结构陶瓷材料.ppt

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1、第二章结构陶瓷材料的结构与性能决定陶瓷性能的结构因素陶瓷的构成因素(组成)微观结构(原子离子级别)原子的种类，原子的金属性和非金属性，化学结合的方式，结晶结构显微结构(晶粒、晶界级别)多晶体晶粒直径气孔量(晶界、晶粒内)晶界(分凝、析出相)缺陷(裂纹、位错)表面状态(伤痕等)晶格的各向异性和取向机械性质电学性质热学性质化学性质硬度、强度、比重、弹性率、断裂韧性电阻、热释电性、介电常数、压电性、电光效应、离子导电性、绝缘破坏强度熔点、比热、热导率、热膨胀系数耐酸、碱、电化学腐蚀，与金属的亲合性陶瓷的性质陶瓷的微观结构是指晶

2、体结构类型、对称性、晶格常数、原子排列情况及晶格缺陷等，其研究分析手段有X射线衍射、电子衍射、场离子显微镜等。研究微观结构时需将样品放大数百万倍，分析精度可达数埃。第一节：陶瓷的微观结构一、固体材料的分类和宏观特征1、固体的分类固体晶体(crystal)单晶体多晶体无定型固体(amorphoussolid)2、晶体的特征(1)具有规则的几何外形晶面角守恒定律(2)有固定的熔点(3)各向异性(4)晶体内部粒子的周期性排列及其理想的外形都具有特定的对称性3、多晶材料核晶、結晶成長、某些晶粒受到鄰近相鄰的晶粒的阻礙二、物质的

3、结构：原子外层的电子结构原子的空间组合（晶体结构）、成键方式和晶体缺陷决定了材料的物理性能三、原子结合和化学键1、原子和分子结合原子核和电子间的静电交换作用。吸引作用：异性电荷间库仑力泡里原则吸引力排斥作用：同性电荷间库仑力泡里原则排斥力2、结合力结合能晶体的能量比粒子处于自由状态时的能量总和。晶体分离成自由原子所需要的能量3、陶瓷晶体结合的基本类型化学键类型是决定材料性能的主要依据陶瓷晶体结合的基本类型1、离子键使阴、阳离子结合成化合物的静电作用，叫做离子键除了静电相互吸引的作用外，还有电子与电子，原子核与原子核之间的

4、相互排斥作用，当两种离子接近到一定距离时，吸引与排斥作用达到平衡，于是阴、阳离子之间就形成了稳定的化合物。强库仑力作用结构稳定，熔点较高，硬度较大，导电性能差2、共价键原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。电子自旋平行：原子相互排斥电子自旋反平行：原子强烈相互吸引方向饱和性：未配对电子方向性：电子云密度最大方向成键结合力很强，高硬度、高熔点、导电性能差；脆性，不能明显弯曲电负性增大，离子键比率增加陶瓷材料中或主要以离子键、共价键为主，或是两种结合类型的综合或是处于两种之间的过渡3、电负性：原子束缚电子的能力

5、四、陶瓷晶体的典型结构类型陶瓷的绝大部分为晶体材料。晶体是由原子或分子周期性排列组成。最稳定的晶体结构要求原子堆积最紧密，并同时满足每个原子价键、原子大小和价键方向等要求。CI－Na+1、NaCI型结构立方晶系，a＝0.563nm，Z＝42、金刚石晶体结构化学式为：C晶体结构为：立方晶系，a＝0.356nm空间格子：C原子组成立方面心格子晶体结构：六方晶系（2H），a＝0.146nm，c＝0.670nm三方晶系（3R）3石墨结构化学式：C4氯化铯型结构晶体化学：CsCl晶体结构：立方晶系，a＝0.411nmZ＝1空间格子

6、：CsCl是原始格子Cl－离子Cs＋离子晶体结构：立方晶系，a＝0.540nm；Z＝4空间格子：立方面心格子，S2－离子呈立方最紧密堆积，位于立方面心的结点位置，Zn2＋离子交错地分布于1/8小立方体的中心，即1/2的四面体空隙中。5闪锌矿型结构化学式：β－ZnS6纤锌矿型结构化学式：α－ZnS晶体结构：六方晶系；a＝0.382nm；c＝0.625nm；Z＝2晶体结构：立方晶系，a＝0.545nm，Z＝47萤石型结构化学式：CaF28反萤石结构晶体结构：其结构与萤石完全相同，只是阴阳离子的位置完全互换，即阳离子占据的是F

7、－的位置，阴离子占据的是Ca2＋的位置9金红石型结构化学式：TiO2晶体结构：四方晶系，a＝0.459nm；c＝0.296nm；Z＝2格子类型：四方原始格子。Ti4＋位于结点位置，体心的属另一套格子。O2－处在一些特殊位置上，质点坐标：Ti4＋：000；1/21/21/2；O2－:uu0;(1-u)(1-u)0;(1/2+u)(1/2-u)1/2;(1/2-u)(1/2+u)1/210碘化镉型结构化学式：CdI2晶体结构：三方晶系a＝0.424nm；c＝0.684nm；Z＝1空间格子：Cd2＋离子占有六方原始格子的结点位

8、置，I－离子交叉分布于三个Cd2＋离子三角形中心的上下方；相当于两层I－离子中间夹一层Cd2＋离子，构成复合层。配位数：CN＋＝6；CN－＝3键性：复合层于复合层之间为范德华力，呈层状结构层内Cd－I为具有离子键的共价键，键力较强。11刚玉型结构化学式：α－Al2O3晶体结构：三方晶系；a＝0.514nm，α＝55°