陶瓷基础知识培训讲义.ppt

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1、陶瓷基础知识2008年07月19日主讲：李学时主要内容第一讲陶瓷的概念第二讲陶瓷的组织结构与性能第三讲陶瓷的生产工艺原理第四讲陶瓷的加工技术第五讲石英及石英玻璃的简介第一讲陶瓷的概念随着科学的进步，无机非金属材料研究取得了很大的发展，新技术、新材料正日益改变着人们的生活。70年代人们把材料与能源、信息称为现代技术的三大支柱。我们都知道，陶瓷是一种材料（用来制造器件、构件和其它可供使用物质的总称），是人类生活和现代化建设中不可缺少的一种材料。陶瓷、金属、高分子材料则是当代固体材料中的三大支柱。由此

2、可见，陶瓷在现代技术中占有非常重要的地位。今天，我在这里与大家一起来探讨陶瓷，其意义是深远的。一、研究陶瓷的目的。1、了解和掌握现有陶瓷的性能状况及制作工艺过程；2、发掘陶瓷新的性能或改善其性能；3、研究制品的最佳制作工艺与烧后制品的冷加工技术；二、陶瓷与工程材料体系工程材料金属材料高分子材料非金属材料按性能与用途分复合材料陶瓷材料特殊陶瓷金属陶瓷普通陶瓷涂料橡胶纤维胶粘剂塑料黑色金属有色金属三、陶瓷的定义：2、广义：由于近代无机非金属材料的发展，陶瓷的概念不仅包括了硅酸盐材料、氧化物，连单晶硅

3、这种无机材料也属于这个范畴。其定义为“经高温处理工艺所合成的无机非金属材料”。实际上是各种无机非金属材料的通称。1、狭义：“用火烧结的制品”，在传统上是指陶器与瓷器。后来发展到泛指整个硅酸盐材料，包括陶器、瓷器、耐火材料、粘土制品、搪瓷、玻璃和水泥等材料。其共性是含有SiO2的化合物或氧化物成分。四、陶瓷的分类：陶瓷材料一般可分为普通陶瓷、特殊陶瓷与金属陶瓷三类1、普通陶瓷：以天然硅酸盐矿物（粘土、长石、石英）经粉碎、压制成型、烧结而成的制品，如日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷等。2、特殊陶瓷：采

4、用高纯度的人工合成材料烧结而成，具有特殊力学、物理、化学性能的陶瓷。如高温陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷等。3、金属陶瓷：用粉末冶金的方法制成，是金属与陶瓷组成的非均匀复合材料制品。如金属陶瓷硬质合金等。思考题：有机玻璃是不是属陶瓷材料的范畴？为什么？有机玻璃是一种通俗的名称，这种高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。属于高分子材料中的塑料。第二讲陶瓷的组织结构与性能陶瓷是高温烧结形成的致密固体物质，组织结构比金属要复杂，尽管不同类别的陶瓷有着不同的显微结构，但可归

5、纳为晶体相（晶相）、玻璃相和气相。各相的数量、形状、分布不同，陶瓷的性能也不同。一、陶瓷的组织结构。1、晶体相：它是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的主要性能。组成陶瓷晶体相的晶体通常有硅酸盐、氧化物和非氧化物（氮化物）。其结合键是离子键或共价键。构成的陶瓷的“骨架”。只有晶料越小，晶界越多，裂纹扩散阻力越大，晶粒越细，其材料的韧性等性能就越好。2、玻璃相：它是陶瓷烧结时各组分通过物理化学作用而形成的非晶态物质。熔点较低，结构疏松。它的主要作用是粘接分散的晶体，抑制晶粒的长大并填充气孔。还可以获得一定

6、程度的玻璃特性，如透光性。玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火等性能是不利的，不能成为陶瓷的主要组成，工业陶瓷中一般控制20%-40%。二、陶瓷的性能。3、气相：它是陶瓷孔隙中的气体。在陶瓷的形成过程中除被玻璃相填充之外，还有少部分残留下来变成气孔。降低陶瓷的强度和抗电击穿能力，材料的脆性增大。因此应力求气孔越少越好。普通陶瓷气孔率在5%-10%，特种陶瓷小于5%，金属陶瓷则要求低于0.5%。1、力学性能：弹性模量比金属高，硬度高，抗压强度高，但脆性大，抗拉强度低，塑性和韧性也很小。陶瓷的

7、性能是受化学键（离子键或共价键）、晶体结构、相分布及各种缺陷等影响。以下讲述其共性：A、硬度:是各类材料中最高的，是陶瓷的最大特佂几种常用材料的硬度和弹性模量见表1B、刚度:是各类材料中最高的(刚性由弹性模量来衡量)比金属高数倍材料弹性模量E/MPa硬度HV橡胶6.9很低塑料138017镁合金4130030-40铝合金72300170钢207000300-800氧化铝4000001500碳化钛3900003000金刚石11710006000-10000表1几种常用材料的硬度和弹性模量陶瓷的硬度为

8、1000-5000HVC、强度:陶瓷的强度不高，因为其晶界上存在有晶粒间的局部分离或空隙，如空位、气孔、析出物，晶界上原子间键被拉长，键强度被削弱，同时相同的电荷离子的靠近产生斥力，可能造成裂纹，所以，消除晶界上不良作用，是提高陶瓷强度的基本途径。陶瓷的抗拉强度很低，抗弯强度较高，抗压强度非常高D、塑性:陶瓷在室温下几乎没有塑性。在高温低速加载的条件下，可表现出一定的塑性。E、脆性或韧性:陶瓷脆性极高。是其最大的缺点。原因是陶瓷在受载时其内部的裂纹扩展得快，导致断裂的根本。2、热性能：陶瓷的熔点