设计材料及加工工艺学课件

12.2 陶瓷的基本性能
主要性能指标有：强度、硬度、热性能、电导率、绝缘强度、白度、透 光度、光泽度、化学性能、气孔率、吸水率等
显著特征
• 具高熔点、高硬度、高化学稳定性； • 耐高温、耐氧化、耐腐蚀。 • 密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。 • 易碎
性能
(1)硬度 是各类材料中最高的。（高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷 1000-5000HV） (2)刚度：是各类材料中最高的 （塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度：理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低， 比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4) 塑性： 在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性：差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性：低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7) 热稳定性：抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高 温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220℃） (8) 化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性：大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等） (10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。
陶瓷制品的分类表 2
名称
高铝质瓷 镁质瓷 锆质瓷 特 钛质瓷 种 磁性瓷 瓷 电子陶瓷 金属陶瓷
其他
特点 耐高频、高强度、低介电损失
高强度、高熔点、高韧性、抗氧 化
主要制品 硅线石瓷、刚玉瓷等
钛酸钡、钛酸锶、金红石瓷 铁淦氧瓷、镍锌磁性瓷
铁、镍、钴金属陶瓷，如火 氧化物、碳化物、硅化物瓷 等
种类 介电陶瓷
景德镇瓷器
95瓷纺织件
99瓷纺织件
Al2O3密封、气动陶瓷配件
氧化铝耐高温喷嘴 Al2O3化工、耐磨陶瓷配件
SiC陶瓷件
Si3N4轴承
SiC轴承
绝缘子
电子陶瓷
陶瓷零件
陶瓷生产工艺流程
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（3）干压法
干压成型是利用压力，将干粉坯料在模中加压成致密坯体的一种成型方法。干压 成型、等静压成型和热压成型，都是新出现的成型方法。其中干压成型过程简单，产量 大，缺陷少，并便于机械化，对成型形状简单的小型坯体，有广泛的应用价值。由于干 压成型的坯料水分少，压力大，坯体致密，因此能获得收缩小，形状准确，易于干燥的 生坯。
特种陶瓷
氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷 玻璃陶瓷 功能陶瓷
4.5 陶瓷应用实例
陶瓷材料的发展，不仅像以往那样生活实用器皿，摆设的工艺品，而且大量制成 建筑用材，用于各种不同的工艺结构和艺术形式的大型壁画、雕刻和室内外的景观， 其工艺效果与艺术魅力是其它材料望尘莫及的，是一个既传统、又崭新的无限广阔的 艺术领域。见以下实例：
12.1.1 陶瓷的发展历史
人类的材料文明同火有着密切的联系，据说人类在用火是发 现被烧的黏土特别硬而发明了陶器；而在烧制陶器过程中，发 现还原出的铜，而发明了冶炼铜，进而有了冶炼铁。
袋足内模 制陶工具 新石器时 代陕西龙 山文化
中国是世界上历史悠久的文明古国之一，陶瓷 生产有着悠久的历史和光辉的成就。制陶技艺的 产生可追溯到4500年至2500年以前的时代。
CaAs、CdTe
SiO2 WO3 ZnFe2O、γ-Fe2O3 SrO．6 Fe2O3 CdS、Ca2Sx VO2、NiO LaB6、BaO
用途 集成电路基板 热敏电阻 振荡器 电容器 激光 红外线窗口 光导纤维 显示器 磁带、各种高频磁心 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 太阳电池 温度传感器 热阴极
大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的。陶瓷所用原料，首先是保证陶瓷制 品的各结构物的生成，其次是必须具有加工所需的各工艺性能。
• 普通陶瓷所需原料可归纳为三大类，即具有可塑性的粘土类原料、 具有非可塑性的石英类原料（瘠性原料）和熔剂原料。
• 除了上述普通陶瓷所需的三大原料外，陶瓷釉料还常常需用各种 特殊的熔剂原料，包括采用各种化工原料。
双格陶调色盒 绘画用具 高6.5厘米新 石器时代马家窑文化
唐代的越窑青 瓷和邢窑白瓷、 唐三彩。
宋代的高温色釉 及碎纹釉、铁系花 釉，如兔豪、油滴、 玳瑁斑等。
明清时期的青花、粉 彩、祭红、郎窑红等产 品都是我国陶瓷史上光 彩夺目的明珠。
4.1.2 陶瓷的分类
（1）按材料分类：
分为普通陶瓷 （传统陶瓷）
瓷器的坯体致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，有釉层， 比陶 器烧结度高。
根据陶瓷的颜色和吸水率大小不同，普通陶瓷又可分为陶器、炻器、瓷 器。介于陶器与瓷器之间的一类产品，国外通称炻器，也有称为半瓷。具体 内容详见下表。
陶瓷制品的分类表 1
名称
特点
颜色 吸水率（%）
主要制品
粗陶器
带色
＞10 日用缸器、砖、瓦
光学陶瓷 磁性陶瓷 半导体陶瓷
常用功能陶瓷的组成、特性及应用
性能特征 绝缘性 热电性 压电性 强介电性
荧光、发光性 红外透过性
高透明度 电发色效应
软磁性 硬磁性 光电效应 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
主要组成
Al2O3、Mg2SiO4 PbTiO3、BaTiO3 PbTiO3、LiNbO3
BaTiO3 Al2O3CrNd玻璃
精陶器
石灰质长 石质
白色 白色
炻器 瓷器
粗炻器细 炻器
长石瓷 绢云母瓷 滑石瓷 骨灰瓷
白或带 色
白色 白色 白色 白色
18~22 9~12
4~8 ＜1
＜0.5 ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5
日用器皿、卫生陶瓷、装饰釉砖面
缸器、建筑外墙砖、锦砖、地砖 日用器皿、化工及电器工业用品、瓷质 砖
日用餐茶具、陈设瓷、高低压电瓷 日用餐茶具、美术用品 日用餐茶具、美术用品 日用餐茶具、美术用品
干压成型常用于特种陶瓷的生产。
成型后的坯体经干燥、装饰、上釉和焙烧工艺后制成产品。
a)单向加压
干压成形
b)双向加压图
12.3.3 上 釉
所谓釉是指附着于陶瓷坯体 表面的连续玻璃质层。釉料是 在坯体烧结的温度下成熟。陶 瓷施釉的目的在于改善坯体的 表面性能，提高力学强度。
上釉
上釉分釉下彩和釉上彩。
日用陶瓷 建筑陶瓷 绝缘陶瓷 化工陶瓷 多孔陶瓷
陶瓷
特种陶瓷 （现代陶瓷）
金属陶瓷 导电陶瓷 压电陶瓷 超导陶瓷 耐酸陶瓷 半导体陶瓷
（2）按制品特性分类：
陶瓷是陶器与瓷器两大类产品的总称。传统的陶瓷材料是用粘土及其它 天然矿物原料经粉碎加工、成型、煅烧等生成。陶器通常有一定吸水率，断 面粗糙无光，不透明，敲之声粗哑，有的无釉，有的施釉。
设计材料及加工工艺
王智敏
2021/3/11
第十二讲 陶瓷及加工工艺
目录
12.1 陶瓷概述 12.2 陶瓷材料的基本性能 12.3 陶瓷的加工工 12.4 设计常用的陶瓷材料 12.5 陶瓷在设计中的应用
12.1 陶瓷概述
“陶瓷”为无机非金属材料，是人类利用黏土矿物或岩 石等多种天然资源，经过火烧制成功的技术成果。它与人 类历史文明有着十分密切的关系，尤其是我们瓷器的发明 及其工艺和技术的辉煌成就，对于人类文化都曾做出过很 大的贡献。
12.3.2 陶瓷成型
（1）可塑成型法
• 旋坯 • 滚压法 • 挤压（做管、棒） • 拉坯（车坯） • 雕塑与印坯 • 工业上使用最较多的是旋压和滚压两种
旋压和滚压
拉坯
（2）注浆法和干压法
有空心注浆法、实心注浆法、压力注浆和离心注浆法
空心注浆法示意图
实心注浆法示意图
手工陶艺
普京制陶 手工制碗
方法的优缺点有什么？ • 8、你对该产品的设计理念是什么？ • 9、你对该产品的功能和美学是如何结合和统一的？使用了哪些美学
原理？ • 10、总字数不小于3000字。
设计方案要求
• 1、产品的名称； • 2、产品设计图和效果图； • 3、产品的功用和工作参数；产品的造价大概是多少？ • 4、选用什么材料，为什么选用这种材料，选用该材料的优缺点； • 5、所选用材料的性能和可以进行的加工成型方法； • 6、选用何种成型方法，为什么？该成型方法的加工特点和优缺点； • 7、产品的表面处理有哪些？你选用哪种表面处理方法？为什么？该
釉下彩：在生坯 (或素烧釉坯)上进行彩绘，然后 施一层透明釉，最后釉烧即为釉下彩绘。 釉上彩：在釉烧过的陶瓷釉上用低温颜料进行彩 绘，然后在不高的温度下 (660~900度)彩烧的装 饰方法。
釉下彩明青花瓷
釉上彩清乾隆八仙图
12.4 设计常用的陶瓷材料
设计常用的 陶瓷材料
传统陶瓷
日用器皿 建筑陶瓷 绝缘陶瓷 卫浴洁具 美术陶瓷 园林陶瓷 烹饪陶瓷
4.3 陶瓷的加工工艺
陶瓷的加工工艺；将陶瓷原料按一定比例配制、混合，经成型和表面处理后烧制而成。 常用的成型方法有两种：一种是半干法成型，另一种是浇注法。 焙烧陶瓷的窑炉常用辊道窑、隧道窑。用半干法成型的陶瓷面砖的典型生产工艺。
半干法成型的陶瓷砖生产工艺
12.3 陶瓷的加工工艺
12Fra Baidu bibliotek3.1 原料配制