1、第一節第一節 結構陶瓷結構陶瓷第二節第二節 功能陶瓷功能陶瓷第三節第三節 陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料第四節第四節 玻玻 璃璃q 陶瓷的分類陶瓷的分類氧化物陶瓷（氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）等）碳化物陶瓷（碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）等）氮化物陶瓷（氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）等）新型碳化物陶瓷（新型碳化物陶瓷（C3N4等）等）硼化物陶瓷（硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等）等）復合陶瓷（復合陶瓷（3Al2O32SiO2(莫來石莫來石) 等）等）普通陶瓷（硅酸鹽材料）普通陶瓷（硅酸鹽材料）特種陶瓷（人工合成材料）特種陶瓷（人工合成材料）結構陶瓷結構陶瓷功能陶瓷功能

2、陶瓷陶瓷耐火材料陶瓷耐火材料玻玻 璃璃 氧化鋁有十多種同素異構體，但常見的主要有三種：氧化鋁有十多種同素異構體，但常見的主要有三種：-Al2O3、-Al2O3 、-Al2O3 。 -Al2O3屬于尖晶石型（立方）結構，高溫時不穩定，屬于尖晶石型（立方）結構，高溫時不穩定，在在1600轉變為轉變為-Al2O3 。 -Al2O3 屬于六方系，穩定屬于六方系，穩定性好，在熔點性好，在熔點2050 之前不發生晶型轉變。之前不發生晶型轉變。q 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 Al2O3少量少量SiO2。根據。根據Al2O3含量可分為剛玉含量可分為剛玉-莫來莫來瓷（瓷（75瓷，瓷，wAl2O3=75%）和剛玉瓷（）

3、和剛玉瓷（95瓷，瓷，99瓷）。瓷）。原料煅燒原料煅燒配料配料球磨球磨成形成形燒結燒結1）高強度、高溫穩定性：裝飾瓷，噴嘴、火箭、導彈）高強度、高溫穩定性：裝飾瓷，噴嘴、火箭、導彈的導流罩的導流罩 ；2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，軸承，）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，軸承，人造寶石；人造寶石； 3）低的介電損耗、高電阻率、高絕緣性：火花塞，電）低的介電損耗、高電阻率、高絕緣性：火花塞，電 路基板，管座；路基板，管座； 4）熔點高、抗腐蝕：耐火材料，坩堝，爐管，熱電偶）熔點高、抗腐蝕：耐火材料，坩堝，爐管，熱電偶保護套等；保護套等； 5）離子導電性：太陽能電池材料和蓄電池

4、材料等。）離子導電性：太陽能電池材料和蓄電池材料等。 6）生物相容性：還可用于制作人工骨骼和人造關節等。）生物相容性：還可用于制作人工骨骼和人造關節等。q 氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷m-ZrO2：單斜晶系（：單斜晶系（1170）t- ZrO2：四方晶系（：四方晶系（11702370 ）c-ZrO2：立方晶系（：立方晶系（23702715 ） 備注：氧化鋯熔點為備注：氧化鋯熔點為2715 。1）熱導率小，化學穩定性好、耐腐蝕性高：可用于高）熱導率小，化學穩定性好、耐腐蝕性高：可用于高溫絕緣材料、耐火材料，如熔煉鉑和銠等金屬的坩堝、溫絕緣材料、耐火材料，如熔煉鉑和銠等金屬的坩堝、噴嘴、閥心、密封器件等：

5、噴嘴、閥心、密封器件等：2）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高爾夫球棍頭等。剪刀、高爾夫球棍頭等。3）具有敏感特性：可做氣敏元件，還可作為高溫燃料）具有敏感特性：可做氣敏元件，還可作為高溫燃料電池固體電解隔膜、鋼液測氧探頭等。電池固體電解隔膜、鋼液測氧探頭等。q 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 以以SiC為主要成分的陶瓷。為主要成分的陶瓷。 具有很高的高溫強度，在具有很高的高溫強度，在1400時抗彎強度仍保持時抗彎強度仍保持在在500600MPa，工作溫度可達，工作溫度可達1700；有很好的熱穩；有很好的熱穩定性、抗蠕變性、耐磨性、耐蝕性，

6、良好的導熱性、耐定性、抗蠕變性、耐磨性、耐蝕性，良好的導熱性、耐輻射性。輻射性。 制作火箭尾噴管噴嘴、澆注金屬的澆道口、軸承、制作火箭尾噴管噴嘴、澆注金屬的澆道口、軸承、軸套、密封閥片、軋鋼用導輪、內燃機器件、熱電偶保軸套、密封閥片、軋鋼用導輪、內燃機器件、熱電偶保護套管、爐管、核燃料包封材料等。護套管、爐管、核燃料包封材料等。q 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 以以Si3N4為主要成分的陶瓷。為主要成分的陶瓷。 氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系數小，耐磨氮化硅陶瓷具有很高的硬度，摩擦系數小，耐磨性好，抗熱振性大大高于其它陶瓷。它具有優良的化學性好，抗熱振性大大高于其它陶瓷。它具有優良的化學穩定性，能耐

7、除氫氟酸、氫氧化鈉外的其他酸和堿性溶穩定性，能耐除氫氟酸、氫氧化鈉外的其他酸和堿性溶液的腐蝕，以及抗熔融金屬的侵蝕。它還具有優良的絕液的腐蝕，以及抗熔融金屬的侵蝕。它還具有優良的絕緣性能。緣性能。 用于制造切削刀具、高溫軸承、泵密封環、熱電用于制造切削刀具、高溫軸承、泵密封環、熱電偶保護套、缸套、活塞頂、電磁泵管道和閥門等。偶保護套、缸套、活塞頂、電磁泵管道和閥門等。q 鐵電陶瓷鐵電陶瓷 有些陶瓷的晶粒排列是不規則的，但在外電場作用有些陶瓷的晶粒排列是不規則的，但在外電場作用下，不同取向的電疇開始轉向電場方向，材料出現自發下，不同取向的電疇開始轉向電場方向，材料出現自發極化，在電場方向呈顯一定

8、電場強度，這類陶瓷稱為鐵極化，在電場方向呈顯一定電場強度，這類陶瓷稱為鐵電陶瓷，廣泛應用的鐵電材料有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸電陶瓷，廣泛應用的鐵電材料有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁等。鋁等。 鐵電陶瓷應用最多的是鐵電陶瓷電容器，還可用于鐵電陶瓷應用最多的是鐵電陶瓷電容器，還可用于制造壓電元件、熱釋電元件、電光元件、電熱器件等。制造壓電元件、熱釋電元件、電光元件、電熱器件等。q 壓電陶瓷壓電陶瓷 鐵電陶瓷在外加電場作用下出現宏觀的壓電效應，鐵電陶瓷在外加電場作用下出現宏觀的壓電效應，稱為壓電陶瓷。目前所用的壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦稱為壓電陶瓷。目前所用的壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁、鋯鈦酸鉛等。酸

9、鉛、鋯酸鋁、鋯鈦酸鉛等。 壓電陶瓷在工業、國防及日常生活中應用十分廣泛。壓電陶瓷在工業、國防及日常生活中應用十分廣泛。如壓電換能器、壓電馬達、壓電變壓器、電聲轉換器件如壓電換能器、壓電馬達、壓電變壓器、電聲轉換器件等。利用壓電效應將機械能轉換為電能或把電能轉換為等。利用壓電效應將機械能轉換為電能或把電能轉換為機械能的元件稱為換能器。機械能的元件稱為換能器。q 氧化鋯固體電解質陶瓷氧化鋯固體電解質陶瓷 ZrO2中加入中加入CaO、Y2O3等后，提供了氧離子擴散等后，提供了氧離子擴散的通道，所以為氧離子導體。氧化鋯固體電解質陶瓷主的通道，所以為氧離子導體。氧化鋯固體電解質陶瓷主要用于氧敏傳感器和高

10、溫燃料電池的固體電解質。要用于氧敏傳感器和高溫燃料電池的固體電解質。q 生物陶瓷生物陶瓷 氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷與生物肌體有較好的相氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷與生物肌體有較好的相容性，耐腐蝕性和耐磨性能都較好，因此常用于生物體容性，耐腐蝕性和耐磨性能都較好，因此常用于生物體中承受載荷部位的矯形整修，如人造骨骼等。中承受載荷部位的矯形整修，如人造骨骼等。 導電性介于導電和絕緣介質之間的陶瓷材料。主要導電性介于導電和絕緣介質之間的陶瓷材料。主要有鈦酸鋇陶瓷，具有正電阻溫度系數，應用非常廣泛。有鈦酸鋇陶瓷，具有正電阻溫度系數，應用非常廣泛。如用于電動機、收錄機、計算機、復印機、變壓器、烘如用于電動機、收

11、錄機、計算機、復印機、變壓器、烘干機、暖風機、電烙鐵、彩電消磁、燃料的發熱體、阻干機、暖風機、電烙鐵、彩電消磁、燃料的發熱體、阻風門、化油器、功率計、線路溫度補償等。風門、化油器、功率計、線路溫度補償等。q 半導體陶瓷半導體陶瓷 陶瓷耐火材料的重要性能指標是：低溫強度、高溫陶瓷耐火材料的重要性能指標是：低溫強度、高溫強度、體密度、孔隙率等。強度、體密度、孔隙率等。酸性耐火材料（以酸性耐火材料（以SiO2、Al2O3為主）為主）堿性耐火材料（如堿性耐火材料（如MgO、CaO等）等） 玻璃是介于結晶態和無定型態之間的一種物質狀態，玻璃是介于結晶態和無定型態之間的一種物質狀態，稱為玻璃態物質。稱為玻

12、璃態物質。幾種玻璃的特性和用途幾種玻璃的特性和用途石英玻璃石英玻璃玻璃纖維玻璃纖維第一節第一節 混合料的制備混合料的制備第二節第二節 陶瓷的成形方法陶瓷的成形方法q 混合料的計算與稱料混合料的計算與稱料 混合料配方的計算的兩種基本形式混合料配方的計算的兩種基本形式： 1）已知的化學計量式的配料計算；）已知的化學計量式的配料計算； 2）根據化學成分進行的配料計算。）根據化學成分進行的配料計算。 稱料時應注意的原則稱料時應注意的原則： 1）按組分含量由少到多的順序稱量。）按組分含量由少到多的順序稱量。 2）采用累積稱量法稱量。）采用累積稱量法稱量。q 混混 料料 混料的兩種基本形式混料的兩種基本形

13、式： 1）干混）干混 2）濕混）濕混 根據計算的結果稱料，多種組分的原料經過一定的根據計算的結果稱料，多種組分的原料經過一定的方法混合均勻的過程稱為混料。（在球磨機中的混料過方法混合均勻的過程稱為混料。（在球磨機中的混料過程可同時實現粉碎和混合的雙重目的。）程可同時實現粉碎和混合的雙重目的。）q 塑塑 化化 對于特種陶瓷，由于坯料中沒有可塑性，在成形時對于特種陶瓷，由于坯料中沒有可塑性，在成形時會出現裂紋，因此有必要在成形前進行塑化處理。會出現裂紋，因此有必要在成形前進行塑化處理。 常用的塑化劑常用的塑化劑： 1）無機塑化劑：粘土等）無機塑化劑：粘土等 2）有機塑化劑：）有機塑化劑： 1）在保

14、證坯料一定可塑性的條件下，盡可能減少塑化）在保證坯料一定可塑性的條件下，盡可能減少塑化 劑的用量。劑的用量。2）選用塑化劑時，需考慮塑化劑在燒結時排除的難易）選用塑化劑時，需考慮塑化劑在燒結時排除的難易 和排除溫度等因素。和排除溫度等因素。q 造造 粒粒 造粒就是加入塑性劑后，將細顆粒原料制備成粒度造粒就是加入塑性劑后，將細顆粒原料制備成粒度較粗的混合料，以改善其流動性。較粗的混合料，以改善其流動性。q 模壓成形模壓成形 模壓成形是將混合料加入到模具中，在壓力機上壓模壓成形是將混合料加入到模具中，在壓力機上壓成一定形狀的坯體的方法。成一定形狀的坯體的方法。 利用液態、氣體或橡膠等作為傳壓介質，

15、在三維方利用液態、氣體或橡膠等作為傳壓介質，在三維方向對坯體進行壓制的工藝。冷等靜壓可分為干式和濕式向對坯體進行壓制的工藝。冷等靜壓可分為干式和濕式兩種形式。兩種形式。q 冷等靜壓成形冷等靜壓成形冷等靜壓（液體為傳壓介質）冷等靜壓（液體為傳壓介質）冷等靜壓（氣體或彈性體為傳壓介質）冷等靜壓（氣體或彈性體為傳壓介質）冷等靜壓冷等靜壓 以水為溶劑、粘土為粘結劑和陶瓷粉體混合，配制以水為溶劑、粘土為粘結劑和陶瓷粉體混合，配制成的具有較好流動性的料漿，再將料漿注入到具有產品成的具有較好流動性的料漿，再將料漿注入到具有產品形狀的石膏模中成形的方法。形狀的石膏模中成形的方法。q 注漿法成形注漿法成形 這種

16、成形方法借鑒了金屬壓鑄成形的工藝思路，利這種成形方法借鑒了金屬壓鑄成形的工藝思路，利用石蠟的高溫流變特性，對陶瓷石蠟流體進行壓力下的用石蠟的高溫流變特性，對陶瓷石蠟流體進行壓力下的鑄造成形。鑄造成形。 q 熱壓鑄成形熱壓鑄成形 1）料漿的制備：將經過陶瓷粉體與）料漿的制備：將經過陶瓷粉體與612石蠟和石蠟和0.1 1硬脂酸或油酸表面活性劑加熱到硬脂酸或油酸表面活性劑加熱到6080再與熔再與熔 化的石蠟混合即可。化的石蠟混合即可。 2）壓鑄：在壓縮空氣作用下充型，保壓冷卻，脫模。）壓鑄：在壓縮空氣作用下充型，保壓冷卻，脫模。 借鑒金屬的擠借鑒金屬的擠壓成形和軋制成壓成形和軋制成形工藝。形工藝。q

17、 塑性成形塑性成形 將具有將具有可塑性的泥可塑性的泥料，通過擠料，通過擠機嘴成形。機嘴成形。 將陶瓷粉體和粘結劑、溶劑等置于置于軋輥上混將陶瓷粉體和粘結劑、溶劑等置于置于軋輥上混煉，使之混合均勻，伴隨吹風，溶劑逐步揮發，形成一煉，使之混合均勻，伴隨吹風，溶劑逐步揮發，形成一層厚膜；調整層厚膜；調整軋輥間距，反軋輥間距，反復軋制，可制復軋制，可制得薄片瓷坯。得薄片瓷坯。 一般用于制備厚度一般用于制備厚度 80m的坯片。的坯片。q 帶式成形帶式成形第一節第一節 陶瓷的燒結理論陶瓷的燒結理論第二節第二節 陶瓷的燒結方法陶瓷的燒結方法第三節第三節 陶瓷燒結后的處理陶瓷燒結后的處理q 概概 述述 定定

18、義義： 燒結是指高溫條件下，坯體表面積減小，孔隙率降燒結是指高溫條件下，坯體表面積減小，孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。低、機械性能提高的致密化過程。 燒結驅動力燒結驅動力： 粉體的表面能降低和系統自由能降低。粉體的表面能降低和系統自由能降低。 燒結的主要階段燒結的主要階段： 1）燒結前期階段（坯體入爐）燒結前期階段（坯體入爐90致密化）致密化） 粘結劑等的脫除：如石蠟在粘結劑等的脫除：如石蠟在250400全部汽化全部汽化 揮發。揮發。 隨著燒結溫度升高，原子擴散加劇，孔隙縮小，隨著燒結溫度升高，原子擴散加劇，孔隙縮小， 顆粒間由點接觸轉變為面接觸，孔隙縮小，連通孔顆粒間由點接觸轉變為面

19、接觸，孔隙縮小，連通孔 隙變得封閉，并孤立分布。隙變得封閉，并孤立分布。 小顆粒間率先出現晶界，晶界移動，晶粒長大。小顆粒間率先出現晶界，晶界移動，晶粒長大。 2）燒結后期階段）燒結后期階段 孔隙的消除：晶界上的物質不斷擴散到孔隙處，孔隙的消除：晶界上的物質不斷擴散到孔隙處， 使孔隙逐漸消除。使孔隙逐漸消除。 晶粒長大：晶界移動，晶粒長大。晶粒長大：晶界移動，晶粒長大。 燒結的分類燒結的分類：固相燒結（只有固相傳質）固相燒結（只有固相傳質）液相燒結（出現液相）液相燒結（出現液相）氣相燒結（蒸汽壓較高）氣相燒結（蒸汽壓較高）燒燒 結結q 燒結過程的物質傳遞燒結過程的物質傳遞氣相傳質（蒸發與凝聚為

20、主）氣相傳質（蒸發與凝聚為主）固相傳質（擴散為主）固相傳質（擴散為主）液相傳質（溶解和沉淀為主）液相傳質（溶解和沉淀為主）燒結過程燒結過程中的物質中的物質傳遞傳遞q 影響燒結的因素影響燒結的因素原料粉末的粒度原料粉末的粒度燒結溫度燒結溫度燒結時間燒結時間燒結氣氛燒結氣氛影響因素影響因素q 燒結分類燒結分類常壓燒結常壓燒結壓力燒結壓力燒結按壓力分類按壓力分類普通燒結普通燒結氫氣燒結氫氣燒結真空燒結真空燒結按氣氛分類按氣氛分類固相燒結固相燒結液相燒結液相燒結氣相燒結氣相燒結活化燒結活化燒結反應燒結反應燒結按反應分類按反應分類q 常見的燒結方法常見的燒結方法 傳統陶瓷在隧道窯中進行燒結，特種陶瓷大都在電傳統陶瓷在隧道窯中進行燒結，特種陶瓷大都在電窯中進行燒結。窯中進行燒結。 熱壓燒結是在燒結過程中同時對坯料施加壓力，加熱壓燒結是在燒結過程中同時對坯料施加壓力，加速了致密化的過程。所以熱壓燒結的溫度更低，燒結時速了致密化的過程。所以熱壓燒結的溫度更低，燒結時間更短。間更短。 將粉體壓坯或裝