陶瓷材料基礎(chǔ)知識

陶瓷材料CERAMICSMATERIALSDept.ofMSE,CQU2第一章陶瓷材料基礎(chǔ)知識現(xiàn)代陶瓷材料的基本概念陶瓷材料的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀陶瓷的分類陶瓷的結(jié)構(gòu)陶瓷的顯微組織陶瓷的相變陶瓷的性能陶瓷的制備工藝Dept.ofMSE,CQU3陶瓷學(xué)定義的演變

陶瓷一詞是由希臘字Keramos演變?yōu)镃eramics，字義上的解釋為Theartofmakingpotty。

最早的陶瓷學(xué)是研究制造與應(yīng)用加熱黏土生料產(chǎn)生固體顆粒的一門學(xué)科。隨著近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新穎的陶瓷材料和新的制備工藝不斷出現(xiàn)，使得陶瓷材料所涉及的領(lǐng)域不斷擴展，傳統(tǒng)的定義明顯太過狹窄。Keramos——加熱土質(zhì)原料而制成的固體物件1.1

現(xiàn)代陶瓷材料的基本概念Dept.ofMSE,CQU4陶瓷不僅包括陶器、瓷器、耐火材料、構(gòu)筑粘土制品、磨料、搪瓷、水泥和玻璃等材料，而且還包括非金屬磁性材料、鐵電體、人造單晶、玻璃-陶瓷等?，F(xiàn)在陶瓷的概念已經(jīng)遠遠超出了以往人們所認識的陶瓷材料及其制品，它的應(yīng)用范圍也日趨擴大，它實際上已是無機非金屬材料的總稱。什么是陶瓷(ceramics)?這種由無機非金屬材料作為基本組分組成的固體制品統(tǒng)稱為陶瓷。Dept.ofMSE,CQU51.2

陶瓷材料的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀陶瓷材料的發(fā)展歷史人類最早使用的工具——石器，可以說是一種天然陶瓷材料。陶瓷是最古老的一種材料，是人類征服自然中獲得的第一種經(jīng)化學(xué)變化而制成的產(chǎn)品。根據(jù)出土文物考證，我國陶器早在距今8千至1萬年左右的新石器時代便已經(jīng)出現(xiàn)。瓷器在我國出現(xiàn)于東漢時期，距今已有1800多年的歷史。近幾十年來，隨著新技術(shù)的進步和基礎(chǔ)理論的建立，陶瓷材料得到了迅速發(fā)展，進入了一個嶄新的時期，相繼出現(xiàn)了高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷為代表的一大批新型陶瓷材料，在工業(yè)生產(chǎn)、國防軍工和高新技術(shù)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。Dept.ofMSE,CQU6表1-1陶瓷發(fā)展演變史采用原材料 煅燒溫度 年代

砂粒 500oC~700oC

約6000年前粘土、砂粒700oC~1000oC

公元前16-20世紀炻器陶器瓷器制品名稱精細陶瓷磁石、粘土、高嶺土、長石高純、人工合成原料1100oC~1400oC公元前1-2世紀>1400oC20世紀Dept.ofMSE,CQU7Dept.ofMSE,CQU8陶瓷材料的發(fā)展趨勢復(fù)合化：利用加和及乘積效應(yīng)，開發(fā)出單一材料中不存在的新功能獲由于單一材料性能的綜合功能材料。多功能化：將功能性與結(jié)構(gòu)性相結(jié)合，如集低介電常數(shù)、高絕緣、高導(dǎo)熱性、高機械強度、微型化于一體的基片材料。多功能材料的發(fā)展對促進產(chǎn)品向輕、小、薄的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。低維化：低維材料是低于三位材料的總稱。零維的是超微粒子，包括團聚體、那你材料和亞微米材料；一維材料包括晶須、纖維、以及納米絲和納米管；二維材料主要為薄膜材料Dept.ofMSE,CQU9設(shè)計、工藝一體化：計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得材料的結(jié)構(gòu)和性能比較容易通過計算來預(yù)測，使人們可以通過現(xiàn)有材料的利用和通過對材料微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計來得到具有期望特性的材料，從而大大改變了傳統(tǒng)材料“嘗試”式的制備方式Dept.ofMSE,CQU101.3

陶瓷的分類

陶瓷的種類繁多，根據(jù)陶瓷的化學(xué)組成、性能特點以及用途等不同，可將陶瓷分為傳統(tǒng)陶瓷和先進陶瓷兩大類。傳統(tǒng)陶瓷的主要原料是石英、長石和粘土等自然界存在的礦物。傳統(tǒng)陶瓷又稱為普通陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷先進陶瓷先進陶瓷的原料一般采用人工合成或提煉處理過的化工原料。國內(nèi)外關(guān)于先進陶瓷的技術(shù)術(shù)語有很多，如新型陶瓷（newceramics），精細陶瓷（fineceramics），現(xiàn)代陶瓷（modernceramics），高技術(shù)陶瓷（hightechnologyceramics），特種陶瓷（specialceramics）等.Dept.ofMSE,CQU11土器：在較低溫度下燒成，坯體中的雜質(zhì)較多，而且結(jié)構(gòu)疏松多孔，顏色多樣且不均勻。陶器：在1100oC~1250oC左右燒成，坯體結(jié)構(gòu)比較細密均勻，但仍含較多氣孔，結(jié)合較牢固，有不同的顏色。分施釉和不施釉兩種。表面施透明釉的陶器，成為精陶。瓷器：根據(jù)瓷坯的原料配方、燒成溫度及玻璃相含量的不同，瓷器可分為軟質(zhì)瓷和硬質(zhì)瓷。軟質(zhì)瓷配方中長石含量較高，1250oC~1300oC左右燒成，瓷坯內(nèi)玻璃相含量較多；硬質(zhì)瓷配方中粘土含量較高，在1320oC~1450oC左右燒成，瓷坯內(nèi)玻璃相含量較少，致密度較高。以粘土、長石和石英為主要原料，添加部分工業(yè)氧化鋁或剛玉粉，并在較高溫度下燒結(jié)而成的，坯體中氣孔率很低，基本沒有開口氣孔，具有足夠的機械強度及耐電壓性能的瓷器，稱為高壓電瓷。傳統(tǒng)陶瓷Dept.ofMSE,CQU12表1-2傳統(tǒng)陶瓷的種類Dept.ofMSE,CQU13先進陶瓷

根據(jù)先進陶瓷的性能特點、可將先進陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷用于高溫、高壓、抗輻射、抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕等環(huán)境下的陶瓷材料稱為結(jié)構(gòu)陶瓷?？煞譃檠趸锾沾?、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷等功能陶瓷是具有某種特殊敏感功能的陶瓷制品，可分為電功能陶瓷、磁功能陶瓷、光功能陶瓷、生物功能陶瓷等Dept.ofMSE,CQU14表1-3先進陶瓷的種類Dept.ofMSE,CQU15Dept.ofMSE,CQU16

納米陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料

納米陶瓷是晶粒或顆粒尺寸處于納米范圍（1~100nm）的陶瓷，由于晶?；蝾w粒尺寸小到納米數(shù)量級時具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)等，因此使納米材料具有常規(guī)材料所不具備的獨特性能，從而引起人們的注意，并形成納米熱。納米陶瓷主要包括納米陶瓷粉體、納米陶瓷纖維、納米陶瓷薄膜和納米陶瓷塊體。

陶瓷基復(fù)合材料是由陶瓷基體和增強體（纖維、晶須和顆粒）所組成的復(fù)合材料，其性能比單一材料更為優(yōu)越。除具有陶瓷的高強度、高硬度、良好的耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性等特點外，還使陶瓷的韌性大大改善，而且強度及模量也有一定提高。主要有顆粒增強、晶須增強和纖維增強陶瓷基復(fù)合材料Dept.ofMSE,CQU17先進陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的主要區(qū)別在原料上：突破了傳統(tǒng)陶瓷以黏土為主要原料的界限，先進陶瓷一般以提純的化合物為主要原料。在成分上：傳統(tǒng)陶瓷的組成由黏土的成分決定，所以不同產(chǎn)地和爐窯的陶瓷有不同的質(zhì)地，由于先進陶瓷的原料是純化合物，因此成分由人工配比決定，其性質(zhì)的優(yōu)劣由原料的純度和工藝決定。在制備工藝上：突破了傳統(tǒng)陶瓷以爐窯為主要生產(chǎn)手段的界限，廣泛采用真空燒結(jié)、保護氣氛燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓等手段。近些年來，還相繼開發(fā)了多種“軟化學(xué)”方法來制備先進陶瓷，如溶膠-凝膠（sol-gel）法、水熱法、自組裝法等。Dept.ofMSE,CQU18在性能上：先進陶瓷具有不同的特殊性質(zhì)和功能，如高強度、高硬度、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣以及在磁、電、光、聲、生物工程各方面具有的特殊功能，從而使其在高溫、機械、電子、計算機、宇航、醫(yī)學(xué)工程等各方面得到廣泛的應(yīng)用。Dept.ofMSE,CQU191.4

陶瓷的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)是由晶體、玻璃體和氣孔所組成的，下面分別介紹陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)和玻璃體結(jié)構(gòu)圖1-1陶瓷顯微組織示意圖Dept.ofMSE,CQU201.4.1陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)表1-4不同鍵合對應(yīng)晶體的基本性質(zhì)陶瓷晶體中的原子是靠化學(xué)鍵結(jié)合的，其化學(xué)鍵主要有共價鍵和離子鍵。相應(yīng)的晶體為共價鍵和離子鍵晶體。

陶瓷中的這兩種晶體是化合物不是單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)不像金屬那樣簡單。其晶體結(jié)構(gòu)可分為典型晶體結(jié)構(gòu)和硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)。Dept.ofMSE,CQU21典型的離子晶體結(jié)構(gòu)(1)

AB型化合物結(jié)構(gòu)

(a)CsCl型結(jié)構(gòu)AB型結(jié)構(gòu)中陰離子(B)與陽離子(A)的比為n:n。又可分為以下主要四種不同類型的結(jié)構(gòu)。圖1-2CsCl結(jié)構(gòu)的立方晶胞屬立方晶系簡單立方點陣。Cs+和Cl-半徑之比為0.169nm/0.181nm=0.933，Cl-離子構(gòu)成正六面體，Cs+在其中心，Cs+和Cl-的配位數(shù)均為8，多面體共面連接，一個晶胞內(nèi)含Cs+和Cl-各一個。屬于這種結(jié)構(gòu)的還有CsBr、CsI。Dept.ofMSE,CQU22(b)NaCl型結(jié)構(gòu)圖1-3NaCl結(jié)構(gòu)的立方晶胞NaCl屬立方晶系，面心立方點陣。Na+和Cl-半徑之比為0.525，Na+位于

Cl-離子形成的八面體間隙中。實際上，NaCl結(jié)構(gòu)可以看成是兩個面心立方結(jié)構(gòu)，一個是Na+的，Cl-離子的，相互在棱邊上穿插而成。每個晶胞的離子數(shù)為8，即4個Na+和4個Cl-離子。自然界有幾百種化合物屬于NaCl結(jié)構(gòu)。氧化物MgO,CaO,SrO,BaO,MnO,FeO,NiO等；氮化物TiN,LaN,ZrN等；碳化物TiC,VC等；除CsBr,CsI和CsCl外的所有堿金屬硫化物和鹵化物Dept.ofMSE,CQU23(c)立方ZnS(閃鋅礦)型結(jié)構(gòu)圖1-4立方ZnS型結(jié)構(gòu)屬立方晶系，面心立方點陣。如圖1-4，S2-位于立方晶胞的頂角和面心上，構(gòu)成一套完整的面心立方晶格，而Zn2+也構(gòu)成一套面心立方格子，在體對角線1/4處互相穿插而成。在閃鋅礦的晶胞中，一種離子(S2-或Zn2+)或占據(jù)面心立方結(jié)構(gòu)的結(jié)點位置，另一種離子則占據(jù)四面體間隙的一半。S2-和Zn2+的配位數(shù)均為4，一個S2-被4個[ZnS4]四面體共用。屬于這種結(jié)構(gòu)的還有Be、Cd的硫化物、硒化物、碲化物；CuCl也屬于此類型結(jié)構(gòu)。Dept.ofMSE,CQU24(d)六方ZnS(纖鋅礦)型結(jié)構(gòu)圖1-5立方ZnS結(jié)構(gòu)纖鋅礦屬六方晶系。每個晶胞內(nèi)包含兩個S2-和兩個Zn2+

。其位置為：

S2-：000；

Zn2+：；這個結(jié)構(gòu)可以看成較大的負離子構(gòu)成hcp結(jié)構(gòu)，而Zn2+占據(jù)其中一半的四面體間隙，構(gòu)成[ZnS4]四面體。S2-和Zn2+的配位數(shù)均為4。屬于這種結(jié)構(gòu)類型的還有ZnO、AgI、BeO等。Dept.ofMSE,CQU25(e)NiAs型結(jié)構(gòu)6︰6配位，陰離子構(gòu)成hcp結(jié)構(gòu)，陽離子位于八面體間隙中。Dept.ofMSE,CQU26(2)

AB2型化合物結(jié)構(gòu)

AB2型結(jié)構(gòu)中陽離子與陰離子的配位數(shù)之比為2n:n。主要包括以下三種不同類型的結(jié)構(gòu)。(a)β

-方石英型結(jié)構(gòu)β-方石英屬立方晶系。其結(jié)構(gòu)中，Si4+占據(jù)全部面心立方結(jié)點位置和立方體內(nèi)相當(dāng)于8個小立方體中心的4個。每個Si4+同4個O2-結(jié)合形成[SiO4]四面體，每個O2-

都連接2個對稱的[SiO4]四面體。

Si4+和O2-的配位數(shù)分別為4和2。圖1-6β-方石英型結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU27(b)金紅石(TiO2)型結(jié)構(gòu)圖1-7金紅石型結(jié)構(gòu)負離子多面體圖晶胞圖金紅石屬四方晶系。每個晶胞有2個Ti4+，4個O2-；配位數(shù)為6:3。每個O2-同時與3個Ti4+鏈合，即每3個[TiO6]八面體共用1個O2-；Ti4+位于晶胞的頂角和中心。屬于這類結(jié)構(gòu)的還有GeO2,PbO2,SnO2,MnO2,VO2及FeF2,MgF2等。Dept.ofMSE,CQU28(c)螢石(CaF2)型結(jié)構(gòu)螢石屬立方晶系，面心立方點陣。Ca2+處于立方體的頂角和各面心位置，形成面心立方結(jié)構(gòu)。F-離子位于立方體內(nèi)8個小立體的中心位置，即填滿了全部的四面體空隙，構(gòu)成了[FCa4]四面體，F(xiàn)-離子配位數(shù)為4。F-作簡單立方堆積，Ca2+填于半數(shù)的立方體空隙中，構(gòu)成[CaF8]立方體，故Ca2+的配位數(shù)為8，立方體之間共棱連接。圖1-8螢石型結(jié)構(gòu)(a)晶胞圖；(b)[CaF8]多面體圖；(c)[FCa4]多面體圖Dept.ofMSE,CQU29從空間結(jié)構(gòu)看，Ca2+構(gòu)成一套完整的面心立方結(jié)構(gòu)。F-離子構(gòu)成兩套面心立方格子，它們在體對角線1/4和3/4處互相穿插而成。屬于CaF2型的化合物還有ThO2,CeO2,VO2等。

隨著陽離子(A)與陰離子(B)半徑之比的不斷增大，AB2型離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出如下變化趨勢：

β-方石英型結(jié)構(gòu)→金紅石(TiO2)型結(jié)構(gòu)→螢石(CaF2)型結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU30(3)

A2B型化合物結(jié)構(gòu)

與AB2型結(jié)構(gòu)剛好相反，A2B型結(jié)構(gòu)中陽離子與陰離子的配位數(shù)之比為n:2n。主要包括以下幾種結(jié)構(gòu)：赤銅礦(Cu2O)型結(jié)構(gòu)

Cu+和O2-的配位數(shù)分別為2和4；O2-離子構(gòu)成BCC結(jié)構(gòu)，Cu+位于八面體間隙中。反螢石型結(jié)構(gòu)(Na2O)Na+和O2-的配位數(shù)分別為4和8；這種結(jié)構(gòu)中陰陽離子的位置與螢石型結(jié)構(gòu)正好相反，陰離子構(gòu)成FCC結(jié)構(gòu)，陽離子位于四面體間隙中。Dept.ofMSE,CQU31(4)

A2B3型化合物結(jié)構(gòu)

以α-Al2O3為代表的剛玉型結(jié)構(gòu)，是A2B3型的典型結(jié)構(gòu)。其陽離子與陰離子的配位數(shù)之比為3n:2n。圖1-9α-Al2O3的晶格結(jié)構(gòu)

α-Al2O3的結(jié)構(gòu)屬六方晶系。正負離子的配位數(shù)為6:4，O2-離子作近似密排六方堆積，Al3+位于八面體間隙中，但只填滿這種空隙的2/3。Dept.ofMSE,CQU32

每三個相鄰的八面體間隙，就有一個是有規(guī)則地空著，這樣六層構(gòu)成一個完整周期。每個晶胞中有4個Al3+和6個O2-

。

屬于剛玉型化合物結(jié)構(gòu)的化合物還有Cr2O3,α-Fe2O3,α-Ga2O3等。α-Al2O3結(jié)構(gòu)的密堆積模型Dept.ofMSE,CQU33(5)

ABO3型化合物結(jié)構(gòu)

(a)鈣鈦礦(CaTiO3)型結(jié)構(gòu)圖1-10鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的晶胞結(jié)構(gòu)

理想鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)屬立方晶系。Ca2+和O2-離子構(gòu)成FCC結(jié)構(gòu)，Ca2+在立方體的頂角，O2-在立方體的六個面心上；而較小的Ti4+填于由6個O2-構(gòu)成的八面體[TiO6]空隙中，這個位置恰好為Ca2+構(gòu)成的立方體的中心。Dept.ofMSE,CQU34鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的配位多面體的連接Ti4+只填滿1/4的八面體空隙。[TiO6]八面體群相互以頂點連接，Ca2+則填于[TiO6]八面體群的空隙中，并被12個O2-所包圍，故Ca2+的配位數(shù)為12，而Ti4+的配位數(shù)為6。屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的還有BaTiO3,SrTiO3,PbTiO3,CaZrO3,PbZrO3,SrZrO3,SrSnO3等。Dept.ofMSE,CQU35(b)方解石(CaCO3)型結(jié)構(gòu)圖1-11方解石型結(jié)構(gòu)

方解石屬菱方晶系。每個晶胞中有4個Ca2+和4個[CO3]2-絡(luò)合離子。每個Ca2+被6個[CO3]2-所包圍，Ca2+的配位數(shù)為6；絡(luò)合離子[CO3]2-中3個O作等邊三角形排列，C在三角形的中間位置，C-O間是共價鍵結(jié)合；而Ca2+同[CO3]2-是離子鍵結(jié)合。屬于方解石型結(jié)構(gòu)的還有MgCO3(菱鎂礦),CaCO3·MgCO3(白云石)等。Dept.ofMSE,CQU36(6)

AB2O4型化合物結(jié)構(gòu)

尖晶石(MgAl2O4)是典型的AB2O4型化合物。MgAl2O4屬立方晶系，面心立方點陣。其結(jié)構(gòu)頗為復(fù)雜，每個晶胞內(nèi)有32個O2-，16個Al3+和8個Mg2+離子。O2-呈面心立方結(jié)構(gòu)，Mg2+的配位數(shù)為4，處在氧四面體中心；Al3+的配位數(shù)為6，居于氧八面體空隙中。圖1-12尖晶石的單位晶胞

為了清楚起見，可以把MgAl2O4

的結(jié)構(gòu)看成是由8個立方亞晶胞所組成。這種亞晶胞可分為甲、乙兩種：Dept.ofMSE,CQU37在甲型立方亞胞中，Mg2+位于單元的中心和4個頂角上，4個O2-分別位于各條體對角線上距臨空的頂角1/4處。在乙型立方亞胞中，Mg2+處在4個頂角上，4個O2-位于各條體對角線上距Mg2+頂角的1/4處。而Al3+位于4條體對角線上距臨空頂角的1/4處。MgAl2O4結(jié)構(gòu)中的小單元

若把MgAl2O4

晶格看作是O2-立方最密排結(jié)構(gòu)，八面體間隙有一半被Al3+

所填充，而四面體間隙則只有1/8被Mg2+所填充。屬于尖晶石型結(jié)構(gòu)的還有：ZnFe2O4,FeAl2O4,CoAl2O4,NiAl2O4,MnAl2O4,ZnAl2O4等。Dept.ofMSE,CQU38共價晶體結(jié)構(gòu)

共價晶體的共同特點是配位數(shù)服從8-N法則，N為原子的價電子數(shù)，即每個原子都有8-N個最近鄰原子。圖1-13金剛石型結(jié)構(gòu)(a)晶胞；(b)原子在底面上的投影

金剛石型結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU39

實際上，金剛石晶體結(jié)構(gòu)可視為兩個面心立方晶胞中的一個沿著另一個的體對角線相對位移1/4距離穿插而成。

金剛石晶體結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜的面心立方結(jié)構(gòu)。碳原子除按通常的FCC排列外，立方體內(nèi)還有4個原子，他們的坐標分別為

,,,,相當(dāng)于晶體內(nèi)其中4個四面體間隙中心的位置。故晶胞內(nèi)共含有8個原子。

金剛石中每個C原子均有4個等距離的最近鄰原子，全部按共價鍵結(jié)合，符合8-N規(guī)則。C的配位數(shù)為4。

具有金剛石型結(jié)構(gòu)的還有α-Sn,Si,Ge等。另外，β-SiC晶體也具有金剛石結(jié)構(gòu)，只是在SiC晶體中Si原子取代了金剛石復(fù)雜立方晶體結(jié)構(gòu)中位于四面體間隙中的C原子。Dept.ofMSE,CQU40

菱方結(jié)構(gòu)

第VA族元素As,Sb,Bi的晶體結(jié)構(gòu)屬菱方結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為3，各原子以共價鍵方式相結(jié)合并形成層狀層狀結(jié)構(gòu)，層間具有金屬鍵性質(zhì)。圖1-14As,Sb,Bi的晶體結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU41

三角晶體結(jié)構(gòu)Se,Te的晶體結(jié)構(gòu)為三角晶體結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為2，各原子以共價鍵方式相結(jié)合，原子組成呈螺旋形分布的鏈狀結(jié)構(gòu)。圖1-15Se和Te的晶體結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU42硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

硅酸鹽的成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式多種多樣。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：

一部分是由Si和O按不同比例組成的各種負離子團，稱為硅氧骨干；另外兩部分為硅氧骨干以外的正離子和負離子。

硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的基本特點可歸納如下：

構(gòu)成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元式Si和O組成的[SiO4]4-四面體。在[SiO4]4-四面體中，4個氧離子圍繞位于中心的硅離子，每個陽離子有一個電子可以和其它離子鍵合。[SiO4]4-四面體Dept.ofMSE,CQU43

按電價規(guī)則，每個O2-最多只能為兩個[SiO4]4-四面體所共有。如果結(jié)構(gòu)中只有一個Si4+提供給O2-電價，那么O2-的另一個未飽和的電價將有其它正離子提供，這樣就形成了各種不同類型的硅酸鹽。按鮑林第三規(guī)則，[SiO4]4-四面體中未飽和的陽離子和金屬正離子結(jié)合后，可以相互獨立地在結(jié)構(gòu)中存在，或者可以通過共用四面體頂點彼此連接成單鏈、雙鏈或成層狀、網(wǎng)狀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但不能共棱和共面連接，否則結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，且同一類型硅酸鹽中，[SiO4]4-四面體間的連接方式一般只有一種。Dept.ofMSE,CQU44

根據(jù)[SiO4]4-連接方式的不同。硅酸鹽晶體可以分成以下五種結(jié)構(gòu)：孤島狀、組群狀、鏈狀、層狀和骨架狀。

孤島狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

所謂孤島狀結(jié)構(gòu)，是指在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，[SiO4]4-四面體是以孤立狀態(tài)存在，共用氧數(shù)為零，即[SiO4]4-四面體只通過其它正離子連接，而使化合價達到飽和時，就形成了孤島狀的硅酸鹽結(jié)構(gòu)。

屬于孤島狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)的礦物有鎂橄欖石Mg[SiO4]，鋯英石Zr[SiO4]等。Dept.ofMSE,CQU45

鎂橄欖石Mg[SiO4]屬正交晶系。每個晶胞中有4個分子，28個離子。下圖為鎂橄欖石結(jié)構(gòu)在(100)面投影圖。為了醒目起見，位于四面體中心的Si4+未畫出。其結(jié)構(gòu)特點主要如下：鎂橄欖石在(100)面投影圖

各[SiO4]4-四面體是單獨存在的，其頂角相間地朝上朝下；各[SiO4]4-四面體只通過O—Mg—O鍵連接在一起；

Mg2+離子周圍有6個O2-離子位置幾乎是正八面體的頂角，因此整個結(jié)構(gòu)可看成是有四面體和八面體堆積而成的；

O2-離子近似按照六方排列。氧離子成密堆結(jié)構(gòu)式許多硅酸鹽結(jié)構(gòu)的一個特征。Dept.ofMSE,CQU46

組群狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

組群狀結(jié)構(gòu)，是指在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，[SiO4]4-四面體通過共用1個或2個氧(橋氧)相連成的含成對、3節(jié)、4節(jié)或6節(jié)硅氧團組群。這些組群之間再由其它正離子按一定的配位形式構(gòu)成硅酸鹽結(jié)構(gòu)。孤立的有限硅氧四面體群的各種形狀Dept.ofMSE,CQU47

綠柱石Be3Al2[Si6O18]為典型的組群狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，屬六方晶系。其基本結(jié)構(gòu)單元是6個硅氧四面體形成的六節(jié)環(huán)。這些六節(jié)環(huán)之間靠Al3+和Be2+連接，Al3+的配位數(shù)為6，與硅氧網(wǎng)絡(luò)的非橋氧形成[AlO6]八面體；Be2+配位數(shù)為4，構(gòu)成[BeO4]四面體。綠柱石Be3Al2[Si6O18]的結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU48

環(huán)與環(huán)相疊，上下兩層錯開30o。在上下疊置的六節(jié)環(huán)內(nèi)形成了巨大的通道，可儲有K+,Na+,Cs+及H2O分子，使綠柱石結(jié)構(gòu)成為離子導(dǎo)電的載體。

具有優(yōu)良抗熱、抗震性能的堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]的結(jié)構(gòu)與綠柱石相似，只是在六節(jié)環(huán)中有一個[SiO4]四面體中的Si4+被Al3+所取代，環(huán)外的(Be3Al2)被(Mg2Al3)所取代而已。Dept.ofMSE,CQU49

鏈狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

[SiO4]4-四面體通過橋氧的連接，在一維方向伸長成單鏈或雙鏈，而鏈與鏈之間通過其他正離子按一定的配位關(guān)系連接就構(gòu)成了鏈狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。鏈狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)(a)

單鏈(b)

雙鏈Dept.ofMSE,CQU50單鏈結(jié)構(gòu)單元的分子式為[SiO3]n2n-。在單鏈狀結(jié)構(gòu)中由于Si-O鍵比Me-O鍵強得多，因此鏈狀硅酸鹽礦物很容易沿鏈間結(jié)合較弱處裂成纖維。

許多陶瓷材料具有這種單鏈結(jié)構(gòu)，如頑輝石Mg[SiO3],透輝石CaMg[Si2O6],鋰輝石LiAl[Si2O6],頑火輝石Mg2[Si2O6]等。雙鏈結(jié)構(gòu)單元的分子式為[Si4O11]n6n-。

透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2,斜方角閃石(Mg,Fe)7[Si4O11]2(OH)2,硅線石Al[AlSiO5]和莫來石Al[Al1+x·Si1-xO5-x/2]等都屬于雙鏈結(jié)構(gòu)。Dept.ofMSE,CQU51

層狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

[SiO4]4-四面體的某一個面(由3個氧離子組成)在平面內(nèi)以共用頂點的方式連接成六角對稱的二維結(jié)構(gòu)，即為層狀結(jié)構(gòu)。它通常以兩個[SiO4]4-四面體的連接為一個重復(fù)的周期，且他有1個氧離子處于自由端，價態(tài)未飽和，稱為活性氧，它將與金屬離子結(jié)合而形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU52

在六元環(huán)狀單層結(jié)構(gòu)中，Si4-分布在同一高度，單元大小可在六元環(huán)層中取一個矩形，結(jié)構(gòu)單元內(nèi)氧與硅之比為10︰4，其化學(xué)式可寫成[Si4O10]4-。

在層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，層內(nèi)Si-O鍵和Me-O鍵要比層與層之間分子鍵或氫鍵強得多，因此這種結(jié)構(gòu)容易從層間剝離，形成片狀解理。

具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽有高嶺土Al4[Si4O10](OH)8,滑石Mg3[Si4O10](OH)2,葉臘石Al2[Si4O10](OH)2等。Dept.ofMSE,CQU53

架狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)

[SiO4]4-四面體連成無限六元環(huán)狀，層中未飽和氧離子交替指向上或向下，把這樣的層疊起來，使每兩個活性氧為一個公共氧所代替，就可以得到架狀硅酸鹽。這種結(jié)構(gòu)的特點是每個[SiO4]4-四面體中的氧離子全部被共用。

典型的架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽是石英及其各變種，還有長石(K,Na,Ca)[AlSi3O8],沸石Na[AlSi2O6]·H2O等。Dept.ofMSE,CQU54表1-5硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)Dept.ofMSE,CQU551.4.2陶瓷的玻璃體結(jié)構(gòu)玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說晶子學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

陶瓷中的玻璃體是非晶態(tài)的無定形物質(zhì)。關(guān)于玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說目前主要有兩個：Dept.ofMSE,CQU56晶子學(xué)說

晶子學(xué)說認為玻璃是由無數(shù)“晶子”組成，所謂“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格變形的區(qū)域，它們分散在無定形介質(zhì)中，并從“晶子”部分到無定形部分是逐步完成的，兩者之間并無明顯界限。晶子學(xué)說揭示了玻璃體的一個結(jié)構(gòu)特征，即微不均勻性及近程有序性。其主要根據(jù)為X射線衍射中為峰的顯著寬化效應(yīng)。Dept.ofMSE,CQU57石英的XRD圖譜Dept.ofMSE,CQU58無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說認為玻璃態(tài)物質(zhì)與相應(yīng)的晶體一樣，也是由一個三維網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體構(gòu)筑起來的，但多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。Dept.ofMSE,CQU59按無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的結(jié)構(gòu)模型示意圖(a)

石英晶體結(jié)構(gòu)模型(b)石英玻璃結(jié)構(gòu)模型Dept.ofMSE,CQU60

玻璃中的網(wǎng)絡(luò)是由氧離子的多面體構(gòu)筑起來的，多面體中心被多電荷離子，即網(wǎng)絡(luò)形成體（Si4+、B3+、P5+離子）所占有。

氧離子有兩種類型，凡屬兩個多面體的稱為橋氧離子，凡屬一個多面體的稱為非橋氧離子。網(wǎng)絡(luò)中過剩的電荷則由網(wǎng)絡(luò)間隙中的網(wǎng)絡(luò)變性體（Na+、K+、Ca2+離子）來補償。

多面體的結(jié)合程度甚至整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合程度都取決于橋氧離子的百分數(shù)，而網(wǎng)絡(luò)變性體離子則均勻而無序地分布在四面體的間隙中。Dept.ofMSE,CQU61

無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說強調(diào)的是玻璃離子與多面體間相互間排列的均勻性、連續(xù)性及無序性。這些結(jié)構(gòu)特征可以在玻璃的各向同性、內(nèi)部性質(zhì)的均勻性及隨成分變化時玻璃性質(zhì)變化的連續(xù)性上得到反映。一般認為無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說更切實際。

Dept.ofMSE,CQU621.5

陶瓷的顯微組織陶瓷顯微組織示意圖

與陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)一樣，陶瓷的顯微組織在很大程度上決定著陶瓷的性能。陶瓷的顯微組織總的來說是有晶向、玻璃相和氣相所組成。Dept.ofMSE,CQU631.5.1陶瓷顯微組織的分類晶體結(jié)晶程度

全晶質(zhì)組織全部由結(jié)晶質(zhì)組成

半晶質(zhì)組織晶質(zhì)和非晶質(zhì)各占一半左右

非晶質(zhì)組織全部由非晶質(zhì)組成Dept.ofMSE,CQU64晶形發(fā)育程度

自形晶組織各晶面發(fā)育完整

半自形晶組織部分晶面發(fā)育完整

它形晶組織各晶面發(fā)育不完整Dept.ofMSE,CQU65

等粒組織顆粒大小相近，大小顆粒之比≤3:1

不等粒組織顆粒大小不同，大小顆粒之比≤5:1

斑狀組織顆粒大小懸殊，大小顆粒之比＞5:1晶粒相對大小Dept.ofMSE,CQU66

定向組織晶體按延長方向平行排列晶粒分布特征

交織組織有延長方向的晶體交織成網(wǎng)

環(huán)帶組織晶體沿生長方向形成與晶面平行的具有不同顏色和雜質(zhì)包裹物的組織

包裹組織晶體內(nèi)包裹其它物質(zhì)形成的組織

間隔組織有延長方向的晶體交織成三角格架，中間為玻璃相

向粒組織有延長方向的晶體交織成三角格架，中間為粒狀晶Dept.ofMSE,CQU671.5.2典型陶瓷的顯微組織

普通陶瓷的顯微組織普通陶瓷的顯微組織(610×)高壓電瓷的顯微組織(410×)Dept.ofMSE,CQU68

普通陶瓷的顯微組織中：玻璃相含量40%～60%；主晶相莫來石10%～30%；為鱗片狀和針狀交織成網(wǎng)；殘留石英10%～20%；顆粒大小不一，呈斑狀。因此普通陶瓷的顯微組織為玻璃基交織斑狀組織。Dept.ofMSE,CQU69

結(jié)構(gòu)陶瓷的顯微組織Al2O3瓷的顯微組織Si3N4瓷的顯微組織Dept.ofMSE,CQU70

氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷（Al2O3、ZrO2等）大部分為單相多晶等軸晶，晶形較規(guī)則完整，晶界結(jié)合致密，為半自形等粒或不等粒組織。

碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷，大部分為粒狀組織和針棒狀組織，這是由于在燒結(jié)過程中發(fā)生相變而產(chǎn)生點陣重構(gòu)或燒結(jié)過程中發(fā)生晶粒擇優(yōu)取向引起的。Dept.ofMSE,CQU71

功能陶瓷的顯微組織金紅石瓷的顯微組織

金紅石為介電陶瓷，其顯微組織為自形或半自形細均粒組織，晶粒細小（微米至亞微米級）。Dept.ofMSE,CQU72溶膠凝膠法制備的鈦酸鋇瓷的顯微組織固相反應(yīng)法制備的鈦酸鋇瓷的顯微組織

鈦酸鋇為鐵電、壓電陶瓷，固相燒結(jié)的BaTiO3為半自形粒狀組織，顆粒發(fā)育不完全且很不均勻，晶界結(jié)合處不緊密，氣孔較多；而在溶膠凝膠法制備的陶瓷中，晶粒發(fā)育完全，為四方相，晶界結(jié)合相對緊密，氣孔較少。Dept.ofMSE,CQU731.5.3陶瓷基復(fù)合材料的顯微組織

顆粒增強陶瓷基復(fù)合材料的顯微組織顆粒增強復(fù)合材料的顯微組織顆粒增強復(fù)合材料的組織具有各向同性，其制備工藝首先要解決顆粒分散問題，一般采用超聲波分散及添加表面活性劑等避免顆粒團聚，使顆粒均勻分布在陶瓷基本中。顆粒彌散分布組織包括晶內(nèi)、晶間型和混合型組織。Dept.ofMSE,CQU74

晶須增強陶瓷基復(fù)合材料的顯微組織不同SiC晶須增韌ZrB2復(fù)合材料的顯微組織

分晶須隨機分布組織和晶須定向分布組織。采用熱壓燒結(jié)工藝制備晶須增強復(fù)合材料時，晶須的排列具有一定的擇優(yōu)取向。Dept.ofMSE,CQU75

纖維增強陶瓷基復(fù)合材料的顯微組織短纖維Cf/玻璃陶瓷復(fù)合材料的顯微組織長纖維Cf/Si3N4復(fù)合材料的顯微組織Dept.ofMSE,CQU76單纖維增強復(fù)合材料的顯微組織與晶須增強復(fù)合材料的顯微組織相似。長纖維增強復(fù)合材料的顯微組織又可分為單相顯微組織、層狀組織和網(wǎng)狀組織。Dept.ofMSE,CQU77Cf/SiC復(fù)合材料拋光面顯微組織Dept.ofMSE,CQU78Cf/SiC復(fù)合材料斷面顯微組織Dept.ofMSE,CQU791.6

陶瓷的相變當(dāng)一個系統(tǒng)中的相的能量最小時是穩(wěn)定的；如果能量處在局部小的狀態(tài)，并且與能量最小狀態(tài)之間存在勢壘的話，稱為亞穩(wěn)態(tài)；如果沒有這種勢壘，就是不穩(wěn)定態(tài)。當(dāng)外界條件(溫度、壓力、電場、磁場)發(fā)生變化時，系統(tǒng)的能量發(fā)生改變，相的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，即發(fā)生相變。陶瓷的相變大致可分為擴散型相變和無擴散型相變。Dept.ofMSE,CQU801.6.1陶瓷中的無擴散相變無擴散相變

重建型轉(zhuǎn)變(Reconstructiontransition)

伴隨有化學(xué)鍵的破壞和新鍵形成，原子重新排列。因此，這種相變需要較大的激活能，相變較難發(fā)生，常常有使高溫相保留到室溫的傾向。但相變中原子移動的距離仍然較短。

位移型轉(zhuǎn)變

(Displacivetransition)在不破壞化學(xué)鍵的情況下，構(gòu)成晶體的離子沿一定的鏡面和鏡像整體產(chǎn)生有規(guī)律的相對位移。因此，位移型相變所需的激活能比重建型要小，比重建型相變?nèi)菀走M行。Dept.ofMSE,CQU81

在SiO2同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變中：

α→β→γ間的轉(zhuǎn)變是位移型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度很快；石英→

鱗石英→方石英間的轉(zhuǎn)變是重建型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度很慢。

陶瓷中無擴散相變主要有馬氏體相變、有序—無序轉(zhuǎn)變等。Dept.ofMSE,CQU821.6.2陶瓷中的擴散型相變

擴散性相變中不僅有晶體結(jié)構(gòu)的變化，而且還有化學(xué)成分的變化。例如：過飽和固溶體的時效析出、調(diào)幅分解、玻璃分相等。Dept.ofMSE,CQU831.7

陶瓷的性能

陶瓷大部分為共價鍵和離子鍵，鍵合牢固并有方向性。同金屬相比，它的強度、硬度、彈性模量、耐磨性、耐蝕性及耐熱性要更為優(yōu)越；但塑性、韌性、可加工性、抗熱震性及使用可靠性卻不如金屬。Dept.ofMSE,CQU84陶瓷與金屬的拉伸曲線示意圖Dept.ofMSE,CQU851.7.1陶瓷的力學(xué)性能

陶瓷的彈性模量

在正常溫度下，當(dāng)應(yīng)力不大時，陶瓷的形變是簡單的彈性形變，符合虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系。陶瓷的彈性形變實際上是在外力作用下，原子間距有平衡位置產(chǎn)生很小位移的結(jié)果。超過此值，就會產(chǎn)生鍵的斷裂（室溫）或產(chǎn)生塑性變形（高溫）。彈性模量反映的是原子間距微小變化所需外力的大小。

陶瓷大部分為共價鍵和離子鍵結(jié)合的晶體，結(jié)合力強，彈性模量都較大。Dept.ofMSE,CQU86表1-6常見陶瓷的彈性模量Dept.ofMSE,CQU87表1-7常見陶瓷的硬度

陶瓷的硬度

硬度是材料抵抗局部壓力而不產(chǎn)生變形的能力。金屬的硬度是測表面塑性變形程度，所以硬度與強度成正比。陶瓷是脆性材料，在壓頭壓入?yún)^(qū)產(chǎn)生偽塑性變形，所以硬度很難與強度直接對應(yīng)起來。Dept.ofMSE,CQU88

陶瓷的強度表1-8常見陶瓷的強度

陶瓷在室溫下幾乎不能產(chǎn)生滑移，很難產(chǎn)生塑性變形，其破壞方式為脆性斷裂，室溫下只能測得斷裂強度。Dept.ofMSE,CQU89

陶瓷的韌性表1-8常見陶瓷的韌性

陶瓷是脆性材料，對裂紋敏感性很強，其斷裂行為一般用線彈性力學(xué)來描述。評價陶瓷韌性的參數(shù)是斷裂韌性KIC。由于陶瓷中存在許多裂紋和缺陷，在外力作用下，產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達到一定程度是，裂紋失穩(wěn)擴展而導(dǎo)致斷裂，此時的臨界應(yīng)力強度因子稱為斷裂韌性。Dept.ofMSE,CQU90

陶瓷的塑性

塑性形變是指外力除去后不能恢復(fù)的形變。材料受這種形變而不破壞的能力稱為塑性。

大部分陶瓷在室溫都是脆性材料，主要是因為：

陶瓷多為離子鍵合共價鍵，具有明顯的方向性，滑移系少；大部分陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滿足滑移的條件困難；陶瓷中位錯不易形成，位錯運動困難，難以產(chǎn)生塑性形變。Dept.ofMSE,CQU911.7.2陶瓷的熱學(xué)性能

高熔點；低熱膨脹系數(shù)；低導(dǎo)熱；小熱容。較差的抗熱震性Dept.ofMSE,CQU92各種陶瓷的熔點Dept.ofMSE,CQU93常見陶瓷的線膨脹系數(shù)Dept.ofMSE,CQU94常見陶瓷的熱導(dǎo)率Dept.ofMSE,CQU95

陶瓷的抗熱震性抗熱震斷裂性材料中允許存在的最大溫差ΔTmax為：抗熱震損傷性抗熱應(yīng)力損傷因子：Dept.ofMSE,CQU961.8

陶瓷的制備工藝配料坯料制備成型和干燥施釉燒結(jié)陶瓷制造工藝流程Dept.ofMSE,CQU971.8.1坯料制備

注漿料

含水分28%～35%

可塑料

含水分18%～25%

壓制粉料

含水分8%～15%坯料陶瓷原料經(jīng)配料和加工后，得到的多組分混合物稱為坯料。根據(jù)不同成型方法對坯料要求的不同，可將陶瓷坯料分為三類：Dept.ofMSE,CQU981.8.2成型

成型是將坯料加工成一定形狀和尺寸的半成品。成型方法可分為以下三種：注漿成型、可塑成型和壓制粉料成型。Dept.ofMSE,CQU99

石膏模注漿成型

注漿成型適用于制備大型的、形狀復(fù)雜的、薄壁的產(chǎn)品。常見的有石膏模注漿成型、熱壓注漿成型、流延注漿成型等。(1)

注漿成型

石膏模注漿成型的漿料要具有良好的流動性、穩(wěn)定性、觸變性、滲透性、脫模性及含水量盡可能少和盡可能不含氣泡。

注漿成型的坯體結(jié)構(gòu)較均勻，適于大批量自動化生產(chǎn)。Dept.ofMSE,CQU100石膏模注漿成型過程示意圖Dept.ofMSE,CQU101注漿成型是基于石膏模（或多孔膜）能吸收水分的特性。一般認為注漿過程基本上可分成三個階段：

從泥漿注入石膏模吸入開始到形成薄泥層為第一階段。此階段的動力是石膏模（或多孔膜）的毛細管力，即在毛細管力的作用下開始吸水。由于水分被吸走，漿中的顆粒相互靠近，靠石膏模對顆粒、顆粒對顆粒的范德華吸附力而貼近模壁，形成最初的薄泥層。形成薄泥層后，泥層逐漸增厚，直到形成注件為第二階段。在此階段中，石膏模的毛細管力繼續(xù)吸水，薄泥層繼續(xù)脫水。此階段的擴散動力為薄泥層兩側(cè)水分濃度差和壓力差。從雛坯形成后到脫模為收縮脫模階段（坯體鞏固階段）。Dept.ofMSE,CQU102注漿過程實質(zhì)上是通過石膏模的毛細管吸力從泥漿中吸取水分因而在模壁上形成泥層。提高注漿速率主要取決于以下幾方面：

降低泥層的阻力泥層的阻力取決于其結(jié)構(gòu)，由泥漿的組成、濃度、添加物的種類所決定。適當(dāng)減少塑性原料，增粗泥漿顆粒粒子可加快吸漿速度；在泥漿中加入少量絮凝劑，會使形成的坯體結(jié)構(gòu)疏松，可加快吸漿過程。提高吸漿過程的推動力吸漿過程的推動力主要是石膏的毛細管力。在制造石膏時，可通過控制合適的水膏比來改善石膏的毛細管力。此外，還可采用增大泥漿與模型之間壓力差的方法來提高推動力。Dept.ofMSE,CQU103

由于注漿成型所用坯料含水量大，干燥和燒結(jié)時收縮較大，易開裂。為了提高注漿速度和坯體的質(zhì)量，又發(fā)展了壓力注漿、離心注漿和真空注漿。

壓力注漿采用加大泥漿壓力的方法，來加速水分擴散，從而加快吸漿速度。離心注漿使模型在旋轉(zhuǎn)的情況下注漿，泥漿受離心力的作用緊靠模壁形成致密的坯體，泥漿中的氣泡由于比較輕，在模型旋轉(zhuǎn)時，多集中在中間，最后破裂排出，因此可提高吸漿速度。

真空注漿真空注漿可增大石膏模的內(nèi)外面壓差，從而縮短坯體形成時間，提高坯體致密度和強度。Dept.ofMSE,CQU104

熱壓注漿成型

熱壓注漿成型是利用石蠟的熱流動性與坯料配合，使用金屬模具在壓力下成型的方法。

合格的蠟漿應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和可注性，且收縮率要小。

熱壓注成型的產(chǎn)品尺寸較精確、光潔度高、結(jié)構(gòu)緊密。適用于形狀較復(fù)雜，精度要求高的中小型產(chǎn)品的生產(chǎn)。該工藝具有設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，模具磨損小等優(yōu)點，在特種陶瓷生產(chǎn)中經(jīng)常采用。Dept.ofMSE,CQU105

流延法成型

流延法成型也成為帶式澆鑄法。適于制造薄膜厚度0.05mm以下的小體積、大容量的電子器件。流延法成型是將超細粉末與粘結(jié)劑、塑化劑、分散劑等配合，攪拌均勻得到可以流動的粘稠狀漿料，經(jīng)過流延機加料嘴不斷地向轉(zhuǎn)動的傳送帶上流出。用刮刀控制厚度，經(jīng)紅外線加熱干燥后得到一層薄膜。Dept.ofMSE,CQU106流延法成型示意圖Dept.ofMSE,CQU107(2)

可塑成型

可塑成型是利用泥料具有可塑性的特點，用模具或刀具等工藝裝備運動所造成的壓力、剪力或擠壓力等外力對具有可塑性的坯料進行加工迫使坯料在外力作用下發(fā)生可塑變形而制作坯體的方法?？伤芊ǔ尚瓦m合于成型具有回轉(zhuǎn)中心的圓形產(chǎn)品，如管、棒和薄片狀制品。主要有擠壓、車坯、旋坯、滾壓、軋膜等成型方法。相比于注漿成型，擠壓成型所用的結(jié)合劑較少。Dept.ofMSE,CQU108

擠壓成型

擠壓成型是將真空煉制的泥料，放入擠壓機內(nèi)，通過擠壓機的螺旋或活塞的擠壓，經(jīng)機嘴出來達到要求的形狀。適合于擠制棒狀、管狀的坯體。擠壓成型對泥料要求較高。粉料的；粒度要小，外形圓潤；溶劑、增塑劑、粘結(jié)劑等用量要適當(dāng)；泥料要高度均勻。擠壓成型污染小，易于自動化，效率高。但機嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于溶劑和結(jié)合劑加入較多，坯體在干燥和燒結(jié)時收縮較大，性能受到一定影響。Dept.ofMSE,CQU109立式擠壓機結(jié)構(gòu)示意圖Dept.ofMSE,CQU110

滾壓成型

滾壓成型時，盛放泥料的模型和滾壓頭分別繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)，滾壓頭一面旋轉(zhuǎn)一面靠近盛放泥料的模型，對泥料進行滾壓而成型。

滾壓成型時，泥料是均勻展開的，形成的坯體結(jié)構(gòu)均勻。由于滾壓頭與泥料接觸面積較大，壓力也較大，受壓時間較長，坯體致密，強度較大，不易變形，表面質(zhì)量好。

滾壓成型對于泥料的要求主要是泥料的可塑性和水分。在保證一定可塑性的前提下，含水量要小些。通常滾壓成型時的水分控制在19%～24%。

滾壓成型可分為陽模滾壓和陰模滾壓。Dept.ofMSE,CQU111陽模滾壓陰模滾壓Dept.ofMSE,CQU112

旋壓成型

旋壓成型主要利用作旋轉(zhuǎn)運動的石膏模與只能上下運動的樣板刀來成型。

旋壓成型的優(yōu)點是設(shè)備簡單，適應(yīng)性強，可以旋制深凹制品。缺點是旋壓品質(zhì)較差，生產(chǎn)效率低，坯泥加工余量大，占地面積大，而且要求有熟練的操作技術(shù)。Dept.ofMSE,CQU113各種可塑成型方法比較Dept.ofMSE,CQU114Dept.ofMSE,CQU115(3)

壓制粉料成型

壓制成型可分為干壓成型和等靜壓成型。干壓成型含水量一般為3%～7%；等靜壓成型中，粉料含水量可在3%以下。

壓制成型的特點是生產(chǎn)過程簡單，坯體收縮小，致密度高，產(chǎn)品尺寸精確，且對坯料的可塑性要求不高。缺點是對形狀復(fù)雜的制品難以成型，多用來成型扁平狀制品。隨著等靜壓工藝的發(fā)展，許多復(fù)雜形狀的制品也可以壓制成型。Dept.ofMSE,CQU116

干壓成型

干壓成型是利用壓力機將干粉坯料加少量結(jié)合劑在金屬模具中壓制成坯體的一種成型方法。由于成型的坯料水分少，壓力大，坯體比較致密，因此能獲得收縮小、形狀準確、缺陷少的生坯。干壓成型過程簡單，生產(chǎn)量大，便于機械化。適于成型形狀簡單、小型的坯體。

干壓成型要求粉料各組分分布均勻，體積密