普通陶瓷文獻綜述

1、普通陶瓷文獻綜述 -岳春雨 材料科學與工程學院【摘要】陶瓷的發(fā)明是人類文明的重要進程，它的出現(xiàn)，揭開了人類利用，改造自然的新的一頁，是人類文明發(fā)展史上一個重要的里程碑，對我們的社會生活發(fā)展有重要的意義?！娟P鍵詞】陶瓷材料，結構，力學性能，發(fā)展歷史。一，前言 普通陶瓷是以粘土類及其天然原料經(jīng)過粉碎，成型，燒成等制作工序的具有較高強度的固體制品，在日用、建筑、衛(wèi)生、化工、電工等行業(yè)有廣泛的應用。陶瓷在人類生活和社會建設中是不可缺少的材料，它和金屬材料、高分子材料并列為當代三大固體材料。 其基本的制備過程可概括為原料的篩選與去雜質、按照要求的尺寸對原料顆粒細化、各種配料的混合加工、成型加工與干燥、燒

2、成等主要工序。其燒成溫度可在680-1450攝氏度的很大范圍變化。原料的成分和粒度控制的越精細、燒成的溫度越高，則制品的致密度，性能和價格就越高。普通陶瓷的主要成分為SiO2和Al2O3,原料精細、高溫燒成的多稱為瓷器；原料粗糙、偏低溫燒成的多稱為陶器；原料和燒成溫度介于兩者之間的稱為炻器。二，主題 1.陶瓷的產(chǎn)生和發(fā)展 陶瓷是以粘土為主要原料以及各種天然礦物經(jīng)過粉碎混煉、成型和煅燒制得的材料以及各種制品。人們把一種陶土制成的在專門的窯爐中高溫燒制的物品叫陶瓷，陶瓷是陶器和瓷器的總稱 。早在遠古時代，人類祖先就懂得利用石器作為工具，這是陶瓷制品的最初級產(chǎn)品。中古偶的陶瓷制品及其制造技術的出現(xiàn)可

3、以追溯到大約一萬年前，公元前3000年左右的商朝，就有了原始陶瓷的出現(xiàn)。到了漢代，開辟了陶瓷的時代，進過唐宋元明的不斷發(fā)展，到了清代，陶瓷制造技術達到了極高的水平。陶瓷制品精美華貴，不僅是實用的器皿，也是高超的藝術品。近幾年來，隨著陶瓷技術的發(fā)展，陶瓷制品的應用領域也廣泛拓展，逐漸由傳統(tǒng)的陶瓷形成了日用陶瓷，藝術陶瓷，建筑陶瓷和特種陶瓷等系列。奇妙的纖維結構和功能特性使其在高技術領域得到了廣泛的應用。陶瓷材料也從傳統(tǒng)的氧化物系列發(fā)展為氮化物，碳化物，硼化物及各類復合材料。廣泛的應用于信息，能源，環(huán)境等新型領域。陶瓷材料的各種特性，陶瓷材料將成為名副其實的耐高溫和和高強度材料，從而可用作包括飛機

4、發(fā)動機在內的各種熱機材料、燃料電池發(fā)電部件材料、核聚變反應堆護壁材料、無公害的外燃式發(fā)動機材料等。有些科學家預言由于陶瓷材料的出現(xiàn)，人類將從鋼鐵時代重新進入陶瓷時代。2，陶瓷的結構和性能 陶瓷和金屬相似，具有晶體構造，但與金屬不同的是其結構中并沒有大量的自由電子。這是因為陶瓷是以離子鍵或共價鍵為主的離子晶體或共價晶體，陶瓷的基本相及其結構要比金屬復雜得多。將陶瓷材料經(jīng)切割、磨制、腐蝕后制成試樣，放在顯微鏡下觀察，可看到陶瓷材料通常是由三種不同的相組成，即由晶體相、玻璃相和氣相（氣孔）組成。晶體相是組成陶瓷的基本相，也稱住鏡像，它往往決定著陶瓷的力學、物理、化學性能等。例如，氧化鋁晶體組成結構緊

5、密的剛玉瓷，具有機械強度高、耐高溫、耐腐蝕特性。 玻璃相是非晶態(tài)結構的低熔點固體不同的陶瓷，玻璃相的量不同。高純度的氧化物陶瓷含玻璃相較少，一般日用瓷及電瓷含量較高。玻璃相的作用是填充晶粒間隙、粘結晶粒、使陶瓷材料致密、降低燒成溫度、改善工藝性、抑制晶粒長大等。氣相在陶瓷材料中占有重要的地位。氣孔分為開口氣孔和閉口氣孔。開口氣孔影響陶瓷材料的透氣性、真空氣密性、化學腐蝕性。陶瓷的許多電性能和熱性能隨著氣孔率、氣孔尺寸及分布的不同在很大的范圍內變化。 從微觀概念出發(fā)，固體的理論強度是其原子間的結合力發(fā)揮到臨界點的強度值。然而，由于陶瓷結構復雜的本性所決定，加上顯微結構方面的特征以及點線面缺陷的影

6、響，實際陶瓷晶體的強度與理論值之間存在著三個數(shù)量級的差別。影響陶瓷材料的三個主要參數(shù)分別是彈性模量，取決于材料的組分和結構；斷裂能，取決于材料的組分和結構，且對顯微織構相當敏感，是材料斷裂的阻力；裂紋半長度，可視之為材料中最危險的缺陷，作用在于造成局部的應力集中，促進材料斷裂?？梢姡瑸榱颂岣卟牧系膹姸?，應盡可能的提高斷裂能和降低裂紋半長度。另外陶瓷材料的強度也受到微觀組織的影響，如晶粒尺寸、晶相、晶界特征和陶瓷的氣孔率。3，陶瓷材料的特征性能 脆性是陶瓷材料的特征性能，亦是陶瓷的致命弱點，它間接反映在陶瓷較低的抗機械沖擊和較差的抗溫度驟變性，直觀地表現(xiàn)在一旦受到臨界的外加負荷，陶瓷的斷裂具有爆

7、發(fā)性的特征和災難性的后果。另外，斷裂強度和屈服強度也是材料脆性的量度。所以，欲克服陶瓷的脆性和防止斷裂，可以提高陶瓷抵抗胚體內原有裂紋擴展的能力，或者減緩裂紋尖端的應力集中效應，亦即，提高材料的斷裂性能，改善材料的韌性，如通過相變、彌散等方式增加陶瓷韌性，或減少配體內裂紋缺陷的尺度。采用化學拋光陶瓷表面、細化晶體、熱處理鈍化裂紋等措施，則是減緩應力集中的方法。另外，研究新型陶瓷復合材料如金屬陶瓷、相變誘導裂紋陶瓷、纖維復合材料等等。4，陶瓷的種類和生產(chǎn)制造 陶瓷的種類繁多，生產(chǎn)制作過程各不相同，但一般要經(jīng)歷以下三個階段：坯料制備、成形與燒結。陶瓷材料制品由多相的無機非金屬材料所構成，所用原料大

8、部分是天然的礦物原料或巖石原料，其中多為硅酸鹽礦物。 坯料是指將陶瓷原料經(jīng)揀選、破碎等工序后進行配料，再經(jīng)混合、細磨等工序后得到的具有成型性能的多組分混合物。坯料制備過程一般包括配料和坯料混合制備兩部分。坯料混合制備一般要經(jīng)過原料粉碎、精選（除去雜質）、磨細、配料（保證制品性能）、脫水（控制坯料水分）、練坯、陳腐等過程。原料經(jīng)過坯料制備以后，根據(jù)含水量的不同，分為注漿料、可塑料、壓制粉料三類。成形是將坯料加工成一定形狀和尺寸的半成品，根據(jù)坯料的性能可將成形方法分為三類：可塑法（塑性料團成形法）、注漿法（漿料成形法）和壓制法（粉料成形法）。陶瓷產(chǎn)品在成坯后經(jīng)過干燥，就要進行燒結。燒結的目的是使坯

9、料在高溫下發(fā)生一系列的物理和化學反應，形成預期的礦物組成的顯微結構，通過物質傳遞變成致密的具有一定強度和固定外形的陶瓷。陶瓷燒結按研究對象的不同可分為固相燒結和液相燒結。5，陶瓷材料的研究進程 1】新石器時代遠在幾干年前的新石器時代，我們的祖先就已經(jīng)用天然黏土作原料，塑造成各種器皿，再在火堆中燒成堅硬的可重復使用的陶器，但由于燒成溫度較低，那時的陶瓷僅是一種含有較多氣孔、質地疏松的未完全燒成制品。大約在2000年前的東漢晚期，人們利用含鋁較高的天然瓷土為原料，加上釉的發(fā)明，以及高溫合成技術的不斷改進，使陶瓷步入瓷器階段，這是陶瓷技術發(fā)展史上意義重大的里程碑。2】先進陶瓷階段先進陶瓷可分為結構陶

10、瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷是指具有力學和機械性能及部分熱學和化學功能的先進陶瓷(現(xiàn)代陶瓷)。功能陶瓷是指那些利用電、磁、聲、光、熱、力等直接效應及其耦合效應所提供的一種或多種性質來實現(xiàn)某種使用功能的先進陶瓷。功能陶瓷的特點有品種多、產(chǎn)量大、價格低、應用廣、功能全、技術高、更新快。目前，功能陶瓷主要用于電、光、磁、聲、熱和化學等信息的檢測、轉換、傳輸、處理和存儲等，并已在電子信息、能源工程、人工智能、生物工程等眾多近代科技領域顯示出廣闊的應用前景。根據(jù)功能根據(jù)功能陶瓷組成結構的易調性和可控性，可以制備超高、絕緣性、半導性、導電性和超導電性陶瓷；根據(jù)功能陶瓷能量轉換和耦合特性，可以制備壓電、光電、熱電、磁電和鐵電等陶瓷；根據(jù)功能陶瓷對外場條件的敏感效應，則可制備熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷3】納米陶瓷階段到20世紀90年代，陶瓷研究已進入第三個階段-納米陶瓷階段所謂納米陶瓷，是指顯微結構中的物相就有納米級尺度的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等均在納米量級的尺度上。納米陶瓷的研究，不僅對先進陶瓷的制備和表征有新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新新，而且對現(xiàn)有的陶瓷理論也將發(fā)生重大變革，甚至可形成新的理論體系?？偨Y陶瓷材料作為一種新型材料，不僅節(jié)約能源，而且使用范圍廣泛，相信不久會在建筑裝飾