陶瓷的晶体结构.ppt

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1、2.3陶瓷的晶体结构材料科学基础主讲徐敏虹什么是陶？什么是瓷？陶器是用粘土（陶土）成型晾干后，用火烧出来的，是泥与火的结晶。早期陶器的烧制温度较低，一般在600—800℃左右。《彩陶鱼纹盆》（马家窑文化）《彩陶旋涡纹瓮》2瓷器是用瓷土烧制的器皿，是中国古代的一项伟大发明，烧结温度提高到1200℃以上。什么是陶？什么是瓷？3“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。1.陶瓷的概述日用陶瓷－餐具建筑陶瓷－地砖电瓷性能：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其它特殊性能(压电性、

2、磁性和光学性能)，但脆性大4绝缘子氧化铝陶瓷坩埚52.陶瓷的分类结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料不同形状的特种结构陶瓷件Si3N4轴承6⑴氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、气动陶瓷配件单相Al2O3陶瓷组织3.3先进结构陶瓷7碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。SiC陶瓷件SiC轴承SiC陶瓷件3.3先进结

3、构陶瓷8功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管9陶瓷的组成1.结晶相：主要组成相，由离子键或共价键结合而成，决定陶瓷的性能：高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高脆性。2玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶粒长大和填充气孔。气相：气孔（5％－10％）。对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿强度降低，绝缘性能降低。对性能的有利影响：提高吸振性，使陶瓷密度减小10玻璃相的主要作用玻璃相是一种非晶态低熔物在瓷坯

4、体中起粘结作用，即把分散的结晶相粘结在一起降低烧成温度，抑制晶体长大，阻止多晶转变填充气孔空隙，促使坯体致密化。11气相（气孔）气孔分为开口气孔和闭口气孔，在坯料烧成前大部分是开口气孔，在烧成过程中开口气孔消失或转变为闭口气孔，气孔率下降。还使陶瓷材料导热率下降、介电损耗增大、抗电击穿强度降低是应力集中的地方，并且有可能直接成为裂纹，这将使材料强度大大降低气相还可使光线散射而降低陶瓷透明度12主要原料：黏土矿物－高岭石钾长石石英粘土（它是以高岭土结构Al2O3·2SiO2·2H2O为基础的矿物，是多种含水的铝硅酸盐的混合体）、石英

5、（无水SiO2或硅酸盐）、长石（助熔剂原料，是碱金属或碱土金属的无水铝硅酸盐矿物，如钾长石K2O·Al2O3·6SiO2、钠长石Na2O·Al2O3·6SiO2）13陶瓷材料的制备工艺原料配置→坯料成型→烧结→成品成型的目的是将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，使坯料具有必要的强度和致密度，具体成型方法有可塑成型、注浆成型和压制成型三种；干燥后的坯料进行高温烧结的目的是通过一系列的物理化学变化，使坯件瓷化并获得所要求的性能。14涂彩釉152.3.2离子的晶体结构离子晶体有关概念1.离子晶体：由正、负离子通过离子键按一定方式堆积起来

6、而形成的。陶瓷大多数属于离子晶体。2.离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。对离子晶体，通常认为晶体中相邻的正负离子中心之间的距离作为正负离子半径之和，即R0=R++R－。离子半径大小的一般规律P70。163.配位数：最邻近的异号离子数配位多面体：晶体中最邻近的配位原子所组成的多面体。硅氧四面体和铝氧八面体氧离子硅离子铝离子174.离子堆积离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按其自身大小居于相应负离子空隙（负离子配位多面体）。其堆积方式主要有立方最密堆积、六方最密堆积、立方体心密堆积和四面体堆积等184.离子堆积负离子

7、配位多面体：离子晶体中与某一正离子成配位关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面体192.3.2.2离子晶体的结构规则—鲍林规则负离子配位多面体规则符合最小内能原理电价规则负离子多面体共用顶、棱、面的规则共用点、棱、面,会降低结构稳定性不同种类正离子多面体间连接规则节约规则同种正离子和同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致.201、鲍林第一规则——配位多面体规则在离子晶体中，围绕每一阳离子，形成一个阴离子配位多面体，阴阳离子的间距决定于它们的半径之和，阳离子的配位数则取决于它们的半径之比。如：NaCl6，氯八面体212、鲍林第二规

8、则——静电价规则在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子的电价等于或近似等于相邻正离子分配给他的静电键强度的总和。223、鲍林第三规则——多面体共顶、共棱、共面规则在配位结构中，两个阴离子多面体以共棱，特别是共面方式存在时，结构的稳定性便降低。23