陶瓷材料第一章課件

陶瓷材料學Email:Tel:參考書目特種陶瓷，王零森（中南大學出版社，2005）先進陶瓷工藝學，劉維良，武理工出版，2004陶瓷材料學，周玉（哈工大出版社1995）現(xiàn)代陶瓷及其應用，殷聲（北京科學技術出版社，1990）陶瓷工藝學，西北輕工業(yè)學院編（中國輕工業(yè)出版社，1997）JournaloftheEuropeanCeramicSocietyJournaloftheAmericanCeramicSociety本課程主要教學內容第一章、概論（2h）第二章、陶瓷晶體結構（4h）第三章、陶瓷粉體（8h）第四章、粉體成型（6h）第五章、陶瓷燒結（2h）第六章、氧化鋁陶瓷（2h）第七章、氧化鋯陶瓷（2h）第八章、碳、氮化物化陶瓷（2h）第九章、金屬陶瓷（2h）越窯青瓷、邢窯白瓷、景德鎮(zhèn)影青瓷、唐三彩唐朝瓷器從半透明釉到半透明胎-------陶瓷發(fā)展的第三次飛躍景德鎮(zhèn)、五大名窯（汝、定、官、越、鈞）宋朝彩瓷由三彩發(fā)展到五彩、斗彩、粉彩、琺瑯彩元、明、清現(xiàn)代陶瓷興起---------大約40年前

陶瓷發(fā)展簡圖

仰韶文化陶器代表作雙耳尖底陶瓶彩陶魚鳥紋細頸瓶龍山黑陶

魚紋彩陶細柄高足鏤孔黑陶杯唐三彩哥窯魚耳爐釉面碎紋：百圾碎宋代汝窯三足尊斗

彩

雞

缸

杯青

花

壓

手

杯五彩鏤空云鳳紋瓶紫紅地琺瑯彩纏枝蓮紋瓶傳統(tǒng)陶瓷發(fā)展與突破三個階段：1、陶器階段（起源至秦朝）2、原始瓷器階段（過渡階段---漢朝、晉朝）3、瓷器階段（晉以后逐漸完善）三個突破：1、原料選擇、精制與配方2、窯爐改進與燒成溫度的提高3、釉料的發(fā)現(xiàn)與使用狹義定義：用粘土類及其他天然礦物原料經過粉碎加工、成型、煅燒等過程而得到的制品。即傳統(tǒng)陶瓷或者硅酸鹽陶瓷。廣義定義：是用天然的或人工合成粉體通過成型、高溫燒結而制成的無機非金屬固體材料。

新型陶瓷：性能特殊，在電子、航空、航天、環(huán)境、生物醫(yī)學等領域有廣泛用途的陶瓷材料。為了區(qū)別于傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷，新型陶瓷NC也稱為現(xiàn)代陶瓷MC、精細陶瓷FC、高性能陶瓷HPC、先進陶瓷AC或者特種陶瓷SC?，F(xiàn)代陶瓷：采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于控制的制造技術加工，便于進行結構設計，并具有優(yōu)異特性的陶瓷?！?.2陶瓷材料的相關定義

結構陶瓷：是指能夠作為工程結構材料使用的陶瓷。它具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震等特性。功能陶瓷：指在應用中側重其非力學性能（如電磁、光、熱、化學和生物等方面的性能以及核性能，對氣體的敏感性能等）的陶瓷材料。1，材料的組成遠遠超出傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的范圍，代之以“高度精選的原料”。(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、復合氧化物、金屬陶瓷等等)2，在應用上，由原來利用材料固有的靜態(tài)物理性質發(fā)展到利用各種物理效應和微觀現(xiàn)象的功能。3，在制備工藝上突破傳統(tǒng)工藝，吸收并采用了其他領域的各種現(xiàn)代化技術，如溶膠凝膠、沉淀法制粉、等靜壓成形、注射成型、流延成型、真空燒結、熱壓燒結、微波燒結技術等等。4，在制品形態(tài)上，除了傳統(tǒng)的燒結體和粉料外，還出現(xiàn)了薄膜、纖維、單晶體等。5，普通陶瓷受不同產地的原料影響，現(xiàn)代陶瓷性質的優(yōu)劣與產地無關。1.3現(xiàn)代陶瓷與傳統(tǒng)硅酸

鹽陶瓷的區(qū)別性能及特征類別吸水率（％）特征陶器粗陶器>15不施釉，制作粗糙普通陶器≤12斷面顆粒較粗，氣孔較大，表面施釉，制造不夠精細細陶器≤15斷面顆粒較細，氣孔較小結構均勻，施釉或不施釉，制作精細瓷器炻瓷器≤3透光性差，通常胎體較厚，呈色，斷面呈石狀，制作較細普通瓷器≤1有一定透光性，斷面呈石狀或貝殼狀，制作較精細細瓷器≤0.5透光性好，斷面細膩，呈貝殼狀，制作精細我國硅酸鹽陶瓷分類標準（GB5001－85）硅酸鹽陶瓷的按用途分類類別主要種類按用途、特征、性能等細分的品種日用陶瓷餐具中餐具(盤、碗、碟、羹、壺、杯等)西餐具(碗、盤、碟、糖缸、奶盅、壺、杯等)茶盤、咖啡具茶盤、水果盤、點心盤、杯、壺、碟等酒具酒壺、酒杯、杯托、托盤文具筆筒、筆洗、水盂、EP色盒、筆架陳設瓷（美術瓷）花瓶、燈具、雕塑瓷、薄胎碗等建筑衛(wèi)生陶瓷建筑陶瓷玻化磚、彩釉磚、錦磚(馬賽克)、內墻磚、外墻磚、廣場磚、劈裂磚、園林陶瓷等衛(wèi)生陶瓷洗面器、大便器、小便器、洗滌器、水箱、水槽、存水彎、肥皂盒、手紙盒、淋浴盒電瓷低壓電瓷用于1kV以下的電瓷高壓電瓷用于1kV以上的電瓷，如普通高壓瓷、鋁質高強度瓷超高壓電瓷用于500kV以上的電瓷化工瓷耐酸磚耐酸磚、耐酸耐溫磚耐酸容器儲酸缸、酸洗槽、電解槽、耐酸塔，搪瓷反應釜等耐酸機械（部件）耐酸離心泵、風機、球磨機等化學瓷瓷坩堝、蒸發(fā)皿、研缽、漏斗、過濾板、燃燒舟等續(xù)表電磁功能絕緣性集成電路基片Al2O3、MgAl2O3、BeO導電性電阻發(fā)熱體ZrO2、McSi2、SiC壓電性點火元件Pb(Zr，Ti)O3調頻、電視ZnO、LiNbO3鐘表壓電振子石英、LiNbO3半導性熱敏電阻Fe·Co·Ma·S4·O，BaTiO3太陽電池CdS·Cu2S非線性電阻ZnO·Bi2O3、SiC氣體、吸附性半導體SnO2、ZnO磁性硬磁性體(Ba，Sr)O·6Fe2O3軟磁性體（磁帶存儲件）石榴石型鐵氧體、稀土石榴石介電性低頻用電容BaTiO3+SnO2+B2O3等離子導電性電池傳感器β-Al2O3、ZrO2(+CaO，Y2O3)電子發(fā)射性電子槍用熱陰極LuB4續(xù)表光學功能聚光性TiN、TiC、CaF2、CoO熒光特征激流二極管GaP激光器稀土化合物透光性Na蒸氣燈、透明電極Al2O3、MgO、B4O、SnO2、La2O3感光性光色玻璃與原子能、熱核反應有關的功能核反應堆材料核燃料UO2、UC減速劑、反射劑C、B4C核燃料包覆材料C、SiC熱核反應堆材料真空第一壁材料C、SiC、Si3N4、B4C續(xù)表§1.5陶瓷的組成、結構與性能研究表明，陶瓷的性能一方面受到其本征物理量的影響，同時又與其顯微結構密切相關。陶瓷的組成及其加工工藝決定顯微結構和本征物理量。其中陶瓷組成對顯微結構乃至性能起決定性作用。MicrostructureCompositionPropertiesApplicationProcessing陶瓷強度的控制和脆性的改善陶瓷材料的強度特征：實際強度為理論強度的1/10~1/100，具有脆性。提高陶瓷強度的關鍵是控制其氣孔率和缺陷（裂紋和位錯）。提高陶瓷強度的方法：降低其總氣孔率，控制氣孔大小、形狀和分布，控制晶粒大小、數(shù)量和形狀。降低脆性（即增韌）的方法：表面補強、復合增韌、相變增韌。陶瓷基復合材料1.6.3熱學性能：高熔點（Tm>1500°C）低的熱膨脹系數(shù)、熱導率（與氣孔率有關）。

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.4電、磁、聲、光、生物學等特性。介電、壓電、導電、絕緣、熱電、半導體、透明、反光、熒光、催化、吸附、磁性、氣敏、超導等性能§1.7陶瓷材料學研究內涵制粉粉體處理混料成型燒結應用A研究現(xiàn)有陶瓷材料的性能和改性途徑。B研究制備陶瓷材料的最佳工藝路線。C研究陶瓷燒結體的精加工技術和封裝技術。D發(fā)掘陶瓷材料的潛在性能。E開發(fā)新的陶瓷材料和研究新的合成方法?！?.8研究陶瓷材料的意義陶瓷材料研究的深度與廣度遠遠不及金屬材料和高分子材料?，F(xiàn)代陶瓷具有優(yōu)異的多方面性能的綜合?，F(xiàn)代陶瓷具有實用價值（電、磁、化學、力學、半導體、生物、太空、軍事等）和潛在價值。原材料相當豐富。（氧化鋁，鎂、硅、鋯）因此陶瓷材料的研究對于國家而言具有戰(zhàn)略意義。美國1971年制定“脆性材料計劃”，

1975-1984投入2.4億美圓

1983制定“陶瓷技術計劃”日本1978年制定“月光計劃”，（陶瓷項目）

1981“下一代基礎技術發(fā)展計劃”（重要項目）1984年制成輕質、高效、節(jié)能的全陶瓷發(fā)動機。1983-1985投入660億日圓中國在1986實施“先進結構陶瓷與絕熱發(fā)動機計劃”。大多數(shù)陶瓷領域落后日美等國，必須加大研究力度和投入資金?！?.9陶瓷發(fā)展前景ITInformationTechnologyNTNa