最新特种陶瓷-考试重点
特种陶瓷工艺学复习资料
【例2】已知坯料的化学组成简表1-2-2。用原料氧化铝(工业纯、未经煅烧)、滑石(未经煅烧)碳酸钙、苏州高岭土培配制,求出其质量百分组成。
【解】设：氧化铝、碳酸钙的纯度为100%；滑石为纯滑石（3MgO·4SiO2·H2O），其理论组成为MgO31.7%，SiO263.5%，H2O4.8%；苏州高岭土为纯高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O），其理论组成为Al2O339.5%，SiO246.5%，H2O14%。
下面根据化学组成计算原料的质量百分含量：
①CaCO3的质量＝1/0.5603=1.78
②滑石的质量=1.3/0.317=4.10
③高岭土的质量=（4.7-由滑石引入的SiO2质量）/0.465=4.51
④工业纯的Al2O3质量=93-由高岭土的引入的Al2O3质量=
93-4.51×0.395=91.22
⑤引入原料的总质量为： M=1.78+4.10+4.51+91.22=101.61
⑥配方用原料的质量百分数：
CaCO3=（1.78/M）×100﹪=1.75
滑石=（4.1/M）×100﹪=4.03
高岭土=（4.51/M）×100﹪=4.44
工业纯Al2O3=（91.22/M）×100﹪=89.77
总计: 99. 99 ﹪
提出问题：假使采用煅烧过的氧化铝和滑石进行配料，计算方法相同。
第一章特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
粉体----就是大量固体粒子的集合系。它表示物质的一种存在状态。粉体是气、液、固三相之外的所谓第四相。
粉体由一个一个固体颗粒组成，所以它仍然具有很多固体的属性，例如物质结构，密度等等。它与固体之间最直观，也最简单的区别在于：当我们用物轻轻触及它时，会表现出固体所不具备的流动性和变形。
特种陶瓷整理版
特种陶瓷整理版
第一篇：特种陶瓷整理版
绪论
1名词解释
特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，具有优异特性的陶瓷。
结构陶瓷：具有高硬、高强、耐磨、耐蚀、耐高温、润滑性好等性能，可用作机械结构零部件的陶瓷材料。功能陶瓷：具有声、光、电、热、磁特性和化学、生物功能的陶瓷材料。
2简述特种陶瓷和传统陶瓷的区别
①原材料不同。传统陶瓷以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用；而现代陶瓷则使用经人工合成的高质量粉体作起始材料，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界线，代之以“高度精选的原料”。
②结构不同。传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，不同产地的陶瓷有不同的质地，所以由于原料的不同导致传统陶瓷材料中化学和相组成的复杂多样、杂质成分和杂质相较多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，多气孔；先进陶瓷的化学和相组成较简单明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，所以先进陶瓷材料的显微结构一般均匀而细密。
③制备工艺不同。传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型，如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃-1400℃，烧成后一般不需加工；而先进陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型，材料的烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工。在制备工艺上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等先进手段。
④性能不同。由于以上各点的不同，导致传统陶瓷和先进陶瓷材
特种陶瓷复习
绪论
传统陶瓷：即普通陶瓷，主要包括日用器皿、建筑材料等。指以粘土为主要原料与其他矿物原料经粉碎，混练，成型，烧成等工艺过程制成的各种制品。如陶器，炻器，瓷器。
特种陶瓷：是一类“采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计的，具有优异特性的陶瓷”。
传统陶瓷与特种陶瓷的区别：
1、什么是特种陶瓷？特种陶瓷有哪些主要类别？请分别列举1-2种，并简述其应用。
2、简述传统陶瓷与特种陶瓷的主要区别有哪些？
3、请根据特种陶瓷发展的特点，简述其发展方向。
第一章特种陶瓷粉体制备及其性能表征
理想粉体的要求：形状规则一致、粒径均匀且细小、不团聚结块、纯度高、相易控制
特种陶瓷粉体特性：1、化学组成精确:最基本的要求，直接决定产品的晶相结构，最终决定其性能2、化学组成均匀性好：匀将导致化学组成的局部偏离，进而产生局部晶相的偏析和显不均微结构的差异，从而造成性能下降，重复性与一致性变差。3、纯度要高：杂质将严重影响粉体的工艺性能和产品物理性能。原材料选择、制备加工过程4、球形颗粒：球形颗粒粉体的流动性好，颗粒堆积密度高（理论值为74%），气孔分布均匀，从而在成型和烧结时可对晶粒生长和气孔的排除与分布进行有效的控制，以获得结构均匀、性能优良、一致性好的产品。（球形）5、适合的颗粒大小：颗粒小、表面活性大。活性大，降低烧结温度。易团聚，成型、烧结缺陷。（不规则）6、尺寸均匀单一：尺寸差异大，造成烧结活性的差异，容易造成烧结后产品内部的结构不一致，产生异常的粗晶粒
7、分散好无团聚：理想的粉体是由一次颗粒组成的。一次颗粒：是指粉体中最基本的颗粒。二次颗粒：由一次颗粒因静电力、分子引力、表面张力等的作用聚集形成。
特种陶瓷03
①配方中的CaO只能由CaCO3引入；因此引入 质量为1(以100为基准)的CaO，需CaCO3的质量 为： CaCO3的质量=1/0.5603=1.78 其中0.5603为CaCO3转化为CaO的转化系数。 ②配方中的MgO只能由滑石引入，因此引入质 量为1.3的MgO需要的滑石质量为： 滑石质量=1.3/0.317=4.10
(3) 热压铸成型用粘合剂 热压铸成型常用石蜡作为有机粘合剂，并以油 酸、 蜂蜡、硬脂酸、软脂酸、植物油等表面活 性物质进行 改性。
(4) 轧膜成型用主要粘合剂 聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯酯。
计算公式：
Ai
xi M i
xM
i 1 i
n
说明：
wi AW i
根据总量计算
w wi / p
, i
纯度修正
原料使用不同时乘以因子
例1：Pb0.95 Sr0.05 (Ti0.54 Zr0.46 )O3
原料为： PbO/Pb3O4, SrCO3 TiO2, ZrO2 mi 212.04 217.11 7.381 43.146 56.681 Ai 66.4186 2.312 13.5149 17.7545
塑化途径
加入增塑剂—能粘连瓷料，使瓷料具有可 塑性。 无机增塑剂—粘土类 增塑 剂
有机增塑剂—有机高分子材料
主要的拈合剂有下列几种：
《特种陶瓷》课程教学大纲
《特种陶瓷》课程教学大纲
一、课程基本情况
课程名称（中/英文）：特种陶瓷/Special Ceramics
课程类别：专业方向特色课程
学分：1
总学时：16
理论学时：16
实验/实践学时：0
适用专业：无机非金属材料
适用对象：本科
先修课程：材料科学基础；材料工程技术；无机材料物理性能；陶瓷工艺学等。
教学环境：多媒体教室
开课学院：材料科学与工程学院
二、课程简介
1.课程任务与目的
《特种陶瓷》是无机非金属材料工程专业的一门专业方向特色课程，主要研究特种陶瓷粉体物理特性及常用制备、成型方法、烧结方法及目前代表性特种陶瓷实例。在本课程教学环节，加入中国改革开放以来特种陶瓷领域取得的典型发展成果介绍，以及在我国特种陶瓷科学与技术发展中的突出贡献人物与代表性企事业单位介绍，激发学生投身祖国科学技术发展大业的激情与使命感。
2.对接培养的岗位能力
通过本课程的学习，使学生了解特种陶瓷的原料及生产技术，掌握氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅等代表性特种陶瓷的特性、制备及应用，具备识别、分析、解决特种陶瓷产品制备与生产过程中工程问题的专业技术能力，同时帮助学生开阔视野、拓宽思路。
三、课程教学目标
本课程教学目标对应与毕业生的毕业要求7、10，具体指内容如下：
教学目标1.通过本课程的学习，使学生了解和掌握特种陶瓷的种类、性能特点以及典型特种陶瓷粉体制备、成型方法、烧结方法的基本理论和基础知识，了解和掌握有关特种陶瓷制备相关技术工艺原理及设备原理等知识；支撑毕业要求指标点7.3。
教学目标2.通过本课程的学习，使学生初步掌握常用的氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅等代表性特种陶瓷的特性、制备及应用；并初步具备根据应用工况选择合适的特种陶瓷种类的能力；支撑毕业要求指标点7.3、10.2。
特种陶瓷
《特种陶瓷》课程教学大纲
课程编号：课程名称：特种陶瓷参考学时：30 其中实验或上机学时：
一、说明部分
1．课程性质
本课程是无机非金属材料工程专业的专业选修课，主要了解特种陶瓷材料的最新发展动态，掌握新型特种陶瓷材料的结构、工艺与应用情况。
使学生掌握多孔陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷及生物陶瓷材料的结构和性能
特点，使学生更好地理解陶瓷材料的成分、结构、工艺、性能与应用之间
的相互关系。
2．课程教学的目的及意义
通过本课程的学习，学生能了解特种陶瓷材料目前的研究范围和进展趋势，掌握特种陶瓷材料的含义、特点及常见特种陶瓷材料的基本知识，熟悉各类特种陶瓷材料的组成、性能和应用。
3．教学内容及教学要求
本课程的特点是涉及知识点多和应用领域较广，包括多孔陶瓷、高温结构陶瓷、超高温陶瓷及其复合材料、生物陶瓷、介电陶瓷、铁电压电陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷等先进陶瓷材料。课堂讲授上，讲清基本概念、基本原理及目前的研究和应用现状及发展趋势。
4．本课程与其它课程的联系
本课程的先修课程为大学物理、材料物理与化学、材料科学基础、无机材料科学基础、陶瓷工艺学、材料物理性能等。
5．教学方法及教学手段
本课程所涉及的实验课程：实验教学大纲、课程设计及实践教学大纲均单独设课。采用理论和实践相结合的灵活多样的教学方法，贯穿重点、难点突出的原则，抓住“组成-结构-性能-应用”这一主线，使学生对本课程能全面的掌握，采用以“多媒体为主，板书为辅”的复合式的教学手段，并适时配以其他教学手段。
6．总学时数
课程总学时数：40
其中，课堂讲授：40；实验：单独设课；作业：自行设题；课程设计：
特种陶瓷整理版
1名词解释
特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，具有优异特性的陶瓷。
粉体颗粒：指在物质的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态基本颗粒。
团聚体：由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒，它是很多一次颗粒的集合体。
胶粒：即胶体颗粒。胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳定胶体而无沉降现象。
6什么是固相法、气相法、液相法，简述工艺流程
固相法就是以固态物质为出发原料，通过一定的物理与化学过程来制备陶瓷粉体的方法。
固相原料——配料——混合——合成——粉碎——粉体
气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成粉体的方法。
蒸发-凝聚法（PVD）：原料——高温气化——急冷——粉体
蒸发-凝聚法是将原料加热至高温(用电弧或等离子流等加热)，使之气化，接着在电弧焰和等离子焰与冷却环境造成的较大温度梯度条件下急冷，凝聚成微粒状物料的方法。
气相化学反应法(CVD)：金属化合物蒸气——化学反应——粉体
气相化学反应法是挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应合成所需物质的方法。
液相合成法也称湿化学法或溶液法。溶液法从均相的溶液出发，将相关组分的溶液按所需的比例进行充分的混合，再通过各种途径将溶质与溶剂分离，得到所需要组分的前驱体，然后将前驱体经过一定的分解合成处理，获得特种陶瓷粉体，可以细分为脱溶剂法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。
溶液制备——溶液混合——脱水——前驱体——分解合成——粉体
特种陶瓷03-3
热压烧结的优越性 降低T 降低 烧，降低t保 T烧低，避免二次晶粒长大 有利于气体的排除 晶粒细小，均匀， 晶粒细小，均匀，密度高
三、微波烧结
优点 内部加热快 300/分钟 分钟 快速加热 快速烧结 细化材料组织 ，99% 高效节能
缺陷： 缺陷： 硬度降低
四、磁控溅射
基本原理： 基本原理： 电场加速电子运动，磁场改变电子的运动方向并 电场加速电子运动， 束缚和延长电子的运动轨迹 优点： 优点： 低 1、增加电子对工作气体的电离率，有效利用电 、增加电子对工作气体的电离率， 温 子能量 高 速 2、受正交电磁场束缚的电子只能在能量耗尽时才 、 沉积在基片上
1、理论密度 、
定义
用P表示 表示
物质可能的最大密度，即单晶状态下， 物质可能的最大密度，即单晶状态下，单位体积 所含的质量 P=M元胞/V元胞（千克/M3） 千克
2、体积密度 、
Pv= 所以 M物 V物 Pv<P （不包括开口气孔） 不包括开口气孔）
3、视在密度 、
物体质量M 包括闭口气孔,开口气孔. ρa = " 视在体积V ρa < ρ v < ρ
4、相对密度 、
ρv ρ
ρa ρ
二、坯体密度与致密烧结
坯体密度大小→粉粒接触情况 坯体密度大小 粉粒接触情况 坯体密度大：接触好，利于传质，↑致密。 致密。 坯体密度大：接触好，利于传质， 致密 坯体密度小：接触面少，再高的烧结温度→多 坯体密度小：接触面少，再高的烧结温度→ 孔陶瓷
第二章特种陶瓷成型工艺思考题及答案
第二章特种陶瓷成型工艺
1、什么是成型？特种陶瓷的主要成型方法可分为哪些？
成型：将坯料制成具有一定形状、尺寸、孔隙和强度的坯体（生坯）的工艺过程。
2、坯料成型前原料预处理的5种方式。
1、原料煅烧
2、原料的混合
3、塑化
4、造粒
5、瘠性物料的悬浮
3、原料煅烧的3个目的。具体说明常用原料（氧化铝、氧化镁、滑石、二氧化钛）煅烧的目的。
煅烧的主要目的：① 去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附的水分、气体、有机物等，提高原料的纯度。② 使原料颗粒致密化及结晶长大，可以减少在以后烧结中的收缩，提高产品的合格率。③ 完成同质异晶的晶型转变，形成稳定的结晶相，如γ-Al2O3煅烧成α-Al2O3
4、特种陶瓷原料混合的基本形式有哪两种？
干混和湿混
5、塑化的定义、原因及常用的塑化剂种类和组成。
塑化：是指利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性过程。
传统陶瓷中有可塑性粘土，本身有良好的成型性能。但特种陶瓷粉体中，几乎不含粘土，都是化工原料，这些原料没有可塑性。因此，成型之前先要塑化。
塑化剂通常为有机塑化剂和无机塑化剂。
塑化剂通常由三种物质组成：a.粘结剂：能粘结粉料，如聚乙烯醇PVA、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纤维素等。b.增塑剂：溶于粘结剂中使其易于流动，通常为甘油等。 c.溶剂：能溶解粘结剂、增塑剂并能和坯料组成胶状物质，通常有水、无水乙醇、丙酮、苯等。
6、塑化剂对坯体性能的影响。
（1）还原作用的影响：将会同坯体中某些成分发生作用，导致还原反应，使制品的性能变坏，特别是易还原的TiO2和钛酸盐。因此，焙烧工艺要特别注意。
特种陶瓷
二、陶瓷材料的结构与性能
1、材料的成分、显微组织结构 与性能 （一体化，正交化试验方法） 2、材料的结构受到组成及加工 工艺的制约 3、显微结构的研究指导材料工艺 的制订与优化
COMPOSITIONS
三、特种陶瓷的主要研究领域
1、优化结构，获得优异性能
◆缺点 —本征脆性(intrinsic brittlement)、塑性韧性差、强度低、抗热震性 差 —加工性能差 ◆成分、组织结构与性能一体化设计 ◆新的材料成形技术（净近成形、微变形） ◆结构设计—可加工陶瓷
国际上通用的瓷土矿名称。
宋真宗景德元年（1004年）因产青白瓷质地优良， 遂以皇帝年号为名置景德镇，并沿用至今。
明宣德青花三果纹执壶
◆陶瓷：以无机非金属物质为原料，在制造或使用过程中经高温（540℃ 以上）煅烧而成的制品和材料。 狭义：无机非金属材料中的一种类型（水泥、玻璃、陶瓷等）。 广义：一切无机非金属材料及制品统称陶瓷。 特点： —原料丰富（Clarke value，占地壳总量的70-80%） —性能优越：(抗压)强度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等 —与金属、高分子、复合材料呈四足鼎立之势
绪
一、定义
1、陶瓷（ceramics)
论
◆陶：陶器可分为普通陶器(pottery)和精陶器(fine earthenware)两类。
普通陶器即指土陶盆、罐、缸、瓮，以及耐火砖等具有多孔性着 色坯体的制品，原料颗粒比较粗。
特种陶瓷总结
特种陶瓷试题
一、填空
1. 陶瓷的断裂方式分为 穿晶断裂 和 沿晶断裂 。
2. 陶瓷的增韧方法有 相变增韧 、 颗粒弥散增韧 、 纤维（晶须）补强
增韧 和 纳米陶瓷增强增韧。
3. 理想粉体的特点：形状规则（各向同性）一致 、 粒度均匀且细小 、
不结块 、 纯度高 、 能控制相。
4. 特种陶瓷粉体的制备方法：机械法 和 合成法。
5. 混料加料的顺序为：先多后少再多。
6. 烧结温度低于 材料熔点。
7. 烧结过程的驱动力为 粉体过剩的表面能。
8. 烧结的定义：一种或者多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后
开始收缩，在低于熔点的温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。
9. 在热力学上，所谓烧结是指 系统总能量或Gibbs 自由能减少的过程。 10. 烧结，根据物质状态的不同分为 固相烧结 和 液相烧结。
11. 32O Al 有 α-32O Al 、β-32O Al 、γ-32O Al 三种晶相，其中α
-32O Al 最稳定。
12. 四方氧化锆多晶体（TZP ）是韧性最好的陶瓷。
13. SiC 俗称 金刚砂，是 共价键化合物，晶相有 α-SiC （六方），β-SiC
（立方），其中α-SiC 是 高温稳定相，β-SiC 是低温稳定相。
14. 功能陶瓷 拥有声、光、电、热、磁、化学等的检测、转换、传输、处
理和储存能力的陶瓷。
15. 陶瓷根据导电性分为 电绝缘陶瓷、电解质陶瓷、半导体陶瓷、导体陶
瓷、超导体陶瓷。 二、简答
1.原料煅烧的主要目的是什么？
答：①去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附的水分、气体、有机物等，从而提高原料纯度；
特陶题库及答案案
流延成型：将粉体加入粘合剂混合成浆料，再把浆料放入流延机的料斗中，流经薄膜载体上，形成膜坯。
梯度陶瓷材料：在同一材料内不同方向上由一种功能逐渐连续分布为另一种功能的材料称为梯度材料。
生物活性陶瓷：能在材料界面上诱发特殊生物反应，从而在材料和组织间形成化学键性结合的生物陶瓷。
功能陶瓷：指具有电、磁、光、超导、声、生物、化学（答出7个中的5个）等及其功能转换的陶瓷。
压电陶瓷：由机械能转变为电能或电能转变为机械能的某些陶瓷
微裂纹增韧：陶瓷材料中存在许多小于临界尺寸的微纹，这些微裂纹在负载作用下是非扩展性的，但大的裂纹在扩展中遇到这些裂纹时，使扩展裂纹转向，吸收能量，起到提高韧性的作用，称为微裂纹增韧。
反应烧结：通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，从而使坯体质量增加，孔隙减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。
PTC陶瓷：具有正的温度系数的陶瓷材料（或随温度升高，陶瓷材料的电阻率增大的陶瓷材料）
热释电陶瓷：因温度而引起表面电荷变化的陶瓷（某些陶瓷）。
表面强化韧化：由于氧化锆四方晶向单斜晶转变产生的体积膨胀，从而使表面产生压应力，起到强化和韧化的作用。
低膨胀陶瓷材料：指膨胀系数的绝对值小于2×10-6/℃的陶瓷材料。
敏感陶瓷材料：当作用于由这些材料制造的元件上的某一个外界条件，如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这种元件上准确迅速地获得有用的信号。
反应烧结：通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，坯体质量增加，孔隙率减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。
特种陶瓷
1、采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。
特种陶瓷有很多种叫法，例如：精细陶瓷、技术陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷等等。
2、粘土在陶瓷生产中的作用：
1)粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。
2)粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。
3)粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。
4)粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。
5)粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。
4、特种陶瓷分类：按特性和用途分⑴结构陶瓷⑵功能陶瓷⑶陶瓷基复合材料
5、特种陶瓷性能（和金属材料相比）
优点：高硬度，耐磨；高熔点，耐高温；高强度；高化学稳定性；比重小，约为金属1/3
缺点：脆性大
研究热点：如何提高陶瓷的韧性成为世界瞩目的陶瓷材料研究领域的核心课题！！！
原因：
化学键差异造成的。
金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好
陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合能大，很难塑性形变，脆性大，裂纹敏感性强
6、提高陶瓷韧性的方法
1）利用金属的延展性2）利用晶须或者纤维增韧3）利用相变增韧4）纳米陶瓷增韧
7、特种陶瓷用途
特陶可以“上天入地”，“上天”指特种陶瓷应用于航天科技行业，“入地”指特种陶瓷可以应用于汽车等行业。陶瓷刹车盘、陶瓷刀具、陶瓷装甲
金刚石：作为世界上最硬的物质，是一种天然“陶瓷”。
8、陶瓷发动机优势
①提高发动机热效率。②减少辅助功率消耗，发动机结构简化。
③适应多种燃料燃烧④降低噪声，减少排气污染⑤减轻质量⑥资源丰富。
9、特种陶瓷研究方向
探求材料的组成、结构与性能之间的关系
特种陶瓷
4.3.2氧化锆陶瓷
⑴晶型转变和稳定化处理
高纯ZrO2为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。
ZrO2有三种晶型。低温为单斜晶系，密度5.65g/cm3。高温为四方晶系，密度6.10 g/cm3。更高温度下转变为立方晶系，密度6.27 g/cm3。其转化关系为：
单斜ZrO2四方ZrO2立方ZrO2液体
单斜晶与四方晶之间的转变伴随有7％～9％的体积变化。加热时，单斜晶转变为四方晶，体积收缩；冷却时，四方晶转变为单斜晶，体积膨胀。随着晶型的转变，亦有热效应产生，如图4.30所示。
由于晶型转变引起体积效应，所以用纯ZrO2就很难制造制件，必须进行晶型稳定化处理。常用的稳定添加剂有CaO、MgO、Y2O3、CeO2和其他稀土氧化物。这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近（相差在12％以内），他们在ZrO2中的溶解度很大，可以和ZrO2形成单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。这种固溶体可以通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。快冷得到的立方固溶体以后保持稳定，不再发生相变，没有体积变化。这种ZrO2称为全稳定ZrO2，写为FSZ（Fully Stabilized Zirconia）。
三种最常用的稳定剂Y2O3、CaO、MgO与ZrO2的状态图分别示如图4.31、图4.32、图4.33。
稳定剂的有效加入量：MgO为（16～26）％mol，CaO为（15～29）％mol，Y2O3为（7～40）％mol，CeO2为>13%mol。稳定剂可以单独使用，也可以混合使用。用MgO稳定ZrO2时，在冷却至1400ºC以下时，会重新分解为四方ZrO2和MgO，继续冷却至900ºC时，分解出来的ZrO2仍然会向单斜ZrO2转变。所以MgO稳定的ZrO2不能在900～1400ºC之间长时间加热，否则会失去稳定作用。图4.31同Fc－C共析相图很相似。加入不同量的Y2O3可以得到不同组织和性能的ZrO2。在Y2O3含量（0～5）％mol时，得到可相变的四方相固溶体，这个相在冷却时可以转变为单斜相。当Y2O3含量增加时，得到不相变的四方相和立方相固溶体的混合物。Y2O3含量进一步增加时，就得到均匀的稳定立方相固溶体。可相变四方相通常表示t-ZrO2（Tetragonal-ZrO2）。不相变四方相表示为t´-ZrO2，单斜相写为m-ZrO2（Monoclinic- ZrO2）。
2.3工程塑料、特种陶瓷、复合材料 机械工程师资格考试指导书课后思考题
二、工程材料
2.3工程塑料、特种陶瓷、复合材料
（1）工程塑料（常用热塑性工程塑料常用热固性工程塑料工程塑料的加工工程塑料的应用）
（2）特种陶瓷（特种陶瓷的性能和应用陶瓷材料的加工）
（3）复合材料（性能种类应用）
课后思考题：
2.3.1、工程塑料一般具有哪些特性和主要用途？
答：1）工程塑料是指在工程中做结构材料的塑料，这类塑料一般具有较高机械强度，或具备耐高温、耐腐蚀、耐磨性等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。
2）常热塑性工程塑料的性能和应用
（1）分类：聚酰胺（PA,尼龙）聚四氟乙烯（PTFE 塑料王）ABS 塑料聚甲醛（POM）聚碳酸酯等
（2）性能特点：耐冷热、耐磨、耐溶剂、耐油、强韧；易吸湿膨账磨擦系数小、化学稳定性好、耐腐蚀、耐冷热、良好电绝缘性耐热、耐冲击；耐腐蚀性差耐热、耐疲劳、耐磨；成型尺寸精度差冲击韧度、尺寸稳定性、低温性能、绝缘性和加工成型性均好、高透光率、化学稳定性差
（3）应用：轴承、齿轮、叶片、衬套阀门、管接头、护套、衬里等汽车、家电、管道、玩具、电器等制品轴承、齿轮、叶片等机械零件、
防弹玻璃、灯罩、防护面罩
3）常用热工程塑料的性能和应用
（1）分类：酚醛塑料、环氧塑料等
（2）性能特点：强度和刚度大，尺寸稳定。耐热性，耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性；性脆易碎，抗冲击强度
低强度高、耐热性、绝缘性和加工成型性好；成本高，固化剂有毒性（3）应用：电器开关、插头、外壳、齿轮、凸轮、皮带轮、手柄、耐酸泵塑料模具、精密量具、绝缘器材、层压塑料、浇注塑料
2.3.2、简述工程塑料零件的工艺流程。
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普通陶器:即指土陶盆、罐、缸、瓮，以及耐火砖等具有多孔性着色坯体的制品，原料颗粒比较粗。
瓷：用高岭土等烧制成的材料，质硬且脆，比陶质细致，也称瓷器
瓷石：主要含石英和绢云母。由于它是石质,一般是用机器粉碎。瓷石是天然配好的制瓷原料，在1200-1250℃的温度下可以单独烧成瓷器，这就是所谓的“一元配方”。
高岭土：元代，景德镇发现了高岭土，并将其掺入瓷石中，即所谓的“二元配方”，它提高了原料中铝的含量，使瓷胎可以耐受1280-1300℃的高温，这是提高瓷胎坚固性的必要条件。
陶瓷：以无机非金属物质为原料，在制造或使用过程中经高温（540℃以上）煅烧而成的制品和材料。狭义：无机非金属材料中的一种类型（水泥、玻璃、陶瓷等）。广义：一切无机非金属材料及制品统称陶瓷。
特点：1、原料丰富（Clarke value，占地壳总量的70-80%）2、性能优越：(抗压)强度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等3、与金属、高分子、复合材料呈四足鼎立之势
传统陶瓷:由粘土等硅酸盐天然原料为主的坯料制成的日用餐具、耐火材料、水泥、瓶玻璃、卫生洁具等。
近代陶瓷:以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiC、Si3N4等人工原料或合成原料为坯料制成的陶瓷。
特种陶瓷:采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成、严格控制成型及烧结工艺所合成的，达到设计的微观结构和精确的尺寸精度，并具有优异特性的陶瓷。日本称技术陶瓷
结构陶瓷：用于机械结构零件的陶瓷。
功能陶瓷：具有特殊的电、磁、声、光、热、化学及生物功能的陶瓷。
陶瓷材料的结构与性能
1、材料的成分、显微组织结构与性能（一体化，正交化试验方法）
2、材料的结构受到组成及加工工艺的制约
3、显微结构的研究指导材料工艺的制订与优化
特种陶瓷的主要研究领域1、优化结构，获得优异性能2、材料的性能评价与可靠性
单相多晶体：陶瓷的相组成主要由单一相的多个晶体组成
多相多晶体：除了晶相（可能多相）外，还有气孔和玻璃相
晶相的结构：晶粒大小(晶粒度)、分布、形态，结晶特性、取向、晶界及表面形态
晶相：决定陶瓷基本性能的主导物相。单相多晶、多相多晶
晶形：晶体在形成、生长过程中，习惯性地、自发地按一定的规律生长和发育成一定的几何形态。（自形晶：完整（完全发育）晶体；半自形晶和他形晶：生长受到抑制，部分完整或很不完整。）
主晶相：决定材料基本性能。次生相：对陶瓷性能起重要调节性能。（析出相）
玻璃相：配料中引入的各种杂质组分经高温烧结的物理、化学反应，形成液相，冷却时转变为玻璃相（常分布于晶界部位）。
结构与作用—烧结体中起粘结作用，粘结晶相，连续分布—填充气孔、烧结体致密化—降低烧结温度，促进烧结—抑制晶体长大、防止晶形转变（低温烧结）—有利于杂质、添加物的重新分布—液相量依陶瓷的用途而定（液相量↑易变形，耐火度↓强度↓介电性↓）—热处理，促进玻璃相晶化—
玻璃相有利于提高日用瓷的透明度—釉料绝大多数形成玻璃
气孔：1、孤立状态、球形、分布于玻璃相、晶内、晶界2、易造成应力集中、减小有效截面面积，强度↓3、介电性（介电损耗↑）透明度↓4、隔热、消音、过滤功能（多孔陶瓷（连通气孔））
形成：—烧结温度低、时间短（欠烧）—气体来自结构水、碳酸盐及硫酸盐分解及有机物氧化(脱蜡、去除粘结剂、增塑剂等）—烧结环境中气氛的扩散—烧结温度过高或升温过快（过烧）
晶粒：晶相的组成单元，是陶瓷材料最基本、最重要的显微组成。
影响晶粒大小的因素：原料的粒度分布、配方化学组成、烧结制度等（粒度较细、配方精确、合理科学的原料选择、配料、混料、成型、烧成制度等，特别地，在配料中加入添加物）
晶粒取向：晶粒在空间的位置与方向
织构：取向相同的晶粒，择优取向—各向异性（组织概念）
陶瓷是以晶体为主的多晶集合体。—各向同性
特种成形工艺，如热压，可能导致晶粒的择优取向
导致组织应力、热应力，变形开裂
表面：与真空或本身蒸气接触的面
界面：表面与另一相物质直接接触时，称为界面（晶界与相界）
表面能：一定数量的质点从体内变成表面原子所需的能量
表面缺陷：表面凹凸(缺口效应)与微裂纹
晶界：不同位向的毗邻晶粒间的原子(离子)的过渡排列。（几个-几百个原子层厚度）
晶界应力：晶界上由于杂质排列不规则而使质点距离疏密不均，从而形成微观的机械应力。晶粒越大，晶界应力越大，易产生裂纹，导致断裂。
界面工程：—晶界(细化晶粒）强韧化—晶界钉扎、弥散强化
特种陶瓷与传统陶瓷的区别：
1、成分上：有天然硅酸盐原料发展到人工精选或合成原料
2、结构上：有以硅-氧四面体基本结构单元发展到单纯铝-氧、锆-氧八面体和硅-碳、硅-氮四面体以及其它结构单元的组合
3、晶粒尺寸上：由普通陶瓷的1-100μm发展到10nm-1μm，精细陶瓷
4、工艺上：由液相烧结发展到少量或没有液相的固相烧结
分类：1、按晶质与非晶质的含量：全晶质、半晶质和玻璃质结构
2、主晶相的晶粒尺寸：伟晶、巨晶、粗晶、中晶、细晶、微晶和隐晶结构伟晶：d>3cm 巨晶：d=1~3cm 粗晶：d=10 ~ 5mm 中晶：d=2 ~ 5mm 细晶：
d =0.2 ~ 2mm 微晶：d =0.02 ~ 0.2mm 2.隐晶：d <0.02mm（矿物学）
3、主晶相晶粒的相对大小：均粒状、非均粒状和斑状结构
4、主晶相晶粒的自形程度：自形晶、半自形晶及他形晶
5、晶粒(组织)的形态：粒状、柱状、柱粒状、针状、片状、树枝状、网络状、放射状
6、气孔形态与分布：粗孔、细孔、微孔结构
7、其它：欠烧、过烧结构，缺陷结构、反应结构、分相结构、熔蚀结构等按晶粒形态分类(常用的分类方法)
1、粒状结构：晶粒大小相近，彼此相互接触，具颗粒状(等轴晶）等轴晶对应高致密度和高性能
2、柱状结构：主晶呈柱状，晶粒尺寸相近，排列无序
3、柱粒状结构：晶粒大小不均、悬殊不大、粗晶粒呈柱状、细晶粒呈粒状，充填在柱粒之间
4、针状结构：晶粒细长如针状，相互交织构成