陶瓷材料合成與制備一

1、會(huì)計(jì)學(xué)1陶瓷材料合成與制備一陶瓷材料合成與制備一如果說(shuō)要尋找一種最能體現(xiàn)華夏民族文明史的物質(zhì)載體，那么就非陶瓷莫屬了。chinaChina中國(guó)人早在公元前8000-2000年（新石器時(shí)代）就發(fā)明了陶器。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶瓷的定義：無(wú)機(jī)非金屬粉末經(jīng)成型后在低于熔點(diǎn)的高溫下燒結(jié)而制成的固體材料。（狹義的，由工藝而來(lái)）“傳統(tǒng)陶瓷” 主要以天然的硅酸鹽為原料，因此又被稱(chēng)為“硅酸鹽材料”。由于陶瓷的化學(xué)組成是以離子鍵和共價(jià)鍵為主要鍵的無(wú)機(jī)非金屬化合物，故又稱(chēng)陶瓷為“無(wú)機(jī)非金屬材料” 。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶瓷的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：硬度大，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好（耐腐蝕），熔

2、點(diǎn)高，絕緣性能好，抗電強(qiáng)度高（10kv/mm),導(dǎo)電性能可變（半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、絕緣體）及成本低。缺點(diǎn)：脆性大，分散性大。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 隨著新型材料的發(fā)展，陶瓷概念擴(kuò)展到整個(gè)無(wú)機(jī)非金屬固體材料或無(wú)機(jī)化合固體材料，除了一般的多晶燒結(jié)體外，還包括單晶、玻璃、薄膜、纖維、粉體等，其制備方法也不再局限于常規(guī)燒結(jié)法，因此是“廣義陶瓷”。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶器 瓷器（傳統(tǒng)陶瓷） 先進(jìn)陶瓷 納米陶瓷 新石器時(shí)代 東漢晚期 第二次世界大戰(zhàn)后 20世紀(jì)90年代1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶瓷是陶器與瓷器的總稱(chēng)。陶瓷材料的發(fā)展經(jīng)歷了三次重大飛躍。第一次:從陶器發(fā)展到瓷器第二次:從傳統(tǒng)陶瓷發(fā)展到先進(jìn)陶瓷第

3、三次:從先進(jìn)陶瓷發(fā)展到納米陶瓷1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 一萬(wàn)年前，我們的祖先就已能制造并使用陶器。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 燒成溫度低(1000-1200) 吸水率高（4-12%）;無(wú)釉、有釉強(qiáng)度低;能經(jīng)受溫度急變燒成溫度高(1250 -1450),吸水率在0.5%以下;色白，胎薄有透光性;胎體上有無(wú)色透明釉;不能經(jīng)受溫度的急變;質(zhì)脆易碎陶瓷1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶陶 器器瓷瓷 器器原料原料一般為粘土一般為粘土含鐵量含鐵量 3%瓷土、高鋁質(zhì)粘土瓷土、高鋁質(zhì)粘土含鐵量含鐵量 3%溫度溫度1000以下以下1200 以上以上釉釉無(wú)釉或低溫釉無(wú)釉或低溫釉1

4、200 以上的高溫釉以上的高溫釉1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 胎體附著在陶瓷胎體表面的玻璃質(zhì)層。使陶瓷表面光滑，不透水，易清潔，并提高陶瓷的裝飾性。主要由莫來(lái)石晶體、石英晶體 、玻璃質(zhì)及少量氣孔組成賦予陶瓷制品以一定的形狀和強(qiáng)度等裝飾層釉上彩釉下彩釉中彩釉1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 幾個(gè)有用的名詞：特種陶瓷 special ceramics先進(jìn)陶瓷 advanced ceramics精細(xì)陶瓷 fine ceramics高性能陶瓷 high performance ceramics新型陶瓷 new ceramics近代陶瓷 modern ceramics1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)

5、陶瓷和功能陶瓷沒(méi)有嚴(yán)格的界限：例如：壓電陶瓷，雖然屬于功能陶瓷，但對(duì)其力學(xué)性能，如抗壓強(qiáng)度、韌性、硬度、彈性模量等有一定的要求。首先必須有足夠的強(qiáng)度，在承受壓力時(shí)不致破壞，才能實(shí)現(xiàn)其壓電特性。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 空間技術(shù)微電子技術(shù)激光技術(shù)光纖技術(shù)光電子技術(shù)超導(dǎo)技術(shù)日用領(lǐng)域生物醫(yī)學(xué)Long-range missileEyes of missile-Windows materials整流罩材料-透明陶瓷、紅外陶瓷耐高溫、透紅外根據(jù)目標(biāo)紅外源自動(dòng)跟蹤1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.

6、陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶瓷材料中以共價(jià)鍵和離子鍵為主要結(jié)合鍵。以氧化物和硅酸鹽為主，其中硅酸鹽礦物在自然界中分布極為廣泛已知的硅酸鹽礦物有600多種，約占已知礦物種的1/4，占地殼巖石圈總質(zhì)量的85%。在硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，每個(gè)Si原子一般為四個(gè)O原子包圍，構(gòu)成SiO4四面體，即硅氧骨干，它是硅酸鹽的基本構(gòu)造單位。1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1. 島狀硅氧骨干：硅氧骨干被其它陽(yáng)離子所隔開(kāi)，彼此 分離猶如孤島，包括孤立的SiO4單四面體及Si2O7雙 四面體。 島狀 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 三方環(huán) 四方環(huán) 六方環(huán) 2. 環(huán)狀硅氧骨干：SiO4四面體以角頂聯(lián)結(jié)形成封閉的環(huán)，根據(jù)SiO4四面體環(huán)節(jié)的數(shù)目可以有三

7、環(huán)、四環(huán)、六環(huán)，環(huán)還可以重疊起來(lái)形成雙環(huán)，如六方雙環(huán)。 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 單鏈 雙鏈 3、鏈狀硅氧骨干：SiO4四面體以角頂聯(lián)結(jié)成沿一個(gè) 方向無(wú)限延伸的鏈，其中常見(jiàn)的有單鏈和雙鏈。 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 層狀 長(zhǎng)石架狀硅氧骨干 4、層狀硅氧骨干：SiO4四面體以角頂相連，形成在兩度空間上 無(wú)限延伸的層。層中每一個(gè)SiO4四面體以三個(gè)角頂與相鄰的 SiO4四面體相聯(lián)結(jié)。與兩個(gè)硅相聯(lián)結(jié)的氧電價(jià)飽和，為“惰性 氧”或稱(chēng)“橋氧” ，SiO4四面體也可有不同的聯(lián)結(jié)方式。 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 石英架狀 5、架狀硅氧骨干： SiO4四面體四個(gè)角頂全部與其相鄰的四個(gè)SiO4四面體共用，每個(gè)氧與兩個(gè)

8、硅相聯(lián)系，形成惰性氧，石英（SiO2）族礦物即具此結(jié)構(gòu)。 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 陶瓷的相組成及結(jié)構(gòu)晶體相,主晶相 玻璃相是一種非晶態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有方向性(即各向同性)，沒(méi)有顯著的熔點(diǎn)，只有一個(gè)軟化的溫度范圍， 所以在瓷坯的燒成過(guò)程中，玻璃相的數(shù)量和軟化范圍，常常是決定燒成的關(guān)鍵。氣孔2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)表征手段：金相顯微鏡（OM）掃描電鏡（SEM）透射電鏡（TEM）高分辨電鏡（HREM）2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 1500燒結(jié)ZrO22mol%Y2O3等軸晶粒形態(tài) 晶粒形態(tài)規(guī)則完整，大體上為等軸形。由于燒結(jié)時(shí)沒(méi)加燒結(jié)劑，晶界結(jié)

9、合致密，無(wú)其它晶界相存在2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) ZrO2 t+c復(fù)相組織大晶粒為高溫c相；小晶粒為t相單斜四方立方CCoo11002370ZrO2存在三種晶型2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) ZrO2/Al2O3的顯微組織2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) ZnOBi2O3陶瓷的組織形態(tài)2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) Al2O3 陶瓷的玻璃相2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 陶瓷材料中不均勻性表現(xiàn)在：v 陶瓷是多晶體，各晶粒組成在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，材料性能必然分散，它的性能是多晶粒性能的統(tǒng)計(jì)平

10、均v氣孔的存在v各向異性v含易揮發(fā)物，從晶粒至晶界會(huì)形成濃度梯度v缺陷2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 2.陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu) 原料的制備及加工（預(yù)燒、造粒等）坯體的成型燒成方法燒后處理工藝（熱處理或化學(xué)處理）材料性能提高坯體致密度、減少氣孔及裂紋控制晶相含量及晶粒的大小3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備原料原料預(yù)燒目的預(yù)燒目的預(yù)燒條件預(yù)燒條件Al2O3使使-Al2O3轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為-Al2O3，提高原，提高原料純度，改善產(chǎn)料純度，改善產(chǎn)品性能品性能 采用采用H3BO3作添加劑時(shí)，預(yù)作添加劑時(shí)，預(yù)燒溫度燒溫度14001450C左右，左右，保溫保溫23h。采用。采用NH4F作添作添加劑時(shí)，預(yù)燒溫度加劑

11、時(shí)，預(yù)燒溫度1250C，保溫保溫12h MgO提高提高M(jìn)gO的活性，的活性，改善水化性能改善水化性能預(yù)燒溫度在預(yù)燒溫度在1400C以上以上滑石滑石 破壞滑石的層狀破壞滑石的層狀結(jié)構(gòu)，避免定向結(jié)構(gòu)，避免定向排列，降低收縮，排列，降低收縮，減少瓷件開(kāi)裂減少瓷件開(kāi)裂預(yù)燒溫度一般在預(yù)燒溫度一般在13001500C之間，加礦化劑（如之間，加礦化劑（如蘇州土、硼酸、碳酸鋇等）蘇州土、硼酸、碳酸鋇等）可降低預(yù)燒溫度，含可降低預(yù)燒溫度，含F(xiàn)e2O3時(shí)，時(shí)，可采用還原氣氛可采用還原氣氛 3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備陶瓷制作工藝流程3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備高嶺土(A

12、l2O3 、 SiO2 、 H2O 、 Fe2O3 、TiO2 )高嶺土俗稱(chēng)瓷土，制造瓷器的主要原料之一。不能單獨(dú)成瓷，用量.3. 陶瓷材料的制備石英主要成分：SiO2作用：降低坯收縮，減少干燥和燒成變形；增加瓷的機(jī)械強(qiáng)度、白度和透光度。 加入量20%30%3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備長(zhǎng)石鉀長(zhǎng)石：K2O SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2鈉長(zhǎng)石：Na2O SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2作用：坯體中和石英作用一樣；以上，熔融成玻璃態(tài)，并熔解其他物質(zhì)，降低成瓷溫度，減少氣孔，增加半透明度；在釉中是主要熔劑。加入量10%25%3. 陶瓷材料的制備3

13、. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備能夠提供動(dòng)能的方法可以設(shè)計(jì)出許多種，例如有錘搗、研磨、輥軋、等，其中除研磨外，其他幾種粉碎方法主要是用于物料破碎及粗粉制備的。機(jī)械粉碎加工粉體方法3. 陶瓷材料的制備混 料 混料的兩種基本形式： 1）干混 2）濕混根據(jù)計(jì)算的結(jié)果稱(chēng)料，多種組分的原料經(jīng)過(guò)一定的方法混合均勻的過(guò)程稱(chēng)為混料。（在球磨機(jī)中的混料過(guò)程可同時(shí)實(shí)現(xiàn)粉碎和混合的雙重目的。）3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備物料顆粒受機(jī)械力作用而被粉碎時(shí)，還會(huì)發(fā)生

14、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化，這種因機(jī)械載荷作用導(dǎo)致顆粒晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的變化稱(chēng)為機(jī)械力化學(xué)。研磨的理論基礎(chǔ) 機(jī)械力化學(xué)3. 陶瓷材料的制備球磨制粉包括四個(gè)基本要素：球磨筒磨球（球料比）研磨物料研磨介質(zhì)3. 陶瓷材料的制備1.動(dòng)能準(zhǔn)則： 提高磨球的動(dòng)能2.碰撞幾率準(zhǔn)則： 提高磨球的有效碰撞幾率球磨制粉的基本原則3. 陶瓷材料的制備滾筒式行星式振動(dòng)式攪動(dòng)式球磨制粉的基本方式3. 陶瓷材料的制備滾筒式球磨3. 陶瓷材料的制備振動(dòng)球磨3. 陶瓷材料的制備行星球磨3. 陶瓷材料的制備攪動(dòng)球磨3. 陶瓷材料的制備助磨劑：粉碎中能顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)。多為表面活性物質(zhì)。如醇類(lèi)、胺

15、類(lèi)、油酸及有機(jī)酸的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)等。 通過(guò)濕潤(rùn)、吸附顆粒表面能降低助磨劑進(jìn)入粒子微裂縫中產(chǎn)生劈裂作用3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備(8)磨球的大小、形狀、種類(lèi)等 （ ）3. 陶瓷材料的制備 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。習(xí)慣上也把聚合體稱(chēng)為顆粒。晶粒（A）、顆粒（B）、聚合體（C）的區(qū)別如右圖所示。3. 陶瓷材料的制備3. 陶瓷材料的制備陶瓷是陶器與瓷器的總稱(chēng)。陶瓷材料的發(fā)展經(jīng)歷了三次重大飛躍。第一次:從陶器發(fā)展到瓷器第二次:從傳統(tǒng)陶瓷發(fā)展到先進(jìn)陶瓷第三次:從先進(jìn)陶瓷發(fā)展到納米陶瓷1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 1.陶瓷材料分類(lèi)及特點(diǎn) 胎體附著在陶瓷胎體表面的玻璃質(zhì)層。使陶瓷表