特种陶瓷工艺学绪论

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1、特种陶瓷工艺学学院：材料科学与工程授课人：臧传义Email:dndzcy@hpu.edu.cn电话：3989500推荐教材《先进陶瓷工艺学》刘维良主编武汉理工大学出版社《特种陶瓷》王零森主编中南大学出版社课程介绍内容※特种陶瓷介绍※特种陶瓷生产工艺及其烧结原理※高温结构陶瓷※功能陶瓷材料与文明发展特种陶瓷发展历史9000年以前2000年以前20世纪20世纪90年代特种陶瓷发展历史陶与瓷特种陶瓷发展历史陶瓷与科技发展狭义：陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物,经过成形和高温烧结制成的,由金属和非金属元素的无机化合物构

2、成的多晶固体材料.不论是传统硅酸盐陶瓷,还是特种陶瓷,都包括在这个范围里。特种陶瓷定义陶瓷特种陶瓷采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。特种陶瓷有很多种叫法，例如：精细陶瓷、技术陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷等等。广义：以无机非金属物质为主的固体材料，及其制造与应用的科学和技术。高温已不是制造陶瓷的唯一手段，其原来也超出了硅酸盐的范畴。特种陶瓷定义陶瓷原料传统陶瓷（日用）三大原料陶瓷资源丰富传统陶瓷原料—粘土层状结构粘土矿物晶体结构模型图粘

3、土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、同形置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘土矿物，如下图所示的结构模型图。粘土在陶瓷生产中的作用1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。2.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。3.粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。5.粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。传统陶瓷原料—石英石英水晶－结晶良好的石英石英在陶瓷生产中的作用1.石英是瘠

4、性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。2.在陶瓷烧成时，石英影响陶瓷坏体的体积收缩。3.在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响。4.石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。传统陶瓷原料—长石长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物（K2O，Na2O）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。在釉料中长石是主要熔剂。长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩利

5、变形等。特种陶瓷与传统陶瓷区别※按特性和用途分⑴结构陶瓷以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征。⑵功能陶瓷以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，在通信电子、自动控制、集成电路、计算机、信息处理等方面的应用日益普及。⑶陶瓷基复合材料陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。特种陶瓷分类特种陶瓷分类⑴结构陶瓷功能陶瓷分类功能陶瓷分类1氧化物SiO2、Al2O3、MgO、Cr2O3、BeO、ZrO2、TiO2、V2O5、

6、B2O3、Y2O3、CaO、CeO2、BaTiO3、CaTiO3、PbZrTiO3、ZrSiO42碳化物SiC、TiC、WC、ZrC、B4C、HfC、TaC、Be2C、UC、VC、NbC、Mo2C、MoC3氮化物Si3N4、TiN、BN、AlN、C3N4、ZrN、VN、TaN、NbN、ScN4硼化物TiB2、ZrB2、MoB、WB6、LaB6、HfB、ZrB5硅化物Mo2Si6氟化物MgF2、CaF2、LaF37硫化物ZnS、硫化铈特种陶瓷分类※按化学成分分特种陶瓷性能※和金属材料相比优点：高硬度，耐磨高熔点，

7、耐高温高强度高化学稳定性比重小，约为金属1/3缺点：脆性大研究热点：如何提高陶瓷的韧性成为世界瞩目的陶瓷材料研究领域的核心课题！！！原因：化学键差异造成的。金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合能大，很难塑性形变，脆性大，裂纹敏感性强不同化学键对应晶体性质特种陶瓷常遇到的键是共价键和离子键，但纯的共价键和离子键在实际陶瓷材料中很难遇到，常介于两者之间。判断离子键比例方法：化合物中离子键比例元素A、B电负性陶瓷与金属性能比较陶瓷与金属性能比较陶瓷与金属性能比较陶瓷强度与金属比

8、较陶瓷强度对缺陷十分敏感，即使同一块试样，测得的强度离散度也很大特种陶瓷性能陶瓷韧性与金属比较陶瓷韧性与金属比较陶瓷脆性断裂方式穿晶断裂沿晶断裂为了阻碍裂纹的扩展，必须在其扩展途径上设置障碍。提高陶瓷韧性的方法1）利用金属的延展性2）利用晶须或者纤维增韧3）利用相变增韧4）纳米陶瓷增韧特种陶瓷用途特陶可以“上天入地”，“上天”指特种陶瓷应用于航天科技行业，“入地”指特种陶瓷可以应用于汽