陶瓷材料工艺学(武汉理工) 第八章 性质

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1、第八章陶瓷的显微结构与性质本章内容：1.陶瓷坯体的显微结构2.分析陶瓷生产工艺过程、显微结构对其性能的影响瓷器的形成过程：坯料中各组份产生一系列物理化学变化的过程。宏观上：外形尺寸收缩、强度、致密度提高；微观上：形成新相，显微结构发生了实质变化。第八章陶瓷的显微结构与性质显微结构是指在不同显微镜下观察到的材料的组织结构。光学显微镜：制品相组成形态观察电子显微镜扫描电镜：表面和断面形貌透射电镜：晶体形态电子探针：材料化学元素定性和定量分析化学组成工艺过程本征性能显微结构材料性能显微结构是构成材料的组织和制备工艺过程诸因素的总和反映，是决定材料性能的基础

2、。研究制品显微结构的目的意义检验制品质量的有效方法；弄清化学组成、工艺过程及显微结构之间的关系；指导陶瓷生产工艺的改进。第一节陶瓷材料的显微结构主要内容：一、陶瓷坯体的显微结构二、陶瓷坯体显微结构的形成过程三、工艺因素对显微结构的影响陶瓷坯体的显微结构：晶相、晶界、玻璃相、气相构成。8.1.1坯体的显微结构晶相的种类，数量，形态，晶粒的大小、分布和取向、晶体缺陷晶界的特征玻璃相的含量、分布、应力分布。气孔的大小、多少、分布、位置等，及研究裂纹的大小、形状分布等8.1.1显微结构的组成——晶相陶瓷材料是多晶相的复合体，主晶相直接影响产品的性能。滑石质瓷

3、的晶相：原顽火辉石，斜顽火辉石，方石英。骨灰瓷的晶相：β-C3P（Ca3PO4)2，钙长石。长石质瓷的晶相：莫来石，石英。总量占45～60%。特种瓷的晶相：晶相所占的比例大。如：刚玉瓷中刚玉晶相>95%。8.1.1显微结构的组成——晶界晶界：陶瓷坯体中的晶粒在烧成过程中会逐渐长大，直到互相接触，共同构成晶粒间界（简称晶界或粒界）――常为杂质聚集的场所，结构疏松，不规则。晶界对产品性能的影响由于晶界的性质，对产品性能有很大影响，内部杂质多，又是连续相，高温下有较大的导电性，所以晶界的电导率支持着整个系统的电导率。晶界内结构疏松，存在空隙，强度不高，因此

4、常使材料出现沿晶断裂破坏。8.1.1显微结构的组成——晶界玻璃相：坯料组分或杂质所形成的低共熔固体物质。普通陶瓷的玻璃相为连续相，分布在晶相周围，粘接晶粒，填充空隙，促进坯体致密，提高胎体的透明度，降低坯体的烧结温度。玻璃相结构疏松，强度比晶相低，大，高温下易软化变形。所以，高玻璃相的制品机械强度低，热稳定性差，坯体易变形。8.1.1显微结构的组成——玻璃相普通陶瓷存在少量的气孔。气孔率在0.5%～22%。气孔分布在玻璃相的连续基质中。气孔会明显影响材料性能，降低坯体机械强度、介电强度、透光性、白度等，降低化学稳定性、抗冻性，增大介电损耗和吸湿膨胀

5、。但可改善隔热、吸附、过滤等性能——如保温砖，多孔陶瓷等。8.1.1显微结构的组成——气孔以粘土-长石-石英三组分配料瓷胎的显微结构为例。粘土：40-60%，长石：20-30%，石英：20-30%，烧成范围：1250-1400℃8.1.2陶瓷坯体显微结构的形成过程在1000℃以前：主要是粘土矿物的物化变化石英晶型转变杂质矿物的分解与氧化等物化反应。8.1.2陶瓷坯体显微结构的形成过程500～700℃分解失去结构水，出现吸热效应：Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O偏高岭石Si-Ｏ四面体仍然存在，Al-Ｏ八面体中的Al-Ｏ

6、Ｈ键断裂，Al3＋与Ｏ2－重新排列为Al-Ｏ键，Al的配位数由6→4。8.1.2陶瓷坯体显微结构的形成过程由Al-Si尖晶石→莫来石：2Al2O3•3SiO22（Al2O3•SiO2）＋4SiO23Al2O3•SiO23Al2O3•2SiO2＋SiO2约1100℃方石英1300～1400℃980～1000℃第一个放热反应：偏高岭石向莫来石转化的有缺陷的Al－Si尖晶石相，2（Al2O3•2SiO2）2Al2O3•3SiO2＋SiO2约1100℃非晶质8.1.2陶瓷坯体显微结构的形成过程1000℃以后的相界反应比较复杂。长石-粘土、长石-石英接触点处出

7、现低共熔点状熔体.1150℃，点状熔体发展成为熔体网络1200℃左右，长石熔体中碱离子扩散到粘土分解区，促使粘土形成一次鳞片状莫来石。莫来石的形成l200℃～1250℃长石熔体中析出二次针状莫来石晶体。莫来石的形成8.1.2陶瓷坯体显微结构的形成过程残留石英及方石英的形成：1250℃以前，坯料中的石英原料观察不到变化，主要与长石形成低共熔熔体或溶解熔体中；参与反应及溶解后残留的石英——残留石英石英颗粒熔蚀边析出犬齿状方石英；粘土矿物莫来石化过程中生成非晶质SiO2转变成细小的方石英；没有与熔质接触（如被粘土颗粒包围）的石英颗粒转变为粒状方石英。残留石

8、英及方石英的形成：8.1.2陶瓷坯体显微结构的形成过程绢云母质瓷8.1.3工艺因素对显微结构的影响（一）陶瓷