《陶瓷材料》PPT课件

高岭石结构：下层是硅氧四面体，上层是八面体层，八面体 由1个Al3＋2个O2-和4个OH-构成，可写成[AlO2(OH)4]。Al3+配位 数6，每个Al3+同时与2个O2-和4个OH-相连。这2个O2-起桥梁作 用，将硅氧层与水铝石层连在一起形成单网层。层与层之间的 结合力为氢键，较弱，故高岭石容易在结合力较弱的层间碎裂， 但是OH-O之间仍有一定的吸引力，所以，单网层之间水分子不 易进去，不会因水含量增加而膨胀。高岭石是陶瓷、水泥、涂 料等的主要原料。
2条相同的单链通过尚未公用的 氧可以组成双链，其结构单元为 [Si4O11]6-。 透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)
（４）层状结构：
一层一层的结构，每层结构由两种多面体层构成，其中一 层是硅氧四面体层，另一层为八面体层。硅氧四面体通过3个 公共氧连接成在二维平面内延伸的具有六节环的氧四面体层， 另一个活性氧则可以和其它离子配位而形成一个整体 结构。从硅氧四面体层中 可以取出矩形 [Si4O10]4－结构 单元。滑石Mg3[Si4O10](OH)2、 高岭石Al4[Si4O10](OH)8和 白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2均 具有这种结构。
（2）组群状结构：
结构特点是以[SiO4]四面体为基础，2个、3个、4个和 6个[SiO4]四面体通过公共氧连接而成的四面体群体，这种 群体可看成一个结构单元，又称分立的有限硅氧四面体群 （硅氧络阴离子）。双四面体构成[Si2O7]6-络阴离子，如 硅钙石Ca3[Si2O7]、铝方柱石Ca2Al [Si2O7]等。
[SiO4]4-
[Si2O7]6-
[Si6O18]12-
（３）链状结构
硅氧四面体通过公共氧连接组成 向一维延伸，组成连续的链:单链和 双链。
如图所示，单链中是以 [Si2O6]4-为结构单元不断重复而成， 故单链结构单元的化学式应写为 [Si2O6]n4n-。
如透辉石CaMg[Si2O6]、顽火辉 石Mg2[Si2O6]等的结构。
4）硅氧四面体间只能共顶连接，而不能共棱和共面连接（见下 图动画）
（1）岛状结构：
该结构中，[SiO4]四面体以孤立 状态存在， [SiO4]四面体的各顶角之 间不直接连接，即[SiO4]四面体被其他 金属离子隔离，所以称岛状结构。
[SiO4]4-
典型岛状结构的硅酸盐有锆英石Zr[SiO4]、橄 榄石Mg2[SiO4]、石榴子石Mg3Al2[SiO4]3以及莫 来石、硅线石等
普通陶瓷（硅酸盐材料）
按原料分类
特种陶瓷（人工合成材料）
中国陶瓷技术（小专题）
二、陶瓷材料的结构
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。
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。
德国陶瓷协会：“陶瓷是化学工业或化学生产工艺的一个分支，包括陶瓷材料 和器物的制造或进一步加工成陶瓷制品(元件)。陶瓷材料属于无机非金属材料， 最少含30％结晶体。一般是在室温中将原料成型，通过800℃以上的高温处理， 以获得这种材料的典型性质。有时也在高温下成型，甚至可经过熔化及析晶等 过程。”
美国和日本等国：Ceramics是包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材 料的通称，不仅指陶瓷，还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。
陶瓷材料
一、陶瓷的概念与分类
陶瓷的概念
传统上，“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原 料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。
传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。
日用陶瓷－餐具
建筑陶瓷－地砖
电瓷
广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。
硅酸盐结构特点与结构分类
硅酸盐晶体可以按硅（铝）氧骨干的形式分成岛状结 构、组群状结构、链状结构、层状结构和架状结构。它们都具 有下列结构特点： 1）结构中Si4+之间没有直接的键，而是通过 O2-连接起来的； 2）硅酸盐晶体结构是以硅氧四面体为结构的基础； 3）每一个O2-只能连接2个硅氧四面体；
陶瓷分类（1）
• 按陶瓷坯体特征，可把陶瓷制品分为：
• 陶器：土状断面的多孔坯体。机械强度低、热稳定性差、化 学稳定性也低、甚至薄坯制品亦无透光性。
• 瓷器：烧结程度较高，坯体坚硬致密，断面细腻而有光泽， 为施釉或无釉制品，基本不吸水。
• 炻器：其性质介于陶器和瓷器之间。断口致密，即使无釉， 也不透过液体和气体，坯体透气性差或无透光性。
不同形状的特种结构陶瓷件
功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和 材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。
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）
性能及特征 吸水性/％
透光性
陶器和瓷器
陶器 一般大于3
不透光
瓷器 一般不大于3
透光
坯体特征 敲击声
未玻化或玻化程度差、断面 玻化程度高、结构致密、细
粗糙
腻，断面呈石状或贝壳状
沉浊
清脆
陶瓷分类（2）
按用途分类
Βιβλιοθήκη Baidu
结构陶瓷 功能陶瓷 陶瓷耐火材料 玻璃
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；
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