材料第4章 陶瓷材料
清华大学《工程材料》第5版教材简介
清华大学《工程材料》第5版教材简介《工程材料》第5版教材由清华大学材料学院朱张校教授、姚可夫教授主编，清华大学出版社出版。
《工程材料》第5版教材目录如下：绪论0.1中华民族对材料发展的重大贡献0.2材料的结合键0.3工程材料的分类第1章材料的结构与性能特点1.1金属材料的结构与组织1.2金属材料的性能特点1.3高分子材料的结构与性能特点1.4陶瓷材料的结构与性能特点第2章金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶2.2合金的结晶2.3金属的塑性加工2.4钢的热处理2.5钢的合金化2.6表面技术第3章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金第4章高分子材料4.1工程塑料4.2合成纤维4.3合成橡胶第5章陶瓷材料5.1普通陶瓷5.2特种陶瓷第6章复合材料6.1复合材料的复合原则6.2复合材料的性能特点6.3非金属基复合材料6.4金属基复合材料第7章功能材料及新材料7.1电功能材料7.2磁功能材料7.3热功能材料7.4光功能材料7.5隐形材料及智能材料7.6纳米材料第8章零件失效分析与选材原则8.1机械零件的失效8.2机械零件失效分析8.3机械零件选材原则第9章典型工件的选材及工艺路线设计9.1齿轮选材9.2轴类零件选材9.3弹簧选材9.4刃具选材第10章工程材料的应用10.1汽车用材10.2机床用材10.3仪器仪表用材10.4热能设备用材10.5化工设备用材10.6航空航天器用材附录1金属材料室温拉伸试验方法新、旧国家标准性能名称和符号对照表附录2金属热处理工艺的分类及代号(摘自GB/T 12603—2005) 附录3常用钢的临界点附录4钢铁及合金牌号统一数字代号体系(摘自GB/T 17616—1998)附录5国内外常用钢号对照表附录6常用铝及铝合金状态代号与说明(摘编自GB/T 16475—2008)附录7若干物理量单位换算表附录8工程材料常用词汇中英文对照表参考文献本教材有以下特点：（1）体系科学合理，内容丰富新颖，实例丰富。
第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜
第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜材料的性能materials property性能决定用途。
本章对材料的力学性能、热性能、电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀性，复合材料及纳米材料的性能进行阐述。
4-1 固体材料的力学性能Mechanical Properties of Solid Materials结构件：力学性能为主非结构件：力学性能为辅，但必不可少mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture4-1-1 材料的力学状态mechanical states of matrials 1.金属的力学状态A 晶态结构，B 较高的弹性模量和强度，C 受力开始为弹性形变，接着一段塑性形变，然后断裂，总变形能很大， D 具有较高的熔点。
某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度，C 延伸率很低而并不脆。
D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低，发生晶化而失去非晶态结构。
2. 无机非金属的力学状态A 玻璃相熔点低，热稳定性差，强度低。
B 气相(气孔)的存在导致陶瓷的弹性模量和机械强度降低。
C 陶瓷材料也存在玻璃化转变温度Tg。
D 绝大多数无机材料在弹性变形后立即发生脆性断裂，总弹性应变能很小。
陶瓷材料的力学特征高模量高强度高硬度低延伸率3. 聚合物的力学状态(1) 非晶态聚合物的三种力学状态①玻璃态②高弹态③粘流态(2) 结晶聚合物的力学状态A 结晶聚合物常存在一定的非晶部分，也有玻璃化转变。
B 在T g 以上模量下降不大Tm、TfC 在T m 以上模量迅速下降D 聚合物分子量很大，T mT f ,则在T m 与T f 之间将出现高弹态。
E 分子量较低，T m T f , 则熔融之后即转变成粘流态，玻璃化温度(Tg)是非晶态塑料使用的上限温度是橡胶使用的下限温度熔点(Tm)是结晶聚合物使用的上限温度4-1-2 应力和应变stress-strain If a load is static or changes relatively slowly with a time and is applied uniformly over a cross section or surface of a member, the mechanical behavior may be ascertained by a simple stress-strain test. These are mostly commonly conducted for materials at room temperature.4-1-2 应力和应变(stress and strain)应力：单位面积上的内力，其值与外加的力相等。
第四章 材料的断裂性能
第四章 材料的断裂韧性
➢对于陶瓷材料和复合材料，目前常利用适当的 第二相提高其断裂韧度，第二相可以是添加的， 也可以是在成型时自蔓延生成的。 ➢如在SiC、SiN陶瓷中添加碳纤维，或加入非晶 碳，烧结时自蔓延生成碳晶须，可以使断裂韧度 提高。
29
第四章 材料的断裂韧性
4．显微组织的影响 ✓显微组织的类型和亚结构将影响材料的断裂韧度。如钢 铁材料中，相同强度条件下，低碳钢中的回火马氏体的断 裂韧度高于贝氏体，而在高碳钢中，回火马氏体的断裂韧 度高于上贝氏体，但低于下贝氏体。 ✓这是由于低碳钢中，回火马氏体呈板条状，而高碳钢中， 回火马氏体呈针状，上贝氏体由贝氏体铁素体和片层间断 续分布的碳化物组成，下贝氏体由贝氏体铁素体和其中弥 散分布的碳化物组成。
3
第四章 材料的断裂韧性
经典的强度理论是在不考虑裂纹的萌生和扩展的条 件下进行强度计算的，认为断裂是瞬时发生的。 实际上无论哪种断裂都有裂纹萌生、扩展直至断裂 的过程，因此，断裂在很大程度上决定于裂纹萌生抗 力和扩展抗力，而不是总决定于用断面尺寸计算的名 义断裂应力和断裂应变。 显然，需要发展新的强度理论，解决低应力脆断的 问题。 断裂力学正是在这种背景下发展起来的一门新兴断 裂强度科学。
33
第四章 材料的断裂韧性
2. 超高温淬火 对于中碳合金结构钢，采用超高温淬火，虽然奥氏
体晶粒显著粗化，塑性和冲击吸收功降低，但断裂韧 度提高。
第四章 材料的断裂韧性
根据应力场强度因子KⅠ和断裂韧度KⅠc的相对大 小，可以建立裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据，即
KI≥K1c 裂纹体在受力时，只要满足上述条件，就会发生脆 性断裂。反之，即使存在裂纹，也不会发生断裂，这 种情况称为破损安全。
第四章口腔材料学
编辑版pppt
5
第一节
一、藻酸盐印模材料
1.优点：良好的流动性、弹性（不可逆）、可塑性、 准确性，价格低廉，尺寸稳定，易使用
2.组成： 藻酸盐（钠、钾）
缓凝剂—碳酸钠、磷酸钠、草酸盐等 填料—滑石粉、硅藻土、碳酸钙等 增稠剂—硼砂、硅酸盐等，↑韧性、调节流动性 指示剂
矫味剂和防腐剂—香精、甲醛、麝香草酚等 稀释剂—水
编辑版pppt
11
第一节
3. 性能
1）转化原理：60-70℃是熔化为液胶，3640℃时凝固为半固态的凝胶，液胶和凝胶之 间可以多次转化
2）琼脂印模材料的特点：流动性好、精确 度高、不易变形；强度差，使用不方便
3）尺寸稳定性：失水收缩，吸水膨胀
4. 复模应用
模型平放于复模盒，52-55℃液胶注入
编辑版pppt
编辑版pppt
16
3)凝固膨胀
4）强度：最好凝固24小时后再使用模型
4.应用
1）水粉比为50ml：100g
2）先水后粉，粉末完全浸湿后均匀调拌
3）调和时间1分钟
4）灌注模型时由一侧到另外一侧，要不断 震荡印模
5）30分钟左右脱模，24小时后使用
6）石膏粉保存在密编闭辑版器pppt皿中
17
二、人造石和超硬石膏
固化特性：专用固化箱、深度3~5mm 机械性能：硬度高、刚性大，脆性也大
操作性能：操作时间充足、固化时间短
临床应用：
主要用于简单义齿制作、矫治器的制作、 基托重衬、义齿修补、临时冠及个别托 盘的制作
编辑版pppt
39
复合树脂的应用
修复体修复：混合型和超微性复合树脂， 制作法有直接法和间接法
临床操作要点
粘丝期：易于起丝，易粘器械，要密盖以防牙托水 挥发
陶瓷材料概述范文
陶瓷材料概述范文陶瓷材料是一种非金属无机材料，其主要成分为氧化物、非氧化物和组合材料。
陶瓷材料具有许多独特的性质，如高温耐性、耐腐蚀性、绝缘性、硬度高等，因此被广泛应用于工业、冶金、化工、电子、建筑等领域。
陶瓷材料根据其结构与用途可分为三类：普通陶瓷、特种陶瓷和结构陶瓷。
普通陶瓷是最基本的一种陶瓷材料，由黏土和瓷石等原料烧结而成。
普通陶瓷具有较低的价格和良好的加工性能，广泛应用于建筑材料、制陶工业、机械工业等。
常见的普通陶瓷有砖瓦、瓷器等。
特种陶瓷是一类性能优良、用途特殊的陶瓷材料。
特种陶瓷的特点是高温稳定性、耐磨性和电绝缘性能的提高。
根据其化学成分和结构特点，特种陶瓷可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和复合陶瓷。
氧化物陶瓷包括金刚石（碳化硅）陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等，主要用于高温热工业、电子工业、机械制造业等。
非氧化物陶瓷主要包括硼化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等，具有高硬度、耐磨性、导热性能等，广泛应用于航空航天、电子、光学等领域。
复合陶瓷由两种或多种不同材料组成，具有更加优良的性能，例如碳化硅纤维增强碳化硅（C/C）复合陶瓷材料广泛应用于高温结构部件。
结构陶瓷是一类性能优异的陶瓷材料，具有高强度、低密度和良好的耐磨性能。
结构陶瓷主要用于制造高压磨料工具、轴承等机械结构部件。
常见的结构陶瓷有氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷等。
陶瓷材料还具有许多其他特殊的性能，如生物相容性、超导性、光学透明性等。
在现代科技的发展中，陶瓷材料发挥着重要的作用。
例如，陶瓷瓦片用于建筑中的防水、隔热层；陶瓷杯用于食品和饮料的容器；陶瓷电容用于电子器件中的储能等。
陶瓷材料的应用领域不断扩大，对于人类社会的发展与进步具有重要的推动作用。
总之，陶瓷材料是一类非金属无机材料，具有独特的性质和广泛的应用领域。
普通陶瓷、特种陶瓷和结构陶瓷是其主要分类。
陶瓷材料在工业、冶金、化工、电子、建筑等领域起到重要的作用，对于促进社会进步和技术发展具有重要意义。
第4章压电陶瓷2
• 复合材料主要通过加和效应和乘积效应影响材
料的性能.
微电子机械系统 (MEMs)
Substrate Contact Monomorph Contact Top Ti/P t P olyim ide P ZT Bottom Ti/P t SiO 2 n-type silicon P +Silicon Etched Cavity SiO 2
X<0.33, 三方相，呈 现强的介电弛豫特性 X>0.33,四方相，呈 现典型的普通铁电体 特征
PZN－PT单晶
PZN－PT单晶的介电性能
电致伸缩
5 压电陶瓷材料发展方向
• 无铅压电陶瓷
• 高温压电陶瓷
• 压电复合材料 • 压电薄膜与厚膜材料
Lead-free piezoceramics
准同型相界 Morphotropic Phase Boundary (MPB) 无准同型相界：
BaTiO3, (Na1/2Bi1/2)TiO3 (Tc=335oC, d33=74pC/N),
PbTiO3,
LiNbO3 （铌铁矿结构）Tc=1210oC, g15=91X10-3Vm/N PbNb2O6 （钨青铜结构）
Bi4Ti3O12 （铋层状结构）
Sr2Nb2O7 (焦绿石结构）
有准同型相界－－PZT
(1) BaTiO3压电陶瓷
Tc低, 在0oC有相变, 稳定性差, 影响其应用 改性:
(1) Pb取代改性—Tc提高, 第二转变温度下降, 提
高压电系数的热稳定性, 且压电效应增大.
(2) Ca取代改性—Tc不变, 但第二转变温度降低,
Microcantilever Arrays
Acoustic Wave Devices （SAW） Chemical Sensor
《材料科学基础》总复习(完整版)
《材料科学基础》上半学期内容重点第一章固体材料的结构基础知识键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；晶体的特性（5个）；晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；第二章晶体结构与缺陷晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；典型金属晶体结构；离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；第三章材料的相结构及相图相的定义相结构合金的概念：固溶体置换固溶体（１）晶体结构无限互溶的必要条件—晶体结构相同比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体（一）间隙固溶体定义（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素（三）间隙固溶体的点阵畸变性中间相中间相的定义中间相的基本类型：正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法电子化合物：电子化合物、电子化合物种类原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物二元系相图：杠杆规则的作用和应用；匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；三元相图：三元相图成分表示方法；了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；第四章材料的相变相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）；按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点；马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、陶瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、陶瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变；按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变第5章 金属材料的显微结构特征一、纯金属的凝固及结晶1、结晶的热力学条件结晶后系统自由能下降。
无机非金属材料范文
无机非金属材料范文
陶瓷材料是一种由氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等无机非金属材
料组成的材料。
它们具有高硬度、高耐磨性、高耐温性和低热膨胀系数等
优点。
陶瓷材料通常用于制造陶瓷器、陶瓷砖、陶瓷瓷砖、陶瓷齿科材料、陶瓷陶瓷产品、电子陶瓷和结构陶瓷等产品。
玻璃材料是由硅酸盐和其他无机氧化物组成的材料，具有透明、透光、非晶态和不导电的特点。
玻璃是一种重要的建筑材料，用于制造窗户、门、玻璃幕墙和玻璃瓶。
玻璃材料也用于制造光学设备、电子器件和光纤等产品。
高分子材料也是一种无机非金属材料，是由高聚物组成的。
它们具有
高韧性、高耐热性和高绝缘性能。
高分子材料广泛用于制造塑料、橡胶、
纤维和胶粘剂等产品。
高分子材料通常用于制造食品包装材料、可降解材料、医疗器械和工业零件等产品。
复合材料是由两种或多种不同类型的材料组成的材料。
它们结合了各
种材料的优点，具有高强度、耐磨性、耐腐蚀性和低重量等优点。
复合材
料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和体育器材等领域。
常见的复合
材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和金属基复合材料等。
石料材料是一种由石英、方解石和长石等矿石组成的材料。
它们具有
高硬度、高耐磨性和高耐火性。
石料材料广泛用于建筑、道路、铁路和桥
梁等建筑工程中。
常见的石料材料有花岗岩、大理石、石英石和石灰岩等。
材料科学第四章无机非金属材料分析解析
普通陶瓷材料
2）卫生陶瓷
以高岭土为主要原料而制得的用于卫生设施的带釉陶 瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。
3）电器绝缘陶瓷 又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝 缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。 4）化工陶瓷 要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、 化工、制药、食品等工业。
3、性质：特种陶瓷具有特殊性质和功能。
结构陶瓷材料
结构陶瓷的种类
氧化物结构陶瓷 碳化物结构陶瓷 氮化物结构陶瓷
结构陶瓷材料
氧化物结构陶瓷
特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温 度高、高温强度高。
Al2O3陶瓷 ZrO2陶瓷
BeO陶瓷
MgO陶瓷
结构陶瓷材料
Al2O3陶瓷
Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。 主晶相为刚玉（α－Al2O3），随着SiO2质量百分数 的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶 相的不同，分为刚玉瓷、刚玉－莫来石瓷和莫来石瓷。 Al2O3有三中结晶形态，即α、β、γ型。α型是高 温型，而γ型是低温型。
晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶 体或化合物。 晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。 陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、 氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。 晶体相的结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料 的特性和应用。
硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元
结构陶瓷材料
MgO陶瓷
耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。 可以用作冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等金属 的坩埚及浇注金属的铸模，也可用作高温热电偶 保护套及炉衬材料等。
结构陶瓷材料
碳化物结构陶瓷
材料学导论-陶瓷
2020/8/12
7
古代各种陶制品
2020/8/12
8
各种瓷器
2020/8/12
9
传统的陶瓷如日用陶瓷、建筑陶瓷等是用粘土类及 其它天然矿物原料经粉碎加工、成型、烧成等过程 而得的器皿。这类陶瓷可称为传统陶瓷。
随着生产和科学技术的发展，对陶瓷制品的性能与 应用提出了新的要求，因而制成了许多新品种，它 们的生产过程虽然还是原料处理、成型、烧成等这 种传统的方式，但采用的原料已扩大到高度精选的 天然原料或人工合成原料，使用高度可控的生产工 艺，因而往往具有一些特殊的性能，相对于传统陶 瓷，这类陶瓷制品称为特种陶瓷。
2020/8/12
32
（1）原料精选
• 普通陶瓷中必不可少的三组分是石英、粘土和长石。
① 石英 石英具有耐热、抗蚀、高硬度等性质，在 普通陶瓷中，石英构成了陶瓷制品的骨架，赋予制 品耐热、耐蚀等特性。
石英的粘性很低，属非可塑性原料，无法做成制品 的形状，为了使其具有成型性，需掺入粘土。
可塑性：在陶瓷工业中，可塑性是指泥料在外力作用下能被塑造成各种形 状，在外力除去后，仍能保持这种形状的性能。
26
（3）介电损耗
当电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能 量称为电介质的损耗功率或简称为介质损耗，用损耗角 正切tan表示。
介质损耗是所有应用于交流电场中电介质的重要指标之 一。介质损耗不但消耗了电能，而且由于温度上升可能 影响元器件的正常工作；介质损耗严重时，甚至会引起 介质的过热而破坏绝缘性质。
（4）硬度
陶瓷、矿物材料常用莫氏硬度和维氏硬度来衡量材料抵抗 破坏的能力。莫氏硬度是以陶瓷、矿物之间相互刻划能否 产生划痕来确定，只能表示材料硬度的相对大小。一般陶 瓷的硬度较大。
材料科学与工程学导论—第四章—功能材料
学
Cd，Pb
……
……
Cu-O
组
……
……
成
功能材料
超导材料
?
超
(K)
导
180
材
160
料
140
Ba-Ca-Cu-O# Hg-Ba-Ca-Cu-O
Hg-Ba-Ca-Cu-O 甲烷
Tc
120
Tl-Ba-Ca-Cu-O
Ba-Ca-Cu-O
提
100
Bi-Sr-Ca-Cu-O
高
转变温度,TC
年
80
Y-Ba-Cu-O
功能材料
纳 米 材 料 的 应 用
纳米材料
纳米TiO2光催化 纳米Ag的消毒杀菌
功能材料
约200年
约25 年 约50年
石油 天然气
煤炭
按2000年需求，主要 能源预计可开采年限
能源材料
能源危机
新能源
功能材料
能源材料
材料在新能源发展中的作用
把习用已久的能源变为新能源； 提高储能和能量转化效果； 确保新能源系统运行的安全和环境保 护，尤指核反应堆的安全和废料处理； 决定新能源的投资和运行成本；
制
备
方
球磨法
法
球磨法可以降低粉粒尺寸，固态合金化、混合或
融合，以及改变粉粒的形状。球磨法可以制备纳
米晶纯金属、不互溶体系的固溶体纳米晶、纳米
非晶、纳米金属间化合物以及纳米金属－陶瓷复
合材料等。
功能材料
纳米材料
纳 非晶晶化法
米
材
先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控
料
制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶
材
陶瓷的原理
陶瓷的原理
陶瓷是一种非金属材料，具有优异的物理、化学和热学性能。
它由氧化物、非氧化物和其他材料配制而成，经过高温烧结而成型。
陶瓷的制备原理可以归结为以下几个方面：
1. 原料准备：陶瓷的原料主要包括粘土、矿石、研磨剂等。
这些原料经过破碎、研磨、筛分等工艺处理，达到一定的颗粒大小和分布。
2. 混合配料：将各种原料按照一定比例进行混合，以确保最终产品的化学成分符合要求。
混合时一般会添加一些稳定剂、助燃剂等，以提高陶瓷的致密性和烧结性能。
3. 成型加工：将混合好的陶瓷原料进行成型。
常见的成型方法有挤压成型、注塑成型、挤出成型等。
通过压力或其他外力，使原料在模具中形成所需的形状。
4. 烧结过程：成型后的陶瓷制品需要进行高温烧结。
烧结是通过提高温度，使陶瓷颗粒发生结晶和熔融，从而增加颗粒之间的结合力。
烧结温度一般在材料的熔点以下，以确保制品不发生形状变化。
5. 表面处理：烧结后的陶瓷制品表面一般会存在一些毛刺、瑕疵等缺陷。
通过研磨、抛光等方法，对制品表面进行修整，提高其质量和光洁度。
总的来说，陶瓷的制备原理是通过原料准备、混合配料、成型
加工、烧结过程和表面处理等工艺步骤，将各种原料加工成所需的陶瓷制品。
这些工艺步骤都有助于提高陶瓷制品的性能和品质。
陶瓷工艺学---第四章 陶瓷的显微结构与性质
5.高温色釉 5.1 青釉 是我国历史上最早出现的颜色釉。各地青釉质感不同，原因 是釉层结构不同。 1）钧窑青釉 釉面乳浊 高硅质釉中含有磷酸盐，产生液-液分相乳浊。 2）龙泉青瓷、汝官窑青瓷、枢府青白瓷釉 3）临汝青釉瓷 透明 釉面乳浊 高铝低硅釉玻璃中含有小气泡和细小钙长石晶体产生乳浊。
釉层中无晶体析出，只有少量大气泡存在。
晶相强度 ＞ 普通玻璃相强度 减少玻璃相的含量，提高玻璃相的强度，瓷坯的强度提高。 特种陶瓷生产，对于添加剂形成的少量玻璃相进行晶化处理。
1.5 气相对强度的影响
通过对多孔陶瓷的研究，得到气孔率与强度的关系。
经验公式：
＝ 0 exp（ p）
式中：P——气孔率，％；
0——P＝0时的强度，Mpa；
铝质瓷中引入氧化镁0.5～1％。
3）晶型与晶粒形貌对强度的影响
常温下的晶型转变，导致瓷坯的强度降低；
一种晶体以不同的晶型存在时，晶体的形状不同，强度不同； 一种晶体以不同的形状（球形、柱状）存在，瓷坯强度不同；
4）晶界对强度的影响
晶界愈多，抑制裂纹的扩展，界面上如有气孔降低强度。
1.4 玻璃相对强度的影响
＝Kd
式中：K——与晶体结构及材料显微结构有关的比例常数。
d——晶粒直径。
——与材料特性和实验条件有关的经验常数。 ＝1/8～1 随d的增大而增大。 P254～255表4-21、图4-32、4-33 各种陶瓷材料强度与粒径关系
细晶粒提高强度机理：
1. 晶粒愈细小，比表面积愈大，晶界愈多，裂纹扩展阻力愈大
第四章 陶瓷的显微结构与性质
主要内容
1.坯体的显微结构
2.釉层的显微结构 3.釉层的物理化学性质
4.陶瓷性能的控制
陶瓷材料相关文件
显微结构
玻璃相的作用： a粘结的作用，填充晶粒的间隙把晶粒粘在一起使陶 瓷密化
b降低烧结温度促进烧结的作用蒸发一凝聚扩散机 理
c阻止或延缓晶型转变抑制二次晶粒长大 因此玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度 玻璃相的缺点：结构疏松，等金属离子作为网络的变 性剂易进入玻璃网络，在外电场作用下易迁移故电导 产生松驰极化使介质损耗对材料的机械强度、热稳定 性也有影响。
1.单晶硅 立方晶系、 共价晶体、 3杂化， 8个原子
4.2 陶瓷结构
2.氯化钠与氯化铯
()
正负离子半径比 配位数
0.524
6
正八面体配位
0.933
8
立方体配位
A a
.( .
) a {111} ; ( )
3. 氟化钙 (2)
F: 8* 1/8 12*1/4 6* 1/2 1 =8
4. 面心立方和六方
.
粘土（高岭土） 2层
铝酸盐层
7. 非晶体结构
无机玻璃的组织结构 主要成份：2、2O、K2O、、、2O3。 键合形式：离子键、共价键，及其混合键。 慢冷 结晶 形成： 熔体
急冷(粘度大) 无定形（玻璃结构），无规网络 无规网络与高分子不同
固体为三维网状，无定形，加热熔融，反复使用。 硅酸盐熔体结构模型示意图
网体氧化物：2, B2O3 , P2O5 , 网体外氧化物：2O, K2O, , 中间体氧化物：, , 2O3
二氧化硅网络结构示意图
网络外体氧化物和中间体氧 化物对玻璃结构的影响
2%升高，共价键成分增多 膨胀系数降低——耐热玻璃
《非金属材料》PPT课件
1/11/2019 2:33 PM
非金属材料
4.4
纳米材料
纳米材料具有一系列优异的 电、磁、光、力学、化学等宏观特 性，从而使其作为一种新型材料在 电子、冶金、宇航、生物和医学领 域展现出广阔的应用前景。
纳米材料又称超微细材料，其核子粒径 范围在1～100nm(1nm=10-9m)之间， 即指至少在一维方向上受纳米尺度 （0.1～100nm）限制的各种固体超细 材料。纳米技术是研究电子、原子和分 子运动规律、特性的高新技术学科。
1/11/2019 2:33 PM
思考题
• 玻璃钢是—和—的复合材料。 • 试根据陶瓷材料的特性说明它在切削刀具上的应用。 • 何谓复合材料?有哪些类型?有何特点?简述常用复 合材料的应用。 • 什么是热塑性塑料？什么是热固性塑料？试举例说 明。
1/11/2019 2:33 PM
工 程 材 料 导 论
第4章 非金属材料
本章内容：
要求：
了解除金属材料外的 其他工程材料，包括塑 料、陶瓷和复合材料的 基本知识。熟悉常用工 程塑料、工业陶瓷及复 合材料的分类、性能特 点及应用
• • • •
4.1 4.2 4.3 4.4
高分子材料 陶瓷材料 复合材料 纳米材料
1/11/2019 2:33 PM
由两种以上在物理和化学上不同的物质结合起来而得到 的一种多相固体材料
复合材料按基体材料分类有：
树脂基(又称聚合物基，如塑料基、橡胶基等)；金属基(如铝基、 铜基、钛基等)； 陶瓷基；水泥基；碳/碳基。
4.3.1 复合材料的性能
1．比强度高和比模量大 2．抗疲劳性好 3．减摩、耐磨、自润性好 4．破损安全性好 5. 复合材料的密度低，膨胀系数小。
陶瓷工艺学：第4章 传统陶瓷的生产—陶瓷坯料及表示方法
在主晶相形成的前提下，对主晶相的某些性能进行改变的添加 剂。
如 在制造低频高介电电容器时，为了满足其使用要求， 主料选择介电常数较高的BaTiO3。为了使该陶瓷工作区域的的 的介电常数增大、工作温度范围增大，加入少量的CaTiO3、 MgTiO3。
在传统陶瓷中，配方中一般都含有以下三种成分：即粘 土、石英、长石。主料、辅料、改性料的角色并不明晰。
坯料的成分按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺 序列出它们的分子数：
xR2O yRO ·R2O3·zSiO2
以中性氧化物R2O3为基准，令其摩尔数为1。 这种式子称为坯式。表示坯的成分。 用类似方法，也可表示釉的成分 ：：
R2O RO ·mR2O3·nSiO2
这里以碱性氧化物R2O及RO的摩尔数为基准，令其摩尔数为 1。
则坯式又称为釉式天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起，以纯理论 的粘土、长石及石英三种矿物来表示坯料配方组成。
表4－13 不同制品的矿物组成
4.2.3 坯料配方的确定 确定配方，包括选择原料种类和其用量。
1）考虑因素 制品的物理化学性质和使用要求 利用积累的数据与经验 了解多种原料对产品性能的影响
4.2 陶瓷坯料及表示方法 4.2.1 坯料的概念 坯料
用于制备陶瓷成型坯的物料。 将各种陶瓷原料（各种粉末、成型剂等）按照一定的比例 （配方）下料，经过加工后，得到的多组分的混合物。 按照其中液体的含量多少，坯料可以是粉料、泥料、浆料。 坯料在陶瓷中的位置 各种原料→坯料→成型坯→烧结体（或称为毛坯、素坯）→ 陶瓷制品（经加工或上釉）。 坯料的成分
决定陶瓷材料主要结构和性质的主要原料。 如满足高的结构强度需求可选用Si3N3、SiC等为主料。而选用 BaTiO3等为主料，可满足陶瓷的介电、压电性能；以BeO为
第三版胡赓祥材料科学基础课后答案与知识点总结
第三版胡赓祥材料科学基础课后答案与知识点总结本文档总结了第三版胡赓祥《材料科学基础》教材中的课后答案和知识点。
以下是各章节的内容概述：第一章：材料科学基本概念- 知识点1：材料的定义和分类，包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。
- 知识点2：材料的性能和性质，如力学性能、物理性能、化学性能等。
- 知识点3：材料的结构，包括晶体结构和非晶体结构。
- 知识点4：材料的制备和加工方法，如熔融法、溶液法、固相反应法等。
第二章：金属材料- 知识点1：金属的晶体结构，如面心立方结构、体心立方结构等。
- 知识点2：金属的晶体缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
- 知识点3：金属的力学性能，包括弹性模量、屈服强度、延展性等。
- 知识点4：金属的热处理，如退火、淬火和时效处理等。
第三章：无机非金属材料- 知识点1：陶瓷材料的分类，如氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。
- 知识点2：陶瓷材料的晶体结构，如离子晶体结构、共价晶体结构等。
- 知识点3：陶瓷材料的力学性能，包括硬度、脆性、抗拉强度等。
- 知识点4：陶瓷材料的制备和加工方法，如烧结法、凝胶法和溶胶-凝胶法等。
第四章：高分子材料- 知识点1：高分子材料的分类，如线性高分子、交联高分子等。
- 知识点2：高分子材料的分子结构，如线性结构、支化结构等。
- 知识点3：高分子材料的物理性能，包括玻璃化转变温度、熔融温度等。
- 知识点4：高分子材料的制备和加工方法，如聚合法、拉伸法和挤出法等。
第五章：复合材料- 知识点1：复合材料的分类，如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料等。
- 知识点2：复合材料的基体材料和增强材料，如树脂基体、碳纤维增强材料等。
- 知识点3：复合材料的力学性能，包括弯曲强度、拉伸强度等。
- 知识点4：复合材料的制备和加工方法，如层压法、注射法和浸渍法等。
以上是《材料科学基础》教材第三版的课后答案和知识点总结。
希望对您的学习有所帮助。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
26
电器材料, 耐热耐酸材料 物理化学设备 物理化学设备, 电器材料, 人工骨、关节 物理化学设备, 电器材料 物理化学设备, 炉材 物理化学设备, 电器材料
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
15
表：特种陶瓷的种类及用途
种类 氧化锂瓷（耐热高强度陶瓷） 组成 Li2O· 2O3· Al 2SiO2Li2O· 2O3· Al 4SiO2L i2O· 2O3· Al 8SiO2 用途 高温材料, 物理化学设备
北京邮电大学自动化学院
13
五、特种陶瓷
特种陶瓷也叫现代陶瓷、精细陶瓷或高性能陶瓷， 包括特种结构陶瓷和功能陶瓷两大类，如压电陶 瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶瓷等。工程 上最重要的是高温陶瓷，包括氧化物陶瓷、硼化 物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
14
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
6
2.2、陶瓷材料的结合键特点 陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物 等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及 两者的混合键为主。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
7
2.3、陶瓷材料的性能特点 • 陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳
汽轮机转子
2012年11月3日星期六 北京邮电大学自动化学院 23
5.3 碳化硅（SiC）陶瓷 • 碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。 • 碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成： SiO2+3C→SiC+2CO • 碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性 能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。 • 碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、 燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。
ZrO2陶瓷中的气孔
Zr 锆gao
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
9
三、陶瓷材料的分类
3.1、按化学成分分类 可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化 物陶瓷及其它化合物陶瓷。 3.2、按使用的原材料分类 可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷 以天然的岩石、矿石、黏土等材料作原料。特种陶瓷采用 人工合成的材料作原料。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
2
一、陶瓷的概念
传统意义上的陶瓷主要指陶器和瓷器，也包括玻璃、搪 瓷、耐火材料、砖瓦等。这些材料都是用粘土 (Al2O3· 2SiO2· 2H2O)、 石灰石、长石(K2O· Al2O3· 6SiO2)、 石英等天然硅酸盐类矿物制成的。因此，传统的陶瓷材料是 指硅酸盐类材料。 现今意义上的陶瓷材料已有了巨大变化，许多新型陶瓷 已经远远超出了硅酸盐的范畴，不仅在性能上有了重大突破， 在应用上也已渗透到各个领域。所以, 一般认为，陶瓷材料是 指各种无机非金属材料的通称。 传统陶瓷＋特种陶瓷
块滑石（滑石瓷）
氧化钛瓷 钛酸钡系陶瓷
MgO· 2 SiO
TiO2TiO2CaSiTiO5 BaO, TiO2; SrO2, TiO2PbO, ZrO2等 的固溶体PZT, PLZT, PLLZT
高频绝缘材料
介电材料 铁电材料电光材料
氧化物, 碳化物, 硼化物, 氮化物, 硅 化物系陶瓷
软磁铁氧体 铁氧体系瓷 硬磁铁氧体 记忆铁氧体 稀土钴系
3.3、按性能和用途分类 可将陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
10
四、普通陶瓷
• 普通陶瓷是用粘土(Al2O3· 2SiO2· 2O)、长石 2H (K2O· 2O3· Al 6SiO2，Na2O· 2O3· Al 6SiO2)和石英(SiO2)为原 料，经成型、烧结而成的陶瓷。 • 其组织中主晶相为莫来石(3Al2O3· 2SiO2)，占25~30%，
玻璃相占35~60%，气相占1~3%。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
11
• 普通陶瓷加工成型性好，成本低， 产量大。 • 除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电 器、化工、建筑、纺织等工业部门。
景 德 镇 瓷 器
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
12
绝 缘 子
2012年11月3日星期六
95瓷纺织件
2012年11月3日星期六
99瓷纺织件
北京邮电大学自动化学院
氧化铝耐高温喷嘴
18
氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材 料，如耐火砖、坩埚、热偶套 管，淬火钢的切削刀具、金属 拔丝模，内燃机的火花塞，火 箭、导弹的导流罩及轴承等。
氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环
氧化铝陶瓷坩埚
2012年11月3日星期六 北京邮电大学自动化学院
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
3
陶瓷的生产过程： （1）原料制备:将矿物原料经拣选、粉粹后配料、混 合、磨细得到坯料。 （2）坯料成形:将坯料加工成一定形状和尺寸并有一 定机械强度和致密度的半成品。包括可塑成形（如传统 陶瓷），注浆成形（如形状复杂、精度要求高的普通陶 瓷）和压制成形（如特种陶瓷和金属陶瓷）。 （3）烧成与烧结:干燥后的坯料加热到高温，进行一 系列的物理、化学变化而成瓷的过程。烧成是使坯件瓷 化的工艺（1250℃～1450℃）；烧结是指烧成的制品开 口气孔率极低、而致密度很高的瓷化过程。
Al2O3密封、气动 陶瓷配件
单相Al2O3陶瓷组织
Al2O3化工、耐磨陶 瓷配件
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
17
根据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉-莫 来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。氧化铝陶瓷耐 高温性能好，可使用到1950℃,。具有良好的电绝缘性能及 耐磨性。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石).
北京邮电大学自动化学院
20
① 氮化硅的制备与烧结工艺 工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4 二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO
烧结工艺
优点
缺点
反应烧结 烧结时几乎没有收缩，能 密度低，强度低，耐蚀
得到复杂的形状 性差 只能制造简单形状，烧 热压烧结 用较少的助剂就能致密化， 强度、耐蚀性最好 结助剂使高温强度降低
2012年11月3日星期六 北京邮电大学自动化学院 21
热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件， 如切削刀具、高温轴承等。
氮化硅陶瓷刀具
Si3N4轴承
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
22
• 反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，
如机械密封环等。
叶片气阀等零件
氧化铝陶瓷转心球阀
19
5.2 氮化硅（Si3N4）陶瓷 • 氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键晶体，键能 高而稳定；
• 氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于 金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；热 膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料； 化学稳定性高。
2012年11月3日星期六
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动、陶瓷材料的相组成特点 陶瓷材料通常由三种不同的相组成：晶相1、 玻璃相2和气相3[气孔]。
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
5
(1)晶相:是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物 理化学性质; (2)玻璃相:作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料 致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。 (3)气相是在工艺过程中形成并保留下来的。
ZrO2,SiC,Si3N4,BN
MnZn, NiZn系 Co, Ba MgZn, Li系 SmCoMnBi, GdCo膜 ZnO, SiC, ZrO2, SnO2, BaTiO3, γFe2O3, CdS, MgCr2O4 ZrSiO2FeO· MgO· 2O3· 2系 Al SiO BaO· 2O3· Al 2SiO2 北京邮电大学自动化学院
*第 4 章 陶瓷材料
包括课本1.4节和第5章内容
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
1
主要内容：介绍现今意义上陶瓷材料的分类，简述工程陶 瓷的基本工艺过程，介绍普通陶瓷（包括日用陶瓷和工业 陶瓷）、特种陶瓷（氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶 瓷、氮化物陶瓷）的组成、性能特点和应用。
学习目标：熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和 应用。对其它陶瓷材料作一般了解。
超高温材料
无线电设备用磁头 永久磁铁 记忆磁心 永久磁铁存储器 非线性电阻, 气体传感器,热敏元件, 湿度传感器,太阳电池, 自控温发热体 断路器耐碱性X射线 设备用过滤、电解用 16
半导体陶瓷
其它锆质瓷 蛇纹岩系瓷 钡长石瓷 多孔陶瓷 2012年11月3日星期六
5.1 氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶 瓷。氧化铝的结构是O排成密排六方 结构，Al占据间隙位置。根据含杂 质的多少, 氧化铝呈红色(如红宝石) 或蓝色(如蓝宝石)；
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
24
SiC陶瓷件
SiC密封件
SiC陶瓷件
SiC轴承
2012年11月3日星期六 北京邮电大学自动化学院 25
5.4、硼化物陶瓷 硼化物陶瓷有硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨和 硼化锆等。 硼化物陶瓷具有高硬度, 同时具有较好的耐化学浸 蚀能力。熔点范围为1800 ℃～2500 ℃。比起碳化物陶 瓷，硼化物陶瓷具有较高的抗高温氧化性能，使用温度 达1400 ℃。 硼化物主要用于高温轴承、内燃机喷嘴、各种高温 器件、处理熔融非铁金属的器件等。 各种硼化物还用作电触点材料。