《陶瓷材料》PPT课件

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1、陶瓷材料一、陶瓷的概念与分类陶瓷的概念传统上，“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。传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。日用陶瓷－餐具建筑陶瓷－地砖电瓷广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。德国陶瓷协会：“陶瓷是化学工业或化学生产工艺的一个分支，包括陶瓷材料和器物的制造或进一步加工成陶瓷制品(元件)。陶瓷材料属于无机非金属材料，最少含30％结晶体。一般是在室温中将原料成型，通过800℃以上的高温处理，以获得这种材料的典型性质。有时也在高温下成型，甚

2、至可经过熔化及析晶等过程。”美国和日本等国：Ceramics是包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材料的通称，不仅指陶瓷，还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。陶瓷分类（1）按陶瓷坯体特征，可把陶瓷制品分为：陶器：土状断面的多孔坯体。机械强度低、热稳定性差、化学稳定性也低、甚至薄坯制品亦无透光性。瓷器：烧结程度较高，坯体坚硬致密，断面细腻而有光泽，为施釉或无釉制品，基本不吸水。炻器：其性质介于陶器和瓷器之间。断口致密，即使无釉，也不透过液体和气体，坯体透气性差或无透光性。性能及特征陶器瓷器吸水性/％一般大于3一般不大于3透光性不透光透光坯体特征未玻化或玻化

3、程度差、断面粗糙玻化程度高、结构致密、细腻，断面呈石状或贝壳状敲击声沉浊清脆陶器和瓷器结构陶瓷功能陶瓷陶瓷耐火材料玻璃按用途分类陶瓷分类（2）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氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）新型碳化物陶瓷（C3N4等）硼化物陶瓷（TiB2

4、、ZrB2等）复合陶瓷（3Al2O3·2SiO2(莫来石)等）按成分分类普通陶瓷（硅酸盐材料）特种陶瓷（人工合成材料）按原料分类陶瓷分类（3）中国陶瓷技术（小专题）二、陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构组成陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷结构中同时存在晶体相（晶相）玻璃相气相各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决定了陶瓷的性能。１.晶相晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷的性能起决定性作用。陶瓷中的晶相的结合键为离子键共价键混合键氧化物结构的结合键以离子键为主，又称离子晶体。Si3N4、SiC、BN等以共价键为主，称共价晶体。氧化物结构的主要特点是氧离子紧密排列

5、构成晶格骨架，组成六方或面心立方点阵，而正离子位于骨架的适当间隙之中。如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2硅酸盐结构结构很复杂，但基本结构单元为[SiO4]硅氧四面体，结合键为离子键、共价键的混合键；每个氧原子最多只有被两个[SiO4]所共有；Si-O-Si的键角为145°;[SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成链状、平面或三维网状结构，故硅酸盐材料有无机高聚物之称。硅酸盐晶体可以按硅（铝）氧骨干的形式分成岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构和架状结构。它们都具有下列结构特点：1）结构中Si4+之间没有直接的键，而是通过O2-连接起来

6、的；2）硅酸盐晶体结构是以硅氧四面体为结构的基础；3）每一个O2-只能连接2个硅氧四面体；4）硅氧四面体间只能共顶连接，而不能共棱和共面连接（见下图动画）硅酸盐结构特点与结构分类该结构中，[SiO4]四面体以孤立状态存在，[SiO4]四面体的各顶角之间不直接连接，即[SiO4]四面体被其他金属离子隔离，所以称岛状结构。（1）岛状结构：典型岛状结构的硅酸盐有锆英石Zr[SiO4]、橄榄石Mg2[SiO4]、石榴子石Mg3Al2[SiO4]3以及莫来石、硅线石等[SiO4]4-结构特点是以[SiO4]四面体为基础，2个、3个、4个和6个[SiO4]四面体通

7、过公共氧连接而成的四面体群体，这种群体可看成一个结构单元，又称分立的有限硅氧四面体群（硅氧络阴离子）。双四面体构成[Si2O7]6-络阴离子，如硅钙石Ca3[Si2O7]、铝方柱石Ca2Al[Si2O7]等。[Si2O7]6-[Si6O18]12-[SiO4]4-（2）组群状结构：硅氧四面体通过公共氧连接组成向一维延伸，组成连续的链:单链和双链。如图所示，单链中是以[Si2O6]4-为结构单元不断重复而成，故单链结构单元的化学式应写为[Si2O6]n4n-。如透辉石CaMg[Si2O6]、顽火辉石Mg2[Si2O6]等的结构。2条相同的单链通过尚未公用

8、的氧可以组成双链，其结构单元为[Si4O11]6-。透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH