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1、第4篇陶瓷材料第19章陶瓷材料的结构与分类§19.1陶瓷材料概述一、陶瓷的历史陶瓷是最古老的一种材料，是人类征服自然中获得的第一种经化学变化而制成的产物。它的出现比金属材料早得多，它是人类文明的象征之一，也是人类文明史上重要的研究对象。陶瓷在我国有着悠久的历史，也是我国古代灿烂文化的重要组成部分。根据出土文物考证，我国陶器早在距今8千至1万年左右的新石器时代便已经出现。瓷器是我国劳动人民的重要发明之一，它出现于东汉时期，距今已有1800多年的历史。我国在唐代时期已有相当数量的瓷器出口，瓷器是我国独有的商品。到
2、了明代，我国瓷器几乎遍及亚、非、欧、美各大洲。世界许多国家的大型博物馆都藏有中国明代瓷器。长期以来陶瓷材料的发展是靠工匠技艺的传授，产品主要是日用器皿、建筑材料(如砖、玻璃)等，通常称为传统陶瓷。近几十年来，随着许多新技术(如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等)的兴起，以及基础理沦(如矿物学、冶金学、物理学等)和测试技术(如电子显微技术、X射线衍射技术和各种谱仪等)的发展，陶瓷材料研究突飞猛进，取得了许多研究成果。材料科学的发展，使人们对材料结构和性能之间的关系有了深刻的认识，通过控制材料化学成分和微
3、观结构(组织)，相继研制成功具有不同性能的陶瓷材料。例如，高温结构陶瓷，各种功能陶瓷(电子材料、光导纤维、敏感陶瓷材料等)得到了越来越广泛的应用，日益受到人们的重视。目前，工程陶瓷材料、金属材料、高分子材料和复合材料并立为材料领域的四大类，其研究和开发已经成为材料科学和工程的一个重要组成部分。陶瓷原始定义是指含有粘土矿物原料而又经高温烧结的制品。当今陶瓷的含义业已推广，凡固体无机材料，不管其含粘土与否，也不管用什么方法制造，均通称为陶瓷。这样，陶瓷的范围包括单晶、多晶体、或两者的混合体、玻璃、无机薄膜和陶瓷纤
4、维等。二、陶瓷的分类陶瓷材料分为传统陶瓷和先进陶瓷，传统陶瓷主要的原料是石英、长石和粘土等自然界中存在的矿物。先进陶瓷的原料一般采用一系列人工合成或提炼处理过的化工原料。近年来先进陶瓷取得长足发展，倍受人们重视，国内外相继出现很多新的名词，如新型陶瓷(newceramics)，精细陶瓷(fineceramics)，现代陶瓷(modernceramics)，高技术陶瓷(hightechnologyceramics)，特种陶瓷(specialceramics)等。按成分和组成分，陶瓷分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳
5、化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等种类。按用途分，陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。前者主要利用材料的力学性能，承受各种载荷；后者利用材料的热、电、磁、光、声等方面的性能特点，应用于各种场合。三、陶瓷的性能陶瓷材料具有许多优良的物理、化学及力学性能。陶瓷的种类很多，性能也各不相同。陶瓷材料的共同特点是：硬度高、耐高温、耐腐蚀、抗压强度大、并且具有优良的绝缘、隔热及耐磨性能。一些特种陶瓷还具有导电、导磁、导热、超高频导电等特殊性能。现在，陶瓷已不仅用于制作日常生活的器皿，而且是电气、化工、机械、军工、航天等工业
6、中的重要工程材料。陶瓷的取材方便，其不足之处在于质脆易碎、修复性难、不易烧结、成型精度差和机械加工困难等。19-126§19.2陶瓷材料的结构19.2.1陶瓷材料的晶体结构固体有晶体和非晶体之分，晶体有单晶和多晶之分。陶瓷一般为多晶体，其晶体结构有的相当复杂，有的相对简单，这里主要介绍相对简单的几类常用陶瓷的晶体结构。一、NaCl型结构立方结构，分子式MX，M为阳离子，X为阴离子，这或许是最简单和最熟知的结构模型，阳离子和阴离子都处于面心立方晶格的结点，由a(1/2,1/2,1/2)相互取代。因而如果M和X原
7、子(晶格)互换，则结构不变，也就是说，这种结构是它自己的反型。M占据X立方构型排列的所有八面体间隙，反之亦然。所以两种原子都有规则的八面体配位，配位数6，并且每个八面体与相邻八面体共边，邻近八面体有12个。许多二元化合物具有这种结构：碱土金属和其他一氧化物；镧系锕系过渡金属的氮化物，例如，CrN，NbN，TaN(高压型)，TiN，VN和ZrN；过渡金属的一硼化物和一碳化物，TiB，TiC，VC(碳不足则导致非化学计量化合物)。AgCl,BaS,CaO,CeSe,DyAs,GdN,KBr,Lap,LiCl,Li
8、F,MgO,NaBr,NaF,NiO,PrBi,PuC,RbF,ScN,SrO,TbTe,UC,YN,YbO,ZrO属于该结构。图19-1NaCl型结构二、萤石型结构CaF2立方结构，分子式MX2，M为阳离子，X为阴离子，M为立方密排堆积，X为简单立方排列，X位于M的四面体间隙中。四面体与相邻四面体共边。AmO2,AuAl2,AuIn2,BaF2,Be2B,CO2,CdF2,CeO2,CoSi2,E
