陶瓷材料的性能特点及其应用
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2、坯料的成型
1.定义
❖
在配制好的陶瓷原料中加入水或其他成型助剂（粘合剂
），使其有一定塑性，然后通过某种方法使其成为具有一定
形状的坯体的工艺过程。
❖ 2.成型方法
❖
①挤压成型法：在坯料中加入水或增塑剂，捏练成塑性
泥料，然后用手工、挤压或机加工成型。
②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型，常用于制造形 状复杂，精度要求不高的日用陶瓷和建筑陶瓷。
❖
P型半导体：加入元素的原子价大于基质的原子价。
❖
N型半导体：加入元素的原子价小于基质的原子价。
二、玻璃相
❖ 1.作用：
❖ ①将晶体粘结起来，填充晶体相之间空隙，提 ❖ 高材料的致密度； ❖ ②降低烧成温度，加快烧结过程； ❖ ③阻止晶体转变，抑制晶体长大； ❖ ④获得一定程度的玻璃特性。
❖ 2.玻璃化转变
❖ 3.长石（20～30％）：含K＋、Na＋、Ca＋的无水铝硅酸盐， 高温下熔融，可以溶解部分石英和高岭土分解物，起高温胶 结作用。
（2）传统陶瓷可塑坯料的制备过程
长石
石英
粘土及高岭土
拣选 洗涤 粗碎
煅烧 拣选 粗碎
拣选 中碎
中碎
中碎
配料
传统陶瓷可塑坯料的制备过程示意图
湿法球磨 过筛除铁
压滤 炼泥及陈腐 挤制泥段
（1）硅酸盐结构 1.结构特点： ①构成硅酸盐的基本单元是[SiO4]四面体。
②硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连 结，否则结构不稳定； ③Si4+离子间不直接成键，它们之间的结合通过O2-离子来实现，Si—O— Si
的结合键在氧上的键角接近于145°，键的性质为共价键合离子键约各 占一半。
❖ ④按照一定的硅氧比数，稳定的硅酸盐结构中， ❖ 硅氧四面体采取空间维数互相结合，单个四面 ❖ 体的维数为0，连成链状、层状和立体的维数 ❖ 相应为1、2、3； ❖ ⑤硅氧四面体相互连结时优先采取比较紧密的结 ❖ 构； ❖ ⑥同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原 ❖ 子。
❖ ①玻璃化转变温度（Tg） ❖ ②软化温度(Tf)
❖ 3.石英玻璃与石英晶体的区别
❖
若玻璃中含有氧化铝或氧化硼，则四面体中的硅被铝或硼部分取代
，形成铝硅酸员或硼硅酸盐的结构网络。玻璃中含有碱金属（Na、K）
和碱土金属(Ca、Mg、Ba)的离子时，它们在结构中分布在四面体群的
网络里， Na2O等氧化物的存在，会使很强的Si—O— Si键破坏，因而降 低玻璃的强度、热稳定性和化学稳定性，但有利于生产工艺。
4.一般来说，陶瓷的耐热冲击性较差，在热 应力作用下易出现脆性破坏。
5.晶粒越小，强度越高。
（3）塑性与韧性 陶瓷材料的塑性和韧性都较低，这是由于其晶体结构复杂，滑移系
排除坯体内的残余水分。
②氧化物分解和晶型转化期（300 ℃～950 ℃） 粘土中结构水的排除，碳酸盐（杂质）的分解，有机物
❖ ③玻化成瓷期（950 ℃～烧结温度）
❖
原料在985 ℃共熔，随温度升高 ，液相量逐渐增多。
液相使坯体致密化，同时液相吸出新的稳定相莫来石。莫来
石晶体的不断析出和线性尺寸的长大，交错贯穿着在瓷坯中
❖ 概况
❖ 一.陶瓷的工艺过程 ❖ 二.陶瓷的结构 ❖ 三.陶瓷材料的性能
特点
❖ 四.陶瓷材料及其应 用
1.陶瓷的工艺过程
1、原料的制备 （1）生产陶瓷的三种主要原料
1.粘土（40～60％）：含水铝硅酸盐，主要化学成分为SiO2、 Al2O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。
2.石英（20～30％）：化学组成为SiO2，是一种耐热性、抗蚀 性、高硬度的物质，是陶瓷制品的骨架。
硅氧四面体在空间组成的三维网状结构 （SiO2、钠长石、钙长石）
（2）氧化物结构
❖ 1.NaCl型结构（AX型） ❖ 2.CaF2(AX2型) ❖ 3. 刚玉结构(A2X3型) ❖ 4. 钙钛矿型或钛铁矿型结构(ABX3型) ❖ 5.尖晶石结构(AB2X4型)
（3）非氧化物的结构
❖ 1.定义：
❖
相的种类、分布、比例及气孔率的大小有关。
❖
3. 陶瓷材料在受压状态下的弹性模量一般大于拉伸状
态下的弹性模量。
（2）强度 1.陶瓷材料在理论上具有很高的断裂强度，但 实际上
断裂强度却往往比金属材料低的多。 2.陶瓷材料的抗压强度比抗拉强度大得多，其差别程度
大大超过金属。
3.气孔和材料密度对陶瓷断裂强度有重大影 响。
2.结构类型
结构类型
含孤立、成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐结构 岛状： （如镁橄榄石Mg2SiO4）
链状：
由大量的硅氧四面体通过共顶连结而形成的一维 结构（石棉)
wk.baidu.com
层状：
由大量的、底面在同一平面上的硅氧四面体通过在该平 面上共顶连接而形成的具有六角对称的无限二维结构（ 高岭石、云母）
骨架状：
指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。
❖
它们是特种陶瓷特别是金属陶瓷的主要组成和晶体相，
主要由共价键结合，但也有一定成分的金属键合离子键。
❖ 2.结构
（4）晶体缺陷
❖ 点缺陷的作用：
❖
提高陶瓷材料的导电性。主要有空位导电，间隙原子运
动导电。另外，在陶瓷材料中加入杂质时，会出现P型、N
型两种类型的半导体。
起骨架作用，使瓷坯强度增大。
❖
❖ ④冷却期（止火温度～室温）冷却过程中玻璃
❖
相在750℃～550 ℃之间有塑性状态转变为固态，残留
石英在573 ℃由α石英转变为β石英。
二.硅陶酸盐瓷结的构 结构
晶体相 陶 瓷 结 构
玻璃相
氧化物结构 非氧化物结构
气相
1、晶体相 作用：晶体相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷 的性能和应用。
③压制成型：在粉料中加入少量水分和增塑、剂，然后在 金属模具中加较高压力成型，主要用于特种陶瓷和金属陶瓷 。
3、制品的烧成或烧结
1.定义： 成型的坯料，经过高温烧成或烧结才能获得陶瓷的特性。
烧成的制品开口率较高，致密度较低。当烧成湿开口气孔率 接近于零，获得高致密度的瓷化过程成为烧结。 2.烧成（或烧结）四阶段 ①蒸发期（室温～300℃）
三、气相
❖ 气孔降低陶瓷的强度，是造成裂纹的根源。普通陶瓷的 气孔率为5％～10％，特种陶瓷的气孔率在5％以下，金属陶 瓷则要求低于5％。
三 陶瓷材料的性能特点
❖ 1、陶瓷材料的力学性能 ❖ （1）弹性模量
❖
1. 陶瓷材料的弹性模量比金属材料的弹性模量大得多
，常相差数倍。
❖
2. 陶瓷材料的弹性模量不仅与结合键有关，还与组成
2、坯料的成型
1.定义
❖
在配制好的陶瓷原料中加入水或其他成型助剂（粘合剂
），使其有一定塑性，然后通过某种方法使其成为具有一定
形状的坯体的工艺过程。
❖ 2.成型方法
❖
①挤压成型法：在坯料中加入水或增塑剂，捏练成塑性
泥料，然后用手工、挤压或机加工成型。
②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型，常用于制造形 状复杂，精度要求不高的日用陶瓷和建筑陶瓷。
❖
P型半导体：加入元素的原子价大于基质的原子价。
❖
N型半导体：加入元素的原子价小于基质的原子价。
二、玻璃相
❖ 1.作用：
❖ ①将晶体粘结起来，填充晶体相之间空隙，提 ❖ 高材料的致密度； ❖ ②降低烧成温度，加快烧结过程； ❖ ③阻止晶体转变，抑制晶体长大； ❖ ④获得一定程度的玻璃特性。
❖ 2.玻璃化转变
❖ 3.长石（20～30％）：含K＋、Na＋、Ca＋的无水铝硅酸盐， 高温下熔融，可以溶解部分石英和高岭土分解物，起高温胶 结作用。
（2）传统陶瓷可塑坯料的制备过程
长石
石英
粘土及高岭土
拣选 洗涤 粗碎
煅烧 拣选 粗碎
拣选 中碎
中碎
中碎
配料
传统陶瓷可塑坯料的制备过程示意图
湿法球磨 过筛除铁
压滤 炼泥及陈腐 挤制泥段
（1）硅酸盐结构 1.结构特点： ①构成硅酸盐的基本单元是[SiO4]四面体。
②硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连 结，否则结构不稳定； ③Si4+离子间不直接成键，它们之间的结合通过O2-离子来实现，Si—O— Si
的结合键在氧上的键角接近于145°，键的性质为共价键合离子键约各 占一半。
❖ ④按照一定的硅氧比数，稳定的硅酸盐结构中， ❖ 硅氧四面体采取空间维数互相结合，单个四面 ❖ 体的维数为0，连成链状、层状和立体的维数 ❖ 相应为1、2、3； ❖ ⑤硅氧四面体相互连结时优先采取比较紧密的结 ❖ 构； ❖ ⑥同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原 ❖ 子。
❖ ①玻璃化转变温度（Tg） ❖ ②软化温度(Tf)
❖ 3.石英玻璃与石英晶体的区别
❖
若玻璃中含有氧化铝或氧化硼，则四面体中的硅被铝或硼部分取代
，形成铝硅酸员或硼硅酸盐的结构网络。玻璃中含有碱金属（Na、K）
和碱土金属(Ca、Mg、Ba)的离子时，它们在结构中分布在四面体群的
网络里， Na2O等氧化物的存在，会使很强的Si—O— Si键破坏，因而降 低玻璃的强度、热稳定性和化学稳定性，但有利于生产工艺。
4.一般来说，陶瓷的耐热冲击性较差，在热 应力作用下易出现脆性破坏。
5.晶粒越小，强度越高。
（3）塑性与韧性 陶瓷材料的塑性和韧性都较低，这是由于其晶体结构复杂，滑移系
排除坯体内的残余水分。
②氧化物分解和晶型转化期（300 ℃～950 ℃） 粘土中结构水的排除，碳酸盐（杂质）的分解，有机物
❖ ③玻化成瓷期（950 ℃～烧结温度）
❖
原料在985 ℃共熔，随温度升高 ，液相量逐渐增多。
液相使坯体致密化，同时液相吸出新的稳定相莫来石。莫来
石晶体的不断析出和线性尺寸的长大，交错贯穿着在瓷坯中
❖ 概况
❖ 一.陶瓷的工艺过程 ❖ 二.陶瓷的结构 ❖ 三.陶瓷材料的性能
特点
❖ 四.陶瓷材料及其应 用
1.陶瓷的工艺过程
1、原料的制备 （1）生产陶瓷的三种主要原料
1.粘土（40～60％）：含水铝硅酸盐，主要化学成分为SiO2、 Al2O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。
2.石英（20～30％）：化学组成为SiO2，是一种耐热性、抗蚀 性、高硬度的物质，是陶瓷制品的骨架。
硅氧四面体在空间组成的三维网状结构 （SiO2、钠长石、钙长石）
（2）氧化物结构
❖ 1.NaCl型结构（AX型） ❖ 2.CaF2(AX2型) ❖ 3. 刚玉结构(A2X3型) ❖ 4. 钙钛矿型或钛铁矿型结构(ABX3型) ❖ 5.尖晶石结构(AB2X4型)
（3）非氧化物的结构
❖ 1.定义：
❖
相的种类、分布、比例及气孔率的大小有关。
❖
3. 陶瓷材料在受压状态下的弹性模量一般大于拉伸状
态下的弹性模量。
（2）强度 1.陶瓷材料在理论上具有很高的断裂强度，但 实际上
断裂强度却往往比金属材料低的多。 2.陶瓷材料的抗压强度比抗拉强度大得多，其差别程度
大大超过金属。
3.气孔和材料密度对陶瓷断裂强度有重大影 响。
2.结构类型
结构类型
含孤立、成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐结构 岛状： （如镁橄榄石Mg2SiO4）
链状：
由大量的硅氧四面体通过共顶连结而形成的一维 结构（石棉)
wk.baidu.com
层状：
由大量的、底面在同一平面上的硅氧四面体通过在该平 面上共顶连接而形成的具有六角对称的无限二维结构（ 高岭石、云母）
骨架状：
指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。
❖
它们是特种陶瓷特别是金属陶瓷的主要组成和晶体相，
主要由共价键结合，但也有一定成分的金属键合离子键。
❖ 2.结构
（4）晶体缺陷
❖ 点缺陷的作用：
❖
提高陶瓷材料的导电性。主要有空位导电，间隙原子运
动导电。另外，在陶瓷材料中加入杂质时，会出现P型、N
型两种类型的半导体。
起骨架作用，使瓷坯强度增大。
❖
❖ ④冷却期（止火温度～室温）冷却过程中玻璃
❖
相在750℃～550 ℃之间有塑性状态转变为固态，残留
石英在573 ℃由α石英转变为β石英。
二.硅陶酸盐瓷结的构 结构
晶体相 陶 瓷 结 构
玻璃相
氧化物结构 非氧化物结构
气相
1、晶体相 作用：晶体相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷 的性能和应用。
③压制成型：在粉料中加入少量水分和增塑、剂，然后在 金属模具中加较高压力成型，主要用于特种陶瓷和金属陶瓷 。
3、制品的烧成或烧结
1.定义： 成型的坯料，经过高温烧成或烧结才能获得陶瓷的特性。
烧成的制品开口率较高，致密度较低。当烧成湿开口气孔率 接近于零，获得高致密度的瓷化过程成为烧结。 2.烧成（或烧结）四阶段 ①蒸发期（室温～300℃）
三、气相
❖ 气孔降低陶瓷的强度，是造成裂纹的根源。普通陶瓷的 气孔率为5％～10％，特种陶瓷的气孔率在5％以下，金属陶 瓷则要求低于5％。
三 陶瓷材料的性能特点
❖ 1、陶瓷材料的力学性能 ❖ （1）弹性模量
❖
1. 陶瓷材料的弹性模量比金属材料的弹性模量大得多
，常相差数倍。
❖
2. 陶瓷材料的弹性模量不仅与结合键有关，还与组成