無(wú)機(jī)非金屬專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論先進(jìn)陶瓷材料

無(wú)機(jī)非金屬材料工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論先進(jìn)陶瓷材料1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三概述陶瓷制品是人類(lèi)在征服自然過(guò)程中所獲得的第一種經(jīng)化學(xué)變化而制成的產(chǎn)品。特點(diǎn)：熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧化、耐腐蝕、重量輕、彈性模量大、強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，可在高溫、腐蝕、輻照等環(huán)境工作。

先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三陶瓷的定義

什么是陶瓷(Ceramics)？傳統(tǒng)陶瓷是“由粘土或主要含粘土（有長(zhǎng)石、石英等）的混合物，經(jīng)成形、干燥、燒結(jié)而成的制品”。美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)給陶瓷下的定義：“在高溫下形成及使用的無(wú)機(jī)非金屬材料”先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

Ceramics——themakingofpots,tiles,etc.,byshapingpiecesofclayandbakingthemuntiltheyarehard;articlesproducedinthisway.現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三Ceramics來(lái)自希臘字Keramic，意為“anartofpotter”;而Keramic來(lái)自希臘字Keramos，意為“Burntstuff”用火燒成的制品，多指粘土燒成的陶器。后經(jīng)長(zhǎng)期演變，含義進(jìn)一步延伸，凡屬粘土燒成的制品都屬于Ceramics，如陶瓷、磚瓦、耐火材料等。

先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三陶瓷的定義：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”、“無(wú)機(jī)絕緣材料”、“無(wú)機(jī)介電材料”。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三隨著新型材料的發(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”。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三國(guó)際上對(duì)陶瓷的廣義的定義與上述定義類(lèi)似。W.D.Kingery—現(xiàn)代陶瓷工程之父，在“IntroductiontoCeramics”中把陶瓷定義為:“theartandscienceofmakingandusingsolidarticleswhichhaveastheiressentiallycomponent,andarecomposedinlargepartof,inorganicnonmetallicmaterials”“制造和應(yīng)用固體制品的技藝和科學(xué)，這種固體制品主要是由無(wú)機(jī)非金屬材料作為基本組分組成的”。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

這一定義不僅包括陶器、瓷器、耐火材料、建筑粘土制品、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、特種陶瓷、以及各種各樣的其他制品。Thisdefinitionessentiallysaysthataceramicisanythingthatisnotanorganicmaterialorametal.先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三隨著時(shí)代的進(jìn)步，原料或產(chǎn)品中雖然不含硅酸鹽組分，然而用陶瓷工藝方法（CeramicProcess）生產(chǎn)的制品也稱(chēng)Ceramics。目前這類(lèi)材料還在不斷發(fā)展，新型材料不斷出現(xiàn)。它和金屬材料、有機(jī)高分子材料并列為當(dāng)代三大固體材料。Itsuggeststhreecategoriesofmaterials:ceramics,organicsandmetals先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三我國(guó)的陶瓷一詞和英文中的Ceramics一樣具有狹義（陶瓷、瓷器）和廣義兩重含意：廣義的陶瓷工業(yè)是陶瓷、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料、水泥等無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)的泛稱(chēng)。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三隨著工業(yè)的發(fā)展，陶瓷制品廣泛地應(yīng)用于社會(huì)各行各業(yè)，采用了更多、更復(fù)雜的工業(yè)原料。先進(jìn)陶瓷的廣義的定義為：“用粘土以外的其他原料，依陶瓷制造的工藝方法制成的制品”先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

如壓電陶瓷、電容器陶瓷、微波陶瓷、磁性陶瓷、高溫陶瓷等可廣泛應(yīng)用于電子、原子能、宇航、半導(dǎo)體等工業(yè)?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三陶瓷的分類(lèi)

先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三氧化鋁陶瓷氮化鋁陶瓷現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三生物陶瓷現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三多孔陶瓷保健陶瓷現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三建筑衛(wèi)生陶瓷現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三耐高溫陶瓷刀具現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三高溫結(jié)構(gòu)陶瓷零部件耐酸陶瓷風(fēng)機(jī)適用于輸送或抽吸各種腐蝕性氣體現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三陶瓷裝甲車(chē)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三航天飛機(jī)騰空而起現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)腹部的絕熱瓦“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

航天飛機(jī)的防熱盔甲以純度99.7%、直徑為1~1.5m的石英纖維加水混合成漿狀，倒入模具中脫水加壓成型，然后浸膠體石英，干燥后在1290℃的電爐中燒成。再按要求切成外形不同、大小不等的“磚塊”，最后粘貼到航天飛機(jī)的鋁合金蒙皮上，把外表嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地封蓋起來(lái)，就象給航天飛機(jī)穿上了一身防熱盔甲?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三航天飛機(jī)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三航天飛機(jī)的機(jī)頭現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三航天飛機(jī)的防熱瓦現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

航天飛機(jī)熱分布示意圖現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)爆炸，原因是這架航天飛機(jī)左翼在起飛時(shí)遭到從燃料箱上脫落的泡沫絕緣材料撞擊，結(jié)果造成機(jī)體表面隔熱保護(hù)層出現(xiàn)了大面積松動(dòng)和破損，形成了可讓“熱氣進(jìn)入的洞”，在返航途中因超高溫空氣入侵而徹底解體?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

與傳統(tǒng)陶瓷比較，先進(jìn)陶瓷的化學(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)都有極大的不同，其性能可滿(mǎn)足工業(yè)和國(guó)防中各種特殊的需要。先進(jìn)陶瓷幾個(gè)有用的名詞：特種陶瓷specialceramics先進(jìn)陶瓷advancedceramics精細(xì)陶瓷fineceramics高性能陶瓷highperformanceceramics新型陶瓷newceramics近代陶瓷modernceramics現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三幾個(gè)有用的名詞：特種陶瓷specialceramics先進(jìn)陶瓷advancedceramics精細(xì)陶瓷fineceramics高性能陶瓷highperformanceceramics新型陶瓷newceramics近代陶瓷modernceramics先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三陶瓷發(fā)展的重要階段廣義的陶瓷包括了陶器、彩色釉器、瓷器、玻璃、水泥、晶體等的發(fā)展DavidW.Richerson在其著作中《ModernCeramicEngineering》(Taylor&FrancisGroup,NewYork,2006)給出了廣義的陶瓷的簡(jiǎn)要發(fā)展的里程碑先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone

24000B.C.

Claymixedwithwater,moldedintoashape,dried,andfiredtoproducethefirstman-madeceramic”earthenware”10000B.C.Earlyuseofearthenwareforusefularticlesuchascontainers.7000-6000B.C.

Limemortar(石灰砂漿)usedforfillingspacesbetweenstonesinconstructionandalsoformakingthick-walledcontainers.現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone7000-5000B.C.

Widespreaduseofearthenwareforfoodstorageandcooling

7000~5000B.C.Widespreaduseofplaster-likecementitiousceramicsforinfloorconstructionandasdecoratedinteriorwallcoatings.

4500B.C.Ceramicsusedtolinecrudekilns（窯爐）

tosmeltcopperfromitsoresandmakepossibletheChalcolithic（紅銅）,BronzeandIronAges.現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone

4500~3500B.C.

Firedbrickshowntobemoredurablethandriedmudbricks

4500~3500B.C.Developmentofearlyfaience（彩陶）

toproducedwhiteceramicswithbrightblueglassycoatings:precursortodevelopmentofglassandglazes（釉）.

3500~2800B.C.Evolutionoffirstwritingconsistingofpictographs（象形文字）

and“cuneiform（楔形文字）”symbolsinscribedinclaytablets.現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone3300B.C.

Potter’swheelinvented,makingearthenwarepotteryavailableandaffordableforjustabouteveryone

2500~1600B.C.Fromearlyisolatedexamplesofglasstowell-establishedcraft.

1750~1150B.C.Varietyofglazedevelopedin-cludedleadglazesandcoloredglazes.現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone1025~750B.C.

EarlydevelopmentsinChinaofstoneware,whichwaslighterincolor,stronger,andlessporousthanearthenware

500~100B.C.High-strengthconcrete（混凝土）

developedbyGreeksandRomansandusedwidelyinconstructionespeciallybytheRomans.

100~50B.C.

Glassblowinginvented,makingglassitemsavailabletoothersthanroyaltyandaristocrats.現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone600-800A.D.

Evolutionofhigh-qualityporcelain（瓷）

inChina

800~900A.D.Islamicrefinementsoftheuseofwhitetin-basedglazesandlustrousoverglazes.

1740s“Transferprinting”inventedtogreatlyincreasedtherateofproductionoftiles（瓷磚）.現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone

1840s

“Dustpressing”inventedtofurtherdramaticallyincreaserateofproductionoftilesandeventuallybecometheuniaxialpressingprocessandworkhorseofmodernhigh-volumeproductionofpolycrystallineceramicsLate1800sDemonstrationofsuccessfullaboratorysynthesisofsinglecrystalsofrubyandsapphire.現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三KeyMilestonesintheEvolutionofCeramicsTimeDescriptionofMilestone

Early1900sIncreaseintemperaturecapabilityofproductionkilnstogreaterthan1400oCandlateto1600oC.Mid-1900sEstablishmentofalumina-basedceramicsandintroductionofawiderangeofnewengineeredceramics.Late1900sDevelopmentofultra-high-temperature,high-strength,andhigh-toughnessceramicsandceramicmatrixcomposites現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

陶瓷的發(fā)展大致經(jīng)歷了陶器、瓷器、現(xiàn)代先進(jìn)陶瓷三個(gè)發(fā)展階段。從二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始，陶瓷進(jìn)入了納米陶瓷發(fā)展階段。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三陶器(從公元前24000年開(kāi)始)瓷器(從公元250年開(kāi)始)現(xiàn)代先進(jìn)陶瓷(從20世紀(jì)40年代開(kāi)始)納米陶瓷(從20世紀(jì)90年代開(kāi)始)現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三1、陶器階段用黏土制成毛坯，經(jīng)過(guò)高溫(~1000°C)燒結(jié)而成，是原始人類(lèi)制成的最重要的物品之一

2、瓷器階段發(fā)明了釉、發(fā)現(xiàn)并使用高鋁質(zhì)瓷土、高溫技術(shù)的發(fā)展（>1200°C）先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三3、現(xiàn)代先進(jìn)陶瓷階段原料純化——從天然礦物原料為主發(fā)展到高純?nèi)斯ず铣稍蠟橹餍鹿に噷映霾桓F——

成型新工藝：等靜壓成型、熱壓成型、離心注漿成型、壓力注漿成型、流延成型等先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三

燒結(jié)新工藝：熱壓燒結(jié)、熱壓等靜壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、快速燒結(jié)、微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)、自蔓燃燒結(jié)等

理論日趨成熟——從經(jīng)驗(yàn)操作發(fā)展到科學(xué)控制、特定材料設(shè)計(jì)、工藝—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—使用性能

分析技術(shù)進(jìn)步——顯微結(jié)構(gòu)分析技術(shù)如X射線(xiàn)衍射儀、電子顯微鏡、原子力顯微鏡、特殊性能測(cè)試儀器等先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三相鄰學(xué)科發(fā)展——量子力學(xué)、固體物理、固體化學(xué)、配位化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)、量子化學(xué)、半導(dǎo)體、微電子等4、納米陶瓷階段原料納米化、陶瓷內(nèi)部晶粒納米化、性能高度優(yōu)化、正在深入研究，預(yù)期將引起重要變化。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三49

功能陶瓷是指在微電子、光電子信息和自動(dòng)化技術(shù)以及生物醫(yī)學(xué)、能源和環(huán)保工程等基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的陶瓷材料。如制造電子線(xiàn)路中的電容器用的電介質(zhì)瓷，制造集成電路基片和管殼用的高頻絕緣瓷等。功能陶瓷以其獨(dú)特的聲、光、熱、電、磁等物理特性和生物、化學(xué)以及適當(dāng)?shù)牧W(xué)等特性，在相應(yīng)的工程和技術(shù)中起關(guān)鍵作用。大部分為電子陶瓷（electroceramics）先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三二、電子陶瓷的分類(lèi)

從使用功能分類(lèi)：（a）結(jié)構(gòu)陶瓷：Al2O3、AlN、BeO(集成電路襯底、微波大功率器件散熱支撐件、MCM用基片）；（b）功能陶瓷：電容器陶瓷、微波陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、透明電光陶瓷，半導(dǎo)體陶瓷；按照工作頻率分：低頻瓷（1kHz）、高頻瓷（1MHz）、微波瓷（300MHz～300GHz）。先進(jìn)陶瓷現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期三功能陶瓷的分類(lèi)：高頻絕緣零件瓷電阻基體和電感基體瓷電真空瓷電容器瓷鐵電陶瓷壓電陶瓷半導(dǎo)體陶瓷導(dǎo)電陶瓷超導(dǎo)陶瓷磁性瓷光電子材料生物陶瓷環(huán)