结构陶瓷
特种陶瓷的相关介绍
特种陶瓷的相关介绍特种陶瓷是指在传统陶瓷基础上，通过改变原始的成分配比、成形工艺、烧成工艺等，制成性能优异、用途广泛、具有特殊需求的陶瓷材料。
下面将对特种陶瓷的种类、应用领域和制造工艺等进行介绍。
特种陶瓷的种类1.电子陶瓷：以氧化铝、氧化铝质玻璃、石英等为原料，制成用于半导体器件包装、介质等的电子陶瓷。
2.结构陶瓷：以氧化锆、氧化铝、碳化硅等为原料，经过加压模压、注射成型后，高温烧制而成的具有高强度、抗磨损性、耐腐蚀性等性能的结构陶瓷。
3.生物陶瓷：以氧化锆、氧化铝、磷酸三钙等为原料，经过特殊制造工艺后，制成用于人工关节、牙科医疗和植入式医疗等领域的生物陶瓷。
4.热媒体陶瓷：以氧化铝、氧化锆等为原料，经过特殊工艺处理，制成用于高温传热的热媒体陶瓷。
5.摩擦材料陶瓷：以氧化铝、氮化硅、氧化锆等为原料，经过特殊烧制工艺，制成用于汽车、飞机、铁路等领域摩擦材料的陶瓷。
特种陶瓷的应用领域1.电子领域：用于电容器、介质、射频器件、振荡器、陶瓷滤波器、压电陶瓷、声波陶瓷等领域。
2.医疗领域：用于人工关节、人牙种植体、口腔修复等领域的生物陶瓷。
3.环保领域：用于重金属和有害气体的吸附、污水处理、空气净化等领域的陶瓷。
4.新能源领域：用于氢能源技术、太阳能电池等领域的氧化锆陶瓷。
5.机械领域：用于轴承、密封、磨损件等机械领域的结构陶瓷。
特种陶瓷的制造工艺特种陶瓷的制造过程包括原料选取、配料、成型、烧结等多个工艺环节。
原料选取是关键环节，不同种类的特种陶瓷要选取不同的原料。
例如，生物陶瓷需要选用生物相容性好、生物安全性高的原料，并采用特殊的工艺进行处理，保证最终陶瓷的生物可接受性。
配料是根据要求的化学组成比配制粉末混合物的重要环节，粉末混合方法有湿法和干法两种。
成型是将混合后的陶瓷粉末通过模具成型的环节，通常包括压制、注射成型、挤出成型和印制等多种成型方式。
烧结是将成型后的陶瓷样品放入特殊的烧结设备中加热处理的环节，经过高温烧结，使得陶瓷颗粒结合更紧密、密度更高，从而得到更高的强度和硬度。
结构陶瓷
做高温结构陶瓷最流行也是最有前途的 是氮化硅、碳化硅、氧化铝、二氧化锆 和氧化铝—氧化硅等材料。
采用反应烧结法、热压法、常压和高压 烧结法生产这些材料。
发展现状
工程结构陶瓷是陶瓷材料的重要分支，它以耐高温、高强 度、耐磨损、超硬度、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征 “广泛应用于机械、电子、航空航天、生物工程领域，约 占整个陶瓷市场的25%。
发展趋势
高性能结构陶瓷有如下三个发展趋势：
单相陶瓷向多相复合陶瓷发展 当前结构陶瓷的研究 与来发已从原先倾向于单相和高纯的特点向多相复合 的方向发展。其中包括纤维（或晶须）补强的陶瓷基 复合材料；异相颗粒弥散强化的复相陶瓷；自补强复 相陶瓷，也称为原位生长复相陶瓷；梯度功能福相陶 瓷和纳米复相陶瓷。例如SiC-TiC纳米符合陶瓷的断 裂韧性可达16MPa·m1/2与铸铁的韧性相当；Al2O3、 SiC纳米复合陶瓷在1100℃仍保持1500MPa的高强 度。
成型技术
此外，国际上还采用一些特殊的成型方法来制备纳米 陶瓷材料，以克服由于原料晶粒尺寸很小，比表面积 巨大，传统的成型方法易出现坯体开裂的现象。一种 方法为脉冲电磁力成型法。即脉冲电磁力在纳米 Al2O3 粉上产生2~10GPa持续几个微秒的压力脉冲, 能使样品达到62%~83%的理论密度。另一种成型方 法为二次加压成型法。第一次加压导致纳米粉体软团 聚的破碎，第二次加压导致晶粒的重排，以使颗粒间 能更好地接触。用这种方法可使素坯达到更高的密度。
碳化硅结构陶瓷
氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种 超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损， 除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强； 高温时也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空 气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热，也不会 碎裂。正是氮化硅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。
结构陶瓷材料的应用
（2）氧化铝—碳化物复合陶瓷刀具
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氧化铝—碳化物系复合陶瓷是在Al2O3基体中加入 TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2等成分经烧结 而成的复合陶瓷体系。
在氧化铝—碳化物复合陶瓷刀具体系中发展最早 的是Al2O3—TiC复合陶瓷。这种复合陶瓷刀具， 由于在基体中弥散了质量分数为15％一40％的 硬质纫颗粒TiC，不仅提高了材料的硬度，也提 高了断裂韧性。因为当基体中的裂纹受力扩展时， 必然会遇到TiC颗粒的阻碍，产生偏折拐弯，这 样就延长了裂纹所走的路线，多消耗了一部分能 量比。纯因Al2此O复3刀合具A提l2O高3很—T多i。C陶瓷刀具的切削性能要
1.陶瓷刀具
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陶瓷刀具是以陶瓷材料为基础制作的 用于金属切削的刀具，能在高速切削 条件下保持高的强度、硬度和耐磨性， 并具有长的使用寿命。
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陶瓷刀具与传统的高速钢和硬质合金刀具 相比，具有更好的红硬性和耐磨性；与超 硬材料金刚石和CBN相比，它具有更低的 制造成本、更好的热稳定性和抗冲击能力。 因而，在先进制造技术的发展过程中起着 如下方面的重要作用。
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同其他陶瓷部件相比，陶瓷轴承零件所受应力很 高，因此，对于陶瓷轴承材料的要求更加苛刻。 目前，大多数在正常工作环境下应用的轴承部是 混合型的，对其中陶瓷滚动体材料有如下要求。
①低密度 ②适中的弹性模量 ③高强度
⑤线膨胀系数小 ⑥耐高温 ⑦耐腐蚀
④高硬度和韧性
2氧化铝碳化物复合陶瓷刀具companylogoal十ticn系统陶瓷强度断裂韧性和硬度的实验结果在al中适当加入ticn使得al的晶粒变细同时提高了硬度这种复合材料刀具有较高的硬度和切削能companylogo氧化铝碳化钦金属系复合陶瓷刀具sic晶须增韧al陶瓷刀具等
先进结构陶瓷的基本概念、结构和性能
第一章 绪 论
金属材料 Metal
材料 Materials
无机非金属材料：Ceramics Inorganic non-metallic materials
高分子材料 Polymer
复合材料 Composite
1.1 陶瓷的分类
陶瓷 Ceramics
传统陶瓷: Traditional ceramics 陶器 Pottery 炻器 Stone ware 瓷器 Porcelain, China
1.3.1 先进陶瓷的分类
按特性分： 结构陶瓷：主要利用陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损及化学性质
稳定等特点。 功能陶瓷：利用某些陶瓷材料所具有的特殊电、磁、热、光、生物等
性能。 陶瓷基复合材料：通过材料设计的方法来改善单组份陶瓷的性能或取
得多组份材料性能互补的优势，扩大其应用范围。 按材质分： 氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、氧化锌 氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、 硼化物陶瓷：二硼化钛、二硼化锆 硅化物陶瓷：二硅化钼
Hunan University
1.3.1 先进陶瓷板、封装用陶瓷，
超导陶瓷、绝缘陶瓷 热陶瓷：发热陶瓷、导热陶瓷、隔热陶瓷 耐磨陶瓷：陶瓷轴承、密封件、研磨体、内衬 光陶瓷：透明陶瓷、光导纤维、激光陶瓷 敏感陶瓷：热敏、压敏、气敏、光敏陶瓷 核陶瓷：核燃料（氧化铀）、核保护（含硼陶瓷） 化学陶瓷：耐酸陶瓷、耐碱陶瓷、过滤、催化用陶瓷
1.2.5 唐宋时期的陶瓷
宋朝：中国瓷器的鼎盛时期：定窑
Hunan University
1.2.5 唐宋时期的陶瓷
宋朝：汝窑
Hunan University
1.2.5 唐宋时期的陶瓷
陶瓷材料-3-结构陶瓷
当从高温冷却到四方相转变温度，由于存在相变滞后现象， 大约要在1050oC左右，即偏低100oC，才由四方相转变为单斜 相，这一转变为马氏体相变。
②氧化锆陶瓷
由于氧化锆的三种不同晶型间存在密度差，升降温过程伴 随着相变，产生较大的体积变化。如四方氧化锆与单斜氧化 锆之间的转变伴随有7%～9%的体积变化。
具备多种相变的陶瓷材料，很难抵抗热冲击
①氧化铝陶瓷
普通氧化铝陶瓷：
是以Al2O3为主要成份的陶瓷。按Al2O3 含量不同可分为99瓷、 95瓷、 90瓷、 85瓷 。有时也将Al2O3 含量为80 wt.%和75 wt.%也列入普通氧化铝陶瓷。
99氧化铝陶瓷常用作坩埚、耐火炉管及特殊用途的耐磨材料 如轴承、密封件、水阀片等； 95氧化铝陶瓷主要用作各种要求中等的耐腐蚀、耐磨部件； 85氧化铝陶瓷组份中通常加入部分滑石，形成与硅酸镁共溶 所组成的以刚玉瓷为主晶相的高铝瓷。是电真空装臵器件中 采用最广泛的瓷料。
ZrO2
1700
MgO作为助烧剂的作用机制 MgO的作用与其加入量有关：
当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（<0.3wt%）时， 固溶反应： 2MgO →2MgAl '+2O0x+V0••
生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结
当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应： MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石) 尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al 2O3主晶相的 晶界上，阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于 晶界移动过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。 气孔在晶界上通过晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果 还可以细化晶粒。
第一讲：结构陶瓷、功能陶瓷、压电陶瓷及应用概述
BME MLCC断面，介质层厚 3 µ m 晶粒尺寸250 nm
成功实现成果转化 ： 风华、深圳宇阳生产出超薄层BME MLCC产 品，山东国腾公司建立了高性能瓷料中心。
授权专利: US7022635B2， ZL98124799.7; ZL 02125720.5 ; ZL 02146520.7 21 申请专利： CA1461023A ; CA1461022A, 200510130476.8, 200410090868.1
PZT
PVDF
ZnO纳米线
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压电材料
-- 分类
常见的压电材料可分为3类，即压电单晶 体、压电陶瓷和新型压电材料。 （1）压电单晶体：石英(包括天然石英和人 造石英)、锂盐类和铁电单晶； 优点：高稳定性，机械强度高，绝缘性高 缺点：压电系数低，价格昂贵 用途：要求较高的传感器
33
压电材料
-- 分类
高性能结构陶瓷应用成果：
解决了复杂形状陶瓷部件的工业化生产的关键技术
复杂形状部件、大尺寸部件、高韧性耐 高温高强度部件
5
传统陶瓷----玻璃
玻璃:非晶态固体，以石英砂、纯碱、长石、石灰石等为主要 原料，并加入金属氧化物等辅料，在高温窖中煅烧至熔融后， 经成型、冷却所获得的非金属材料。 按功能分类：平板玻璃、压花玻璃、钢化玻璃、吸热玻璃、 热反射玻璃、夹层玻璃、夹丝玻璃、中空玻璃、磨砂玻璃等。
光电材料
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信息功能陶瓷材料—— 电子元器件产业的关键材料
电容器
EMI 滤波器
微波器件
传感器
振荡器
功能模块/ IC
压电声波元件
延迟器
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电子元器件的种类
无源元件(passive devices)：在不需要外加电 源的条件下，就可以显示其特性的电子元件。 主要是电阻类、电感类和电容类元件。 有源器件(active devices)：电子元器件工作时， 其内部有电源存在。包括分立器件（三极管、 场效应晶体管、半导体电阻与电容）；模拟集 成电路器件（比较器、集成稳压器、波形发生 器等）；数字集成电路器件（基本逻辑门、计 数器、单片机、寄存器等） 无源器件
先进陶瓷材料第二讲 结构陶瓷材料(I)
金属无机盐 金属有机盐
水解
溶胶
凝胶化 凝胶
煅烧、分散
超微粉体
块体
干燥
陶瓷粉体的制备
基本特点： 均匀性好 纯度高 颗粒较小（凝胶颗粒<0.1µm） 易烧结
是制备纳米粉体的一种常用方法
微乳液法
原理
利用双亲性物 质稳定后得到 的水包油或油 包水型分散系
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
（一）陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
制备科学的内涵及其重要性
可“靠为性了，实陶现瓷具制有备均科匀学性是和必重使需复用的性效”的能（无60缺年代陷美显国微材料结顾构问，委员提会高材
料领域调研报告）
先进陶瓷材料涉及学科
凝合聚成态与物制理备 固态化学
结晶化学
性能 组成与结构
LiCoPO4 粉体的显微形貌
Bi4Ti3O12 粉体的显微形貌
特点： 产物纯度高 结晶状态好 工艺相对简单 适合于产业化
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
沉淀法
基本思路 ：
添加沉淀剂
金属盐溶液
盐或氢氧化物 热分解 氧化物粉末
分离
陶瓷粉体的制备
（1）直接沉淀法 BaTiO3制备 将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在异丙 醇或苯中，加水分解（水解）就能得到 颗粒直径为5-15nm的高纯BaTiO3粉末
胶体化先学进陶瓷材料科学与工程四面体
合成与制备－组成与结构－性能－使用效能
结构陶瓷的制备 原料制备
结构陶瓷材料的制备科学
烧结
坯料制备
后处理
坯体成型
陶瓷粉体的制备
超微粉体的制备方法 结构陶瓷——由晶粒和晶界构成的多晶体 粉体——成型——烧结——多晶体 粉体性质——陶瓷材料性能 粉体制备方法： 固相法 液相法 气相法
结构陶瓷名词解释
结构陶瓷名词解释结构陶瓷是一种材料，它是由陶瓷粉末和一些添加剂混合而成的。
这种材料具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐温性等特点，因此广泛应用于机械制造、电子、冶金、化工等领域。
本文将对结构陶瓷的相关名词进行解释。
一、陶瓷基体陶瓷基体是指结构陶瓷中主要的成分，通常是氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅等材料。
这些材料具有高强度、高硬度、高耐磨性等特点，能够满足结构陶瓷在各种应用领域的要求。
二、增强剂增强剂是指在陶瓷基体中添加的一些材料，用于提高结构陶瓷的强度和韧性。
常见的增强剂有二氧化钛、氧化钇、氧化镁等。
这些增强剂能够与陶瓷基体形成一定的化学键合，从而提高结构陶瓷的强度和韧性。
三、润滑剂润滑剂是指在结构陶瓷的制备过程中添加的一些材料，用于减少材料之间的摩擦力，提高制备工艺的效率。
常见的润滑剂有聚乙烯醇、硅油等。
四、烧结烧结是指将结构陶瓷粉末在高温下加热，使其形成一定的化学键合，从而形成致密的陶瓷材料。
烧结温度通常在1000℃以上，烧结时间也比较长，一般需要几个小时甚至几十个小时。
烧结是制备结构陶瓷的关键步骤之一，也是影响结构陶瓷性能的重要因素之一。
五、热处理热处理是指对结构陶瓷进行高温处理，以改善其性能。
热处理温度通常在1000℃以上，热处理时间也比较长，一般需要几个小时甚至几十个小时。
热处理可以改善结构陶瓷的强度、硬度、耐磨性等性能，提高其在各种应用领域的使用寿命。
六、热膨胀系数热膨胀系数是指结构陶瓷在温度变化时长度变化的比例。
由于结构陶瓷具有较低的热膨胀系数，因此能够在高温环境下保持稳定的尺寸和形状，从而在高温环境下得到广泛应用。
七、硬度硬度是指结构陶瓷抵抗刮擦和压缩的能力。
由于结构陶瓷具有较高的硬度，因此能够在恶劣的环境下保持稳定的性能，从而在各种应用领域得到广泛应用。
八、耐磨性耐磨性是指结构陶瓷抵抗磨损的能力。
由于结构陶瓷具有较高的耐磨性，因此能够在高磨损环境下保持稳定的性能，从而在各种应用领域得到广泛应用。
结构陶瓷的分类
结构陶瓷的分类结构陶瓷是一种具有特殊性能和应用价值的陶瓷材料。
它主要由氧化物、非氧化物和复合材料组成，具有高强度、高硬度、高耐磨、高温稳定性等优点。
根据其不同的成分和结构，可以将其分为以下几类。
1. 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是一种常见的结构陶瓷，由于其具有高硬度、高强度、耐腐蚀等特点，被广泛应用于机械加工、电子元器件、航空航天等领域。
根据制备方法的不同，氧化铝陶瓷又可分为压制法制备的致密氧化铝陶瓷和凝胶注模法制备的多孔氧化铝陶瓷两类。
2. 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷是一种非氧化物结构陶瓷，由于其具有优异的耐高温性能和抗侵蚀性能，在航空航天、核工业等领域得到了广泛应用。
碳化硅陶瓷可以分为α-SiC和β-SiC两种，其中α-SiC陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨等特点，而β-SiC陶瓷则具有高温稳定性和抗氧化性能。
3. 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷是一种复合材料结构陶瓷，由于其具有优异的机械性能、导热性能和耐腐蚀性能，在制造高速切削工具、电子元器件等方面得到了广泛应用。
氮化硅陶瓷可以分为α-Si3N4和β-Si3N4两种，其中α-Si3N4陶瓷具有高强度和高断裂韧性，而β-Si3N4陶瓷则具有高温稳定性和优异的耐腐蚀性能。
4. 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷是一种常见的结构陶瓷，由于其具有优异的机械性能、抗压强度和抗腐蚀性能，在医学、航空航天等领域得到了广泛应用。
氧化锆陶瓷可以分为单晶体氧化锆陶瓷和多晶体氧化锆陶瓷两种，其中单晶体氧化锆陶瓷具有高强度和高断裂韧性，而多晶体氧化锆陶瓷则具有优异的抗腐蚀性能。
综上所述，结构陶瓷的分类主要包括氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷和氧化锆陶瓷四类。
每种结构陶瓷都具有其特殊的应用领域和优点，对于提高材料性能和推动科技进步都起着重要的作用。
先进结构陶瓷材料的研究进展
先进结构陶瓷材料的研究进展近年来，随着科学技术的不断进步和人们对高性能材料需求的增加，先进结构陶瓷材料得到了广泛的研究和应用。
这些材料因其卓越的力学性能、高温稳定性和化学稳定性，在航空航天、能源、电子、汽车等领域都有重要的应用潜力。
下面将介绍一些先进结构陶瓷材料的研究进展。
先进结构陶瓷材料的研究主要集中在改善其力学性能和热氧化性能方面。
一项重要的研究方向是多相陶瓷材料的设计和制备。
多相陶瓷材料由多个不同组成和/或晶体结构的相组成，通过合理设计相的组成比例和分布，可以使材料在不同应力和温度下保持良好的强度和韧性。
例如，氧化铝-氮化硅陶瓷材料具有优异的抗剥离和抗热震性能，适用于高温结构件的制造。
另一个重要的研究方向是纳米陶瓷材料的开发和应用。
纳米陶瓷材料具有高比表面积和尺寸效应，可以显著改善材料的力学、电学和热学性能。
例如，纳米晶氧化锆具有优异的强度、韧性和断裂韧性，可用于制备高硬度和高强度的陶瓷刀具。
另外，纳米晶硅碳化物材料具有优异的热导率和高温稳定性，可用于制备高效的热散热器件。
此外，先进结构陶瓷材料的表面结构改性也是一个重要的研究方向。
通过在陶瓷表面引入缺陷、孔隙、纳米构造或功能涂层，可以改善陶瓷的力学性能、摩擦学性能和抗腐蚀性能。
例如，通过离子注入或聚合物涂层改性，可以显著提高陶瓷材料的硬度、抗磨损性能和摩擦学性能。
此外，通过控制陶瓷材料的结构和形貌，还可以实现液体润滑和自修复性能，提高陶瓷材料的使用寿命和可靠性。
最后，先进结构陶瓷材料的制备方法也得到了快速发展。
传统的制备方法如压缩成型、烧结和热处理技术仍然广泛应用，但由于陶瓷材料的高硬度和脆性，制备过程中容易出现开裂和变形等问题。
因此，近年来出现了一些新的制备方法，如凝胶注模、电化学沉积和立体共聚合等，可以制备出具有复杂形状和微纳结构的陶瓷材料。
综上所述，先进结构陶瓷材料的研究进展主要集中在多相陶瓷材料的设计、纳米陶瓷材料的开发、表面改性和制备方法的创新等方面。
结构陶瓷
10.2.1 氧化铝陶瓷的类型和性能
A12O3陶瓷通常以配料或瓷体中的A12O3的含量来分类，习惯上把A12O3含量在99
％左右的陶瓷称为“99瓷”，把含量95％和90％左右的依次称为“95瓷”和“90 瓷”。 A12O3含量在85％以上的陶瓷通常称高铝瓷，含量99％以上的称为刚玉瓷
或纯刚玉瓷。
2016/6/19 6
按照布拉维格进行考查，则为氧离子
六方晶格与 Be 离子六方晶格的穿插。
BeO 具有较强的共价键性，但其平均
原子量很低，只有12。决定了BeO具有 极高的热导率。
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10.3.3 BN瓷
BN与单质晶体碳在结构类型与结构特征上都极其相似。
立方BN和具有纤锌矿结构的 BN都是在高温高压下制备的，是比较典型的共 价键晶体。其键强高、硬度大，平均原子量低(只有12.11)，为热的良导体。 立方 BN 的单晶热导率测定数据尚未见报道，理论估计值应达 13W/(cm· K) 。 立方BN多晶陶瓷材料的热导率已有过2W/(cm· K)的报道。立方BN价格昂贵， 目前不宜用于生产通常使用的高热导陶瓷材料。
构基元种类多和质量高都会增强对晶格波的干扰和散射，从而使热导率降低。 ③ 对于某些层状结构的晶体来说，沿层片方向强的共价键结合可以保证沿
层片方向有高的热导率，但是层片与层片之间弱的结合力，会使沿垂直层片 方向的热导率显著降低。
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10.3.2 BeO瓷
氧化铍具有纤锌矿型结构: 氧离子按照 六方最紧密堆积方式排列的六方晶格 , Be 离子处于氧离子堆积结构的半数四 面体空隙内。
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根据量子理论，晶格波或热波可以作为一种粒子 ——声子的运动处理，即热波和其他 波一样有波动性，也有粒子性。声子通过晶体结构基元 (原子、离子或分子 )的相互制 约和相互谐调的振动来实现热的传递。可以设想，如果晶体为完全理想结构的非弹性 体，则热可以自晶体的热端不受任何干扰或散射，径直传向冷端，即晶体的热导率可 以很高。但是，事实并是这样。温度非常低的情况下，即使通常的声波也不能在一个 最完整的晶体中径直传播而不受干扰或散射。 任何晶体总有一定的弹性，而晶体中的结构基 元总是处在不断的热起伏中。 在任何一瞬间，晶体内的结构基元都不可能具
结构陶瓷的名词解释
结构陶瓷的名词解释结构陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有优异的力学性能和化学稳定性，被广泛应用于各个领域，尤其在工程结构和航空航天技术中发挥着重要作用。
本文将对结构陶瓷的定义、特性和应用进行详细解释。
一、定义与组成结构陶瓷是一类以氧化物、非氧化物和复合材料为基础的材料，具有具有高强度、高硬度、高韧性和高温稳定性等特点。
它的原子结构呈现出三维的网络结构，主要由非金属离子组成，如氧、硅、铝等。
结构陶瓷在原子排列中存在着离子键、共价键和氢键等多种键合方式，使得其具有独特的力学性能和化学性质。
二、特性1. 高强度与高硬度：结构陶瓷具有良好的抗拉强度、抗压强度和硬度，能够承受较大的力量和压力。
这些特性使得结构陶瓷在高载荷和高温环境下有着出色的稳定性和持久性。
2. 良好的耐磨性：结构陶瓷的表面光滑且硬度高，具有较低的摩擦系数和良好的耐磨性能。
因此，它常被用于制作高速旋转机械部件和耐磨材料。
3. 高温稳定性：结构陶瓷在高温环境下能够保持其力学性能和化学性质。
这使得它能够承受高温应力和化学腐蚀，广泛应用于高温炉窑、火箭发动机和航空航天等领域。
4. 优异的绝缘性和绝热性：结构陶瓷具有较低的热导率和良好的绝缘性能，能够有效隔离热量和电流。
这些特性使得它在电子器件、绝缘子和高温电路等领域应用广泛。
三、应用领域1. 磁性储存器：结构陶瓷常用于磁头、磁场传感器和磁性储存装置等电子器件中，因其低热膨胀系数和高绝缘性能，能够提高设备性能和稳定性。
2. 光学设备：结构陶瓷具有良好的光学透明性和热稳定性，广泛应用于激光器、红外窗口、光纤通信和太阳能电池等领域。
3. 医疗器械：结构陶瓷材料无毒、无味、无放射性污染，被广泛应用于人工关节、牙科修复材料和骨灌注注射等医疗器械。
4. 航空航天技术：结构陶瓷因其耐热、耐磨和高强度等特性，被广泛应用于航空航天发动机、内燃机和航天器的隔热结构中，提高了航空航天技术的性能和可靠性。
结构陶瓷作为一种特殊的材料，具有出色的力学性能和化学稳定性，被广泛应用于各个领域。
陶瓷结构
1.以力学性能和热学性能为主的结构陶瓷2.以学电、磁、光、声性能为主的功能陶瓷3.未来的趋势：结构与功能一体化4.先进结构陶瓷脱胎于古老的传统陶瓷材料5.所谓“先进”：在于它采用的原料是人工合成的，而传统陶瓷采用的是天然原料。
6.一般说来，瓷器应该具备的几个条件是：1）是原料的选择和加工主要表现在Al203的提高和Fe2O3的降低，使胎质呈白色2）是经过1200℃以上的高温烧成，使胎质烧结致密、不吸水分、击之发出清脆的金石声3）是在器表施有高温下烧成的釉，胎釉结合牢固，厚薄均匀.唐代，并称“南青北白”的分别是南方越窑的青瓷与北方邢窑的白瓷。
[白瓷在青瓷的基础之上而发展起来的。
它历经东汉的萌芽阶段、魏晋南北朝的烧制成功阶段，到隋代才达到釉色均匀、细腻莹润的程度。
]2.宋代五大名窑分别是：汝窑、官窑、哥窑、钧窑、定窑。
[一、色如天青的汝窑青瓷;二、釉质如玉的官窑青瓷;三、“巧用缺陷”的哥窑瓷器;四、釉色绚丽的钧窑瓷器;五、印花精美的定窑白瓷]1.高岭土的应用是我国陶瓷技术的重大突破，我国也成为世界上第一个在瓷器中使用此物质的国家。
[化学式：Al2O3-2SiO2-2H2O,白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土为白色]2.中国古陶瓷的釉按照化学成分可分为：钙系釉和铁系釉[碱金属氧化物含量超过50%，釉的黏度较低，流动性好，光滑度高，大大增加了瓷器的美感]【CaO MgO & K2O Na2O】中国古陶瓷三大技术突破分别是？(原料)高铝质黏土和瓷土在陶瓷中的应用(温度)高温烧成(釉)釉的发明4.先进结构陶瓷从化学组成上分类，分为哪几种？氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、其他结构陶瓷5.我国先进结构陶瓷的研究历程分为几个阶段？研究重点分别是什么？分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代初，重点研究氧化铝陶瓷；第二阶段为50年代末期至70年代初，重点研究稀土氧化物以及其二元相研究；第三阶段为70年代后，重点开展了氧化物相图及其相关联的研究。
新型陶瓷材料在陶瓷行业中的应用
新型陶瓷材料在陶瓷行业中的应用新型陶瓷材料在陶瓷行业中的应用引言：陶瓷是一种古老而又广泛应用的材料，其主要成分为氧化物和非氧化物。
不过，随着科学技术的进步，新型陶瓷材料的发展与应用也越来越受到人们的关注。
新型陶瓷材料具有许多传统陶瓷所不具备的特点，如高强度、高硬度、高耐磨、高熔点等，因此在各个领域得到了广泛的应用。
一、结构陶瓷结构陶瓷是一种稳定的陶瓷材料，其特点是具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、高熔点等优点，常用于高温、高压、高强度的工作环境。
1.1 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷是一种高性能陶瓷材料，具有高强度、高硬度、高耐磨、高熔点等特点。
它在医疗器械、氧化锆球磨介质、蓄电池、制冷空调、电子元器件、化工机械、航空航天等领域有着广泛的应用。
例如，氧化锆陶瓷在医疗器械中被用作人工髋关节、人工牙和人工心脏阀等，因其高强度和生物相容性，能够提供高品质的医疗服务。
1.2 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷是目前知道的最先进的陶瓷材料之一，具有高硬度、耐腐蚀、高熔点等特点。
它可用于制造高温炉具、红外线窗口、刀片、抛光材料和砂浆等。
碳化硅陶瓷在航空航天领域中的应用也日益重要，如航空发动机中的高温热力转换装置和喷气燃烧器等。
二、功能陶瓷功能陶瓷是一类在结构陶瓷性能基础上，加入某些特定元素，使得陶瓷具有特定的物理、化学或生物功能的陶瓷材料。
2.1 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷具有良好的绝缘性能、高硬度、耐磨、耐腐蚀等特点，被广泛应用于电子、石油、冶金、化工等行业。
例如，在电子元件制造中，氧化铝陶瓷常用于制造基板、电子管、放大器等器件。
而在化工行业，氧化铝陶瓷被用于制造酸碱泵、管道等耐腐蚀设备。
2.2 兰州陶瓷兰州陶瓷是一种特殊的功能陶瓷材料，其由高纯度的氧化物和非氧化物组成，具有优良的电学性能和机械性能。
它可以制成各种电子元件，如陶瓷电容器、陶瓷热电偶、陶瓷电阻器等。
兰州陶瓷还广泛应用于红外线窗口、陶瓷粉末冶金、传感器和天线等领域。
三、生物陶瓷生物陶瓷是一种用于人体组织修复和替代的材料，具有优良的生物相容性和生物活性。
关于结构陶瓷的性能及用途
关于结构陶瓷的性能及制品市场一、结构陶瓷性能简介结构陶瓷主要是指新型陶瓷中发挥其机械、热、化学等效能的一类材料。
由于它们具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高耐磨、高强度、低蠕变速率等一系列优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，常常成为某些新兴科学得以实现的关键。
在能源、航天航空、机械、汽车、冶金、化工、电子、医药、食品等十多个行业有广阔的前景，往往在高温下作为结构材料使用，因而又叫高温结构陶瓷和工程陶瓷。
高温结构陶瓷可分为两大类：一类是在大热流和1500度高温下短时间（几秒到几十分钟）使用，另一类是在中热流和1200度以上的高温下长时间（几百到几千小时）使用。
前者用于洲际导弹和航天飞机蒙皮等，后者主要用于能源工程，作为各种新型热机（燃气轮机、绝热柴油机和斯特林发动机）中的耐磨、耐腐蚀部件。
重点发展的结构陶瓷有增韧氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷。
近一二十年，围绕陶瓷的脆性等关键问题进行基础研究，取得了突破性的进展，被称为第三次“材料革命”。
在系统显微结构、缺陷形成及裂纹扩展机理的基础上，建立了相变增韧、弥散强化、纤维增韧、复相增韧等方法和技术。
使结构陶瓷的强度和韧性有了大幅度的提高，脆性获得明显的改善。
某些结构陶瓷如相变增韧氧化锆的韧性接近铸铁水平。
化学法制备高纯、超细粉末的成功，注射成型、高温等静压烧结，微波烧结等成型、烧结技术的应用和有关相平衡的知识积累，使结构陶瓷的合成与制备，摆脱了传统落后的工艺逐步步入科学的制备过程。
纳米陶瓷的兴起，标志研究工作一进入宏观与原子之间的纳米层次。
一方面显示出结构陶瓷的功能开拓（如超塑性、低温烧结可能性），另一方面为结构陶瓷在纳米量级的合成与制备、组成与结构和使用效能等四方面研究提出了一系列的科学内涵，成为结构陶瓷研究的一个前沿领域。
同时，标志结构陶瓷的应用具有更为广阔的天地。
二、结构陶瓷制品市场情况1．氧化锆高纯超细粉体1）单斜氧化锆粉主要用于电子陶瓷原料、釉料、高级耐火材料。
结构陶瓷2(莫来石)
10. 化学性质—稳定,在氢氟酸中都不溶解
11. 11. 与红柱石的区别:莫来石是经过煅烧的熟矿石, 根据 品级的不同,含有60%-89%的莫来石相。而红柱石是未 经过煅烧的生矿石，本身不含有莫来石相，只有在2000
摄氏度左右的高温下才转化生成莫来石相。
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规格
莫来石主要有三个品级.
•低铝莫来石 AL2O3 43%~47% •中铝莫来石 AL2O3 约 60% •高铝莫来石 AL2O3 约70%
①化学气相反应法
化学气相反应法是指金属氯合物和金属醇盐等易挥发金 属化合物的蒸汽，在气相中进行热分解、加水分解，与氧、 氨、甲烷等其他气体反应而生成超微粉的方法。
通过这种方法制得的莫来石粉化学性能稳定、结晶性好 、不易结团。气相法易控制气氛和粒子生成条件,粒径分布窄 ,易实现粉体的高纯化和超细粉。但该法设备较为复杂,产量 较低,成本较高,目前还没有得到大规模工业化生产。
该法制成的莫来石结晶较粗且常有气孔，但总的 气孔率较烧结莫来石体小,其化学组成主要依赖于 结晶化温度和冷却速度而不是原料最初组成。
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⑵烧结法
将粉碎过的原料混合烧结，在高温下，通过固体 扩散来合成莫来石。其原料多采用天然原料。最 直接的方法是将活性的Al2O3和SiO2按比例充分 混合，在高温下进行烧结。
⊙莫来石是系列产品，根据不同的烧结方法和配 方可以生产出不同品级的产品。
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莫来石特性
1. 化学分子式--3Al2O3.2SiO2 2. 化学成份-- Al2O3 71.8%, SiO2 28.2% 3. 晶相--network with needle-like&long pillar-like
结构陶瓷
裂纹尖端处应力集中情况如图所示，格里菲斯推导出有 裂纹尖端处应力集中情况如图所示 格里菲斯推导出有 裂纹材料的断裂强度：
σ=
2 Eγ s πC
C——裂纹长的一半
材料中裂纹的长度远远大于原子间距， 所以实际材料的强度当然远远低于理论 强度。
图 Ⅰ型裂纹前端的应力场
在实际材料中存在的孔隙、裂纹、夹杂和其他缺陷均可视 在实际材料中存在的孔隙 裂纹 夹杂和其他缺陷均可视 为格里菲斯模型中的裂纹。事实上，在不同的脆性材料中 裂纹的分布服从统计规律，那么材料的强度也服从概率分 布，这一分布最早由韦伯得出：
这些材料已被制成发动机缸盖、底盖、缸套上圈、气门导管、阀座、 材 机 底 套 座 挺柱排气导管，活塞顶等20余种零件，特别是形状最复杂的陶瓷转子 也能制成。
第一节 第 节 概述
常用的高温结构陶瓷有： 常用的高温结构陶瓷有 高熔点氧化物：如A12O3、ZrO2、MgO、BeO等，它们的熔 点 般都在2000℃以上； 点一般都在 ℃以上 碳化物：如SiC、WC、TiC、HfC、NbC、TaC、B4C、ZrC 等； 硼化物：如HfB2、ZrB2等，硼化物具有很强的抗氧化能力； 氮化物 如Si3N4、BN、AlN、ZrN、HfN等以及Si3N4和 氮化物：如 A12O3复合而成的Sialon陶瓷，氮化物常具有很高的硬度； 硅化物：如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中由于制品表面生成 等 在高温使用中由于制品表面生成 SiO2或硅酸盐保护膜，所以抗氧化能力强。
金属材料和陶瓷材料应力-应变曲线比较
陶瓷材料形变的另一特点是：压缩时的弹性模量大大高于拉伸时的弹 性模量 即E压»E拉。与此同时，陶瓷材料压缩时还可以产生小量的压 性模量，即 与此同时 陶瓷材料压缩时还可以产生小量的压 缩塑性变形。通常，金属材料，即使是很脆的铸铁，其抗拉强度也有 抗压强度的1/3～1/4，但陶瓷材料的抗拉强度常常不到抗压强度的 1/10。
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▪ 结构陶瓷的应用
▪ 空间技术领域
▪ 光通信产业
2相关术语
3复合陶瓷
4其他材料
▪ 与结构陶瓷相关的其他材料
▪ 氧化铝陶瓷
▪ 氮化硅陶瓷
▪ 氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷
▪ 人造宝石
1基本简介编辑作为结构部件的特种陶瓷。由单一或复合的氧化物或非氧化物组成，如单由Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4，或相互复合，或与碳纤维结合而成。用于制造陶瓷发动机和耐磨、耐高温的特殊构件。
3复合陶瓷编辑微波超高温烧结碳化硼陶瓷装甲材料
高致密的碳化硅/碳化硼复合陶瓷，其弯曲强度即使在1400°C左右的高温下仍可达500～600MPa。该公司采用微波增强反应渗透工艺生产的碳化硅/碳化硼复合特种陶瓷材料具有比重小、高硬度、高模量、耐冲击的特点，应用于新一代的陶瓷装甲。
耐高温、高强度、高韧性陶瓷
氮化物陶瓷是近20多年来发展起来的新型工程陶瓷、与一般的硅酸盐陶瓷不同之处在于前者氮和硅的结合属于共价键性质的结合，因而有结合力强、绝缘性好的特点。
氮化硅的强度很高，硬度也很高，是世界上最坚硬的物质之一，它的耐温性较好，强度可维持到1200°C高温而不下降，一直到1900°C才会分解，而且它具有惊人的耐化学腐蚀性能，同时又是一种高性能的电绝缘材料。该公司采用微波烧成工艺生产的各种氮化硅陶瓷制品总体性能达到国际先进水平。
结构陶瓷的应用
结构陶瓷主要是指发挥其机械、热、化学等性能的一大类新型陶瓷材料，它可以在许多苛刻的工作环境下服役，因而成为许多新兴科学技术得以实现的关键。
空间技术领域
在空间技术领域，制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料，在这方面，结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始使用高温与低温的隔热瓦，碳-石英复合烧蚀材料已成功地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展将更加依赖于新型结构材料的应用，在这方面结构陶瓷尤其是陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料远远优于其他材料。
随着半导体器件的高密度化和大功率化，集成电路制造业的发展迫切需要研制一种绝缘性好导热快的新型基片材料。80年代中后期问世的高导热性氮化铝和碳化硅基板材料正逐步取代传统的氧化铝基板，在这一领域，我所研制成功的高热导氮化铝陶瓷热导率达到228
W/m×K，性能居国内外前列。氮化铝-玻璃复合材料，已成为当代电子封装材料领域的研究热点，其热导率是氧化铝-玻璃的5-10倍，烧结温度在1000°C以内，可与银、铜等布线材料共烧，从而制造出具有良好导热和电性能多层配线板，我所研制的氮化铝-玻璃复合材料，热导率达到10.8
氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷
氮化硼陶瓷是一种新兴的工业材料 ,它是一种六方晶系的结晶体 ,具有鳞 片状结构 。其 外观似象牙 。氮化硼 陶瓷是随着宇宙 航 空和电子工业 的发展而发展起来的
,在工业上有着广 泛的用途 。早在 年 已被发现 ,从第二次世界大战后对这种材料进行了大量 的研究工作 ,直到 年解决了 热压方法后才获得迅速发展 ,我国从
高新技术的应用是现代战争制胜的法宝。在军事工业的发展方面，高性能结构陶瓷占有举足轻重的作用。例如先进的亚音速飞机，其成败就取决于具有高韧性和高可靠性的结构陶瓷和纤维补强的陶瓷基复合材料的应用。
光通信产业
光通信产业是当前世界上发展最为迅速的高技术产业之一，全世界产值已超过30亿美元。其所以发展如此迅速主要依赖于光纤损耗机理的研究以及光纤接头结构材料的使用。我所已成功地运用氧化锆增韧陶瓷材料开发出光纤接头和套管，性能优良，很好地满足了我国光通信产业的发展需要。
氧化锆增韧陶瓷已在结构陶瓷研究中取得了重大进展，经过增韧的基质材料，除了稳定的氧化锆以外，常见的有氧化铝、氧化钍、尖晶石、莫来石等氧化物陶瓷。该公司利用微波高温设备可以更低成本大批量生产各种氧化物特种结构陶瓷。
耐高温、耐腐蚀的透明陶瓷
现代电光源的构成对材料的耐高温、耐腐蚀性及透光性有很高的要求，该公司利用微波烧结生产的氧化铝、氮化铝透明陶瓷材料总体透光性能和机械性能超过传统方法生产的产品。应用于各种高温光学窗口、探头、灯管。
W/m×K的，在国际上居于领先地位，很好地满足了大规模集成电路小型化、密集化的要求。
2相关术语编辑特种结构陶瓷是陶瓷材料的重要分支，它以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征，因此在冶金、宇航、能源、机械、光学等领域有重要的应用。我该公司生产的特种结构陶瓷包括如下类型：
氮化物陶瓷
航空材料 参考资料
氮化铝的理论热导是320W/m·k，大约是铜热导的80%，同时氮化铝有低的介电常数、高电阻、低密度和接近硅的热膨胀系数，综合性能优于Al2O3、BeO、SiC等，被用于高导热绝缘子和电子基板材料。该公司生产的各种氮化铝陶瓷制品密度大于3.25，热导率120～200W/m·K可根据用于需求生产各种规格氮化铝陶瓷。
4其他材料编辑与结构陶瓷相关的其他材料
电子陶瓷钢材 结构陶瓷 绝缘材料 耐磨 耐磨材料 耐磨管道 耐磨陶瓷 耐磨弯头 特种陶瓷氧化铝陶瓷陶瓷发展史
结构陶瓷
在材料中，有一类。金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。高温结构材料的出现，弥补了金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。
《2013-2017年中国结构陶瓷市场评估与投资前景分析报告》共十五章。首先介绍了结构陶瓷相关概述、中国结构陶瓷产业运行环境等，接着分析了中国结构陶瓷行业市场运行的现状，然后介绍了中国结构陶瓷市场竞争格局。[1]您若想对结构陶瓷产业有个系统的了解或者想投资结构陶瓷行业，本报告是您不可或缺的重要工具。
年研希 弓 成功 原料 ,年研制 成功热压 陶瓷，并已应用于我口工业和二一技术 。
人造宝石
红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。
1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。 现在，已经 能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。利用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉磨球机，用来研磨比它硬度小的材料。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。
氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是氮化硅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。
结构陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗、高温强度等特色，因此，在非常严苛的环境或工程应用条件下，所展现的高稳定性与优异的机械性能，在材料工业上已倍受瞩目，其使用范围亦日渐扩大。而全球及国内业界对于高精密度、高耐磨耗、高可靠度机械零组件或电子元件的要求日趋严格，因而陶瓷产品的需求相当受重视，其市场成长率也颇可观。