第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
功能陶瓷复习题
功能陶瓷复习题
功能陶瓷复习题
功能陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有优异的物理、化学和机械性能，被广泛应用于各个领域。本文将通过一系列复习题，帮助读者巩固对功能陶瓷的理解和知识。
一、选择题
1. 功能陶瓷的特点不包括：
A. 高温稳定性
B. 低热导率
C. 超导性
D. 耐磨性
2. 下列哪种功能陶瓷常用于制作航空发动机部件？
A. 氧化铝陶瓷
B. 碳化硅陶瓷
C. 氮化硅陶瓷
D. 钛酸锆陶瓷
3. 以下哪种功能陶瓷常用于制作电子元件？
A. 铝酸锶陶瓷
B. 铝酸镁陶瓷
C. 铝酸钛陶瓷
D. 铝酸锌陶瓷
4. 功能陶瓷的应用领域不包括：
A. 医疗器械
B. 电子设备
C. 航空航天
D. 建筑材料
5. 下列哪种功能陶瓷常用于制作陶瓷刀具？
A. 氧化锆陶瓷
B. 氧化铝陶瓷
C. 碳化硅陶瓷
D. 氮化硅陶瓷
二、判断题
1. 功能陶瓷的热膨胀系数与金属相似。 ( )
2. 功能陶瓷具有良好的耐腐蚀性能。 ( )
3. 氧化锆陶瓷具有优异的断裂韧性。 ( )
4. 碳化硅陶瓷是一种透明陶瓷材料。 ( )
5. 功能陶瓷的制备工艺主要包括烧结和热处理。 ( )
三、简答题
1. 功能陶瓷的定义是什么？它与传统陶瓷有何不同之处？
2. 请简要介绍功能陶瓷的主要分类及其应用领域。
3. 功能陶瓷的制备工艺包括哪些步骤？请简要描述其中一个制备工艺。
4. 功能陶瓷的优点是什么？为什么它在各个领域得到广泛应用？
5. 功能陶瓷的未来发展趋势是什么？请简要阐述。
四、综合题
功能陶瓷具有广泛的应用前景，但也面临一些挑战。请结合你对功能陶瓷的理解，从材料性能、制备工艺、应用领域等方面，分析功能陶瓷面临的挑战，并提出相应的解决方案。
第二章功能陶瓷材料的合成与制备
• 直接沉淀：是使溶液中的某一金属阳离子发生化学反 应而形成沉淀物。
• 共沉淀法：一般是把化学原料以溶液状态混合，并向 溶液中加入适当沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各 个组分按化学计量比共同沉淀出来，或在溶液中先反 应沉淀出一种中间产物，再把它煅烧分解。该法是制 备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物粉体的 重要方法。
纳米陶瓷
高温技术的发展 显微结构分析的进步 性能研究的深入 无损评估的成就 相邻学科的推动
二、功能陶瓷的定义、范围和分类
• 先进陶瓷从性能上可分： 结构陶瓷(structural ceramics) 功能陶瓷(functional ceramics)
• 结构陶瓷：指具有力学和机械性能及部分热学 和化学功能的先进陶瓷（现陶），特别适于高 温下使用的则称为高温结构陶瓷。
(NH2)2CO+3H2O 2NH4OH+CO2 • 生成的氢氧化铵起到沉淀剂的作用，可得金属
氢氧化物或盐沉淀。
2.溶来自百度文库－凝胶（Sol-gel)法
• 溶胶－凝胶法：就是将金属氧化物或氢氧化物的浓溶
液变成凝胶，再将凝胶干燥后进行煅烧，然后制得氧 化物超微细粉的方法。 • 该法适于能形成溶胶且溶胶可转化为凝胶的氧化物系。 • （Sol-gel)方法的工艺原理 主要包括如下过程： （1）水解和聚合：将低粘度的先躯体均匀混合。该先躯 体一般是金属醇盐或金属盐（有机或无机),他们发生水 解和聚合反应，可提供最终所需的金属离子，在某些 情况下，先躯体的一个组分可能就是一种氧化物溶胶。
功能陶瓷及应用知识点总结
功能陶瓷及应用知识点总结
一、功能陶瓷的概念及分类
功能陶瓷是指具有特定功能的陶瓷材料，主要包括结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、环境
陶瓷和陶瓷复合材料等。根据功能的不同，功能陶瓷可以分为：
1. 结构陶瓷：主要用于承受结构应力和外力作用的陶瓷材料，包括砖瓦、建筑陶瓷、化工
陶瓷等。其特点是硬度高，抗压、抗弯和抗冲击性能好。
2. 功能陶瓷：主要指具有特定功能的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。其特点是具有一定的电、磁、热、光、声等功能。
3. 生物陶瓷：主要用于医疗领域，如氧化锆陶瓷、生物活性玻璃陶瓷等。其特点是无毒、
无刺激、无放射性，能与生物体组织相容。
4. 环境陶瓷：主要用于环境保护和治理，如陶瓷过滤器、陶瓷填料等。其特点是耐高温、
耐腐蚀，具有吸附、过滤、分离等功能。
5. 陶瓷复合材料：由两种或两种以上的材料经过一定的工艺加工成的复合陶瓷材料，如陶
瓷金属复合材料、陶瓷陶瓷复合材料等。其特点是具有两种或两种以上材料的优点，具有
良好的综合性能。
二、功能陶瓷的制备工艺及应用
1. 制备工艺
（1）粉体制备：包括干法制备和湿法制备两种方式。干法制备通过研磨、干燥、筛分等
步骤获得所需的粉末。湿法制备则是通过溶胶-凝胶法、水热法、水热合成法等将所需的
原料转化成溶液、凝胶状物质，再通过干燥、热处理等步骤制备成粉末。
（2）成型工艺：包括模压成型、注射成型、挤压成型、等静压成型等方式。
（3）烧结工艺：包括氧化烧结、还原烧结、热处理等方式。
2. 应用
（1）氧化铝陶瓷：主要用于电气绝缘、耐磨、耐腐蚀、高温、高压等领域，如磨具、瓦
功能陶瓷材料专业实验 本科生
功能陶瓷材料专业实验是材料科学与工程专业的一门重要实践课程，旨在通过实验操作、数据分析和结果讨论，培养学生的实验技能、科学思维和团队合作能力，提高学生对功能陶瓷材料相关理论知识的理解和掌握。本文将针对功能陶瓷材料专业实验的主题和内容，结合其实验步骤、实验目的和实验结果，进行系统的描述和分析。
一、实验主题
功能陶瓷材料专业实验主题通常包括陶瓷材料的制备、性能测试与表征、性能优化等内容。学生通过实践操作，了解陶瓷材料的基本制备工艺，掌握相关性能测试的方法和技巧，培养对陶瓷材料的分析思维和实验操作能力。
二、实验内容
1. 陶瓷材料的制备与烧结
学生通过实验操作，学习陶瓷材料的原料配制、成型、烧结等基本工艺流程，掌握陶瓷材料的制备方法和烧结技术，了解各种陶瓷材料的特性和应用范围。
2. 陶瓷材料的性能测试与表征
学生进行陶瓷材料的硬度测试、断裂韧度测试、热膨胀系数测试等性
能测试，学习相关测试方法和设备的使用，理解不同性能指标对陶瓷
材料性能的影响。同时进行陶瓷材料的微观结构表征，使用扫描电镜、透射电镜等仪器对陶瓷材料的微观结构进行观察和分析，培养学生对
陶瓷材料结构与性能的分析能力。
3. 陶瓷材料的性能优化
学生通过实验操作和数据分析，探讨陶瓷材料性能优化的方法和途径，比如添加助剂、改变烧结工艺参数等，使学生理解陶瓷材料性能优化
的原理和实践方法。
三、实验步骤
1. 原料配制与成型
学生按照实验要求，选取合适的陶瓷原料，进行原料的配比和混合，
并进行成型工艺，如压制、注射成型等。
2. 烧结工艺
学生将成型好的样品进行烧结处理，控制烧结温度、时间和气氛等参数，获得具有一定性能的陶瓷材料。
陶瓷工艺学习题答案
一、绪论及陶瓷原料
1、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？
2、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？
3、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？
4、宋代五大名窑及其代表产品？
5、在按陶瓷的基本物理性能分类法中，陶器、炻器和瓷器的吸水率和相对密度有何区别？
6、陶瓷工艺学的内容是什么？
7、陶瓷生产基本工艺过程包括哪些工序？
8、列举建筑卫生陶瓷产品中属于陶器、炻器和瓷器的产品？
9、陶瓷原料分哪几类？
10、粘土的定义？评价粘土工艺性能的指标有哪些？
11、粘土是如何形成的？高岭土的由来和化学组成；
12、粘土按成因和耐火度可分为哪几类？
13、粘土的化学组成和矿物组成是怎样的？
14、什么是粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标？
15、粘土在陶瓷生产中有何作用？
16、膨润土的特点；
17、高铝质原料的特点和在高级耐火材料中的作用；
18、简述石英的晶型转化在陶瓷生产中有何意义？
19、石英在陶瓷生产中的作用是什么？
20、各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领
域；
21、长石类原料分为哪几类？在陶瓷生产中有何意义？
22、钾长石和钠长石的性能比较；
23、硅灰石、透辉石、叶腊石（比较说明）作为陶瓷快速烧成原料的特点；
24、滑石原料的特点，为什么在使用前需要煅烧？
25、氧化铝有哪些晶型？为什么要对工业氧化铝进行预烧？
26、氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的相互转变有何特征？
27、简述碳化硅原料的晶型及物理性
28、简述氮化硅原料的晶型及物理性能。
二、粉体的制备与合成
1、解释什么是粉体颗粒、一次颗粒、二次颗粒、团聚？并
解释团聚的原因。
2、粉体颗粒粒度的表示方法有哪些？并加以说明。
功能陶瓷的合成与制备综述
功能陶瓷的合成与制备综述
摘要：功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，他们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分．它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。功能陶瓷种类很多，在很多领域都有重要作用，本片文章就对功能陶瓷的合成与制备进行介绍。
关键词：功能陶瓷电子陶瓷合成制备
1引言
1.1 氧化锆陶瓷
锗在地壳中的储量超过Cu、Zn、Sn、Ni等金属的储量，资源丰富。世界上已探明的锫资源约为1900万吨(以金属锫计)，矿石品种约有20种，主要有如下几种化合物：
(1)二氧化锫(单斜锫及其各种变体)；
(2)正奎酸锫(锫英石及其各种变体)；
(3)锆奎酸钠、钙、铁等化合物(异性石、负异性石、锫钻石)。
异性石和负异性石矿中含错量非常低。无工业价值。因而锫的主要来源为单斜错矿和锫英石矿，其中以锫英石矿分布最广[1]。纯Zn为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有Hf02，不易分离。单斜ZrO2密度5．69／cm3。熔点2715℃。
ZrO2具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。上个世纪二十年代开始就被用来作为熔化玻璃、冶炼钢铁等的耐火材料，从上个世纪七十年代以来，随着对ZrO2有了更深刻的了解，人们进一步研究开发ZrO2作为结构材料和功能材料。1975年澳大科亚R.G．Garvie以CaO 为稳定剂制得部分稳定氧化锆陶瓷(Ca—PSZ)，并首次利用ZrO2马氏体相变的增韧效应提高了韧性和强度，极大的扩展了ZrO2在结构陶瓷的领域应用[2]。1973年美国R.Zechnall ，G.Baumarm，H.FiSele制得ZrO2电解质氧传感器，此传感器能正确显示汽车发动机的空气、燃料比，1980年把它应用于钢铁工业。1982年日本绝缘子公司和美国Cummins发动机公司共同开发出ZrO2节能柴油机缸套。自此ZrO2高性能陶瓷的研究和开发获得了许多进展[3]。
第二章常见功能陶瓷的制备-精品文档
Temp.Cap. Change (%)
ε value up to
BaTiO3 Content
(%)
Other dopants
Grain size (μ m)
NP0(COG) -55-125 ±30ppm
100
Z5U
-10-85
Байду номын сангаас
-56-22,
14000
Y5V
-30-85
-82-22,
18000
X7R
关键技术：材料配方技术、陶瓷粉料制备工艺、成膜技术、电极印刷与共烧技 术等。特别是随着介电层变薄，内电极问题变得很突出，如何实现陶瓷介质与 电极的低温共烧。（√）
MLCC的发展对工艺技术提出的要求
（1）介电容器陶瓷材料：主要是铁电材料，尤其是高介低电容变化率铁 电材料，一般以BaTiO3为基础，掺入其它辅助材料形成的固溶体系统，其烧 结温度多数在1200～1300℃。
（2）Ni-MLCC*
成本因素*
C=εr·ε0·(n-1)·s/d
提高介质膜层的介电常数，减小介质膜层的厚度，
增大内电极层数都是提高MLCC比容量的有效途径 。
d加大，电极的用量加大； Pd:Ag:Ni:Cu=80:3:1:1（价格比）
Ni电极的独特优势*
电阻率低，有助于降低等效串连电阻； 电迁移速率小，电化学稳定性高； 对焊料的浸润性和耐热性好；
陶瓷工艺学习题答案
一、绪论及陶瓷原料
1、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？
2、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？
3、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？
4、宋代五大名窑及其代表产品？
5、在按陶瓷的基本物理性能分类法中，陶器、炻器和瓷器的吸水率和相对密度有何区别？
6、陶瓷工艺学的内容是什么？
7、陶瓷生产基本工艺过程包括哪些工序？
8、列举建筑卫生陶瓷产品中属于陶器、炻器和瓷器的产品？
9、陶瓷原料分哪几类？
10、粘土的定义？评价粘土工艺性能的指标有哪些？
11、粘土是如何形成的？高岭土的由来和化学组成；
12、粘土按成因和耐火度可分为哪几类？
13、粘土的化学组成和矿物组成是怎样的？
14、什么是粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标？
15、粘土在陶瓷生产中有何作用？
16、膨润土的特点；
17、高铝质原料的特点和在高级耐火材料中的作用；
18、简述石英的晶型转化在陶瓷生产中有何意义？
19、石英在陶瓷生产中的作用是什么？
20、各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领域；
21、长石类原料分为哪几类？在陶瓷生产中有何意义？
22、钾长石和钠长石的性能比较；
23、硅灰石、透辉石、叶腊石（比较说明）作为陶瓷快速烧成原料的特点；
24、滑石原料的特点，为什么在使用前需要煅烧？
25、氧化铝有哪些晶型？为什么要对工业氧化铝进行预烧？
26、氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的相互转变有何特征？
27、简述碳化硅原料的晶型及物理性
28、简述氮化硅原料的晶型及物理性能。
二、粉体的制备与合成
1、解释什么是粉体颗粒、一次颗粒、二次颗粒、团聚？并解释团
聚的原因。
2、粉体颗粒粒度的表示方法有哪些？并加以说明。
《功能陶瓷材料》教学大纲
《功能陶瓷材料》课程教学大纲
课程代码：INME2023
课程类别：专业教学课程
授课对象：无机非金属材料专业
开课学期：秋季
学分：2学分
指定教材：曲远方，《功能陶瓷材料》，化学工业出版社，2023年
一、教学目的：
把握典型无机材料的组成、构造、工艺与材料性质的关系；生产中应当把握的重要关键技术，了解生产中常常会遇到的问题和解决方法；了解材料和应用，争论材料的根底理论和方法，陶瓷材料和元件的构造，设计原理和生产工艺等；使学生具备进展功能材料制备和应用的根本力气，并对无机功能材料的最进展做一个简洁介绍。
二、课程内容
第一章绪论
1、功能陶瓷的根本概念；功能陶瓷的工业进展趋势
2、教学要点
1〕功能陶瓷的根本概念
定义；特点---与日用陶瓷，构造陶瓷等相区分；具有电、磁、光、声、超导、化学、生物
等特性；具有相互转化功能)；2〕主要应用领域及分类〔依据功能分为电子陶瓷，光学功能陶瓷，生物/抗菌陶瓷，多孔陶瓷等〕；
3〕功能陶瓷的工业进展趋势---“五化”；
其次章功能陶瓷的根本性质
1、电学性质；成型前后工艺关系；成型特点。
2、教学要点
1）电学性质
电导率〔电导率的表征；导电机制包括离子电导和电子电导〕；介电常数〔极化现象；极化强度；陶瓷材料的极化形式---快极化；慢极化〕；介质损耗〔损耗及产生缘由；无机材料的损耗形式---电导损耗、松弛极化损耗、电离损耗和构造损耗、松弛极化损耗；离子晶体的损耗及应用场合---构造严密的晶体、构造不严密的晶体、固溶体；玻璃的损耗及应用场合；陶
瓷的损耗及改善、降低损耗的思路〕；绝缘强度〔弱电场、强电场、击穿、击穿电压、抗电强度〕；击穿的形式〔电击穿、热击穿、化学击穿〕
功能陶瓷复习资料
第一章绪论
1如何区别结构陶瓷和功能陶瓷材料？
利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。
在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点。★★★
2功能陶瓷的耦合效应有哪些？课件P36
答：热电效应、压电效应、磁电效应、光电效应、声光效应、磁光效应。
第二章功能陶瓷的基本性质
3功能陶瓷的热学性能有哪些？了解其含义。P19-23
答：（1）功能陶瓷的热学性质有热容、热膨胀系数、热导率和抗热冲击性。
（2）热容：物体温度升高1K所需要增加的热量。
热膨胀系数：温度升高1℃而引起的体积和长度的相对变化。
热导率：单位时间内单位面积上通过的热量与温度梯度的比例系数。
抗热冲击性：指物体能承受温度剧烈变化而不被破坏的能力。
4什么是绝缘强度？P15
答：当作用于陶瓷材料上的电场强度超过某一临界值时，它就丧失了绝缘性能，由介电状态转变为导电状态，这种现象称之为介电强度的破坏或介质的击穿，击穿时的电场强度称绝缘强度。
5功能陶瓷的电学性质有哪些？了解其含义。P7-15
答：（1）功能陶瓷的电学性质有电导率、介电常数、介电损耗角正切值和击穿电场强度。
（2）电导率：指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度。
介电常数：是衡量电介质材料在电场作用下的极化行为或存储电荷能力的参数。
介质损耗角正切值：表示电介质在交流电压下的有功损耗和无功损耗之比，值越大，介质损耗越大，反映了电
介质在交流电压下的损耗性能。
功能陶瓷制备
2.机械粉碎 ①球磨：料：球：水，利用分了和磨球之间 的撞击、碾压、摩擦，使粉料混合和破碎； ②振磨：磨球与料斗之间的抛甩撞击； ③行星磨：克服了临界速度的问题； ④气流磨：靠在高速气流中的粉粒自身的相 互撞击→1μm。
二、挤压成型 Extrusion molding
用途：用于生产具有均匀截面和大的长径比 的坯件：如电阻基体瓷棒、瓷管。这种生 产方法生产效率高、产量大操作简便。
步骤：坯料→经过真空练泥机→一定的塑性 →置入挤压管内→靠活塞运动压制
三、压膜成型
原理：压膜机如图所示，它由两只相向滚动 的压辊构成，当压辊转动时，放在压辊之 间的瓷料不断受到挤压，使瓷料中的不断 受到挤压，最后轧制出所需厚度的薄片。 用途：10μm以上的薄片，工艺简单、生产 效率高、厚度均匀，产品烧成温度比干压 成型低10～20℃。
Chapter2 Preparation of Functional Ceramics 功能陶瓷的制备技术
功能←性能←制备技术
传统陶瓷（钧瓷）的制wk.baidu.com工艺
采矿
球磨、打泥、打釉
手工练泥
手工拉坯
注浆成型
精心修坯
上釉
烧制
烧成开窑
功能陶瓷的制备过程一般包括原料的制 备和加工、备料、成型、烧成及电极制备、 元件性能检测等过程。 本章讲述： 2.1原料的制备 2.2功能陶瓷的成型技术 2.3功能陶瓷的烧结技术 2.4功能陶瓷的加工
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一功能陶瓷粉体的基本物理特性颗粒状态机制定义颗粒间无夹杂物范德华力分子间力颗粒间无夹杂物静电力干燥颗粒表面带有正负电时若发生附着产生静电力颗粒间无夹杂物磁力磁场影响所产生的力颗粒间有夹杂物液膜架桥颗粒间有夹杂物粘结物质颗粒间有夹杂物固结固化剂
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
`
陶瓷材料特点
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性 1、粉体的粒度与粒度分布 1.1粉体颗粒：是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。即指没有团 聚的一次颗粒。 二次颗粒：在实际应用中，由于粉体较细，表面活性也 较大，容易发生团聚，形成在一定程度上团聚的粉末， 即二次颗粒。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
1、种类多: 原料品种多 、种类多 2、性能广：力学、热学、电学、 、性能广：力学、热学、电学、 磁学、 磁学、光学 3、制备工艺相同： 、制备工艺相同： 原料→成型→ 原料→成型→烧成
陶瓷工艺学研究的内容 原料→ 原料→ 加工、 加工、处理 → 成型→ 成型→ 烧成→ 烧成→ 加工
第二章功能陶瓷的制备与工艺学
第二章功能陶瓷的制备与工艺学
功能陶瓷是一类具有特殊功能或特殊性能的陶瓷材料，广泛应用于各
个领域，如电子、光电、医疗、冶金等。功能陶瓷的制备与工艺学对于开
发新型功能陶瓷材料具有重要意义。下面将介绍功能陶瓷的制备与工艺学
的关键内容。
首先，功能陶瓷的制备过程包括粉体制备、成型、烧结和表面改性等
步骤。粉体制备是功能陶瓷制备的第一步，它直接影响到最终陶瓷材料的
性能。常见的粉体制备方法包括机械混合法、溶胶-凝胶法、等离子体喷
雾法等。成型是将粉体转化为所需形状的过程，常见的成型方法有挤压成型、注射成型、压接成型等。烧结是将成型件加热使其致密化的过程，常
见的烧结方法有热压烧结、微波烧结、等离子体烧结等。表面改性是对已
烧结的陶瓷进行必要的表面处理，如涂层、镀膜等。
其次，功能陶瓷的制备与工艺学需要考虑到材料的性能要求和应用环境。不同的功能陶瓷材料有不同的性能要求，如陶瓷电容器需要具有高介
电常数和低介质损耗，氧化锆陶瓷需要具有高硬度和低断裂韧性等。此外，应用环境的要求也需要考虑，如高温环境下的陶瓷材料需要具有高的热稳
定性和耐腐蚀性。
最后，功能陶瓷的制备与工艺学还需要关注材料的微观结构和相态转变。微观结构的调控对于陶瓷材料的性能有着重要影响，如通过控制晶粒
尺寸和晶粒分布来改善材料的力学性能和导电性能。相态转变是功能陶瓷
制备过程中的重要现象，通过了解相态转变的机制，可以提高材料的制备
效率和性能。
总之，功能陶瓷的制备与工艺学是开发新型功能陶瓷材料的基础。它涉及到粉体制备、成型、烧结和表面改性等技术，并需要考虑材料的性能要求和应用环境。通过研究材料的微观结构和相态转变，可以进一步改善材料的性能。功能陶瓷的制备与工艺学的研究将为功能陶瓷材料的应用提供更多的可能性，并推动相关领域的发展。
功能陶瓷的制备方法、性能及应用
(2) 功能陶瓷超微细粉的常用制备方法（三种）
固相法：一般是把金属氧化物或其盐按照配方充分混合、 研磨后进行煅烧。 粉碎方法有化学法与机械法。 化学反应有氧化还原法、固体热分解法、固相反应法。
(2) 功能陶瓷超微细粉的常用制 备方法（三种）
固相法：一般是把金属氧化物或其盐按照配方充分混合、 研磨后进行煅烧。 粉碎方法有化学法与机械法。 化学反应有氧化还原法、固体热分解法、固相反应法
• 根据功能陶瓷组成结构的易调性和可控性，可以
制备超高绝缘性、绝缘性、半导性、导电性和超导 电性陶瓷
根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应，则可制备热敏、气 敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷。
SnO2气敏陶瓷是目前应用最广泛的材 料，可掺杂Pd、In、Ga、CeO2等活性物 质提高其灵敏度。
• SnO2气敏陶瓷对可燃性气体，如氢、
• • 稳定性要好 • 介质损耗要小 • 体积电阻率要大 • 具有较高的介电强度
陶瓷电容器 介电常数高
小结：功能陶瓷和结构陶瓷的主要性能
功能陶瓷 • 特 是指以电、磁、光、声、 热力、化学和生物学信息 的检测、转换、耦合、传 输及存储功能为主要特征， 这类介质材料通常具有一 种或多种功能。
结构陶瓷 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
液相法
功能陶瓷的制备方法、性能及应用
2.陶瓷研究的发展历程
(3) 第三阶段-纳米陶瓷-20世纪90年代 纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，主要包括晶 粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在纳米量级的尺度 上 纳米陶瓷是当前陶瓷材料研究中一个重要的发展方向，将促使陶瓷材料研究 从工艺到理论、从性能到应用都提高到一个崭新阶段
二次反应烧结
其他
二、功能陶瓷的性能
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。
性能 ：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及 其它特殊性能(压电性、磁性和光学性能)，但脆性大
日用陶瓷－餐具
建筑陶瓷－地砖
电瓷
电绝缘陶瓷
介电常数小 介电损耗要小 介电强度 体积电阻率要大
3.功能陶瓷的制备方法
一、功能陶瓷制备的一般工艺及要求 大多数功能陶瓷的制备工艺步骤基本相似，一般包括以下步骤： 配料→混合→预烧→粉碎→成型→排塑→烧结→→后处理（极 化、磁化等）
现代陶瓷制造工艺图 （烧结陶瓷）
原料
配料混合
干燥粉碎
成型
烧结
后处 理 切削 磨削研磨 旋釉金属化 接合封接
3.功能陶瓷的制备方法
6、烧结： 这一过程是晶体结构形成和扩大的过程，可称为晶化过程。
在预烧后粉碎成型的坯体中，已经存在着许多细小的晶粒，在一定的高温 下，通过原子的扩散运动实现材料的晶化过程： 一方面，在晶粒内部自由能较高的区域和晶界处生成新的晶核，不断长大； 另一方面，由于晶粒表面张力的作用，一部分晶粒依靠“吞噬”另一部分晶粒 而长大，这种长大常通过晶界的移动实现。
功能陶瓷合成与制备
(1) 要求 ① 粉末组成和化学计量比可以精确地调节和控制，粉料
成分有良好的均一性； ② 粒子的形状和粒度要均匀，并可控制在适当的水平； ③ 粉料具有较高的活性，表面洁净，不受污染； ④ 能制成掺杂效果、成形和烧结性能都较好的粉料； ⑤ 适用范围较广、产量较大、成本较低； ⑥ 操作简单、条件适宜、能耗小、原料来源充分而方便。
6. 生物医学材料：生物化学反应性、胀器代用功能性、 感觉功能脏器性、生物形态性等。
❖陶瓷多种功能的实现，主要取决于它具有的 各种特性，在具体应用时，并根据需要，对 其某一有效性能加以改善提高，以达到良好 使用的目的。
❖要以性能的改进来改善陶瓷材料的功能性， 可以从以下两方面进行：
1. 从材料的组成上直接调节，优化其内在品质，包括 采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂质， 使不同相在微观级别复合，形成不同性质的晶界层 等。
结构陶瓷
功能陶瓷
结构陶瓷 是指在应用时主要利用其力学性能的材料
功能陶瓷 是指以电、磁、光、声、热力、化学和生物学信
息的检测、转换、耦合、传输及存储功能为主要特征， 这类介质材料通常具有一种或多种功能。
本章主要论述功能陶瓷的合成与制备方法
第五章 功能陶瓷的合成与制备
5.1 功能陶瓷概论 5.2 高温超导陶瓷 5.3 敏感陶瓷 5.4 压电陶瓷 5.5 半导体陶瓷 5.6 磁性陶瓷
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一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
4、粉体的填充特性 粉体的填充特性及其填充体的集合组织是功能陶瓷 粉末成型的基础。 粉体填充方式有： 1）等大球的致密填充：包括立方密堆和六方密堆两种排 列方式；其致密度为74.05%。 2）等大球的不规则填充：致密度为63.7%。功能陶瓷粉 体的颗粒填充更接近于不规则填充。 3）异直径球的填充：在等大球填充所生成的空隙中，如 果进一步再填充小球，可以获得更加紧密的填充。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
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陶瓷材料特点
1、种类多: 原料品种多 、种类多 2、性能广：力学、热学、电学、 、性能广：力学、热学、电学、 磁学、 磁学、光学 3、制备工艺相同： 、制备工艺相同： 原料→成型→ 原料→成型→烧成
陶瓷工艺学研究的内容 原料→ 原料→ 加工、 加工、处理 → 成型→ 成型→ 烧成→ 烧成→ 加工
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
在填充中，若颗粒的形状逐渐偏离球状， 直到不规则形状，则填充结构越来越疏松，空 隙率变得越来越大。 由于吸附水分，导致颗粒间凝聚力的强烈作 用。由于这种凝聚力妨碍填充过程中颗粒的运 动，所以得不到致密的填充。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
1、固相法： 就是以固态物质为出发原料来制备粉末的方法。 如采用化合反应、分解反应、固溶反应、氧化还原反 应等。 1）化合反应：BaCO3+TiO2 BaTiO3+CO2
Al2O3+MgO MgAl2O4 Al2O3+ 3SO3↑ SiO+CO SiC+CO
2）热分解反应法：
Al2(SO4)3
3）氧化还原反应：
SiO2+C SiO+2C
二、功能陶瓷粉体的制备方法
3SiO2+6C+4N2 2Si3N4+6CO
2、液相法
（1）沉淀法： a 直接沉淀法：FeCl3+3NaOH 2 Fe(OH)3 b c 均匀沉淀法:MgCl2+(NH2)2CO 共沉淀法:BaCl2+TiCl4+H2C2O4 BaTiO(C2O4)2.4H2O Fe(OH)3+3NaCl Fe2O3+3H2O Mg(OH)2+2NH4Cl BaTiO(C2O4)2.4H2O BaTiO3
工艺流程图（片式生产工艺）：
原料检验 压合 切割 包装 配料 叠印 排胶 检测 球磨 预烧 制浆 整形 电镀 细磨 烘干 封端 烧银
流延 烧结 老化
三、功能陶瓷制造工艺
1、配料计算：
1）按化学式计算各组分的用量
如：原料为Pb3O4 、SrCO3 、ZrO2 、TiO2
配制Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3 2）根据坯料预定化学组成进行配料计算 例：已知坯料的化学组成为Al2O3 93%、MgO 1.3%、CaO 1.0%、 SiO24.7%，采用原料氧化铝（纯度100%）、碳酸钙（纯度 100%） 、滑石（3MgO.4SiO2.H2O，MgO 31.7%、SiO2 63.5%、 H2O 4.8%）、苏州高岭土（ Al2O3.2SiO2.2H2O，Al2O3 39.5%、 SiO2 46.5%、H2O 14%）。求出其质量百分组成。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性 1、粉体的粒度与粒度分布 1.1粉体颗粒：是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。即指没有团 聚的一次颗粒。 二次颗粒：在实际应用中，由于粉体较细，表面活性也 较大，容易发生团聚，形成在一定程度上团聚的粉末， 即二次颗粒。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
颗粒状态
颗粒间无夹杂物 颗粒间无夹杂物
机制
范德华力 静电力
定义
分子间力
干燥颗粒表面带有正、 负电时，若发生附着， 产生静电力
颗粒间无夹杂物 颗粒间有夹杂物 颗粒间有夹杂物 颗粒间有夹杂物
磁力 液膜架桥 粘结物质 固结（固化剂；烧结； 晶析）
磁场影响所产生的力
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
二、功能陶瓷粉体的制备方法
4、其他方法：机械粉碎法 球磨机、砂磨机、气流粉碎机等
二、功能陶瓷粉体的制备方法
5、粉体的分析检测 1）纯度（化学分析） 2）杂质（原子吸收、等离子发射光谱） 3）粒度（激光粒度分析仪） 4）相结构（X-射线衍射仪） 5）形貌（扫描电镜、透射电镜）
三、功能陶瓷制造工艺
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
常见有： （ 1）等体积球相当径：某颗粒所具有的体积用同样体积 的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大 小即等体积球相当径。 （2）等面积球相当径：用与实际颗粒有相同表面积的球 的直径来表示粒度的一种方法。 （3）等沉降速度相当径：也称为斯托克斯径 （4）显微镜下测得的颗粒径：是唯一对颗粒既可观察， 又可测量的手段。常用光学显微镜、扫描电镜、透射 电镜以及大型图象分析仪等。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
3、粉体的表面特性 1）粉体颗粒的表面能 在新的晶体表面上，内部原子在周围原子的均等 作用下处于能量平衡的状态；而表面原子则只是一侧 受到内部原子的引力，另一侧则处于一种具有“过剩 能量”的状态。该“过剩能量”就称为表面能。同样， 粉体表面的“过剩能量”就称为粉体颗粒的表面能。 2）粉体颗粒的吸附与凝聚 附着力：把存在于异种固体表面间的引力； 凝聚力：把存在于同种固体表面间的引力。
决定预烧反应是否完全，主要在于预烧温度。预 烧温度对材料的烧结致密度起决定性的作用。如果预 烧温度恰当，烧结温度可以在很宽的范围内波动，对 致密度无显著影响。
三、功能陶瓷制造工艺
二、功能陶瓷粉体的制备方法
气体中蒸发法是在惰性气体（或活泼性 气体）中将金属、合金或陶瓷蒸发气化， 然后与惰性气体冲突，冷却、凝结（或 与活泼性气体反应后再冷却凝结）而形 成纳米微粒。 用气体蒸发法制备的纳米微粒主要具有 如下特点：表面清洁；粒度齐整，粒径 分布窄；粒度容易控制。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
Байду номын сангаас
例一：掺钇氧化锆纳米粉体的制备
目的是为了制备四方相的氧化锆纳米粉 体 原料：ZrOCl2+YCl3 沉淀剂：NH3·H2O 共沉淀条件：加钇量、锆液浓度、PH条 件、煅烧温度等 产物分析：粉体的组成、相结构、形貌 和团聚
例二：FeMnZn铁氧体纳米粉体的制备
原料：FeSO4、MnSO4、ZnSO4 沉淀剂：NaOH、NH4HCO3-NH4OH 共沉淀条件：反应温度、反应时间、反 应物浓度、PH条件、煅烧温度和时间等 产物分析：粉体的组成、相结构、形貌 和团聚、性能
化学气相反应法制备纳米微粒是利用挥发性的 金属化合物的蒸汽，通过化学反应生成所需要 的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而 制备各类物质的纳米微粒。该法也叫化学沉积 法（简称CVD法）。用气相反应法制备纳米微 粒具有很多优点，如颗粒均匀、纯度高、粒度 小、分散性好、化学反应活性高、工艺可控和 过程连续等。此法适合于制备各类金属、金属 化合物以及非金属化合物纳米微粒，如：各种 金属、氮化物、碳化物、硼化物等。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
产生团聚的原因： （1）分子间的范德华引力 （2）颗粒间的静电引力 （3）吸附水分的毛细管力 （4）颗粒间的磁引力 （5）颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
1.3粉体颗粒的粒度分布 单分散体系:如果组成颗粒的粒度都一样或近似一样，称 为单分散体系。 多分散体系：实际粉体所含颗粒的粒度大都有一个分布 范围，常称为多分散体系。 粒度分布曲线的表示方法有： 1）频度分布 2）累积分布 3）分布函数
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
1.2粉体颗粒的粒度 粉体颗粒是构成粉体的基本单位，由于粉体是具 有粒度分布的大量固体颗粒的分散相，因而不可能用 单一的大小来描述。凡构成某种粉体的颗粒群，其颗 粒的平均大小被定义为该粉体的粒度。 实际的粉体颗粒，其形状和不均匀程度千差万别 的。有类球形、条状、片状、针状、多边状等。因此， 导致粉体颗粒表示的复杂性。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
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醇盐水解法:
Ba(OC3H7)2+Ti(OC5H11)4+H2O BaTiO3 溶胶-凝胶法(Sol-gel):以金属纯盐为原料，使其与有机溶剂混合 发生水解—聚合反应，生成透明凝胶。 Ba(OC3H7)2+Ti(OC5H11)4+H2O +C2H5OH BaTiO3
二、功能陶瓷粉体的制备方法
（2）气相合成法：通常是利用两种以上物质之间 的气相化学反应，在高温下合成出相应的化合物， 再经过快速冷凝，从而制备各类物质的微粒。其反 应形式可以为： A（g）+B（g）→C（s）+D（g）↑ 如：SiH4（g）+4NH3（g）→Si3N4（s）+12H2（g） ↑ SiH4（g）+C2H4（g）→2SiC（s）+6H2（g）↑
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
2、粉体颗粒的形态及其表征
颗粒形态对粉体系统的性质如流动性、堆积密度、比表面、 形体密度、烧结体性质等有直接的影响。 应用中常使用形状因子的概念： Wadell球形度=（DV/DS）2 =DSV/DV DV为等体积球径，DS为等表面积球径，DSV与颗粒具有相同 体积比表面SV的球径。当球形度为1时，则颗粒为球形。 一个粒子可以取短径b，长径l以及厚度t三个尺寸。因此 长短度=l/b 扁平度=b/t 这两个参数可直观地表征柱状或片状颗粒的形态。
三、功能陶瓷制造工艺
2、原料混合： 1）设备：球磨机：行星磨或滚桶球磨机 2）配料次序：原则是两头多，中间少。 3）加料方法：由于功能陶瓷的配方往往不是一 种简单的化合物，而是几种化合物，因此，可 先将量少的化合物预先合成，以减少误差。 4）球磨的方法：湿磨和干磨
三、功能陶瓷制造工艺
3、预烧 预烧的主要目的：是为了使化学反应充分进 行，合成目标结构的主晶相。 例如：Pb3O4+ZrO2+TiO2 Pb(ZrxTi1-x)03
二、功能陶瓷粉体的制备方法
（1）气相分解法：又称单一化合物热分 解法。一般是对待的化合物或经前期预 处理的中间化合物进行加热、蒸发、分 解，得到目标物质的纳米微粒。热分解 一般的通式为： A（g）→B（s）+C（g）↑ 如：Fe（CO）5→Fe（s）+5CO（g）↑ （CH3）4Si→SiC（s）+6H2（g）↑
f 水热法： g 溶剂蒸发法：分为喷雾干燥法、喷雾热分解法、冷冻干燥法 h 微乳液法：
二、功能陶瓷粉体的制备方法
3、气相法：物理气相沉积法和化学气相沉 积法
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 变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大 形成纳米微粒的方法。气相法又大致可分为： 气体中蒸发法(物理)、化学气相反应法、化学 气相凝聚法和溅射法。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
4）加压压密填充： 压力的加入可以减少颗粒间存在的相互作用力、粘 附力等，使粉体的填充密度增大。 影响粉体的密实因素有多种，但颗粒的特性对 填充率的影响，有以下两点： 1）颗粒大小的影响：Roller的实验结果表明，当颗粒的 粒径不大时，粒径越小，填充越疏松；如果粒径变大， 大到超过临界粒径时（约20um），则粒径对于填充率 的影响并不大。 2）颗粒形状和凝聚的影响
共沉淀法
含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全 沉淀的方法称为共沉淀法。 研究的思路： 确定制备的化合物的形式如：含钇的氧化锆，和 FeMnZn铁氧体 选择合适的溶液 选择合适的沉淀剂 共沉淀条件如：反应温度、反应时间、沉淀剂用量、 反应物的浓度等 产物的分析：a.沉淀物的成分分析（原子吸收、等离 子发射光谱ICP等）；b.沉淀物的热解(TGA)；c.产物分 析（成分、相结构XRD、形貌SEM等）