Transcript （4）陶瓷材料基础

陶瓷材料基础
普通陶瓷
以天然硅酸盐(黏土、石英、长石)
(传统陶瓷) 为原料, 高温烧结而成。
陶瓷
特种陶瓷 以非硅酸盐类化工原料或人工合成原
(新型陶瓷、料，如氧化物（氧化铝、氧化锆、氧
技术陶瓷、 化钛等）和非氧化物（氮化硅、碳化
精细陶瓷） 硼等）制造。
第一节
陶瓷材料的结构
显微结构: 由晶相、气相、玻璃相构成。
unfired sample
fired sample
largely unmolten phases
(Flint SiO2)
melting and liquid phase
sintering
new phases crystallising
in frozen melt
一、晶相
主要组成相，对其物理、化学、机械性能
起决定作用。
1. 晶相的结合键 主要是离子键和共价键, 大
多为混合键。
以离子键为主的: Al2O3、 MgO、ZrO2。
以共价键为主的: SiC、 BN。
键的性质决定了陶瓷具有高熔点、高化学
稳定性、高绝缘性、高脆性。
2. 晶相的晶体结构 主要是氧化物结构和硅酸盐结构
(1) 氧化物结构: 氧离子构成晶格主体，金属离
子存在于间隙中。
面心立方晶格
密排六方晶格
八面体间隙和四面体间隙
(2)硅酸盐结构: 陶瓷的主要原料。
长石: Na2O•Al2O3 • 6SiO2
高岭土: Al2O3 • 2SiO2 • H2O
硅氧四面体(SiO4)
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硅酸盐的5种晶体结构:
a. 岛状结构: 孤立存在，金属离子连接。锆
石英(Zr[SiO4])，电学性能好。
石英
b.组群状结构: 镁方柱石(Ca2Mg[Si2O7])
C. 链状结构: 顽火辉石(Mg2[Si2O6])(单链)
透闪石(Ca2Mg5[Si4O11](OH))(双链)
具有某些高分子的特性。
D.层状结构: 滑石(Mg2[Si4O10](OH) 2)
白云母(KAl2 [AlSi3O10](OH) 2)
硬度低，可塑性好。
层之间以金属离
子连接。
E. 架状结构: 石英、钾长石(K [Si3AlO3])
膨胀率小。
石英
3.同素异构转变
871℃
β石英
β磷石英
16%
573℃
0.82%
α石英
1477℃
β方石英
4.7%
120℃
0.2%
α磷石英
1713℃
熔融石英
220℃
2.8%
α方石英
4. 实际陶瓷晶体缺陷
点缺陷、线缺陷、面缺陷。
缺陷的作用: a. 加速烧结扩散的过程;
b. 空位影响电学性能;
c. 位错影响光学、力学、电学性能。
陶瓷位错不易运动，因而受力变形小，
脆性高。
离子晶体可有微量塑性变形，共价晶
体位错运动将使材料断裂。
晶粒愈细，强度愈高。
二、玻璃相
来源: 原料中的某些晶体
物质被烧熔化所致。
结构: 近程有序，远程无序。
作用: 粘接，降低烧结温度，
抑制晶粒长大，填充空气，
增加透光性。
三、气相
定义: 陶瓷中的气孔。
来源: 烧结过程中产生的。
作用: 对性能有显著影响，降低强度，
影响透明性。
第二节
一、机械性能
1. 高硬度
陶瓷材料性能
2. 高弹性模量
3.低抗拉强度和高抗压强度
4. 高温强度和低抗热震性
二、物理性能和化学性能
1. 热性能
2. 熔点高——高温强度和高温蠕变抗力。
热膨胀率小，热导率低，热容量小。
2. 电性能 绝缘性能好。
压电陶瓷: 超声换能器、水声换能器、电声换能
器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、
高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电
光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。
3. 磁性能
4. 光学性能
5. 化学性能
三、生物学性能
四、美术性能
金属烤瓷材料
铸造陶瓷材料