《陶瓷材料的结构》PPT课件
合集下载
《陶瓷材料》课件
《陶瓷材料》PPT课件
欢迎来到本课件《陶瓷材料》。在这篇课件中，我们将深入探讨陶瓷材料的 种类、制备方法、性能以及应用领域。让我们一起开始吧！
简介
什么是陶瓷材料？
陶瓷材料是通过高温烧结制 备而成的一类无机非金属材 料，具有优异的耐高温、耐 腐蚀和绝缘等特点。
常见陶瓷材料有哪些？
常见陶瓷材料包括陶器、瓷 器、磁器等，它们在生活中 扮演着重要的角色。
密度和孔隙率 热膨胀系数 热导率
化学性能
耐腐蚀性能 化学稳定性
机械性能
强度和韧性 硬度
陶瓷的应用领域
• 电子器件 • 航空航天 • 光学仪器 • 器皿与餐具 • 建筑陶瓷
结语
1 陶瓷材料的优缺点
2 未来发展趋势
陶瓷材料具有优异的耐热、 耐腐蚀和机械性能，但也 存在着脆性和加ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ难度大 等缺点。
陶瓷材料在新能源、先进 制造等领域的应用前景广 阔，将持续发展并不断创 新。
3 完。
陶瓷材料的特点和应用 领域
陶瓷材料具有高硬度、良好 的耐磨性和机械性能，被广 泛应用于电子、航空航天、 建筑和医疗等领域。
陶瓷的分类
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
晶体陶瓷
• 根据化学成分分类： • 根据结构分类：
硬质合金
玻璃
陶瓷的制备方法
• 干法 • 液相法 • 气相法 • 溶胶-凝胶法
陶瓷的性能
物理性能
欢迎来到本课件《陶瓷材料》。在这篇课件中，我们将深入探讨陶瓷材料的 种类、制备方法、性能以及应用领域。让我们一起开始吧！
简介
什么是陶瓷材料？
陶瓷材料是通过高温烧结制 备而成的一类无机非金属材 料，具有优异的耐高温、耐 腐蚀和绝缘等特点。
常见陶瓷材料有哪些？
常见陶瓷材料包括陶器、瓷 器、磁器等，它们在生活中 扮演着重要的角色。
密度和孔隙率 热膨胀系数 热导率
化学性能
耐腐蚀性能 化学稳定性
机械性能
强度和韧性 硬度
陶瓷的应用领域
• 电子器件 • 航空航天 • 光学仪器 • 器皿与餐具 • 建筑陶瓷
结语
1 陶瓷材料的优缺点
2 未来发展趋势
陶瓷材料具有优异的耐热、 耐腐蚀和机械性能，但也 存在着脆性和加ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ难度大 等缺点。
陶瓷材料在新能源、先进 制造等领域的应用前景广 阔，将持续发展并不断创 新。
3 完。
陶瓷材料的特点和应用 领域
陶瓷材料具有高硬度、良好 的耐磨性和机械性能，被广 泛应用于电子、航空航天、 建筑和医疗等领域。
陶瓷的分类
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
晶体陶瓷
• 根据化学成分分类： • 根据结构分类：
硬质合金
玻璃
陶瓷的制备方法
• 干法 • 液相法 • 气相法 • 溶胶-凝胶法
陶瓷的性能
物理性能
第二章 3 陶瓷材料的结构增韧(共52张PPT)
(3) 纤维及高分子夹层材料
此类材料有碳纤维、芳纶纤维，环氧树脂等。纤维织物与聚 合物的层状复合材料是一种传统复合材料，技术和理论都比较成 熟，但将其作为夹层材料应用于陶瓷增韧时间不长。纤维、高分 子等软相材料作为烧成后的陶瓷薄层基体材料的夹层材料具有很 好的止裂能力。文献试制了Al2O3/芳纶纤维增强环氧树脂复合材 料，使断裂功提高了80倍。其夹层材料参数是:Kevlar-49芳纶纤 维预浸环氧树脂胶，含胶量50%，层厚0.18mm。
1988 年 , Coblenz提出了纤维独石结构 (fibrous monolithic structure) 。 纤维状的胞体以一定的方式排布 ,中间间隔有很薄的界面层 ,结合成一个
块体的结构材料 。 近年来提出将这种结构引入到先进陶瓷基复合材料的设 计与制备中 。 纤维独石陶瓷由于其优异的力学性能，特别是高的断裂韧性 与断裂功 、极高的抗热冲击破坏能力 、 较高的断裂强度 、 良好的高温抗 蠕变性能 、 独特的三维微结构排列等优点已经引起国内外科技工作者的广 泛关注和研究 。
主要影响因素：
〔1〕纤维前驱体直径
〔2〕结构单元的强化 〔3〕界面层的结合强度
〔4〕纤维排布方向
2、仿贝壳结构特征的层状结构陶瓷材料
2.2层状陶瓷增韧思想的提出
近年来，围绕着改善陶瓷材料韧性的问题，国内外进行了大量的研 究工作，其中采用层状复合结构设计进行陶瓷增韧就是其中的方法之一。
陶瓷的层状结构思想来源于大自然中贝壳等生物材料结构的启发。研究发 现，贝壳中珍珠层的结构与抹灰砖墙结构相似，是由一层层超薄的碳酸钙通 过几十纳米厚的有机蛋白基连接在一起，如图2.1所示，其中碳酸钙约占体积 的95%，有机物只占5%，但这5%的有机物的存在却引起了碳酸钙力学性能的巨
陶瓷材料课件-PPT
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
陶瓷分类（3）
按成分 分类
氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等） 碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等） 氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等） 新型碳化物陶瓷（C3N4等） 硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等） 复合陶瓷（3Al2O3·2SiO2(莫来石) 等）
普通陶瓷（硅酸盐材料）
玻璃相的作用
玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的组成相。
• 将分散的晶相粘结在一起； • 降低烧结温度； • 抑制晶相的晶粒长大 • 填充气孔。
二氧化硅还原法（固-气） 粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。
玻 璃 相 熔 点 低 、 热 稳 定 性 差 ， 在 封接方式包括玻璃釉封接、金属焊接封接、活化金属封接、激光焊接、固相封接等。
氧化锆固体电解质陶瓷
3SiO2+6C+2N2↔Si3N4+6CO
较低温度下开始软化，导致陶瓷在高 含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。
每个氧原子最多只有被两个[SiO4]所共有； 故工业陶瓷中玻璃相的数量要予以控制，一 般<20~40%。
温下发生蠕变，且其中常有一些金属 （二）长石的熔融特性
有的粘土则呈致密坚硬的块状。
电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管精选ppt10氧化物陶瓷al2o3zro2mgo等碳化物陶瓷sicb4cwc等氮化物陶瓷si3n4tinbn等新型碳化物陶瓷c3n4等硼化物陶瓷tib2zrb2等复合陶瓷3al2o32sio2莫来石等按成分分类普通陶瓷硅酸盐材料特种陶瓷人工合成材料按原料分类陶瓷分类3精选ppt11中国陶瓷技术小专题精选ppt12二陶瓷材料的结构精选ppt13陶瓷材料的结构组成陶瓷材料是多相多晶材料陶瓷结构中同时存在?晶体相晶相?玻璃相?气相各组成相的结构数量形态大小及分布决定了陶瓷的性能
陶瓷材料的显微结构PPT课件
m-ZrO2
1150℃ 950℃
t-ZrO2
2370℃ c-ZrO2
➢ t-ZrO2 到 m-ZrO2 马 氏 体 相 变 伴 随 有 相 当 大 的 剪 切 应 变 ( 约 8%) 和体积增加(3%~5%)
➢ 施加压应力可抑止t-ZrO2的相变； ➢ 添加Y2O3、MgO和CeO2等稳定剂以降低相变温度，而使t-ZrO2
细孔
与
分
布
微孔
粒状
柱状
晶 柱粒状
粒 形
针状
态 网络状
特 征
斑状
树枝状
放射状 片状
对
陶 反应结构
瓷 中
定向结构
某 缺陷结构
些
特 欠烧或过烧结构
殊
结 壳芯结构
构 的
分相结构
综 复合结构
合
分 电(磁)畴结构
析
晶界与晶界相
§4.2 含缺陷陶瓷材料的显微结构
一、制备过程产生的缺陷
1、大孔径的孔隙 2、不纯原料 3、异常大晶粒 4、团聚 5、第二相夹杂物
由表面，直到材料断裂，从而提高了陶瓷的断裂韧性与强度。
②微裂纹分支增韧
主裂纹沿最大张应力的垂直方 向扩展，由于相变而受阻中断，裂 纹只能在偏离45o方向产生分支，也 相当于在剪应力方向再度扩展。
③微裂纹增韧
材料制备过程中，由高温降至 低 温 时 ， 一 些 晶 粒 的 t-ZrO2 自 发 地 相变到m-ZrO2，产生微裂纹，使材 料增韧。
99%瓷→1700℃。
二次重结晶，导致局部晶粒 易于长大。
原料本身不均匀； 成型时的压力因素； 烧成温度偏高； 局部不均匀的液相存在。
异常显微结构，晶粒大小分 布显著不均匀。
陶瓷材料PPT课件
生物陶瓷
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
陶瓷材料结构
CsCl晶胞图： Cl-离子按简单立方结构排 列，正离子Cs+位于立方 体的间隙。由于正负离子 数相等，所以立方体的间 隙都是填满的。 致密度和晶格常数的计算： 配位数：8 所有立方体间隙都是添满 的 不是体心立方，是简单立 方的
Cl-
Cs+
陶瓷材料的成分是多种多样的，从简单的化合 物到由多种复杂的化合物构成的混合物。
离子键
共价键
一、陶瓷材料的结构特点
陶瓷材料的显微组织由晶体相（1）、玻璃相（2） 和气相（3）组成，而且各相的相对量变化很 大，分布也不够均匀。
(一)、陶瓷晶体
晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷 材料物理化学性质的主要是晶相。
由于陶瓷材料中原子的键合方式主要是离 子键，故多数陶瓷的晶体结构可以看成是 由带电的离子而不是由原子组成。 由于陶瓷至少由两种元素组成,所以陶瓷 的晶体结构通常要比纯金属的晶体结构复 杂。
在离子晶体中，一些原子失去最外层电子而 变成正离子，另一些原子则得到最外层电子 而成为负离子。因此，在离子晶体中，通常 正离子小于负离子，即： rc/rA <1 rc和rA分别代表正负离子的半径。
一些正负离子的半径,如表3-1所示
为了降低晶体的总能量，正、负离子趋于形 成尽可能紧密的堆积. 即：一个正离子趋于有尽可能多的负离子为 邻。一个正离子周围的最近邻负离子数称为 配位数。 因此，一个最稳定的结构应当有尽可能大的 配位数，而这个配位数又取决于正、负离子 的径之比。 图３－１
陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化
物、硅化物等。
2、常见陶瓷晶体类型
AX型陶瓷晶体 （1）CsCl型 （2）NaCl型 （3） ZnS闪锌矿型结构 （4）纤维锌矿型结构
陶瓷材料的结构.pptx
能
综上所述，金
属材料的成分、 工艺、组织结构 和性能之间有着 密切的关系。
图2-11 两种晶粒大小不同的纯铁示意图
第12页/共35页
2.2 高分子材料的结构与性能
• 2.2.1 高分子材料的结构 • 1.大分子链的构成 • (1)化学组成 • 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，
另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳 是形成大分子链的主要元素。 • 大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳 链大分子、杂链大第13分页/共子35和页 元素链大分子。
2.晶面与晶向
图2-2 立方晶格中的一些晶面
第2页/共35页
3.金属晶体的类 (型1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格 (3)密排六方晶格
图2-3 体心立方晶胞
图2-4 面心立方晶胞
第3页/共35页
图2-5 密排六方晶胞
2.1.2 金属的实际晶体结构
1.单晶体和多晶体
图2-6 单晶体和多晶体结构示意图
图2-20 蠕变前、后分子构象变化示意图 ●应力松弛 如图2－21所示。
图2-21 应力松弛过程中分子构象变化示意图
第22页/共35页
●滞后与内耗 高聚物受周期性载荷时，产生 伸-缩的循环应变，如图2-22所示。
图2-22 橡胶在一个承载周期中的应力-应变曲线
第23页/共35页
图2-23可以看出高聚物的变形特点。A点为 初始状态，B点为屈服点，C点为断裂点。
第25页/共35页
陶瓷的典型组织结构包括： 晶体相（莫来石和石英） 玻璃相 气相
1.晶体相
（1）硅酸盐
硅酸盐基本结构具有以下特点: ①构成硅酸盐的基本单元为硅氧四面 体结构，如图2-24所示; ②硅氧四面体只能通过共用顶角而相 互结合; ③ Si4+通过 O2-结合， Si—O—Si 的结合键在氧上的键角接近于145° ; ④稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体 采取最高空 间维数互相结合; ⑤硅氧四面体采取比较紧密的结构结 合; ⑥同一结构中硅氧四面体最多只相差 1个氧原子。
综上所述，金
属材料的成分、 工艺、组织结构 和性能之间有着 密切的关系。
图2-11 两种晶粒大小不同的纯铁示意图
第12页/共35页
2.2 高分子材料的结构与性能
• 2.2.1 高分子材料的结构 • 1.大分子链的构成 • (1)化学组成 • 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，
另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳 是形成大分子链的主要元素。 • 大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳 链大分子、杂链大第13分页/共子35和页 元素链大分子。
2.晶面与晶向
图2-2 立方晶格中的一些晶面
第2页/共35页
3.金属晶体的类 (型1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格 (3)密排六方晶格
图2-3 体心立方晶胞
图2-4 面心立方晶胞
第3页/共35页
图2-5 密排六方晶胞
2.1.2 金属的实际晶体结构
1.单晶体和多晶体
图2-6 单晶体和多晶体结构示意图
图2-20 蠕变前、后分子构象变化示意图 ●应力松弛 如图2－21所示。
图2-21 应力松弛过程中分子构象变化示意图
第22页/共35页
●滞后与内耗 高聚物受周期性载荷时，产生 伸-缩的循环应变，如图2-22所示。
图2-22 橡胶在一个承载周期中的应力-应变曲线
第23页/共35页
图2-23可以看出高聚物的变形特点。A点为 初始状态，B点为屈服点，C点为断裂点。
第25页/共35页
陶瓷的典型组织结构包括： 晶体相（莫来石和石英） 玻璃相 气相
1.晶体相
（1）硅酸盐
硅酸盐基本结构具有以下特点: ①构成硅酸盐的基本单元为硅氧四面 体结构，如图2-24所示; ②硅氧四面体只能通过共用顶角而相 互结合; ③ Si4+通过 O2-结合， Si—O—Si 的结合键在氧上的键角接近于145° ; ④稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体 采取最高空 间维数互相结合; ⑤硅氧四面体采取比较紧密的结构结 合; ⑥同一结构中硅氧四面体最多只相差 1个氧原子。
陶瓷材料基本知识PPT课件
光纤
激光晶体2材8 料
生物陶瓷
人工关节
口腔陶瓷
29
五、陶瓷材料的性能 (一) 力学性能 硬度 陶瓷的硬度很高-1000Hv~1500Hv
（普通淬火钢-500~800Hv）。 刚度 陶瓷的刚度很高-刚度反映其化学键能
30
(一) 力学性能
强度 理论强度高-离子键和共价键 实际强度要较理论强度低-组织的不均匀性，内 部杂质和各种缺陷 晶粒越细，强度越高。 高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属 材料-常用于高温材料
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
8
陶瓷材料的相组成 陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、 玻璃相、气相组成。
9
晶体相 陶瓷材料最主要的组成相 主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧 化物
10
玻璃相 玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列的组
成部分，其结构类似于玻璃。
积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材 料的致密度；降低烧结温度；阻止晶型转变、 抑制晶粒长大。
出口额占世界整个行业的40%，其中佛山 占60%。
5
先进陶瓷材料
6
3.主要化学组成（质量%）
SiO2 65～75
Al2O3 7～30
R2O+RO 4～33
7
4.陶瓷的结构 陶瓷材料的结合键
离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。 MgO、Al2O3、ZrO2
共价晶体-以共价键结合的晶体。 金刚石、SiC、Si3N4、BN
普通陶瓷
陶瓷材料的结构
陶瓷材料的结构
陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷结构中同时存在
Байду номын сангаас
晶体相
玻璃相
气相
各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决定了陶瓷的性能。
１. 晶相
晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷的性能起决定性作用。 陶瓷中的晶相的结合键为 离子键 共价键 混合键 氧化物结构的结合键以离子键为主，又称离子晶体。 Si3N4、SiC、BN等以共价键为主，称共价晶体。 氧化物结构的主要特点是氧离子紧密排列构成晶格骨架，组成六方 或面心立方点阵，而正离子位于骨架的适当间隙之中。 如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2
α-石英
870℃
1470℃
α-鳞石英
α-方石英
1713℃ 熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β-石英
β-鳞石英
γ-鳞石英
117℃
β－方石英
石英玻璃
实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体缺陷，这些缺陷可加速 陶瓷的烧结扩散过程，还影响陶瓷性能。
晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸为 200μm时，抗弯强度为74MPa，1.8μm时抗弯强度可高达570MPa。
气孔对陶瓷的性能有显著影响，使陶瓷强度降低、介电损耗增大， 电击穿强度下降，绝缘性降低。
气相可使陶瓷的密度减小，并能吸收振动；
用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要增加气孔率，有 时气孔率可高达60％。
谢 谢！
硅酸盐结构
结构很复杂，但基本结构 单元为[SiO4]硅氧四面体，结合键 为离子键、共价键的混合键；
每个氧原子最多只有被两 个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为145℃; [SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成链状、平面或三维 网状结构，故硅酸盐材料有无机高聚物之称。
陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷结构中同时存在
Байду номын сангаас
晶体相
玻璃相
气相
各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决定了陶瓷的性能。
１. 晶相
晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷的性能起决定性作用。 陶瓷中的晶相的结合键为 离子键 共价键 混合键 氧化物结构的结合键以离子键为主，又称离子晶体。 Si3N4、SiC、BN等以共价键为主，称共价晶体。 氧化物结构的主要特点是氧离子紧密排列构成晶格骨架，组成六方 或面心立方点阵，而正离子位于骨架的适当间隙之中。 如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2
α-石英
870℃
1470℃
α-鳞石英
α-方石英
1713℃ 熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β-石英
β-鳞石英
γ-鳞石英
117℃
β－方石英
石英玻璃
实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体缺陷，这些缺陷可加速 陶瓷的烧结扩散过程，还影响陶瓷性能。
晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸为 200μm时，抗弯强度为74MPa，1.8μm时抗弯强度可高达570MPa。
气孔对陶瓷的性能有显著影响，使陶瓷强度降低、介电损耗增大， 电击穿强度下降，绝缘性降低。
气相可使陶瓷的密度减小，并能吸收振动；
用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要增加气孔率，有 时气孔率可高达60％。
谢 谢！
硅酸盐结构
结构很复杂，但基本结构 单元为[SiO4]硅氧四面体，结合键 为离子键、共价键的混合键；
每个氧原子最多只有被两 个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为145℃; [SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成链状、平面或三维 网状结构，故硅酸盐材料有无机高聚物之称。
陶瓷的晶体结构PPT课件
CHENLI
4.离子堆积
• 负离子配位多面体：离子晶体中与某一正离子成 配位关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面 体
CHENLI
2.3.2.2 离子晶体的结构规则—鲍林规则
负离子配位多面体规则 符合最小内能原理 电价规则 负离子多面体共用顶、棱、面的规则 共用点、 棱、面,会降低结构稳定性 不同种类正离子多面体间连接规则 节约规则 同种正离子和同种负离子的结合方式 应最大限度地趋于一致.
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
CHENLI
陶瓷的组成
1.结晶相：主要组成相，由离 子键或共价键结合而成，决定 陶瓷的性能：高熔点、高耐热 性、高化学稳定性、高绝缘性、 高脆性。
2 玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结 在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶 粒长大和填充气孔。
3 气相：气孔（5％－10％）。
4 对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿强度降 低，绝缘性能降低。
2.组群状硅酸盐：由[SiO4]4-通过共用氧(桥氧)相 生成2、3、4或者6个硅氧组群。绿宝石
3.链状硅酸盐：由[SiO4]4-通过桥氧的连接在一维 方向伸长成单链或双链、链与链间为正离子链结。 辉石
CHENLI
4.层状硅酸盐：由[SiO4]4-四面体某个面在平面 内以共用顶点的方式连接成六角对称的二维结 构,多为二节单层。当活性氧与其它负离子一起 与金属正离子组成八面体层,就与四面体构成双 层结构。 滑石，白云母
CHENLI
绝 缘 子
氧化铝陶瓷坩埚
CHENLI
2. 陶瓷的分类
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬 质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料
Si3N4轴承
不同形状的特种结构陶瓷件
4.离子堆积
• 负离子配位多面体：离子晶体中与某一正离子成 配位关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面 体
CHENLI
2.3.2.2 离子晶体的结构规则—鲍林规则
负离子配位多面体规则 符合最小内能原理 电价规则 负离子多面体共用顶、棱、面的规则 共用点、 棱、面,会降低结构稳定性 不同种类正离子多面体间连接规则 节约规则 同种正离子和同种负离子的结合方式 应最大限度地趋于一致.
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
CHENLI
陶瓷的组成
1.结晶相：主要组成相，由离 子键或共价键结合而成，决定 陶瓷的性能：高熔点、高耐热 性、高化学稳定性、高绝缘性、 高脆性。
2 玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结 在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶 粒长大和填充气孔。
3 气相：气孔（5％－10％）。
4 对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿强度降 低，绝缘性能降低。
2.组群状硅酸盐：由[SiO4]4-通过共用氧(桥氧)相 生成2、3、4或者6个硅氧组群。绿宝石
3.链状硅酸盐：由[SiO4]4-通过桥氧的连接在一维 方向伸长成单链或双链、链与链间为正离子链结。 辉石
CHENLI
4.层状硅酸盐：由[SiO4]4-四面体某个面在平面 内以共用顶点的方式连接成六角对称的二维结 构,多为二节单层。当活性氧与其它负离子一起 与金属正离子组成八面体层,就与四面体构成双 层结构。 滑石，白云母
CHENLI
绝 缘 子
氧化铝陶瓷坩埚
CHENLI
2. 陶瓷的分类
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬 质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料
Si3N4轴承
不同形状的特种结构陶瓷件
18-陶瓷材料PPT模板
按化学 组成分 类
陶瓷可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、 氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、金属陶瓷等。
1.3 陶瓷材料的性能特点
硬度在各类材料中最高，其硬度一般为1 000～1 500 HV
陶
瓷 作为超硬耐磨损材料，其性能特别优良
性 能
Байду номын сангаас
室温下几乎无塑性，韧性极低，脆性大
的 性
抗拉强度低，但抗压强度较高
强度较低，热稳定性差，在425～800℃时开始软化
特 结构疏松，空隙中常有金属离子填充 点
会降低陶瓷的强度、耐热性和绝缘性
玻璃相在陶瓷中的含量不能太大，一般为20%～40%。
3.气相
气相是指陶瓷组织内部形成的气孔，是一种结构缺陷。
气孔是陶瓷裂 纹的根源
使陶瓷材料的强度下降 使陶瓷材料的热导率下降 使陶瓷材料的抗电击穿强度等下降
能 熔点很高，高温强度较高，高温抗蠕变能力强
特
点 高温抗氧化性很高，但热膨胀系数小，热导率低
绝缘性能良好
1.4 常用工业陶瓷
常用工业陶瓷的主要性能和用途如教材表8-4所示。
金属材料与热处理
金属材料与热处理
1.1 陶瓷材料的结构
陶瓷是由无数细小晶粒通过玻璃相黏结而成的多晶体材料，其 组织中有许多微小空隙，即陶瓷的组织主要包括晶体相、玻璃相和 气相。
1.晶体相
晶体相是陶瓷的主要相，其性质往往能决定陶瓷的性能。
晶体相
陶瓷中晶体相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物（氮 化物、硅化物、硼化物、碳化物等）三种。
主晶相
含量多、起主要作用的晶 体相
次晶相
第三晶相
…
2.玻璃相
玻璃相是陶瓷材料在高温烧结时形成的黏度很大的酸性或碱性 氧化物熔融液，经冷却后获得的非晶态固相。
- 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)。
气孔对陶瓷的性能有显著影响，使 陶瓷强度降低、介电损耗增大，电击穿 强度下降，绝缘性降低。
• 气相可使陶瓷的密度减小，并能 吸收振动；
• 用作保温的陶瓷和化工用的过滤 多孔陶瓷等需要增加气孔率，有 时气孔率可高达60％。
α -方石英
熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β -石英
β -鳞石英
β －方石英
石英玻璃
117℃ห้องสมุดไป่ตู้
γ -鳞石英
• 实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体 缺陷，这些缺陷可加速陶瓷的烧结扩散过 程，还影响陶瓷性能。
• 晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉 （Al2O3）晶粒平均尺寸为200μm时，抗弯 强 度 为 74MPa ， 1.8μm 时 抗 弯 强 度 可 高 达 570MPa。
氧化物结构的结合键以离子键为 主，又称离子晶体。
Si3N4、SiC、BN等以共价键为主， 称共价晶体。
氧化物结构的主要特点是氧离子 紧密排列构成晶格骨架，组成六方或 面心立方点阵，而正离子位于骨架的 适当间隙之中。
如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2
硅酸盐结构
结构很复杂，但基 本结构单元为[SiO4]硅氧 四面体，结合键为离子 键、共价键的混合键；
玻璃相熔点低、热稳定性差，在 较低温度下开始软化，导致陶瓷在高 温下发生蠕变，且其中常有一些金属 离子而降低陶瓷的绝缘性。
故工业陶瓷中玻璃相的数量要予 以控制，一 般<20~40%。
３. 气相
气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。 是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔 隙率常为5~10%，要力求使其呈球状， 均匀分布。
每个氧原子最多只 有被两个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为145℃;
[SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成 链状、平面或三维网状结构，故硅酸盐材料有无机高 聚物之称。
• 有些陶瓷中的晶相也存在同素异构转变。
SiO2的同素异构转变
870℃
1470℃
1713℃
α -石英
α -鳞石英
• 陶瓷材料中往往同时存在多种晶相，对陶 瓷性能起决定作用的晶相称主晶相，其余 为次晶相。
２. 玻璃相
玻璃相是一种非晶态固体， 是陶瓷烧结时，各组成相与杂 质产生一系列物理化学反应形 成的液相在冷却凝固时形成的。
玻璃相的作用
玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的组成相。
• 将分散的晶相粘结在一起； • 降低烧结温度； • 抑制晶相的晶粒长大 • 填充气孔。
二、陶瓷材料的结构
陶瓷材料是多相多 晶材料，陶瓷结构中同 时存在 晶体相 玻璃相 气相
各组成相的结构、 数量、形态、大小及分 布决定了陶瓷的性能。
（一）陶瓷材料的结构
１. 晶相
晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶 瓷的性能起决定性作用。
陶瓷中的晶相的结合键为 离子键 共价键 混合键
• 气相可使陶瓷的密度减小，并能 吸收振动；
• 用作保温的陶瓷和化工用的过滤 多孔陶瓷等需要增加气孔率，有 时气孔率可高达60％。
α -方石英
熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β -石英
β -鳞石英
β －方石英
石英玻璃
117℃ห้องสมุดไป่ตู้
γ -鳞石英
• 实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体 缺陷，这些缺陷可加速陶瓷的烧结扩散过 程，还影响陶瓷性能。
• 晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉 （Al2O3）晶粒平均尺寸为200μm时，抗弯 强 度 为 74MPa ， 1.8μm 时 抗 弯 强 度 可 高 达 570MPa。
氧化物结构的结合键以离子键为 主，又称离子晶体。
Si3N4、SiC、BN等以共价键为主， 称共价晶体。
氧化物结构的主要特点是氧离子 紧密排列构成晶格骨架，组成六方或 面心立方点阵，而正离子位于骨架的 适当间隙之中。
如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2
硅酸盐结构
结构很复杂，但基 本结构单元为[SiO4]硅氧 四面体，结合键为离子 键、共价键的混合键；
玻璃相熔点低、热稳定性差，在 较低温度下开始软化，导致陶瓷在高 温下发生蠕变，且其中常有一些金属 离子而降低陶瓷的绝缘性。
故工业陶瓷中玻璃相的数量要予 以控制，一 般<20~40%。
３. 气相
气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。 是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔 隙率常为5~10%，要力求使其呈球状， 均匀分布。
每个氧原子最多只 有被两个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为145℃;
[SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成 链状、平面或三维网状结构，故硅酸盐材料有无机高 聚物之称。
• 有些陶瓷中的晶相也存在同素异构转变。
SiO2的同素异构转变
870℃
1470℃
1713℃
α -石英
α -鳞石英
• 陶瓷材料中往往同时存在多种晶相，对陶 瓷性能起决定作用的晶相称主晶相，其余 为次晶相。
２. 玻璃相
玻璃相是一种非晶态固体， 是陶瓷烧结时，各组成相与杂 质产生一系列物理化学反应形 成的液相在冷却凝固时形成的。
玻璃相的作用
玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的组成相。
• 将分散的晶相粘结在一起； • 降低烧结温度； • 抑制晶相的晶粒长大 • 填充气孔。
二、陶瓷材料的结构
陶瓷材料是多相多 晶材料，陶瓷结构中同 时存在 晶体相 玻璃相 气相
各组成相的结构、 数量、形态、大小及分 布决定了陶瓷的性能。
（一）陶瓷材料的结构
１. 晶相
晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶 瓷的性能起决定性作用。
陶瓷中的晶相的结合键为 离子键 共价键 混合键