陶瓷材料陶瓷材料简介 ppt课件
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陶瓷材料简要介绍
粘结晶相
玻璃相作用
降低烧结温度 抑制晶粒长大
填充气孔
缺点：熔点低;热稳定性差;在较低温度下开始软化
9
1 3 气相：
气孔的影响：
i：有害的影响：降低强度; ii：有利的影响：保温性增加;保温陶瓷 化工过滤的 多孔陶瓷; 气孔率可达到60%;
高强度陶瓷的组织要求：
晶粒尺寸小，晶体缺陷少
高强度陶瓷
晶粒尺寸均匀，等轴 晶界相含量适中，减少脆性玻璃相 减少气孔率
2024/2/13
32
足够高的强度和耐磨性; 又与光纤材料相似的线 膨胀系数5*106/℃;当环 境温度发生变化时候;氧 化锆陶瓷的收缩和膨胀 和光纤基本相同;以保证 光纤端面的紧密接触;防 止光信号的损失;
33
3氧化铍陶瓷
氧化铍陶瓷最大的特点是高导热率 高熔点2530℃ 高强 度 高绝缘性 高化学和热稳定性 高抗热冲击性;经常用于制 造坩埚和真空陶瓷等;
晶粒直 193 2 90 5 54 3 25 1 11 5 8 7 6 7 1 8 径/um
抗折强 度/Mpa
75 2 140 3 203 8 311 1 431 1 483 6 484 8 581
1 2 玻璃相
非晶态固体;陶瓷烧结时;各组成相与杂质产生一系列物 理化学反应后;形成液相;冷却凝固而成;
1氧化铝陶瓷 以α Al2O3为主晶相;根据Al2O3含量和添加剂
的不同;有不同系列; 如根据Al2O3含量不同可分为75瓷;85瓷;95 瓷;99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷 刚玉莫来瓷和 刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉 钛刚玉等;
性能：Al2O3含量越高;性能越好;
氧化铝陶瓷的性能
反应烧结氮化硅用 于形状复杂 尺寸 精度要求高的零件; 如机械密封环等;
玻璃相作用
降低烧结温度 抑制晶粒长大
填充气孔
缺点：熔点低;热稳定性差;在较低温度下开始软化
9
1 3 气相：
气孔的影响：
i：有害的影响：降低强度; ii：有利的影响：保温性增加;保温陶瓷 化工过滤的 多孔陶瓷; 气孔率可达到60%;
高强度陶瓷的组织要求：
晶粒尺寸小，晶体缺陷少
高强度陶瓷
晶粒尺寸均匀，等轴 晶界相含量适中，减少脆性玻璃相 减少气孔率
2024/2/13
32
足够高的强度和耐磨性; 又与光纤材料相似的线 膨胀系数5*106/℃;当环 境温度发生变化时候;氧 化锆陶瓷的收缩和膨胀 和光纤基本相同;以保证 光纤端面的紧密接触;防 止光信号的损失;
33
3氧化铍陶瓷
氧化铍陶瓷最大的特点是高导热率 高熔点2530℃ 高强 度 高绝缘性 高化学和热稳定性 高抗热冲击性;经常用于制 造坩埚和真空陶瓷等;
晶粒直 193 2 90 5 54 3 25 1 11 5 8 7 6 7 1 8 径/um
抗折强 度/Mpa
75 2 140 3 203 8 311 1 431 1 483 6 484 8 581
1 2 玻璃相
非晶态固体;陶瓷烧结时;各组成相与杂质产生一系列物 理化学反应后;形成液相;冷却凝固而成;
1氧化铝陶瓷 以α Al2O3为主晶相;根据Al2O3含量和添加剂
的不同;有不同系列; 如根据Al2O3含量不同可分为75瓷;85瓷;95 瓷;99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷 刚玉莫来瓷和 刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉 钛刚玉等;
性能：Al2O3含量越高;性能越好;
氧化铝陶瓷的性能
反应烧结氮化硅用 于形状复杂 尺寸 精度要求高的零件; 如机械密封环等;
陶瓷材料教学课件陶瓷材料简介
功能性涂层
包括超疏水、超亲水、超疏油、 红外线抗反射、坑槽或纳米纹 路等。
陶瓷材料的制备
原料选择
不同的陶瓷材料需要选择不 同的原料。
制备方法
常用方法包括手工成型、注 塑成型、挤出成型等。
烧结过程
通过烧结过程生成高强度、 高纯度、高密度的陶瓷材料。
陶瓷材料的应用
1
日常生活
餐具、装饰品、卫生洁具等。
工业领域
2
高温陶瓷、电子陶瓷、特种陶瓷等。
3
军事领域
高温陶瓷、防弹陶瓷、硬质合金陶瓷等。
重要性和前景展望
陶瓷材料在生活和工业中扮 演重要角色，其未来的发展 将更加多样化。
陶瓷材料的优缺点
1 优点
高强度、耐腐蚀、耐高温、模具精度高、不易变形。
2 缺点
脆性大、重量大、质量不易保证、加工难度大。
陶瓷材料的前沿研究
材料半导体化
通过掺杂改变材料结构，实现 对电子性能的调控。
化学气相沉积
使用化学气相沉积技术催化片 或多层纳米管的生长。
陶瓷材料的评价
性能指标
包括韧性、硬度、抗腐蚀、导电 性、导热性等。
标准评价
控制质量的方法包括成品检查、 工厂检查、定期检查等。
提高性能
通过陶瓷材料科研来提高性能， 如：改变烧结工艺，控制材料结 构。
总结
定义和分类回顾
陶瓷材料可以分为陶土器、 瓷器和玻璃器皿三类。
重点内容
涵盖了陶瓷材料的制备、应 用和评价以及未来发展趋势。
陶瓷材料教学课件PPT 陶 瓷材料简介
本课程将带您了解陶瓷材料的定义、分类、制备、应用、评价以及未来发展 前景。
陶瓷材料的定义和分类
陶土器
采用陶土作为原料石英、长石、高岭土等为原料 的陶瓷，具有高强度、高温度、 高耐磨损性及优雅的外观。
《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
第八章 陶瓷材料
其他成型方法：
雕塑、拉坯、旋压、滚压、塑压、
注塑 2）注浆成型： 3）模压成型or压制成型;
3.烧成（烧结）： 目的：除去坯体中溶剂（水）、粘结剂、增塑 剂等；减少气孔；增强颗粒间结合强度。 普通陶瓷在窑炉内常压烧结。这是决定陶瓷性 能、品质的主要工艺环节之一。分4个阶段： 1）蒸发期：室温---300℃。排除残余水分。 2）氧化物分解和晶型转化期：复杂化学反应。 主要有：粘土结构水的脱水；碳酸盐杂质分解； 有机物、碳素、硫化物的氧化；石英的晶型转 变（同素异构）。 石英的同素异构转变：α -石英----β -石英
(2)玻璃相：陶瓷制品在烧结过程中，有些物质如作为主 要原料的SiO2已处在熔化状态，但在熔点附近SiO2的 黏度很大，原子迁移困难，所以当液态SiO2冷却到熔点 以下时，原子不能排列成长为有序（晶体）状态，而形 成过冷液体。当过冷液体继续冷却到玻璃化转变温度时， 则凝固为非晶态的玻璃相。玻璃相的结构是由离子多面 体构成的空间网络，呈不规则排列。 玻璃相的作用：黏结分散的晶体相，降低烧结温度，抑 制晶体长大和充填空隙等。玻璃相的熔点低、热稳定性 差，使陶瓷在高温下容易产生蠕变，从而降低高温下的 强度。所以工业陶瓷须控制陶瓷组织中玻璃相的含量， 一般陶瓷中玻璃相约占30％左右。
3）玻化成瓷期：950℃—烧结温度。烧结 关键。坯体基本原料长石、石英、高岭土 三元相图的最低共熔点为985℃，随温度提 高，液相量增多，液相使坯体致密化，并 将残留石英等借助玻璃相连在一起，形成 致密瓷坯。 4）冷却期：止火温度—室温。此段，玻璃 相在750--550℃由β -石英---α -石英，在 液相转变为固相期间，必须减慢冷速，以 免结构变化引起交大内应力，避免开裂。
陶瓷材料介绍课件
原料加工
将基础原料进行破碎、粉 碎、筛选等加工，制备成 适合成型工艺的细粉料。
成型工 艺
塑形
将细粉料混合一定量的水、 粘土等添加剂，制成具有 一定形状和强度的坯体。
干燥
将坯体放入干燥室内进行 干燥，去除水分，提高坯 体强度。
修整
对干燥后的坯体进行修整， 去除毛刺、裂纹等缺陷。
烧成工艺
装窑
将干燥修整后的坯体放入窑炉中 进行烧成。
氧化锆陶瓷是一种以氧化锆（ZrO2）为主 要成分的陶瓷材料。它具有高硬度、高韧性 和优异的耐磨性、耐腐蚀性，可在极端环境 下保持稳定的性能。氧化锆陶瓷广泛应用于 航空航天、石油化工、汽车等领域，作为密
封件、轴承、切削工具等产品的制造材料。
优势
陶瓷材料的优势在于其优良的绝缘性能、耐磨性能、耐高温性能以及生物相容 性等，使其在电子、通讯、航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。
02
陶瓷材料的生
原料制 备
01
02
03
原料选择
根据陶瓷产品的性能要求， 选择合适的天然矿物或工 业原料作为基础原料。
配料计算
根据产品配方进行原料配 比，确保原料成分符合要 求。
低毒性和无致敏性
陶瓷材料在正常使用过程中释放的物质对生物体无毒性和致敏性， 因此对生物体安全无害。
04
陶瓷材料的未来展与 挑
新料研 发
高温陶瓷
随着工业技术的发展，对能在高温环境下保持优良性能的陶 瓷材料的需求越来越大。新材料研发将致力于提高陶瓷的耐 热性、抗氧化性和抗蠕变性，以满足各种高温应用的需求。
陶瓷材料介
• 陶瓷材料概述 • 陶瓷材料的生产工艺 • 陶瓷材料的性能与应用 • 陶瓷材料的未来发展与挑战 • 案例分析：几种典型陶瓷材料介
陶瓷PPT课件
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
2.按坯体的物理性能分类 按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分类，是较为
科学的一种分类方法。
表3-1日用陶瓷分类
性能及特征
陶器
瓷器
吸水性/％
一般大于3
一般不大于3
透光性
不透光
透光
胎体特征
玻化程度高、结 未玻化或玻化程 构致密、细腻， 度差、断面粗糙 断面呈石状或贝
1750 14.0～16.4 3.20～3.26 110～134
烧结方法
• 烧结方法有多种，除粉末在室温下加压成形后再进行烧 结的传统方法外，还有热等静压、水热烧结、热挤压烧 结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结、自蔓延高 温合成等方法。这些方法各有优缺点。如自蔓延高温合 成是利用金属与硅、硼、碳、氮等互相作用的强烈放热 效应，不采用外部加热源，而利用元素内部潜在的化学 能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合 物或致密烧结体。这种方法的主要优点是：不需要高温 炉，过程简单，几乎不消耗电能，制得的产品纯净，能 获得复杂相和亚稳相等。主要缺点是：不易获得高密度 材料，不易严格控制制品性能，所用原料往往易燃及有 毒，存在一定的安全隐患。
2）排胶
• 新型陶瓷成形时加入较多的有机粘合剂和塑化剂等，如热压铸 成形的石蜡及轧膜、流延成形中的聚乙烯醇等，烧成时，坯体中 大量的有机物熔融、分解、挥发，会导致坯体变形、开裂，同时 有机物含碳多，当氧气不足形成还原气氛时，会影响烧结质量。 因此，需要在坯体烧成前将其中的有机物排除干净，以保证产品 的形状、尺寸和质量的要求，这个过程即为排胶。其作用为： • ① 排除坯体中的有机物，为烧成创造条件； • ② 使坯体获得一定的机械强度； • ③ 避免坯体中的有机物在烧成时产生还原作用。 • 排胶阶段控制不当会引起变形、裂纹等废品现象。影响排胶过 程的主要因素有：坯料的组成及性质，有机粘合剂的种类及用量， 坯体的规格、尺寸，填埋物的性质，升温速度及保温时间，窑内 气氛等。
陶瓷材料详解PPT课件
90
球墨铸铁
20~40
氮化硅陶瓷
3.5~5
2020年9月28日
23
2. 物理与化学性能
• 熔点高 一般在2000℃以上，故陶瓷高温强度和
高温蠕变抗力优于金属。 • 热胀系数小、热导率低
随气孔率增加，陶瓷的热胀系数、热导 率降低，故多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料。
热振性差。能
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20
（二）陶瓷的性能
1. 力学性能
• 硬度高、耐磨性好;
>1500Hv （ 淬 火 钢 500~800Hv ， 高 聚 物 <20Hv）
• 抗拉强度低，抗压强度较高；
因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷，实 际强度仅为理论强度的1/100~1/200。但抗 压强度高，为抗拉强度的10~40倍。
硅酸盐矿物为主要原料，如粘土、石
英、长石等。主要制品有：日用陶瓷、
建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、
多孔陶瓷。
2020年9月28日
3
特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合 物为主要原料的人工合成化合物。
如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。
日用陶瓷
按用途分类
工程结构陶瓷
工业陶瓷
功能陶瓷
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红宝石（α-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、 含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光
导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自 控元件的光敏电阻材料。
870℃
1470℃
1713℃
α-石英
α-鳞石英
α-方石英
熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β-石英
陶瓷ppt课件
餐具
陶瓷是制作餐具最常用的材料之一，具有易清洗、耐磨损、不变 形等特点。
茶具
陶瓷茶具具有独特的保温性能和细腻的触感，是品茶爱好者们的首 选。
洁具
陶瓷洁具如马桶、洗手盆等具有耐污、易清洁的特点，广泛用于家 庭和公共场所。
建筑装饰中的应用
瓷砖
01
陶瓷瓷砖具有色彩丰富、图案多样、质感优良等特点，常用于
室内外地面、墙面的装饰。
将粘土与其他材料如石英、长石 等混合，以调节材料的属性和烧
成温度。
材料的研磨
将混合后的材料进行研磨，使材 料更加细腻，提高成型的成功率
。
成型工艺
01
02
03
04
手制成型
利用手捏、雕琢等手法制作陶 瓷器皿。
机压成型
利用模具和压力机，将泥料压 制成预设形状。
注浆成型
利用石膏模具，将泥浆注入其 中，待干燥后脱模得到器皿。
瓷器
由瓷土制成，表面光滑， 质地坚硬，常用于餐具、 装饰品和工艺品。
釉陶
在陶器表面涂上釉料，增 强其防水性和光泽度，常 用于制作彩色的装饰品和 工艺品。
按功能分类
实用器
包括餐具、茶具、烹饪器 具等，强调实用性和舒适 性。
装饰品
如花瓶、雕塑、壁画等， 注重审美和装饰效果。
建筑材料
如瓷砖、琉璃瓦等，用于 建筑和装饰。
国际陶瓷艺术家及其作品
日本艺术家草间弥生
以波点、条纹等重复图案创作出独特的陶瓷艺术作品。
英国艺术家爱丽丝·默多克
擅长运用陶瓷材料表现社会、文化等主题，作品具有深刻的思考内 涵。
丹麦艺术家彼得·德鲁克
以简洁的造型和纯净的色彩，创作出富有北欧风格的陶瓷作品。
《陶瓷材料》PPT课件
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。
硅酸盐结构特点与结构分类
敲击声
沉浊
清脆
陶瓷分类（2）
按用途分类
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；
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。
E E 01 f1p f2p 2
– 式中p为材料气孔率；E0为p=0时的弹性模量； – f1 、 f2 为 由 气 孔 形 状 决 定 的 常 数 。 对 于 球 形 气 孔 ，
f1=1.9 ，f2=0.9。
⑷晶体结构
–。
– 对于多晶材料来说，则可认为E是各向同性的（统计性 的）。
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。
陶器和瓷器
性能及特征 吸水性/％
透光性
陶器 一般大于3
不透光
瓷器 一般不大于3
透光
坯体特征
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
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。
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。
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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
材料讲堂：先进陶瓷材料(纯本人制作)(共43张PPT)
正是Si3N4陶瓷具有如此良好的特性，人们常常用它来制造 轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
陶瓷材料
（5）用途不同。先进陶瓷因为优异的力、光、电、磁性能等， 被广泛应用于石油、化工、电子、航空航天、核动力、军 事、纺织、生物和汽车等诸多工业领域，传统陶瓷一般仅 限于日用和建筑使用。
6.2 先进陶瓷材料的分类
根据性能和应用不同，先进陶瓷材料可以分为结构陶 瓷、功能陶瓷和陶瓷涂层材料等。 结构陶瓷：在工程结构上使用的陶瓷称为结构陶瓷， 具有高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐 磨损、耐烧蚀等优越性能。 功能陶瓷：利用陶瓷具有的物理性能（电、磁、光、 压电、热释电等）制造的陶瓷材料称为功能陶瓷，也称为 电子陶瓷，它具有的物理性能差异很大。 陶瓷涂层材料：在生产中，几乎所有部件都可以用涂 层的办法来满足其对耐高温、耐化学腐蚀的要求，即加工 成陶瓷涂层材料。
在远古的石器时代，人类的祖先用天然的石头做成刀、 斧、针和武器。
在人类学会用火之后，人们用粘土加上水，合成泥， 捏成各种器皿的形状，然后在火中焙烧，得到了十分坚硬 的陶器。据考古学家分析，距今大约1万年前，就有陶器出 现。这是人类最早、最伟大的文明创造。恩格斯把陶器的 出现称为新石器时代开始的标志。
先进陶瓷与传统陶瓷的差别
（3）制备工艺不同。先进陶瓷必须加入添加剂才能进行干法 或湿法成型，烧结温度较高（1200 ℃ -2200℃），且需加 工后处理；而普通陶瓷烧结温度较低（900℃-1400℃）。 （4）品种不同。先进陶瓷除烧结体外，还有单晶、薄膜、纤 维、复合物；而传统陶瓷主要是天然硅酸盐矿物原体的烧 结体。
电瓷：主要由粘土、长石、石英（或铝氧原料）等 硅酸盐原料混合配制，经加工成形，在较高温度下 烧制而获得的无机绝缘材料。 序 分类 材料类别 主要适用范围
1
压制硅质瓷 低压绝缘子
硅质 低压绝缘子、一般高压绝缘子或 2 硅质瓷 瓷套 电瓷 3 高强硅质瓷 高压绝缘子或瓷套
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为了控制冷却过程中的非均匀形核： 一要提高合金的纯度，减少杂质；二 要采用高纯惰性气体保护，尽量减少 含氧量。
①、玻璃
腓尼基人
生活在今天地中海东岸
Na2CO3·NaHCO3·2H2O
①、玻璃
3000多年前，洲腓尼商船载 着块状的 Na2CO3·NaHCO3·2H2O。 由于海水落潮，商船搁浅了， 于是船员们纷纷登上沙滩。有 的船员还抬来大锅，搬来木柴， 并用几块“天然苏打”作为大 锅的支架，在沙滩（碳酸钙、 二氧化硅）上做饭。
②、陶瓷
陶瓷中的玻璃相的主要作用是：
1)填充晶体相之间的空隙，并将分散的晶相粘结起 来，提高材料的致密度； 2)降低烧结温度，促进烧结； 3)玻璃相粘度高，阻止晶体转变，抑制晶体长大； 4)获得一定程度的玻璃特性，如透光性等。
美国和欧洲一些国家的文献已将“Ceramic”一词 理解为各种无机非金属固体材料的通称。
1、陶瓷材料简介 ①玻璃 ②陶瓷 ③是玻璃还是陶瓷？
①、玻璃
晶体
玻璃
①、玻璃
冷却速度
须使金属不产生晶核也不发生晶核长大
Tm
开始 温
度
结束
液体 结晶
玻璃 时间
C曲线
冷却速度高于 临界冷却速度 以上时，金属 不再发生结晶
晶体形成温度与时间的关系
①、玻璃
※非晶态合金块材制备方法
大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成能力。 Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律： ⑴合金系由三个以上组元组成； ⑵主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差； ⑶各组元间有大的负混合热；
原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分 Na2O·CaO·6SiO2
②、陶瓷
陶瓷材料的发展可以用五个里程碑和三个技术突破来概括
第一个里程碑
新石器时代早期陶器的出现
江西万年仙人洞和广西桂林甑 皮岩两个新石器时代遗址出现 了距今万年左右的陶器。
原料与工艺
就地取材，烧结温度在700℃ 左右，造型简单
第二个里程碑 夏代印文硬陶和商、周时代原始瓷的烧制成功
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
红宝石：主要成分是氧化铝(Al₂O₃)。红色来自铬(Cr)， 主要为Cr2O3，含量一般0.1～3%，最高者达4%
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
主要成分是氧化铝（Al₂O₃）。 蓝色是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致。蓝宝石的 颜色，可以有粉红、黄、绿、白、 甚至在同一颗石有多种颜色
材料呈蓝色，是由于它反射（激发跃迁），是由 于其与波长的光由于各种原因被吸收了。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象二：可机械加工
可用标准金属加工工具和设备进行车、铣、刨、磨 、钻、锯切 和攻丝等加工。
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃制备工艺
整体析晶法：
可沿用任何一种玻璃的成形方法，如吹制、压制、拉制、压延、离心浇 注、重力浇注等，适合自动操作Hale Waihona Puke 制备形状复杂的制品。（需要加晶核 剂）
第四个里程碑
隋唐时期北方白釉瓷的突破
烧结温度达到1300℃以上
铁含量高于1%就是青色，少于1%就是白色
第五个里程碑
宋代到清代彩色釉瓷、彩绘瓷 和雕塑陶瓷的辉煌成就
自东汉晚期，浙江就烧制 透明和单色的青釉瓷，随 后，从透明到呈乳浊状和 呈现各种纹样是在工艺和 艺术上的一次飞跃。
唐代出现的唐三彩是另一 个飞跃；元代以后又有多 种元素被引入彩釉中，这 是又一次飞跃。
与陶器的区别
化学组分中含有Fe2O3，硬陶 烧结温度在1250℃左右
原始瓷内外表面都有玻璃釉，但结合不好，易脱落。
第三个里程碑
汉晋时期南方青釉瓷的诞生
东汉晚期，以浙江越窑青釉瓷的诞 生标志着中国陶瓷工艺发展的一个 飞跃。瓷与陶的重要区别在于外观 坚实致密，一般为白色或略带灰色， 断面有玻璃态光泽。
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
3、α- Al2O3单晶体是良好的对红外线、可见光透明的材料。但 是以α - Al2O3为主晶相的多晶陶瓷通常并非如此。原因是材料 中存在尺度与红外线、可见光波长相当的缺陷（如玻璃相、气 孔、杂质相等）、晶界，引起透入光被不断地被散射、反射、 折射、干涉甚至被吸收，最后基本被消耗在材料内部。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象一：有的微晶玻璃不透明
在光照条件下： 黑色的材料容易吸热 金属材料容易吸热 为什么？
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里 1、转化为晶格振动（晶格热容） 2、将电子激发到高能级（电子热容）。金 属的能级连续，所以各种能量的光子来者不 拒，以至于不透明。 3、反射
③、是玻璃还是陶瓷
烧结法：
配料→熔制→淬冷→粉碎→成形→烧结。 烧结法是通过淬冷后的细小颗粒的界面和表面晶化而形成微晶玻璃， 不必使用晶核剂。（利用缺陷成核）
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃与陶瓷区别：
玻璃微晶化过程中产生的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生 相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而 陶瓷中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以 外，大部分是在制备陶瓷是通过组分直接引入的。
微晶玻璃与玻璃的区别：
微晶玻璃是微晶体（ 晶粒尺寸为0.1-0.5um）和残余玻璃相 组成的复合材料，而玻璃则是非晶态固体。微晶玻璃可以是 透明的或非透明的，而玻璃一般是透光率各异的透明体。
③、是玻璃还是陶瓷
玻璃的微晶学说
1921年列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发
现，玻璃加热到573℃时其折射率发生急 剧变化，而石英正好在573℃发生αβ型 的转变。在此基础上他提出玻璃是高分 散的晶子的集合体，后经瓦连柯夫等人 逐步完善。
微晶的尺度在2nm左右
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃炉具面板
透明微晶玻璃
从陶到瓷主要有三大突破： 一、瓷土的发现和利用 二、釉的发明和创新 三、烧结温度的提高
②、陶瓷
②、陶瓷
1） 晶粒 是陶瓷材料的主要组成相
①硅酸盐 硅酸盐是传统陶瓷的主要晶相。 ② 氧化物 氧化物是大多数典型陶瓷，特别是特种陶瓷的主要组 成和晶体相。最重要的氧化物晶体相有AO、AO2、A2O3、 ABO3和AB2O4等（A、B表示阳离子）。 ③非氧化物 是指不含氧的金属碳化物、氮化物、硅化物及硼化 物等，它们是新型陶瓷,特别是金属陶瓷的主要晶相和晶体相。主 要由高键能的共价键结合，但也有离子键和金属键。
①、玻璃
腓尼基人
生活在今天地中海东岸
Na2CO3·NaHCO3·2H2O
①、玻璃
3000多年前，洲腓尼商船载 着块状的 Na2CO3·NaHCO3·2H2O。 由于海水落潮，商船搁浅了， 于是船员们纷纷登上沙滩。有 的船员还抬来大锅，搬来木柴， 并用几块“天然苏打”作为大 锅的支架，在沙滩（碳酸钙、 二氧化硅）上做饭。
②、陶瓷
陶瓷中的玻璃相的主要作用是：
1)填充晶体相之间的空隙，并将分散的晶相粘结起 来，提高材料的致密度； 2)降低烧结温度，促进烧结； 3)玻璃相粘度高，阻止晶体转变，抑制晶体长大； 4)获得一定程度的玻璃特性，如透光性等。
美国和欧洲一些国家的文献已将“Ceramic”一词 理解为各种无机非金属固体材料的通称。
1、陶瓷材料简介 ①玻璃 ②陶瓷 ③是玻璃还是陶瓷？
①、玻璃
晶体
玻璃
①、玻璃
冷却速度
须使金属不产生晶核也不发生晶核长大
Tm
开始 温
度
结束
液体 结晶
玻璃 时间
C曲线
冷却速度高于 临界冷却速度 以上时，金属 不再发生结晶
晶体形成温度与时间的关系
①、玻璃
※非晶态合金块材制备方法
大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成能力。 Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律： ⑴合金系由三个以上组元组成； ⑵主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差； ⑶各组元间有大的负混合热；
原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分 Na2O·CaO·6SiO2
②、陶瓷
陶瓷材料的发展可以用五个里程碑和三个技术突破来概括
第一个里程碑
新石器时代早期陶器的出现
江西万年仙人洞和广西桂林甑 皮岩两个新石器时代遗址出现 了距今万年左右的陶器。
原料与工艺
就地取材，烧结温度在700℃ 左右，造型简单
第二个里程碑 夏代印文硬陶和商、周时代原始瓷的烧制成功
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
红宝石：主要成分是氧化铝(Al₂O₃)。红色来自铬(Cr)， 主要为Cr2O3，含量一般0.1～3%，最高者达4%
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
主要成分是氧化铝（Al₂O₃）。 蓝色是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致。蓝宝石的 颜色，可以有粉红、黄、绿、白、 甚至在同一颗石有多种颜色
材料呈蓝色，是由于它反射（激发跃迁），是由 于其与波长的光由于各种原因被吸收了。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象二：可机械加工
可用标准金属加工工具和设备进行车、铣、刨、磨 、钻、锯切 和攻丝等加工。
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃制备工艺
整体析晶法：
可沿用任何一种玻璃的成形方法，如吹制、压制、拉制、压延、离心浇 注、重力浇注等，适合自动操作Hale Waihona Puke 制备形状复杂的制品。（需要加晶核 剂）
第四个里程碑
隋唐时期北方白釉瓷的突破
烧结温度达到1300℃以上
铁含量高于1%就是青色，少于1%就是白色
第五个里程碑
宋代到清代彩色釉瓷、彩绘瓷 和雕塑陶瓷的辉煌成就
自东汉晚期，浙江就烧制 透明和单色的青釉瓷，随 后，从透明到呈乳浊状和 呈现各种纹样是在工艺和 艺术上的一次飞跃。
唐代出现的唐三彩是另一 个飞跃；元代以后又有多 种元素被引入彩釉中，这 是又一次飞跃。
与陶器的区别
化学组分中含有Fe2O3，硬陶 烧结温度在1250℃左右
原始瓷内外表面都有玻璃釉，但结合不好，易脱落。
第三个里程碑
汉晋时期南方青釉瓷的诞生
东汉晚期，以浙江越窑青釉瓷的诞 生标志着中国陶瓷工艺发展的一个 飞跃。瓷与陶的重要区别在于外观 坚实致密，一般为白色或略带灰色， 断面有玻璃态光泽。
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
3、α- Al2O3单晶体是良好的对红外线、可见光透明的材料。但 是以α - Al2O3为主晶相的多晶陶瓷通常并非如此。原因是材料 中存在尺度与红外线、可见光波长相当的缺陷（如玻璃相、气 孔、杂质相等）、晶界，引起透入光被不断地被散射、反射、 折射、干涉甚至被吸收，最后基本被消耗在材料内部。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象一：有的微晶玻璃不透明
在光照条件下： 黑色的材料容易吸热 金属材料容易吸热 为什么？
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里 1、转化为晶格振动（晶格热容） 2、将电子激发到高能级（电子热容）。金 属的能级连续，所以各种能量的光子来者不 拒，以至于不透明。 3、反射
③、是玻璃还是陶瓷
烧结法：
配料→熔制→淬冷→粉碎→成形→烧结。 烧结法是通过淬冷后的细小颗粒的界面和表面晶化而形成微晶玻璃， 不必使用晶核剂。（利用缺陷成核）
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃与陶瓷区别：
玻璃微晶化过程中产生的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生 相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而 陶瓷中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以 外，大部分是在制备陶瓷是通过组分直接引入的。
微晶玻璃与玻璃的区别：
微晶玻璃是微晶体（ 晶粒尺寸为0.1-0.5um）和残余玻璃相 组成的复合材料，而玻璃则是非晶态固体。微晶玻璃可以是 透明的或非透明的，而玻璃一般是透光率各异的透明体。
③、是玻璃还是陶瓷
玻璃的微晶学说
1921年列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发
现，玻璃加热到573℃时其折射率发生急 剧变化，而石英正好在573℃发生αβ型 的转变。在此基础上他提出玻璃是高分 散的晶子的集合体，后经瓦连柯夫等人 逐步完善。
微晶的尺度在2nm左右
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃炉具面板
透明微晶玻璃
从陶到瓷主要有三大突破： 一、瓷土的发现和利用 二、釉的发明和创新 三、烧结温度的提高
②、陶瓷
②、陶瓷
1） 晶粒 是陶瓷材料的主要组成相
①硅酸盐 硅酸盐是传统陶瓷的主要晶相。 ② 氧化物 氧化物是大多数典型陶瓷，特别是特种陶瓷的主要组 成和晶体相。最重要的氧化物晶体相有AO、AO2、A2O3、 ABO3和AB2O4等（A、B表示阳离子）。 ③非氧化物 是指不含氧的金属碳化物、氮化物、硅化物及硼化 物等，它们是新型陶瓷,特别是金属陶瓷的主要晶相和晶体相。主 要由高键能的共价键结合，但也有离子键和金属键。