陶瓷材料的性能特点及其应用.ppt

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1、陶瓷材料姓名：班级：学号：概况一.陶瓷的工艺过程二.陶瓷的结构三.陶瓷材料的性能特点四.陶瓷材料及其应用1.陶瓷的工艺过程1、原料的制备（1）生产陶瓷的三种主要原料1.粘土（40～60％）：含水铝硅酸盐，主要化学成分为SiO2、Al2O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。2.石英（20～30％）：化学组成为SiO2，是一种耐热性、抗蚀性、高硬度的物质，是陶瓷制品的骨架。3.长石（20～30％）：含K＋、Na＋、Ca＋的无水铝硅酸盐，高温下熔融，可以溶解部分石英和高岭土分解物，起高温胶结作用。（2）传统陶瓷可塑坯料的制备过程中碎中

2、碎粗碎粗碎长石拣选洗涤石英煅烧拣选粘土及高岭土拣选中碎湿法球磨过筛除铁压滤炼泥及陈腐挤制泥段送往成型配料传统陶瓷可塑坯料的制备过程示意图2、坯料的成型1.定义在配制好的陶瓷原料中加入水或其他成型助剂（粘合剂），使其有一定塑性，然后通过某种方法使其成为具有一定形状的坯体的工艺过程。2.成型方法①挤压成型法：在坯料中加入水或增塑剂，捏练成塑性泥料，然后用手工、挤压或机加工成型。②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型，常用于制造形状复杂，精度要求不高的日用陶瓷和建筑陶瓷。③压制成型：在粉料中加入少量水分和增塑、剂，然后在金属模具中加较高

3、压力成型，主要用于特种陶瓷和金属陶瓷。3、制品的烧成或烧结1.定义：成型的坯料，经过高温烧成或烧结才能获得陶瓷的特性。烧成的制品开口率较高，致密度较低。当烧成湿开口气孔率接近于零，获得高致密度的瓷化过程成为烧结。2.烧成（或烧结）四阶段①蒸发期（室温～300℃）排除坯体内的残余水分。②氧化物分解和晶型转化期（300℃～950℃）粘土中结构水的排除，碳酸盐（杂质）的分解，有机物、碳素的氧化以及石英的晶型转化。③玻化成瓷期（950℃～烧结温度）原料在985℃共熔，随温度升高，液相量逐渐增多。液相使坯体致密化，同时液相吸出新的稳定相莫

4、来石。莫来石晶体的不断析出和线性尺寸的长大，交错贯穿着在瓷坯中起骨架作用，使瓷坯强度增大。④冷却期（止火温度～室温）冷却过程中玻璃相在750℃～550℃之间有塑性状态转变为固态，残留石英在573℃由α石英转变为β石英。二.陶瓷的结构陶瓷结构晶体相玻璃相气相硅酸盐结构氧化物结构非氧化物结构1、晶体相作用：晶体相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的性能和应用。（1）硅酸盐结构1.结构特点：①构成硅酸盐的基本单元是[SiO4]四面体。②硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结，否则结构不稳定；③Si4+离子间不直接成键，它们之间的结合通过O2-

5、离子来实现，Si—O—Si的结合键在氧上的键角接近于145°，键的性质为共价键合离子键约各占一半。④按照一定的硅氧比数，稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体采取空间维数互相结合，单个四面体的维数为0，连成链状、层状和立体的维数相应为1、2、3；⑤硅氧四面体相互连结时优先采取比较紧密的结构；⑥同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原子。结构类型岛状：链状：层状：骨架状：含孤立、成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐结构（如镁橄榄石Mg2SiO4）由大量的硅氧四面体通过共顶连结而形成的一维结构（石棉)由大量的、底面在同一平面上的硅氧四面体

6、通过在该平面上共顶连接而形成的具有六角对称的无限二维结构（高岭石、云母）硅氧四面体在空间组成的三维网状结构（SiO2、钠长石、钙长石）2.结构类型（2）氧化物结构1.NaCl型结构（AX型）2.CaF2(AX2型)3.刚玉结构(A2X3型)4.钙钛矿型或钛铁矿型结构(ABX3型)5.尖晶石结构(AB2X4型)（3）非氧化物的结构1.定义：指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。它们是特种陶瓷特别是金属陶瓷的主要组成和晶体相，主要由共价键结合，但也有一定成分的金属键合离子键。2.结构（4）晶体缺陷1.点缺陷：空位、置换原子和

7、间隙原子。置换固溶体的溶解度离子尺寸：<14％～15％原子价：尽量相同化学亲和力：电负性

8、xA-xB

9、<0.4组元结构类型：相同点缺陷的作用：提高陶瓷材料的导电性。主要有空位导电，间隙原子运动导电。另外，在陶瓷材料中加入杂质时，会出现P型、N型两种类型的半导体。P型半导体：加入元素的原子价大于基质的原子价。N型半导体：加入元素的原子价小于基质的原子价。2.线缺陷（位错）陶瓷材料中位错的特点：(1)形成位错的能量大，因而不易形成位错。E=aGb2式中:a－几何因子G－剪切模量b－位错柏氏矢量（2）离子键或共价键结合造成位错可动性差

10、3.面缺陷（晶界、亚晶界）多晶体－晶界细晶强化：（1）金属材料：晶界阻碍位错运动。（2）陶瓷材料：晶界两侧晶粒取向不同，阻止裂纹扩展。二、玻璃相1.作用：①将晶体粘结起来，填充晶体相之间空隙，提高材料的致密度；②降低烧成温度，加快烧结过程；③阻止晶体转变，抑制晶