陶瓷系列-1-微观结构与力学性能

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（透射、反射、散射） 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。
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。
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
原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分 Na2O·CaO·6SiO2
②、陶瓷
公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶 器。用陶土烧制的器皿叫陶器，用瓷土烧制的器皿 叫瓷器。陶瓷则是陶器，炻器和瓷器的总称。
②、陶瓷
黏土
高岭土
②、陶瓷
高岭土（即观音土）是富含高岭石这一矿物的土壤的 名称，而高岭石的主要成分是Al203·2Si02·2H20
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
微晶玻璃的应用
一般机械工程的应用：轴承、泵、阀门、管道；热交换 器；窑炉建筑，建筑，高温密封剂，深水容器。
电力工程及电子技术中的应用：微晶玻璃与金属焊接、高 温绝缘、预置电路、微电子技术基片、电容器；
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。
陶瓷材料
一、陶瓷材料的微观结构 ①玻璃 ②陶瓷 ③是玻璃还是陶瓷？
二、结构陶瓷 ①氧化物陶瓷 ②氮化物陶瓷 ③碳化物陶瓷
三、电功能陶瓷 四、铁氧体
一、陶瓷材料的微观结构
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
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
照明及光学应用：灯泡、激光器件、望远镜镜坯 航天工程：雷达天线罩、透红外性、飞机机翼热保护层 核工程：原子反应堆控制棒材料、反应堆用密封剂、放射
性废物处理； 医学及相关领域：人造牙齿，牙科修补材料，磷酸盐微晶
玻璃人工骨
二、结构陶瓷
❖ 结构陶瓷具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、耐冲 刷、抗氧化、耐烧蚀、高温下蠕变小等优异性 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，因而广泛应用于能源、航空 航天、机械、汽车、冶金、化工、电子等领域。
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；
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。
③、是玻璃还是陶瓷
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。
②、陶瓷
地壳中元素含量
②、陶瓷
黏土的主要成分
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。
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Biblioteka Baidu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，适合自动操作和制备形状复杂的制品。（需要加晶核 剂）
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。