驗室用陶瓷和建筑陶瓷、

6、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、藝術(shù)陶瓷、實驗室用陶瓷和工業(yè)陶瓷。工業(yè)陶瓷。3、按陶瓷坯體之密度不同，可把陶瓷分為、按陶瓷坯體之密度不同，可把陶瓷分為(書書161)粗陶器粗陶器特種陶瓷特種陶瓷陶器陶器瓷器瓷器精陶器精陶器細(xì)瓷細(xì)瓷陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的分類陶瓷材料的分類 材料材料 品種示例品種示例傳傳統(tǒng)統(tǒng)無無機(jī)機(jī)非非金金屬屬材材料料 水泥和其他膠水泥和其他膠凝材料凝材料 硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等 陶陶 瓷瓷 黏土質(zhì)、長石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等黏土質(zhì)、長石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等 耐火材料耐火材料 硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)等硅質(zhì)、硅酸鋁

7、質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)等 玻玻 璃璃 硅酸鹽、硼酸鹽、氧化物、硫化物和鹵素化合物玻硅酸鹽、硼酸鹽、氧化物、硫化物和鹵素化合物玻璃等璃等 搪搪 瓷瓷 鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等 鑄鑄 石石 輝綠巖、玄武巖、鑄石等輝綠巖、玄武巖、鑄石等 研磨材料研磨材料 氧化硅、氧化鋁、碳化硅等氧化硅、氧化鋁、碳化硅等 多孔材料多孔材料 硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等 碳素材料碳素材料 石墨、焦炭和各種碳素制品等石墨、焦炭和各種碳素制品等 非金屬礦非金屬礦 黏土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石黏土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石

8、等等陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的分類陶瓷材料的分類新新型型無無機(jī)機(jī)非非金金屬屬材材料料 高頻絕緣材料高頻絕緣材料 氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷、石英玻璃氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等和微晶玻璃等 鐵電和壓電材鐵電和壓電材料料 鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等 磁性材料磁性材料 錳錳- -鋅、鎳鋅、鎳- -鋅、錳鋅、錳- -鎂、鋰鎂、鋰- -錳等鐵氧體、磁記錄和磁錳等鐵氧體、磁記錄和磁泡材料等泡材料等 導(dǎo)體陶瓷導(dǎo)體陶瓷 鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等 半導(dǎo)體陶瓷半導(dǎo)體陶瓷 鈦酸鋇、氧化鋅、氧化

9、錫、氧化釩、氧化鋯等過渡金鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過渡金屬元素氧化物系材料等屬元素氧化物系材料等 光學(xué)材料光學(xué)材料 釔鋁石榴石激光材料，氧化鋁、氧化釔透明材料和石釔鋁石榴石激光材料，氧化鋁、氧化釔透明材料和石英系或多組分玻璃的光導(dǎo)纖維等英系或多組分玻璃的光導(dǎo)纖維等 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物 超硬材料超硬材料 碳化鈦、人造金剛石和立方氮化硼等碳化鈦、人造金剛石和立方氮化硼等 人工晶體人工晶體 鈮酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、氟金云母等鈮酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、氟金云母等 生物陶瓷生物陶瓷 長石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材等

10、長石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材等陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的分類陶瓷材料的分類第二節(jié)第二節(jié) 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)一、陶瓷材料的結(jié)合鍵一、陶瓷材料的結(jié)合鍵 陶瓷材料的結(jié)合鍵主要為陶瓷材料的結(jié)合鍵主要為共價鍵和離子鍵共價鍵和離子鍵。 陶瓷材料中剛玉型結(jié)構(gòu)便是典型的離子化合物。典型的共陶瓷材料中剛玉型結(jié)構(gòu)便是典型的離子化合物。典型的共價化合物是金剛石。價化合物是金剛石。 實際陶瓷材料中常存在一種或幾種鍵。實際陶瓷材料中常存在一種或幾種鍵。 二、陶瓷材料的物相二、陶瓷材料的物相 從陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)分析，陶瓷的顯微組織是由從陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)分析，陶瓷的顯微組織是由晶相晶相、玻璃相玻璃相和和

11、氣相氣相組成。組成。陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)晶相晶相低熔物：玻璃相低熔物：玻璃相陶瓷顯微組織陶瓷顯微組織氣相氣相返回陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu) 1） 晶相 是陶瓷材料的主要組成相，晶相晶相相互交織形成陶相互交織形成陶瓷結(jié)構(gòu)的骨架瓷結(jié)構(gòu)的骨架。 陶瓷中的晶相主要有硅酸鹽、氧化物、非氧化物硅酸鹽、氧化物、非氧化物三種。硅酸鹽硅酸鹽 硅酸鹽硅酸鹽是傳統(tǒng)陶瓷的主要晶相。是傳統(tǒng)陶瓷的主要晶相。 氧化物氧化物 氧化物是大多數(shù)典型陶瓷，特別是特種陶瓷的主要組氧化物是大多數(shù)典型陶瓷，特別是特種陶瓷的主要組成和晶體相。最重要的氧化物晶體相有成和晶體相。最重要

12、的氧化物晶體相有AO、AO2、A2O3、ABO3和和AB2O4等（等（A、B表示陽離子）表示陽離子）。非氧化物非氧化物 是指不含氧的金屬碳化物、氮化物、硅化物及硼化是指不含氧的金屬碳化物、氮化物、硅化物及硼化物等，它們是新型陶瓷物等，它們是新型陶瓷,特別特別是金屬陶瓷的主要晶相和晶體相。是金屬陶瓷的主要晶相和晶體相。主主要由高鍵能的共價鍵結(jié)合，但也有離子鍵和金屬鍵。要由高鍵能的共價鍵結(jié)合，但也有離子鍵和金屬鍵。陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)組成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)是組成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)是SiO4四面體。四面體。在化合物中，在化合物中，SiO4以不同方式共角連接。以不同方式共角

13、連接。SiO4四面體四面體高嶺石結(jié)構(gòu)高嶺石結(jié)構(gòu)陶瓷主要原料陶瓷主要原料:粘土粘土返回陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)AO類型的氧化物：如MgO、CaO、BaO、MnO等。氧離子排列成面心立方堆積，陽離子則填充在所有的八面體間隙位置上，形成完整的立方晶格。AO2類型的幾種氧化物：如TiO2、UO2、等。陽離子位于立方面心的結(jié)點位置上，氧離子位于立方體內(nèi)8個小立方體的中心。UO2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)返回陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)ABO3類型氧化物。如鈣鈦礦CaTiO3。AB2O4類型氧化物為典型的尖晶石結(jié)構(gòu)，如MgAl2O4。A2O3類型的氧化物是典型的剛玉結(jié)構(gòu)(

14、如Al2O3、Fe2O3) 。氧離子作近似立方密堆，鋁離子則充填三分之二的八面體位置 返回陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)2） 玻璃相玻璃相 玻璃是由熔體固化而成，是過冷狀態(tài)的一種粘度玻璃是由熔體固化而成，是過冷狀態(tài)的一種粘度極高的液體，結(jié)構(gòu)不規(guī)則（極高的液體，結(jié)構(gòu)不規(guī)則（原子排列近程有序，遠(yuǎn)程無序原子排列近程有序，遠(yuǎn)程無序）。 玻璃態(tài)是物質(zhì)無定形態(tài)的一種。物質(zhì)的玻璃結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)相似，是玻璃態(tài)是物質(zhì)無定形態(tài)的一種。物質(zhì)的玻璃結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)相似，是由離子多面體構(gòu)成的空間網(wǎng)絡(luò)，只是其排列缺少對稱性及重復(fù)性，是無規(guī)由離子多面體構(gòu)成的空間網(wǎng)絡(luò)，只是其排列缺少對稱性及重復(fù)性，是無規(guī)

15、則排列而已。則排列而已。晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 玻璃結(jié)構(gòu)玻璃結(jié)構(gòu) 物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與玻璃結(jié)構(gòu)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與玻璃結(jié)構(gòu)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)1)1)填充晶體相之間的空隙，并將分散的晶相粘結(jié)起來，提高材填充晶體相之間的空隙，并將分散的晶相粘結(jié)起來，提高材料的致密度；料的致密度；2)2)降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)燒結(jié)；降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)燒結(jié)；3)3)玻璃相粘度高，阻止晶體轉(zhuǎn)變，抑制晶體長大；玻璃相粘度高，阻止晶體轉(zhuǎn)變，抑制晶體長大；4)4)獲得一定程度的玻璃特性，如透光性等。（釉）獲得一定程度的玻璃特性，如透光性等。（釉） 但玻璃相的熔點低但玻璃相的熔點低,對陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，介電性能（

16、電容器），對陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，介電性能（電容器），耐熱性能等是不利的（高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、耐火材料），不能成為陶瓷的耐熱性能等是不利的（高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、耐火材料），不能成為陶瓷的主導(dǎo)組成相，陶瓷中玻璃相的體積分?jǐn)?shù)一般為主導(dǎo)組成相，陶瓷中玻璃相的體積分?jǐn)?shù)一般為20%40%。 陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)3） 氣相氣相 氣相是殘存在陶瓷組織內(nèi)部的氣相是殘存在陶瓷組織內(nèi)部的孔隙。孔隙。 根據(jù)氣孔的多少，陶瓷分為致密根據(jù)氣孔的多少，陶瓷分為致密陶瓷、無開孔陶瓷和多孔陶瓷。陶瓷、無開孔陶瓷和多孔陶瓷。 除多孔陶瓷外，氣孔的存在對陶除多孔陶瓷外，氣孔的存在對陶瓷的性能不利，它常常是裂紋產(chǎn)瓷的

17、性能不利，它常常是裂紋產(chǎn)生的根源，降低陶瓷的強(qiáng)度，使生的根源，降低陶瓷的強(qiáng)度，使介電損耗增大等。介電損耗增大等。 普通陶瓷的氣孔率為普通陶瓷的氣孔率為5%10%，特種陶瓷的小于特種陶瓷的小于5%。金屬陶瓷。金屬陶瓷則要求低于則要求低于0.5%。氣孔對陶瓷相對強(qiáng)度的影響氣孔對陶瓷相對強(qiáng)度的影響陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)介電損耗介電損耗: 絕緣材料在電壓作用下所引起的能量損耗。介電損耗愈小，絕緣材料的質(zhì)量愈好，絕緣性能也愈好。 第三節(jié)第三節(jié) 陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 陶瓷材料突出的性能特點是：陶瓷材料突出的性能特點是：熔點高、耐熱性好（陶熔點高、耐熱性好（陶瓷發(fā)動機(jī)）

18、；硬度高，具有良好耐磨性和抗壓能力（刀具、瓷發(fā)動機(jī)）；硬度高，具有良好耐磨性和抗壓能力（刀具、磨料）；化學(xué)穩(wěn)定性好，不老化，具有良好的耐蝕性（耐火磨料）；化學(xué)穩(wěn)定性好，不老化，具有良好的耐蝕性（耐火材料、坩堝材料）；陶瓷既是良好的絕緣體，又是半導(dǎo)體、材料、坩堝材料）；陶瓷既是良好的絕緣體，又是半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體。導(dǎo)體和超導(dǎo)體。但陶瓷的脆性大，受力時很難產(chǎn)生塑性變形，裂紋敏但陶瓷的脆性大，受力時很難產(chǎn)生塑性變形，裂紋敏感性強(qiáng)，抗溫度急變能力低等，這也是影響其廣泛應(yīng)用的關(guān)感性強(qiáng)，抗溫度急變能力低等，這也是影響其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。鍵。 陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料基礎(chǔ)陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能陶瓷，尤其是

19、氮化硅和碳化硅陶瓷具有高溫強(qiáng)度、耐蝕性和耐磨性，用它們來制造發(fā)動機(jī)已成為當(dāng)前世界各國奮力追求的目標(biāo)。陶瓷發(fā)動機(jī)的優(yōu)越性為：可以提高發(fā)動機(jī)的工作溫度，從而大大提高效率。例如，對內(nèi)燃機(jī)而言，目前作為其制造材料的鎳基耐熱合金，工作溫度在1000左右。而采用陶瓷材料，則可以將工作溫度提高到1300，使發(fā)動機(jī)效率提高30%左右。工作溫度高，可使燃料燃燒充分，所排廢氣中的有害成分大為降低，這不僅降低了能源消耗，而且減少了環(huán)境污染。陶瓷的熱傳導(dǎo)性比金屬低，這使發(fā)動機(jī)的熱量不易散發(fā)，節(jié)省能源。陶瓷具有較高的高溫強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)性，可延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。 陶瓷首先在高溫燃?xì)廨啓C(jī)中，可用于制造葉片、燃燒筒、套管、主

20、軸軸承等，用陶瓷代替鎳基、鈷基耐熱合金，成本可降低到原來的130。同時，陶瓷也可用于制造內(nèi)燃機(jī)，可用于制造活塞內(nèi)襯、氣缸、預(yù)燃燒室、挺桿、閥門、噴嘴、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子及軸承等零部件。據(jù)測算，若汽車發(fā)動機(jī)的所有零部件都采用陶瓷制造，其重量可比合金發(fā)動機(jī)輕23，燃料費下降20%。阻礙陶瓷發(fā)動機(jī)實用化的主要障礙是陶瓷的脆性和由此導(dǎo)致的低可靠性。若能解決這個問題，將會給人類社會的發(fā)展提供強(qiáng)大的推動力。 習(xí)題與思考習(xí)題與思考：一填空一填空 1. 按原料和組成不同陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷和新型陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷以按原料和組成不同陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷和新型陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷以為原料為原料 ，經(jīng)，經(jīng) 、 后經(jīng)后經(jīng)的一類制品

21、。的一類制品。2. 結(jié)構(gòu)陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料用來制造結(jié)構(gòu)零部件，主要利用其結(jié)構(gòu)陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料用來制造結(jié)構(gòu)零部件，主要利用其和和等性能。等性能。 3. 組成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)是以組成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)是以為中心，周圍排布為中心，周圍排布，構(gòu)成，構(gòu)成SiO4四面體。四面體。 二、選擇題二、選擇題 1.陶瓷的顯微組織中包括陶瓷的顯微組織中包括、玻璃相和氣相組成。、玻璃相和氣相組成。 硅酸鹽硅酸鹽 氧化物氧化物 非氧化物非氧化物 晶相晶相 2. 陶瓷材料的熱性能包括熔點、熱容、導(dǎo)熱性、陶瓷材料的熱性能包括熔點、熱容、導(dǎo)熱性、及熱穩(wěn)定性等。及熱穩(wěn)定性等。 熱膨脹性能熱膨脹性能 硬度硬度 塑性塑性 彈性模量彈性

22、模量 三、簡答題三、簡答題 1 陶瓷材料的種類。陶瓷材料的種類。 2 陶瓷材料的特點有哪些？陶瓷材料的特點有哪些？ 3 試述陶瓷材料的主要物相及作用試述陶瓷材料的主要物相及作用 。 第二章第二章 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備 （錄像錄像）第一節(jié)第一節(jié) 粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備第三節(jié)第三節(jié) 陶瓷粉體的處理陶瓷粉體的處理陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備 一般而言，陶瓷原料大都是粉體狀態(tài)。一般而言，陶瓷原料大都是粉體狀態(tài)。 粉體是指大量固體顆粒的集合體。它由粉體是指大量固體顆粒的集合體。它由微粒固相微粒固相和和氣相氣相組組成，表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)。依據(jù)粒徑尺寸

23、大小可劃分為：成，表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)。依據(jù)粒徑尺寸大小可劃分為： 100m1100m1m0.1m0.0540m顆粒顆粒粉體粉體超細(xì)粉體超細(xì)粉體納米粉體納米粉體陶瓷粉體陶瓷粉體2.1 粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)2.1.1 粉體的表征和測量粉體的表征和測量一、顆粒形狀一、顆粒形狀 顆粒形狀與物質(zhì)的性能之間存在著密切的關(guān)系，它對顆粒群（粉體顆粒形狀與物質(zhì)的性能之間存在著密切的關(guān)系，它對顆粒群（粉體)的性質(zhì)也會產(chǎn)生影響，由于顆粒形狀千差萬別，通常準(zhǔn)確描述粉體顆粒的性質(zhì)也會產(chǎn)生影響，由于顆粒形狀千差萬別，通常準(zhǔn)確描述粉體顆粒的形狀是困難的。為此，粗略

24、地劃分為規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀兩類，并的形狀是困難的。為此，粗略地劃分為規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀兩類，并以幾何形狀的名稱近似地加以描述。以幾何形狀的名稱近似地加以描述。 目前，測定顆粒形狀的唯一方法是圖像分析儀目前，測定顆粒形狀的唯一方法是圖像分析儀。 粉體顆粒的形粉體顆粒的形狀因粉體的制備方狀因粉體的制備方法不同而各異。工法不同而各異。工程上根據(jù)不同的目程上根據(jù)不同的目的，對顆粒形狀有的，對顆粒形狀有著不同的要求。著不同的要求。 粉末顆粒形狀粉末顆粒形狀a.球形球形 b.近球形近球形 c.多角形多角形 d.片狀片狀 e.樹枝狀樹枝狀 f.不規(guī)不規(guī)則形則形 g多空海綿狀多空海綿狀 h.碟狀碟狀顆粒的

25、大小和形狀是粉體材料最重要的物性表征量。顆粒的大小和形狀是粉體材料最重要的物性表征量。陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ) 按按ISO3252定定義，晶粒（義，晶粒（A）、）、顆粒（顆粒（B）、聚合）、聚合體（體（C）的區(qū)別如）的區(qū)別如右圖所示。右圖所示。3 / )( hbl 二、粒度與粒徑粒度與粒徑 由于細(xì)顆粒的團(tuán)聚作用，粉體一般是大量顆粒的聚合體。由于細(xì)顆粒的團(tuán)聚作用，粉體一般是大量顆粒的聚合體。 單顆粒粒徑，單顆粒粒徑，是針對一個顆粒按照是針對一個顆粒按照某一規(guī)定某一規(guī)定而獲取的一個而獲取的一個恒定數(shù)值恒定數(shù)值； 粉末粒徑粉末粒徑，則是指對許多粉末顆粒采用一定的則是指對許

26、多粉末顆粒采用一定的測量方法測量方法而得出的、具有而得出的、具有統(tǒng)計學(xué)統(tǒng)計學(xué)意義的一組值，包括統(tǒng)計平均值和統(tǒng)計分布。意義的一組值，包括統(tǒng)計平均值和統(tǒng)計分布。陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ) 1、投影徑：、投影徑：采用顯微鏡測試采用顯微鏡測試 2、三軸徑：、三軸徑：球形顆粒球形顆粒的直徑就是粒徑（的直徑就是粒徑（particle diameter）。）。非球形顆粒非球形顆粒的粒徑則用球體、立方體或長方體的尺寸表示。的粒徑則用球體、立方體或長方體的尺寸表示。inidDfDi1) / 1/ 1/ 1 /( 3hbl 36VDv粒徑名稱粒徑名稱公式公式定義定義三軸平均徑三軸平均徑三

27、軸算術(shù)平均徑三軸算術(shù)平均徑三軸幾何平三軸幾何平均徑均徑與顆粒外接長方體體積相等的立方體與顆粒外接長方體體積相等的立方體的棱長的棱長三軸調(diào)和平三軸調(diào)和平均徑均徑與顆粒外接長方體比表面及相等的球與顆粒外接長方體比表面及相等的球的直徑的直徑陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)4、等沉降速度相當(dāng)徑（、等沉降速度相當(dāng)徑（斯托克斯徑）斯托克斯徑） 斯托克斯假設(shè)：斯托克斯假設(shè)：當(dāng)速度達(dá)到極限值時在當(dāng)速度達(dá)到極限值時在無限大范圍的粘性流體中沉降的球體顆粒的無限大范圍的粘性流體中沉降的球體顆粒的阻力，完全由流體的粘滯力所致。阻力，完全由流體的粘滯力所致。 只要測得粉體在介質(zhì)中的沉降速度，就可只要

28、測得粉體在介質(zhì)中的沉降速度，就可以求得該種粉體的斯托克斯徑。以求得該種粉體的斯托克斯徑。 3、球當(dāng)量徑、球當(dāng)量徑: 把顆粒看作相當(dāng)?shù)那?并以球的直徑代表顆粒的有效直徑SDs2366DsDvSvSVDe218)(Dgvfsstk(1)與顆粒同體積與顆粒同體積V的球直徑稱為的球直徑稱為等體積等體積當(dāng)當(dāng)量徑量徑 以以Dv表示，即表示，即 (2)與顆粒等表面積與顆粒等表面積S的球的直徑稱為的球的直徑稱為等等表面積表面積當(dāng)量徑當(dāng)量徑 以以Ds表示，即表示，即 (3)與顆粒具有相同的與顆粒具有相同的表面積對體積之比表面積對體積之比 即具有相同的體積比表面積即具有相同的體積比表面積Sv的球的直徑稱的球的直徑

29、稱為比表面積球當(dāng)量徑，以為比表面積球當(dāng)量徑，以De表示，表示，陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ) 對于某一粉體系統(tǒng)來說，若顆粒粒度都相同或近似相同，稱對于某一粉體系統(tǒng)來說，若顆粒粒度都相同或近似相同，稱為為單分散體系。單分散體系。而實際粉體所含顆粒的粒度大都有一個分布范圍，而實際粉體所含顆粒的粒度大都有一個分布范圍，常稱為常稱為多分散的體系。多分散的體系。 由于實際粉體大都由粒度不等的顆粒組成，所以它就存在一由于實際粉體大都由粒度不等的顆粒組成，所以它就存在一個粒度分布范圍，簡稱粒度分布。個粒度分布范圍，簡稱粒度分布。 粒度分布通常用簡單的圖表或函數(shù)形式來表示。粒度分布通常用

30、簡單的圖表或函數(shù)形式來表示。 三、粉體的粒度分布三、粉體的粒度分布（particle diameter distribution） 1）頻度分布（微分型）：）頻度分布（微分型）：用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示各粒用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示各粒徑對應(yīng)的顆粒百分含量。徑對應(yīng)的顆粒百分含量。 2）累積分布（積分型）：）累積分布（積分型）：用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示小于用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示小于(或大于或大于)某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量。某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量。陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)Dm：出現(xiàn)幾率最大的粉體尺寸。：出現(xiàn)幾率最大的粉體尺寸。D50：該

31、粒徑尺寸兩側(cè)的粉體的質(zhì)量（個數(shù)）相等。：該粒徑尺寸兩側(cè)的粉體的質(zhì)量（個數(shù)）相等。D平均平均：所有顆粒尺寸的平均值。：所有顆粒尺寸的平均值。3lbh陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)直徑（m)5075100125150175360克的積累質(zhì)量(g)0601502703303601、顆粒分布3lbh粒度分布圖粒度分布圖 對同一粉體，由于采用不同的表征方法，其粒徑值也不同。因此，對同一粉體，由于采用不同的表征方法，其粒徑值也不同。因此，粉末粒徑不是一個固定值，粉末粒徑不是一個固定值，在表示粉末粒徑時，必須同時說明三在表示粉末粒徑時，必須同時說明三點內(nèi)容，即：點內(nèi)容，即：粒徑值、表征

32、方法粒徑值、表征方法及及測量方法測量方法。 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)四、粒度與粒徑的測試四、粒度與粒徑的測試1、篩分法：、篩分法：篩分法有標(biāo)準(zhǔn)篩制和非標(biāo)準(zhǔn)篩制，我國實行的是國際標(biāo)準(zhǔn)篩篩分法有標(biāo)準(zhǔn)篩制和非標(biāo)準(zhǔn)篩制，我國實行的是國際標(biāo)準(zhǔn)篩制，其單位是制，其單位是“目目”。 目：篩網(wǎng)口目：篩網(wǎng)口1英寸（英寸（25.4mm）長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)。）長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)。 Tyler篩：篩：0.075 的篩孔尺寸的篩孔尺寸d目數(shù)目數(shù)(mesh)(mesh)微米微米(m)(m)目數(shù)目數(shù)(mesh)(mesh)微米微米(m)(m)目數(shù)目數(shù)(

33、mesh)(mesh)微米微米(m)(m)目數(shù)目數(shù)(mesh)(mesh)微米微米(m)(m)2.5 2.5 7925792512 12 1397139760 60 246246325 325 47473 3 5880588014 14 1165116565 65 220220400 400 38384 4 4599459916 16 99199180 80 198198500 500 25255 5 3962396220 20 833833100 100 165165625 625 20206 6 3327332724 24 701701110 110 150150800 800 15157

34、 7 2794279427 27 589589170 170 88881250 1250 10108 8 2362236232 32 495495200 200 75752500 2500 5 59 9 1981198135 35 417417250 250 61616250 6250 2 210 10 1651165140 40 350350270 270 535312500 12500 1 1我國通常使用的篩網(wǎng)目數(shù)與粒徑（我國通常使用的篩網(wǎng)目數(shù)與粒徑（m m）對照表。）對照表。3、激光衍射法：、激光衍射法：（如圖如圖） 原理：原理： 光照到顆粒時產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。光照到顆粒時產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。 小

35、顆粒衍射角大，大顆粒衍射角小。小顆粒衍射角大，大顆粒衍射角小。 某衍射角光強(qiáng)度與相應(yīng)粒度的顆粒數(shù)某衍射角光強(qiáng)度與相應(yīng)粒度的顆粒數(shù)量有關(guān)。量有關(guān)。 測量裝置：（測量裝置：（如圖如圖）2、顯微鏡法：、顯微鏡法：陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)4、沉降法：、沉降法： 原理：原理： a）沉降規(guī)律）沉降規(guī)律：在具有一定粘度的粉末懸濁液內(nèi)，大小不等的顆粒自由：在具有一定粘度的粉末懸濁液內(nèi)，大小不等的顆粒自由沉降時，其速度是不同的，顆粒越大沉降速度越快。如果大小不同的顆粒沉降時，其速度是不同的，顆粒越大沉降速度越快。如果大小不同的顆粒從同一起點高度同時沉降，經(jīng)過一定距離（時間）后，就能將

36、粉末按粒度從同一起點高度同時沉降，經(jīng)過一定距離（時間）后，就能將粉末按粒度差別分開。差別分開。（沉降天平）（沉降天平） b）光吸收率）光吸收率 I=f1（t）=f2（d）（光透過法）（光透過法） 測量原理：測量原理：依據(jù)上述沉降規(guī)律，人們設(shè)計制作了粉末粒度的沉降分析依據(jù)上述沉降規(guī)律，人們設(shè)計制作了粉末粒度的沉降分析儀，測量原理儀，測量原理如圖所示如圖所示。一束光照射到樣品池后，內(nèi)部的粉末懸浮液對光。一束光照射到樣品池后，內(nèi)部的粉末懸浮液對光產(chǎn)生吸收，透射過的光束被另一端的光探測器接受。產(chǎn)生吸收，透射過的光束被另一端的光探測器接受。陶瓷粉體是由顆粒群構(gòu)成的，其顆粒平均大小被定義為該陶瓷粉體是由顆

37、粒群構(gòu)成的，其顆粒平均大小被定義為該粉體的粒度粉體的粒度。描述粒度的描述粒度的方法方法等體積球相當(dāng)徑等體積球相當(dāng)徑等比表面積球相當(dāng)徑等比表面積球相當(dāng)徑等沉降速度相當(dāng)徑等沉降速度相當(dāng)徑物理意義物理意義用與顆粒等體積球的用與顆粒等體積球的直徑來描述。直徑來描述。用與顆粒等比表面積用與顆粒等比表面積球的直徑來描述。球的直徑來描述。斯托克斯假設(shè)斯托克斯假設(shè)Vstk=測量參數(shù)測量參數(shù)體積體積比表面積比表面積斯托克斯相當(dāng)球徑斯托克斯相當(dāng)球徑測試方法和測試方法和儀器儀器激光法激光法激光粒度儀激光粒度儀透過法、吸附法透過法、吸附法（BET法）法） 比表面儀比表面儀沉降法、光透法；沉降法、光透法；沉降天平、光透

38、儀、沉降天平、光透儀、X射射線沉降儀線沉降儀優(yōu)缺點優(yōu)缺點測試范圍寬測試范圍寬0.04500微米，操作簡便，重微米，操作簡便，重復(fù)性和真實性好；不復(fù)性和真實性好；不宜測粒度分布很窄的宜測粒度分布很窄的樣品，分辨率相對較樣品，分辨率相對較低低 測量大于測量大于1微米的顆微米的顆粒誤差大；重復(fù)性好粒誤差大；重復(fù)性好結(jié)果取決于分散相的密結(jié)果取決于分散相的密度，狀態(tài)、表面積，分度，狀態(tài)、表面積，分散介質(zhì)的密度粘度的散介質(zhì)的密度粘度的影響；測量范圍寬，有影響；測量范圍寬，有一定的精度和重復(fù)性一定的精度和重復(fù)性18)(2gds 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備

39、粉體基本性質(zhì)粉體基本性質(zhì)2.1.2 粉體基本性質(zhì)粉體基本性質(zhì)一、粉體的能量粉體的能量 比表面積、表面能增大，表面與界面效應(yīng)增強(qiáng)。（比表面積、表面能增大，表面與界面效應(yīng)增強(qiáng)。（表表1） 表層原子數(shù)比例增大，表面結(jié)構(gòu)成為影響材料性能的主要因素。（表層原子數(shù)比例增大，表面結(jié)構(gòu)成為影響材料性能的主要因素。（表表2） （3）粉末材料細(xì)化后的性能（）粉末材料細(xì)化后的性能（表表3）表表1 立方體細(xì)化的數(shù)據(jù)立方體細(xì)化的數(shù)據(jù) 項目項目 破碎前破碎前 破碎后破碎后 倍數(shù)倍數(shù) 個數(shù)個數(shù) 1 80億億 80億億總體積總體積 1000mm3 1000mm3 1總面積總面積 600mm2 1200000mm2 2000

40、棱邊數(shù)棱邊數(shù) 12 960億個億個 80億億 頂角數(shù)頂角數(shù) 8 640億個億個 80億億 表表3 銅顆粒粒徑與計算的比表面積、表面能銅顆粒粒徑與計算的比表面積、表面能粒徑粒徑/mm比表面積比表面積/m2*g-1 表面能表面能/J*mol-1 表面能表面能/結(jié)合能結(jié)合能104 103 102 10 1 6.710-2 5.9 7.110-5 6.710-1 5.910 7.110-4 6.7 5.9102 7.110-3 6.710 5.9103 7.110-2 6.7102 5.9104 7.110-1表表2 表面原子隨顆粒粒徑的變化規(guī)律表面原子隨顆粒粒徑的變化規(guī)律粒徑粒徑/（nm）12510

41、20100總原子數(shù)總原子數(shù)表面原子數(shù)表面原子數(shù)/總原子數(shù)總原子數(shù)309025080400403 310104 42020252510104 410103 310107 72 2引起團(tuán)聚的主要原因有引起團(tuán)聚的主要原因有: (1)分子間的范德華引力；分子間的范德華引力； (2)顆粒間的靜電引力；顆粒間的靜電引力； (3)吸附水分產(chǎn)生的毛細(xì)管力（水的表面張吸附水分產(chǎn)生的毛細(xì)管力（水的表面張力的收縮作用，引起顆粒間的牽引力）；力的收縮作用，引起顆粒間的牽引力）； (4)顆粒間的磁引力（單疇顆粒之間）；顆粒間的磁引力（單疇顆粒之間）； (5)顆粒表面不平滑引起的機(jī)械糾纏力顆粒表面不平滑引起的機(jī)械糾纏力。

42、二、粉體顆粒的團(tuán)聚二、粉體顆粒的團(tuán)聚 粉體顆粒是指在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細(xì)化而得到粉體顆粒是指在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細(xì)化而得到的固體基本顆粒。的固體基本顆粒。 這種基本顆粒，一般是指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元，即這種基本顆粒，一般是指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元，即一次一次顆粒顆粒。 在實際應(yīng)用的粉體原料中，往往都有一定程度的團(tuán)聚顆粒，即所謂在實際應(yīng)用的粉體原料中，往往都有一定程度的團(tuán)聚顆粒，即所謂二二次顆粒次顆粒，尤其是特種陶瓷粉體原料，一般都比較細(xì)小，表面活性也比較大，尤其是特種陶瓷粉體原料，一般都比較細(xì)小，表面活性也比較大，更容易發(fā)生一次粒子間的團(tuán)聚

43、。更容易發(fā)生一次粒子間的團(tuán)聚。 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)為什么不同的方法表征同一種粉體，有時得到的結(jié)果會差別很為什么不同的方法表征同一種粉體，有時得到的結(jié)果會差別很大？大？1、基于的數(shù)學(xué)模型不同?；诘臄?shù)學(xué)模型不同。一個非圓球形的顆粒，能表示顆粒大小的數(shù)值一個非圓球形的顆粒，能表示顆粒大小的數(shù)值有一系列。而每一種測試方法的都是針對顆粒的某一個特定方面進(jìn)行的，有一系列。而每一種測試方法的都是針對顆粒的某一個特定方面進(jìn)行的，是一系列數(shù)值中的一個。所以相同樣品用不同的粒度測試方法得到的結(jié)果是一系列數(shù)值中的一個。所以相同樣品用不同的粒度測試方法得到的結(jié)果有所不同是客觀原因造

44、成的。顆粒的形狀越復(fù)雜，不同測試方法的結(jié)果相有所不同是客觀原因造成的。顆粒的形狀越復(fù)雜，不同測試方法的結(jié)果相差越大。差越大。 2、儀器原理不同。儀器原理不同。由于大多數(shù)的顆粒的形狀復(fù)雜，不同原理的儀器所測由于大多數(shù)的顆粒的形狀復(fù)雜，不同原理的儀器所測出的等效粒徑不同，所以測試結(jié)果不同。出的等效粒徑不同，所以測試結(jié)果不同。3、樣品制備方法造成粉體的團(tuán)聚狀態(tài)樣品制備方法造成粉體的團(tuán)聚狀態(tài) 不同。不同。比如取樣方法、分散劑的種比如取樣方法、分散劑的種類和數(shù)量、超聲波分散時間、合適的介質(zhì)以及電壓、溫度等環(huán)境因素影響。類和數(shù)量、超聲波分散時間、合適的介質(zhì)以及電壓、溫度等環(huán)境因素影響。 綜上所述，測試結(jié)果

45、的不一致性有樣品本身的原因，有儀器的原因，綜上所述，測試結(jié)果的不一致性有樣品本身的原因，有儀器的原因，有使用及樣品制備方面的原因。有使用及樣品制備方面的原因。 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ) 陶瓷材料制品所用原料大部分是天然的礦物原料或巖石原料，其中多陶瓷材料制品所用原料大部分是天然的礦物原料或巖石原料，其中多為為硅酸鹽硅酸鹽和和鋁硅酸鹽鋁硅酸鹽礦物，礦物， 先進(jìn)工程陶瓷材料用于具有特殊性能要求的場合，則需要采用均一而先進(jìn)工程陶瓷材料用于具有特殊性能要求的場合，則需要采用均一而又高純的又高純的人工合成原料人工合成原料。2.2.1 陶瓷原料的種類陶瓷原料的種類 2.2 陶瓷

46、粉體的制備陶瓷粉體的制備 根據(jù)在陶瓷中的作用不同，分為主要原料和輔助原料。根據(jù)在陶瓷中的作用不同，分為主要原料和輔助原料。 主要原料有粘土、膨潤土、長石（堿金屬和堿土金屬的長石） 、滑石、菱鎂礦、方解石、石英、二氧化鈦、工業(yè)氧化鋁、二氧化鋯、堿土金屬碳酸鹽、稀有及稀土金屬氧化物(如Nb2O3、CeO2、La2O3、Y2O3等)及復(fù)合氧化物等，它們決定著陶瓷的性能。 輔助原料是用來改善坯料的性能，滿足陶瓷的成形等生產(chǎn)工藝要求。 常用的輔助原料：粘結(jié)劑原料有甲基纖維素、聚乙醇、聚苯乙烯等；塑化劑原料有石蠟、甘油、酞酸二丁酯等；懸浮劑原料有水玻璃、碳酸鈉等。 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷原料的制

47、備陶瓷原料的制備 粘土類原料是日用陶瓷的主要原料之一。 粘土礦物主要是一些含水鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)成分主要是SiOSiO2 2：、：、A1A12 2O O3 3、和H H2 2O O，也含有少量的FeFe2 2O O3 3、FeOFeO、TiOTiO2 2 、MnOMnO、CaOCaO、MgOMgO、K K2 2O O、和NaNa2 2O O等。 粘土除可塑性外，通常還具有較高的耐火度、良好的吸水性、膨脹性和吸附性。 紅紅色色粘粘土土返回鋇冰長石鋇冰長石 長石是陶瓷原料中最常用的熔劑性原料，能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，有利于成瓷和降低燒成溫度。長石主要有四種基本類型：鈉長石：NaNa2 2O

48、 OAlAl2 2O O3 3，6SiO6SiO2 2 鉀長石： K2OK2OAl2O3Al2O3，6SiO26SiO2鈣長石： CaOCaOAl2O3Al2O3，2SiO22SiO2鋇長石： BaOBaOAl2O3Al2O3，2SiO22SiO2陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷原料的種類陶瓷原料的種類 滑石和蛇紋石均屬鎂的含水硅酸鹽礦物。是制造鎂質(zhì)瓷的主要原料。 滑石的結(jié)晶構(gòu)造式為Mg3Si4O10(OH)2，化學(xué)通式為3MgO4Sl02H20。成分中常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質(zhì)。 蛇紋石結(jié)晶構(gòu)造式為Mg3Si2O5(OH)4 ，化學(xué)通式3MgO2SiO22H20。 蛇紋石蛇紋石返回陶瓷原料的

49、制備陶瓷原料的制備陶瓷原料的種類陶瓷原料的種類方解石方解石的主要成分為碳酸鈣的主要成分為碳酸鈣CaCO3。方解石能和坯料中的粘土及石英在較。方解石能和坯料中的粘土及石英在較低溫度下起反應(yīng)，縮短燒成時間。低溫度下起反應(yīng)，縮短燒成時間。方解石在是釉料的重要原料。方解石在是釉料的重要原料。菱鎂礦菱鎂礦是一種天然礦石，化學(xué)通式為是一種天然礦石，化學(xué)通式為MgCO3。菱鎂礦不僅是制造耐火材。菱鎂礦不僅是制造耐火材料的重要原料，也是新型陶瓷工業(yè)中用于合成尖晶石料的重要原料，也是新型陶瓷工業(yè)中用于合成尖晶石(MgOAL2O3)鈦鈦酸鎂酸鎂(MgOTiO2)和鎂橄欖石瓷和鎂橄欖石瓷(2MgOSiO2)等的主要

50、原料。等的主要原料。返回陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷原料的種類陶瓷原料的種類二氧化硅 自然界中的二氧化硅結(jié)晶礦物可以統(tǒng)稱為石英，其中最純的石英晶體統(tǒng)為水晶水晶。 石英是陶瓷坯體中主耍組分之一，它在陶瓷生產(chǎn)中，不僅在坯體成形時可對泥料的可塑性起調(diào)節(jié)作用，縮短坯體的干燥時間；在燒成時石英的體積膨脹可部分地抵消坯體收縮的影響；石英顆粒構(gòu)成坯體的骨架，可防止坯體發(fā)生軟化變形等缺陷。返回陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷原料的種類陶瓷原料的種類 含二氧化鈦的天然礦物有金紅石、板鈦礦和銳鈦礦三種。TiO2是陶瓷工業(yè)中常用原料之一。主要用作顏料工業(yè)、光學(xué)材料、寶石原料，以及制作介電陶瓷等。目前，絕大多數(shù)電

51、容器陶瓷是含鈦陶瓷；建筑、衛(wèi)生陶瓷中，可用作坯料的著色劑，使坯體呈象牙黃色調(diào)。返回氧化鈦氧化鈦陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷原料的種類陶瓷原料的種類 陶瓷制品所用原材料的制備方法一般有兩種：陶瓷制品所用原材料的制備方法一般有兩種：種是物理制備種是物理制備法另一種是化學(xué)合成法。法另一種是化學(xué)合成法。一、物理制備法一、物理制備法1 機(jī)械法機(jī)械法（1）機(jī)械研磨法）機(jī)械研磨法 1）定義：利用動能來破壞材料的內(nèi)結(jié)合力，使材料分裂產(chǎn)生新的界面而）定義：利用動能來破壞材料的內(nèi)結(jié)合力，使材料分裂產(chǎn)生新的界面而達(dá)到制粉的目的。達(dá)到制粉的目的。 2）球磨制粉的基本要素：球磨筒、研磨物料、研磨介質(zhì)磨球）球磨制粉的

52、基本要素：球磨筒、研磨物料、研磨介質(zhì)磨球 3）提高球磨效率的基本原則）提高球磨效率的基本原則 2.2.2 陶瓷原料（粉體）的制備方法陶瓷原料（粉體）的制備方法陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備 動能準(zhǔn)則：提高球磨的動能。動能準(zhǔn)則：提高球磨的動能。 碰撞幾率準(zhǔn)則：提高球磨的有效碰撞幾率碰撞幾率準(zhǔn)則：提高球磨的有效碰撞幾率。 4）球磨方式分類：）球磨方式分類： 滾筒式球磨、滾筒式球磨、 振動球磨、振動球磨、 攪拌球磨攪拌球磨返回滾筒式球磨研磨介質(zhì)的運(yùn)動形式滾筒式球磨研磨介質(zhì)的運(yùn)動形式(a) 低轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)速 (h) 適宜轉(zhuǎn)速（適宜轉(zhuǎn)速（c)臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速陶瓷原料的制備陶瓷原料的

53、制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備 工作原理：工作原理：磨機(jī)內(nèi)的研磨介質(zhì)憑借磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時所獲得的能量對物料進(jìn)行沖擊粉碎和研磨粉碎. 特點特點 a、為獲得最佳研磨效果，滾筒球磨的轉(zhuǎn)、為獲得最佳研磨效果，滾筒球磨的轉(zhuǎn)速應(yīng)有一個限定條件：速應(yīng)有一個限定條件： V臨臨1V實際實際V臨臨2，故影響球磨效率。，故影響球磨效率。 b、傳動方式：電機(jī)、傳動方式：電機(jī)-減速器減速器-球磨球磨筒。筒。滾筒式球磨滾筒式球磨振動球磨示意圖振動球磨示意圖返回陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備 工作原理：工作原理：偏心振動。偏心振動。通過機(jī)械振動使磨球間及磨球與磨筒間產(chǎn)生激烈的沖擊和摩擦等作用，達(dá)到細(xì)化

54、顆粒的目的。 振動球磨特點：振動球磨特點：通過振動方式輸入能量，不存在滾通過振動方式輸入能量，不存在滾筒球磨的上下臨界轉(zhuǎn)速的限制，因而可在很高的振動速筒球磨的上下臨界轉(zhuǎn)速的限制，因而可在很高的振動速度（振幅度（振幅+振動頻率）下進(jìn)行研磨，磨粉粒度小，生產(chǎn)效振動頻率）下進(jìn)行研磨，磨粉粒度小，生產(chǎn)效率高。率高。振動球磨振動球磨返回陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備工作原理：工作原理：研磨介質(zhì)及物料間的研磨介質(zhì)及物料間的作用是由高速旋轉(zhuǎn)的葉片產(chǎn)生的。作用是由高速旋轉(zhuǎn)的葉片產(chǎn)生的。研磨介質(zhì)間劇烈的運(yùn)動產(chǎn)生剪切、擠壓和摩擦力，使物料粒子產(chǎn)生破碎。 未被粉碎的顆粒受離心力作用未被粉碎

55、的顆粒受離心力作用被甩向砂磨機(jī)筒壁，此區(qū)研磨介被甩向砂磨機(jī)筒壁，此區(qū)研磨介質(zhì)密度最大，從而強(qiáng)化了粉碎作質(zhì)密度最大，從而強(qiáng)化了粉碎作用。粉碎后的微小顆粒經(jīng)分離器用。粉碎后的微小顆粒經(jīng)分離器與研磨介質(zhì)分離后流出砂磨機(jī)。與研磨介質(zhì)分離后流出砂磨機(jī)。 攪拌球磨攪拌球磨陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備（2）氣流研磨法）氣流研磨法 1）定義：）定義：不需磨球及其它研磨介質(zhì)，而通過氣體傳輸粉料的研磨方不需磨球及其它研磨介質(zhì)，而通過氣體傳輸粉料的研磨方法。法。 2）基本要素：粉磨設(shè)備、氣體、研磨物料。）基本要素：粉磨設(shè)備、氣體、研磨物料。 3）提高氣流研磨效率的基本原則：）提高氣流研磨

56、效率的基本原則： 動能原則：提高粉末顆粒的動能；動能原則：提高粉末顆粒的動能； 碰撞幾率準(zhǔn)則：提高粉末顆粒的碰撞幾率。碰撞幾率準(zhǔn)則：提高粉末顆粒的碰撞幾率。 4）氣流研磨類型：）氣流研磨類型： 旋渦研磨、冷流沖擊、流態(tài)化床氣流磨旋渦研磨、冷流沖擊、流態(tài)化床氣流磨返回 壓力氣體通過加料噴射器所形成的高速射流，使粉碎原料被噴射入粉壓力氣體通過加料噴射器所形成的高速射流，使粉碎原料被噴射入粉碎室。粉碎室外圍的粉碎噴嘴，有方向性地向粉碎室噴射高速氣流。使粉碎室。粉碎室外圍的粉碎噴嘴，有方向性地向粉碎室噴射高速氣流。使粉料間產(chǎn)生激烈的碰撞、摩擦、剪切、從而被粉碎。料間產(chǎn)生激烈的碰撞、摩擦、剪切、從而被粉

57、碎。 高速射流在粉碎室內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋流，所產(chǎn)生的離心力使粉體粒子在高速射流在粉碎室內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋流，所產(chǎn)生的離心力使粉體粒子在粉碎室外圍高速運(yùn)動，當(dāng)粒徑被粉碎到分級粒徑以下時，因離心力減小而粉碎室外圍高速運(yùn)動，當(dāng)粒徑被粉碎到分級粒徑以下時，因離心力減小而受向心氣流作用脫離分級旋流，由中心出口進(jìn)入捕集系統(tǒng)。受向心氣流作用脫離分級旋流，由中心出口進(jìn)入捕集系統(tǒng)。陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備機(jī)械粉碎法的特點：機(jī)械粉碎法的特點： 機(jī)械粉碎方法具有生產(chǎn)量大，成本低的優(yōu)點，但通常不易制得平均機(jī)械粉碎方法具有生產(chǎn)量大，成本低的優(yōu)點，但通常不易制得平均粒徑在粒徑在以下的粉料，而且有以

58、下的粉料，而且有粒徑分布范圍較寬粒徑分布范圍較寬，容易帶入，容易帶入雜質(zhì)雜質(zhì)的缺的缺點。點。 采用同磨襯和磨介避免雜質(zhì)。采用同磨襯和磨介避免雜質(zhì)。 采用助磨劑提高粉碎效率。采用助磨劑提高粉碎效率。 從機(jī)械方式粉碎過程和微粒運(yùn)動的力學(xué)的角度看，可認(rèn)為粉碎微粒從機(jī)械方式粉碎過程和微粒運(yùn)動的力學(xué)的角度看，可認(rèn)為粉碎微粒以及微粒團(tuán)聚的過程類似一種可逆反應(yīng)過程，即：以及微粒團(tuán)聚的過程類似一種可逆反應(yīng)過程，即： 原料原料粗顆粒粗顆粒粉碎粉碎細(xì)微化細(xì)微化細(xì)顆粒細(xì)顆粒產(chǎn)品產(chǎn)品 粗大化粗大化團(tuán)聚團(tuán)聚 當(dāng)粉碎和團(tuán)聚的反應(yīng)速度接近相等時，兩個方向的反應(yīng)流程趨向平當(dāng)粉碎和團(tuán)聚的反應(yīng)速度接近相等時，兩個方向的反應(yīng)流程趨

59、向平衡，粉碎加工能力達(dá)到極限，幾乎不會再有更多新的微粒產(chǎn)生。此后，衡，粉碎加工能力達(dá)到極限，幾乎不會再有更多新的微粒產(chǎn)生。此后，即使是繼續(xù)延長加工時間，也不可能提高超細(xì)粉的出產(chǎn)率。即使是繼續(xù)延長加工時間，也不可能提高超細(xì)粉的出產(chǎn)率。 陶瓷原料的制備陶瓷原料的制備陶瓷粉體的制備陶瓷粉體的制備思考思考: 為什么機(jī)械粉碎法很難得到粒徑小于為什么機(jī)械粉碎法很難得到粒徑小于 的粉體？的粉體？ 1、陶瓷是脆性材料，當(dāng)變成微粉時，表面能增加，粒子間的凝集就會、陶瓷是脆性材料，當(dāng)變成微粉時，表面能增加，粒子間的凝集就會增加。增加。2、粉碎中粒子間相互滑動或顆粒產(chǎn)生彈性變形、點陣畸變、位錯等缺陷、粉碎中粒子間相

60、互滑動或顆粒產(chǎn)生彈性變形、點陣畸變、位錯等缺陷，將外加能量消耗掉，造成粉碎效率降低，從而達(dá)到具有某種范圍粒徑，將外加能量消耗掉，造成粉碎效率降低，從而達(dá)到具有某種范圍粒徑的粉碎平衡。的粉碎平衡。3、若繼續(xù)粉碎，外力將對粒子起機(jī)械化學(xué)作用（能量轉(zhuǎn)化為熱能或其他、若繼續(xù)粉碎，外力將對粒子起機(jī)械化學(xué)作用（能量轉(zhuǎn)化為熱能或其他能量），使這些粒子的溶解性、燒結(jié)性、腐蝕性都有所增加。能量），使這些粒子的溶解性、燒結(jié)性、腐蝕性都有所增加。助磨劑的作用機(jī)理助磨劑的作用機(jī)理1、助磨劑作用于固體顆粒表面，減小顆粒表面的晶格畸變，從而降低顆、助磨劑作用于固體顆粒表面，減小顆粒表面的晶格畸變，從而降低顆粒的強(qiáng)度或硬度