第四章 题目

（3）长石 ） 具有架状硅酸盐结构矿物的总称 种类； 种类； 无固定熔融温度，促进成瓷反应，降低烧成温度（ 无固定熔融温度，促进成瓷反应，降低烧成温度（助 熔作用） 熔作用） 冷却后玻璃态存在于制品中
原料拣选、破碎 配料 混合、磨细→形成可塑泥料 配料、 形成可塑泥料、 原料拣选、破碎→配料、混合、磨细 形成可塑泥料、 粉料或浆料
高温强度好，耐热冲击性好，抗氧化能力强； 高温强度好，耐热冲击性好，抗氧化能力强；
共价键结合
耐高温、 耐高温、抗腐蚀
2）玻璃相 陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，结构如同玻 璃 • 起粘结作用，填空增密； 起粘结作用，填空增密； • 降低陶瓷的烧结温度；加快烧结过程； 降低陶瓷的烧结温度；加快烧结过程； • 对陶瓷的强度、介电性、高温性能不利； 对陶瓷的强度、介电性、高温性能不利； • 一般为20~40％ 一般为20~40 20~40％ 因对陶瓷强度、介电性能，耐热、耐火性能不利，不 能成为陶瓷的主体相（20%~40%）
3、制品的烧成（烧结） 、制品的烧成（烧结） 目的：通过一系列物理、化学变化， 目的：通过一系列物理、化学变化，去除坯体内所含 溶剂、黏接剂、塑化剂等，减少坯体中气孔， 溶剂、黏接剂、塑化剂等，减少坯体中气孔，增强颗 粒间结合强度。 粒间结合强度。 烧结分4个阶段 个阶段； 烧结分 个阶段； 蒸发阶段（室温~300℃），去除残余水分 ①蒸发阶段（室温 ℃），去除残余水分 氧化物分解和晶型转化阶段（ ②氧化物分解和晶型转化阶段（300~950℃） ℃ 复杂的物理、 复杂的物理、化学变化 玻化成瓷期（ 烧成温度） ③玻化成瓷期（950~烧成温度） 烧成温度 继续氧化、分解，液相形成、 继续氧化、分解，液相形成、各组成物逐渐溶 解 950℃ 2[ Al2 O3 ⋅ 2SiO2 ] = 2 Al2 O3 ⋅ 3SiO2 + SiO2 ℃ 1100℃ 3[2 Al2O3 ⋅ 3SiO2 ] = 2[3 Al2 O3 ⋅ 2SiO2 ] + 5SiO2 ℃ 冷却阶段（烧成温度~室温）：冷却凝固 室温）：冷却凝固， ④冷却阶段（烧成温度 室温）：冷却凝固，晶 型转变
特种陶瓷 原料 工艺 性质 普通陶瓷 纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、 纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化 黏土 物等 真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、 真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、热等 炉窑 静压 特殊性质和功能
4. 3 结构陶瓷材料
应用于日用陶瓷与工程结构陶瓷材料 • 按化学成分分两类 化学成分分两类 分两类: 氧化物陶瓷 如A12O3、ZrO2、MgO 非氧化物陶瓷 如SiC, TiC, Si3N4, TiB2
主要工艺：粉末制备、成形和烧结 1、粉末制备 制备粉ห้องสมุดไป่ตู้的特殊方法：固相法、气相法、液相法、机械法、溶剂蒸发法 2、成形 传统成形方法：模压成形、挤压成形 特殊成形方法： 冷等静压成形 注射成形 爆炸成形 3、烧结
4. 3 结构陶瓷材料
一. 简介 性能要求：耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、 性能要求：耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低 膨胀系数和质轻 与传统陶瓷的对比： 与传统陶瓷的对比： • 强度与韧性均高于传统陶瓷，属特种陶瓷 强度与韧性均高于传统陶瓷，
固溶体或化合物：如含氧酸盐、 固溶体或化合物：如含氧酸盐、氧化物和非氧化物 A、含氧酸盐 、 其中硅酸盐是传统陶瓷材料的主要原料 其中硅酸盐是传统陶瓷材料的主要原料
硅氧四面体[SiO4]， 硅氧四面体 ， 混 合键结合 每个O最多只能被两个硅氧四面体所 每个 最多只能被两个硅氧四面体所 共有 Si—O—Si的结合键键角 的结合键键角 145° ° 链状、 链状、平面 三维网状结 可孤立 构
（3）强度 ） 理论强度高，但由于成分、组织一般都不纯， 理论强度高，但由于成分、组织一般都不纯，存在杂 缺陷，因此实际强度低很多。 质、缺陷，因此实际强度低很多。 具较高的高温强度 （4）塑性与韧性 塑性与韧性 塑性和韧度很低 脆性高，几乎不发生塑性变形。 脆性高，几乎不发生塑性变形。产生脆性断裂 很低，伸长率为零； 很低，伸长率为零；典型的脆性材料
∴线缺陷不能由热涨落产生，只能在固化冷却或机械加工中产 线缺陷不能由热涨落产生，
生；陶瓷中的位错密度很低，对陶瓷材料性能的影响也远不如 陶瓷中的位错密度很低， 金属材料那么大； 金属材料那么大； 线缺陷影响陶瓷的强度、电学、光学性能。 线缺陷影响陶瓷的强度、电学、光学性能。
晶界对陶瓷材料的影响 ①晶界强化陶瓷材料 易于富集杂质： ②晶界原子排列不规则→易于富集杂质：加入微量杂质 晶界原子排列不规则 易于富集杂质 改善陶瓷性能 ③晶界能量较高，两侧晶粒取向不同→ 晶界能量较高，两侧晶粒取向不同
第四章 无机非金属材料
无机非金属材料的范围：有机高分子材料和金属材料以外的固体材料， 无机非金属材料的范围：有机高分子材料和金属材料以外的固体材料， 如陶瓷、水泥、玻璃。 如陶瓷、水泥、玻璃。
一. 陶瓷 概论 一般陶瓷材料 结构陶瓷材料 二. 无机建筑材料 水泥 玻璃
熟练掌握，重点，难点） 4. 1 陶瓷概述（熟练掌握，重点，难点）
二. 普通陶瓷品种
主晶相：莫来石晶体、玻璃相、 主晶相：莫来石晶体、玻璃相、少量气孔 • 普通陶瓷产量大，种类多 普通陶瓷产量大， • 广泛应用于电气、化工、建筑等行业； 广泛应用于电气 化工、建筑等行业 电气、 等行业； • 普通陶瓷分为： 普通陶瓷分为： 1）日用陶瓷 茶具、餐具、艺术品等； 茶具、餐具、艺术品等； ） 2）普通工业陶瓷 ） 按用途分为建筑陶瓷、卫生陶瓷、 按用途分为建筑陶瓷、卫生陶瓷、电器绝 缘陶瓷和化工陶瓷等。 缘陶瓷和化工陶瓷等。
2、坯料成形 目的：加工成一定形状和尺寸的半成品， 目的：加工成一定形状和尺寸的半成品，具有一 定的致密度和强度。 定的致密度和强度。 常用成形方法： 常用成形方法： ①可塑成形法（加水或塑化剂） 可塑成形法（加水或塑化剂） ②注浆成形法（注入多孔模型内吸干水成 注浆成形法（ 型） ③模压成形法（压力将干粉在模型中压成致 模压成形法（ 密坯体） 密坯体）
三、陶瓷材料的性能特点
1、力学性能 、 （1）硬度 ） 共价晶体中电子云的重叠程度 主要影响硬度值 离子晶体中离子堆积密度
(1)硬度 硬度 一般陶瓷材料的硬度值较高， 一般陶瓷材料的硬度值较高，高于金属和高分子聚合物 维氏硬度 陶瓷硬度的表示方法 莫氏硬度：陶瓷、 莫氏硬度：陶瓷、矿物间相互刻划 能否产生划痕来确定 • 硬度高 陶瓷材料 1000 ~ 5000 HV 500 ~ 800 HV 淬火钢 有机高分子材料 < 20 HV (2)刚度 刚度 • 刚度大 (弹性模量大 弹性模量大) 弹性模量大 刚度由弹性模量衡量， 刚度由弹性模量衡量，弹性模量反映化学键的键能 因陶瓷材料具强大的离子键、共价键， 因陶瓷材料具强大的离子键、共价键，所以其弹性模量很 高。 比金属高数倍；比高聚物高2~ 个数量级 比金属高数倍；比高聚物高 4个数量级
二、普通陶瓷品种 性能： 普通陶瓷种类：日用陶瓷，普通工业陶瓷 1、日用陶瓷 性能：具良好的白度、光泽度、透光度、热稳定性和强度 主要为瓷器 长石质瓷 瓷质分类 娟云母：我国传统瓷（如景德镇） 骨灰质瓷：高级瓷 日用质瓷 2、普通工业陶瓷 炻瓷（半瓷） 分类 精瓷
建筑陶瓷 用途 卫生陶瓷 电器绝缘陶瓷 化工陶瓷 4、3 结构陶瓷材料 性能要求：耐高温，高硬度，耐磨损，低膨胀系数，低热导率，质轻 用途： 一、结构陶瓷的生产工艺 属特种陶瓷 与普通陶瓷的区别：
粉末制备 + 成形 + 烧结 1.粉末制备： 粉末制备： 粉末制备
原料：纯度高、 原料：纯度高、粒度细 固相法、液相法、气相法、机械法、溶剂蒸发法。 固相法、液相法、气相法、机械法、溶剂蒸发法。纳 米微粒制作方法目前常用的有十几种 制作方法目前常用的有十几种。 米微粒制作方法目前常用的有十几种。 2.成形：模压、挤压、冷等静压、注射、爆炸成形 成形： 成形 模压、挤压、冷等静压、注射、
冷却速度快（外部条件） 形成条件 黏度大（内因）
3) 气相 • 指陶瓷中的气体； 指陶瓷中的气体； • 气孔的影响 降低陶瓷的强度， 降低陶瓷的强度，是造成裂纹的根源
3、陶瓷材料的晶体缺陷
点缺陷、线缺陷、 点缺陷、线缺陷、面缺陷
置换原子、 置换原子、间隙原子及空位 热缺陷 T ↗ ，点缺陷浓度↗ ↗ 固溶体 陷的晶体 具有点缺
（5）提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径 ） 消除缺陷及阻止已有缺陷的发展 ①微晶、高密度、高纯度陶瓷 微晶、高密度、 ②陶瓷表面引入压应力 ③复合强化
其它性能 2 热性能 熔点高、 熔点高、热膨胀系数小 （1）熔点：熔点高，化学稳定性好（用作高温材料） （2）热容：与温度成正比 （3）热膨胀：一般为10-5~10-6 /K，低于高聚物、金 属 （4）导热性：多为绝热材料 （5）抗热震性：较差 抗热震性定义：指材料承受温度急剧变化而不发生 失效的能力。 表示方式：浸入水中急冷不破裂的最高温度，一般 为220℃
B、氧化物 、 大多数典型陶瓷，尤其是特种陶瓷的主要组成和晶 大多数典型陶瓷， 体相。 体相。 结构：离子键为主 结构： C、非氧化物 、 特种陶瓷的主要组成和晶体相。 特种陶瓷的主要组成和晶体相。 结合：主要为共价键， 结合：主要为共价键，也有一定的金属键和离子键 AmXn
过渡金属碳化物 共价键和金属键之间的过渡状态 共价键化合物 非金属碳化物
性能： 性能：
一. 陶瓷分类
普通陶瓷(传统陶瓷) 1. 普通陶瓷(传统陶瓷) • 以天然的硅酸盐矿物为原料； 天然的硅酸盐矿物为原料； 为原料 新型陶瓷(现代陶瓷) 2. 新型陶瓷(现代陶瓷) • 以高纯化工原料和合成矿物为原料； 高纯化工原料和合成矿物为原料 为原料；
化学成分
氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷
结构陶瓷材料：机械功能、热功能和部分化学功能 用途 功能陶瓷材料：具有电、光、磁、化学和生物体特性
二. 陶瓷材料的物质结构
1. 结合键： 结合键： 多以混合键结合( 离子键 % + 共价键 % ) 多以混合键结合( MgO、 金刚石(C) SiC、 (C)， MgO、Al2O3 金刚石(C)， SiC、 Si3N4
3 电学性能 多为绝缘体， 多为绝缘体，用作隔电的瓷质绝缘器件 介电损耗小， 介电损耗小，用作电器的介质 但陶瓷半导体和导体也不断涌现。 但陶瓷半导体和导体也不断涌现。 4 光学性能 一般不透明; 有些陶瓷有透光、导光、 一般不透明 有些陶瓷有透光、导光、光反射等 功能(光学陶瓷 光学陶瓷)。 功能 光学陶瓷 。 5 化学性能 抗氧化（包括抗高温氧化） 抗氧化（包括抗高温氧化） 有较强的腐蚀抵抗能力,抗酸 抗酸、 有较强的腐蚀抵抗能力 抗酸、碱、盐的腐蚀
4. 2 普通陶瓷材料
一. 普通陶瓷的生产工艺过程
1. 原料配制 主要原料有三部分 黏土、石英、 有三部分： 主要原料有三部分：黏土、石英、长石 再加入提高性能的各种氧化物或其它辅助料 （1）黏土 ） 含水的硅酸盐矿物，可塑性好。 的主要来源。 含水的硅酸盐矿物，可塑性好。Al2O3 的主要来源。 决定了坯体的耐火度， 决定了坯体的耐火度，是烧成莫来石的主要来源 （2）石英 ） 普通结晶状二氧化硅矿石 黏性低，增加液相粘度，易与长石等形成玻璃相， 黏性低，增加液相粘度，易与长石等形成玻璃相，非 可塑性原料。 可塑性原料。 形成莫来石，残余石英构成坯体的骨架。 与Al2O3形成莫来石，残余石英构成坯体的骨架。 加热过程中晶型转变， 加热过程中晶型转变，造成体积变化
2．陶瓷材料的相组成及其结构 相组成： 气相(气孔) 相组成：晶体相 + 玻璃相 + 气相(气孔)
1）晶体相
主晶相 次晶相 第三晶相 日用陶瓷 决定性能
莫来石（ 莫来石（主） 长石（ 长石（次）
主要有含氧酸盐(硅酸盐，钛酸盐，锆酸盐 主要有含氧酸盐 硅酸盐，钛酸盐，锆酸盐) 硅酸盐 以及氧化物(CaO,Al2O3)和非氧化物 和非氧化物(SiC,BN) 以及氧化物 和非氧化物 硅酸盐：传统陶瓷的主要原料，离子键 共价键 硅酸盐：传统陶瓷的主要原料，离子键-共价键 结合，结构复杂，但都含基本组元[SiO4]四面体 结合，结构复杂，但都含基本组元 四面体