第 2 章 陶瓷和玻璃材料
陶瓷工艺学第2章-原料课件
第二章 原料
2.3、长石类原料
— 、长石的种类
1、钾长石 2、钠长石 3、钙长石 4、钡长石
K2O·Al2O3·6SiO2 ； Na2O·Al2O3·6SiO2 ； CaO·Al2O3·2SiO2 ； BaO·Al2O3·2SiO2 ；
第三篇 陶瓷工艺学
钾长石
第三篇 陶瓷工艺学
第二章 原料
二、长石的作用
二、粘土的组成
粘土的组成包括化学组成、矿物组成和颗粒组成。 1、 化学成分 (1) SiO2：40~78%
SiO2高，砂性重，成型可塑性差，但干燥烧成收缩小。 (2) AL2O3：12~40%
AL2O3高，耐火度高，难烧结 (3)R2O+RO：R2O=0.5~5%，RO=1~6% R2O+RO高，耐火度低，烧成
陶瓷生产的主要原料，占配料中的 40~60%。 一、粘土的定义与分类 1、粘土的定义
是一种或多种呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸盐矿物的混合物。 2、特点：是一混合物，无固定化学式，无固定熔点。 3、成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石等经过长期地质 年代自然风化作用或热液浊变作用而形成。
第三篇 陶瓷工艺学
第二章 原料
第三篇 陶瓷工艺学
1 矿物组成
高岭石和伊利石加水时，水分子仅渗入颗粒间；而蒙脱石水分子除进 入颗粒间，还可渗入单位晶胞之间，故其遇水后膨胀要比前者大，触变性
比前者大。
2 粒度大小、形状 颗粒愈细，形状愈不对称，愈易成触变结构。
3 含水量 水量大的泥浆，不易形成触变结构，反之易成触变结构。
特点：常呈色，但可塑性较好，耐火度较差。
第三篇 陶瓷工艺学
第二章 原料
2）按可塑性分类 1 高可塑性粘土。
陶瓷导论
陶瓷导论第一章 陶瓷总论以粉体为原料，通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。
本章主要介绍陶瓷的种类、陶瓷的晶体结构和玻璃体结构、陶瓷的显微组织和相变、陶瓷的力学性质和热学性能以及陶瓷的制造工艺等。
陶瓷的种类繁多，根据陶瓷的化学组成、性能特点、通途等不同，可讲陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。
1．1．1普通陶瓷普通陶瓷又称传统陶瓷，主要是由①粘土、②长石和③石英为原料而制成的，故又称为三组分陶瓷。
1具有某种独特性能的新型陶瓷称为特殊陶瓷。
按照显微结构和基本性能，可将特殊陶瓷分为结构陶瓷、功能陶瓷、智能陶瓷、纳米陶瓷和陶瓷基复合材料。
①粘土由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。
粘土矿物用水湿润后具有可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，具有与其他阳离子交换的能力。
主要产地有江苏苏州、湖北均县、四川叙永县等地。
粘土具有颗粒细、可塑性强、结合性好，触变性过度，收缩适宜，耐火度高等工艺性能，因而，粘土是成为瓷器的基础。
它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三类，据矿物的结构与组成的不同，陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石（水云母）等三种，另外还有较少见的水铝石。
②长石是长石族岩石引的总称，它是一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。
为地壳中最常见的矿物，比例达到60%，在火成岩、变质岩、沉积岩中都可出现。
③石英，无机矿物质，主要成分是二氧化硅，常含有少量杂质成分如Al2O3、、CaO 、MgO 等，为半透明或不透明的晶体，一般乳白色，质地坚硬。
石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源， 它是非可塑性原料，其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度和化学稳定性，并能增加坯体的半透明性，是配制白釉的良好原料。
陶瓷工艺原理2章坯料
2.长石质瓷化学组成
• SiO2 65－75％ • Al2O3 19-25%
• R2O+RO = 4～6.5%(其中R2O不小于2.5%)
（2）主要氧化物在坯（pi）料中的作 用
SiO2
• SiO2半安定方石英，残余石英，熔 融石英，莫来石存在，提高强度及 其它性能。 • 超过75％时，热稳定性变坏。
第一节 坯料类型
2.1.2 绢云母质瓷
工艺特点：
• ③ 烧成用还原焰，成瓷后色调柔和。 • 外观色调比长石质好。 • 内在性能无差异。
特点：热稳定性好，机械强度高。 应用：日用瓷，工艺瓷。
第一节 坯料类型
2.1.3 骨灰瓷（骨质瓷，磷酸盐质瓷）
以骨灰（磷酸盐），高岭土，长石，石英配料。 磷酸盐作为熔剂，本身的熔点高，但共熔后，熔 化温度大大降低。唐山地区，
• 石英在低温下主要起减粘作用，降 低坯体的收缩，利于干燥，防止变 形。 • 在高温下则参与成瓷反应、熔解在 长石玻璃中，提高粘度、一部分残 存下来，一部分转化成为方石英， 构成骨架，提高强度。
• 滑石：加入l-2％的滑石，可降低瓷化温度20-30℃， 扩大烧结范围，促进瓷体良好地莫来石化，提高 瓷的抗冲击反抗弯曲强度。如果加入量多时，由 于生成膨胀系数小的还可提高瓷的热稳定性。此 外、由于熔融滑石的乳浊作用、还可提高制品的 白度，改善外观品质。
陶瓷工艺原理
第二章 坯料
主讲人：胡晓洪
要
目
第一节坯料类型 第二节坯料组成表示法 第三节配方依据
第四节配方计算
第一节 坯料类型 一.瓷器坯料
瓷器坯料分类的依据：按熔剂的类型划分。
2.1.1 长石质瓷 2.1.2 绢云母质瓷 2.1.3 骨灰瓷 2.1.4 镁质瓷
第二章 3 陶瓷材料的结构增韧(共52张PPT)
(3) 纤维及高分子夹层材料
此类材料有碳纤维、芳纶纤维，环氧树脂等。纤维织物与聚 合物的层状复合材料是一种传统复合材料，技术和理论都比较成 熟，但将其作为夹层材料应用于陶瓷增韧时间不长。纤维、高分 子等软相材料作为烧成后的陶瓷薄层基体材料的夹层材料具有很 好的止裂能力。文献试制了Al2O3/芳纶纤维增强环氧树脂复合材 料，使断裂功提高了80倍。其夹层材料参数是:Kevlar-49芳纶纤 维预浸环氧树脂胶，含胶量50%，层厚0.18mm。
1988 年 , Coblenz提出了纤维独石结构 (fibrous monolithic structure) 。 纤维状的胞体以一定的方式排布 ,中间间隔有很薄的界面层 ,结合成一个
块体的结构材料 。 近年来提出将这种结构引入到先进陶瓷基复合材料的设 计与制备中 。 纤维独石陶瓷由于其优异的力学性能，特别是高的断裂韧性 与断裂功 、极高的抗热冲击破坏能力 、 较高的断裂强度 、 良好的高温抗 蠕变性能 、 独特的三维微结构排列等优点已经引起国内外科技工作者的广 泛关注和研究 。
主要影响因素：
〔1〕纤维前驱体直径
〔2〕结构单元的强化 〔3〕界面层的结合强度
〔4〕纤维排布方向
2、仿贝壳结构特征的层状结构陶瓷材料
2.2层状陶瓷增韧思想的提出
近年来，围绕着改善陶瓷材料韧性的问题，国内外进行了大量的研 究工作，其中采用层状复合结构设计进行陶瓷增韧就是其中的方法之一。
陶瓷的层状结构思想来源于大自然中贝壳等生物材料结构的启发。研究发 现，贝壳中珍珠层的结构与抹灰砖墙结构相似，是由一层层超薄的碳酸钙通 过几十纳米厚的有机蛋白基连接在一起，如图2.1所示，其中碳酸钙约占体积 的95%，有机物只占5%，但这5%的有机物的存在却引起了碳酸钙力学性能的巨
《材料科学与工程基础》-第二章-课后习题答案.pdf
材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。
它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。
材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。
随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。
工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。
2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。
材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。
而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。
材料的结构直接决定了材料的性能。
例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。
硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。
因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。
3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。
不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。
例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。
聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。
陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。
因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。
4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。
它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。
测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。
例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。
材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。
材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。
通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。
第二章晶态和非晶态
晶体与非晶态固体的根本区别，在于其内部 结构的周期性，以及因此而生的对称性、Ｘ射线 的衍射效应。
晶体结构的周期性表现为长程有序。非晶态 固体则是一种长程无序结构，这种无序可表现为 两种形式：一为组成粒子在空间位置上的排列无 序；二是多元体系中不同组分无规则地随机分布， 也称成分无序。
但是在非晶态固体中存在着短程有序，即在 每个粒子的近邻的排列有规则性，在这个小范围 内较好地保留了相应的晶态材料中的配位状况。
2.1 晶体特征的结构基础 晶态物质有别于气体、液体的最典
型特征是具有点阵结构，正是由于本身 结构的特殊性，使晶体呈现出与其它物 质完全不同的特殊性质。
2
１、晶体的均匀性
由于晶体中原子排布的周期性规则，同时该周 期非常小，在宏观观察中不能分辨出晶体微观结构 中的不连续性，从而导致了晶体各部分具有相同的 密度、化学组成等性质。因此，从宏观角度看，晶 体具有均匀性。
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并非所有的有机化合物分子都具有液晶态， 只有那些形状类似棒状，长宽比在４~８之间， 分子量为200~500，长度达几个纳米的分子才会 出现液晶形态。进而在液晶状态出现多种特殊的 性质和应用价值。液晶最常见的应用领域为各种 液晶显示器。
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液晶的分类
液晶的分类有几种方法，以相对分子量的 大小，液晶可分为低分子液晶和高分子液晶；
27
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利用X衍射线的峰形数据，能够测定粉未材 料中平均晶粒大小的数据，当晶粒粒径小于 200nm时，衍射峰开始变宽，晶粒越小，宽化越 多，当粒径小于几个纳米时，衍射峰消失在背底 之中。晶粒大小和衍射峰的关系如下：
D＝Kλ/（B－B0）cosθ 式中：D是晶粒粒径； λ是X射线波长；K为一固 定常数数值约为0.9；B0为晶粒较大时衍射线半高 宽，B为待测样品衍射线半高宽（2 θ标度的峰）， B－B0要以弧度表示。
科学九上第二章知识点配套习题整理
第二章物质转化与材料利用知识点一、物质的分类方法：(一)根据纯净物的物理性质不同。
如颜色、状态、气味，硬度、密度、溶解性等，对纯净物进行分类。
(二)根据纯净物的化学性质不同，如可燃性、氧化性，还原性等，对纯净物进行分类。
(三)根据纯净物的组成、用途的不同，可将纯净物进行分类。
二、常见物质的分类：（一）、物质可分为纯净物和混合物。
1．纯净物：由一种物质组成的物质。
2．混合物：由两种或两种以上的物质混合而成。
3．纯净物和混合物判断的依据：物质是否由一种物质组成。
（绝对纯净的物质是没有的）（二）、纯净物根据元素组成不同，可分为单质和化合物两大类。
1．单质：由一种元素组成的纯净物。
如O2、N2、Fe、S等。
A.特征：①同种元素组成②是纯净物B.判别依据：①先确定是不是纯净物②是否由一种元素组成C.分类：按性质不同金属Cu Fe Mg等非金属O2 C S等D.注意点：由同种元素组成的物质，可能是单质也可能是混合物。
O2和O3注意：金属的导电性强弱顺序为：Ag>Cu>Al>Fe。
注意点：（1）金属一定能导电、导热，但能导电导热的单质不一定是金属。
如非金属石墨也能导电，也能导热。
（2）金属在常温下，除汞是液态外，一般都是固态。
非金属在常温，除溴是液态外，一般都是气态或固态。
【讨论】现有一种单质，要分辨它是金属还是非金属，应用什么方法?（1）放在光照处，根据颜色可分辨，具有特殊金属光泽的是金属单质，反之是非金属单质。
（2）手拿单质在火边烤，根据导热性可分辩，手感到单质发烫的，具有导热性是金属，反之是非金属。
（3）用硬物单击单质，可根据可锻性来分辨，可锻的是金属，重击后碎裂的是非金属。
（4）用力拉单质，可根据延展性来分辨，伸长的是金属，发生折断的是非金属。
【讨论】1、银是最佳的导热体，为什么银不宜用来制造煮食器皿?试举出二种原因。
①银器煮食回产生Ag+,Ag+会对人体有害，②银太贵，银太软。
2、为什么装食品的罐头一般用镀锡的铁制造，而不用锡制造?锡太软不能制造罐头壳，而镀锡的铁片却能防止铁生锈。
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案第一章：引言1.1 材料科学与工程基础的重要性材料科学与工程基础是现代工程领域不可或缺的一门基础课程。
它包括了材料科学与工程学科的基本原理和方法，为后续学习和研究提供了必要的基础知识。
材料是任何工程的基础，它在各个领域中都扮演着重要角色，如机械工程、电子工程、航空航天工程等。
因此，熟悉材料的结构、性质和应用对于工程师来说至关重要。
1.2 材料科学与工程基础的学习目标材料科学与工程基础的学习目标如下： - 理解材料的基本概念和分类方法； - 掌握材料制备、表征和性能分析的基本技术； - 理解不同材料的特性和应用； - 开发解决材料工程问题的能力。
第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体的结构晶体是由原子、离子或分子按照一定的排列方式组成的长程有序固体结构。
晶体的结构可以通过晶体的晶胞来描述，晶胞是最小的重复单元。
2.2 晶体的缺陷晶体的缺陷指的是在晶体结构中存在的不完整或不规则的区域。
晶体的缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。
线缺陷包括位错和脚位错。
面缺陷包括晶界和层错。
第三章：物理性能与力学性能3.1 物理性能物理性能是指材料的一些基本物理特性，如密度、热导率、电导率等。
物理性能的好坏对材料的应用和工程设计具有重要影响。
3.2 力学性能力学性能是指材料在力学作用下的表现。
常见的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性等。
力学性能的好坏决定了材料在工程中的使用范围和耐久性。
第四章：金属材料4.1 金属的结构与特性金属是指电子云密度较大、以金属键连接的材料。
金属的结构特点是具有密堆结构和离域电子特性。
4.2 金属的物理性能与力学性能金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，对磨损和腐蚀有较好的抵抗能力。
金属材料的力学性能受材料的组织和处理方式的影响。
第五章：陶瓷材料与玻璃材料5.1 陶瓷材料的分类与特性陶瓷材料是以非金属元素为主要成分的材料，分为晶体陶瓷和非晶态陶瓷两大类。
复合材料概论第2章--复合材料的基体材料
国产太行战机用涡轮风扇航空发动机——高温高性能高铌钛铝合金材料
6
2.1.1 选择基体的原则
金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料 的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合 金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属 间化合物等。 基体材料成分的正确选择对能否充分组合和发挥
基体金属和增强物性能特点，获得预期的优异综 合性能十分重要。
第二章 复合材料的基体材料
金属材料 陶瓷材料 聚合物材料
1
2.1 金属材料
现代科学技术的发展对材料性能的要求越来
越高，特别是航天航空、军事等尖端科学技术的
发展，使得单一材料难以满足实际工程的要求，
这促进了金属基复合材料的迅猛发展。
2
1
2
3 与陶瓷材料相 比，金属基复合 材料具有高韧性 和高冲击性能、 热膨胀系数小等 优点
共价键化合物的原子自扩散系数非常高，高
纯的Si3N4 的固相烧结极为困难。因此，常用反
应烧结和热压烧结。前者是将Si3N4粉以适当的
方式成形后，在氮气氛中进行氮化合成(约
1350℃）。后者是将加适当的助烧剂
(MgO,Al2O3,1600~1700℃) 烧结。
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氮化硼和氮化钛陶瓷
氮化硼陶瓷
BN有两种晶型：六方BN结构，性能与石墨相似，因此
化和高分子交联反应。 （临界温度和半衰期，常用的引发剂，p26）
促进剂：与催化剂或交联剂并用时，可以提高反应速率的表：Li2O-Al2O3-SiO2
32
微晶玻璃具有热膨胀系数小、导热系数 较大等特点，同时还具有一定的机械强度。
33
为获得力学性能优良的复合材料，加入的纤 维或晶须应与基体的热膨胀系数及弹性模量匹配，
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
二、功能陶瓷粉体的制备方法
气体中蒸发法是在惰性气体（或活泼性 气体）中将金属、合金或陶瓷蒸发气化， 然后与惰性气体冲突，冷却、凝结（或 与活泼性气体反应后再冷却凝结）而形 成纳米微粒。 用气体蒸发法制备的纳米微粒主要具有 如下特点：表面清洁；粒度齐整，粒径 分布窄；粒度容易控制。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
化学气相反应法制备纳米微粒是利用挥发性的 金属化合物的蒸汽，通过化学反应生成所需要 的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而 制备各类物质的纳米微粒。该法也叫化学沉积 法（简称CVD法）。用气相反应法制备纳米微 粒具有很多优点，如颗粒均匀、纯度高、粒度 小、分散性好、化学反应活性高、工艺可控和 过程连续等。此法适合于制备各类金属、金属 化合物以及非金属化合物纳米微粒，如：各种 金属、氮化物、碳化物、硼化物等。
f 水热法： g 溶剂蒸发法：分为喷雾干燥法、喷雾热分解法、冷冻干燥法 h 微乳液法：
二、功能陶瓷粉体的制备方法
3、气相法：物理气相沉积法和化学气相沉 积法
气相法是直接利用气体或者通过各种手段 将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理 变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大 形成纳米微粒的方法。气相法又大致可分为： 气体中蒸发法(物理)、化学气相反应法、化学 气相凝聚法和溅射法。
共沉淀法
含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全 沉淀的方法称为共沉淀法。 研究的思路： 确定制备的化合物的形式如：含钇的氧化锆，和 FeMnZn铁氧体 选择合适的溶液 选择合适的沉淀剂 共沉淀条件如：反应温度、反应时间、沉淀剂用量、 反应物的浓度等 产物的分析：a.沉淀物的成分分析（原子吸收、等离 子发射光谱ICP等）；b.沉淀物的热解(TGA)；c.产物分 析（成分、相结构XRD、形貌SEM等）
《复合材料力学》2复合材料的基体材料(标准版)
行复合，如碳化硅/铝，碳纤维/铝，氧化铝/铝等 复合材料用作发动机活塞、缸套等零件。
20
工业集成电路： 高导热、低膨胀 如：银、铜、铝作为基体，与高导热性、低热膨胀
的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒 复合，用作散热元件和基板。
21
2 金属基复合材料组成特点
针对不同的增强体系，应充分分析和考虑 增强物的特点来正确选择基体合金材料。
强材料与基体复合而成的复合材料。
4
复合材料性能的综合比较
使用温度 ℃
强度 耐老化
导热性 W/(mK)
耐化学 腐蚀
树脂基复 合材料
60~250
可设计
最差
0.35~0.45
最好
金属基复 合材料
400~600
可设计
一般
50~65
一般
陶瓷基复 1000~150
可设计
合材料
0
5
最好
0.7~3.5
最好
工艺 成熟 一般 复杂
氮化硅陶瓷(Si3N4)
共价键化合物的原子自扩散系数非常高，高 纯的Si3N4 的固相烧结极为困难。因此，常用反 应烧结和热压烧结。前者是将Si3N4粉以适当的 方式成形后，在氮气氛中进行氮化合成(约 1350℃）。后者是将加适当的助烧剂 (MgO,Al2O3,1600~1700℃) 烧结。
材料学导论-陶瓷
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古代各种陶制品
2020/8/12
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各种瓷器
2020/8/12
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传统的陶瓷如日用陶瓷、建筑陶瓷等是用粘土类及 其它天然矿物原料经粉碎加工、成型、烧成等过程 而得的器皿。这类陶瓷可称为传统陶瓷。
随着生产和科学技术的发展，对陶瓷制品的性能与 应用提出了新的要求，因而制成了许多新品种，它 们的生产过程虽然还是原料处理、成型、烧成等这 种传统的方式，但采用的原料已扩大到高度精选的 天然原料或人工合成原料，使用高度可控的生产工 艺，因而往往具有一些特殊的性能，相对于传统陶 瓷，这类陶瓷制品称为特种陶瓷。
2020/8/12
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（1）原料精选
• 普通陶瓷中必不可少的三组分是石英、粘土和长石。
① 石英 石英具有耐热、抗蚀、高硬度等性质，在 普通陶瓷中，石英构成了陶瓷制品的骨架，赋予制 品耐热、耐蚀等特性。
石英的粘性很低，属非可塑性原料，无法做成制品 的形状，为了使其具有成型性，需掺入粘土。
可塑性：在陶瓷工业中，可塑性是指泥料在外力作用下能被塑造成各种形 状，在外力除去后，仍能保持这种形状的性能。
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（3）介电损耗
当电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能 量称为电介质的损耗功率或简称为介质损耗，用损耗角 正切tan表示。
介质损耗是所有应用于交流电场中电介质的重要指标之 一。介质损耗不但消耗了电能，而且由于温度上升可能 影响元器件的正常工作；介质损耗严重时，甚至会引起 介质的过热而破坏绝缘性质。
（4）硬度
陶瓷、矿物材料常用莫氏硬度和维氏硬度来衡量材料抵抗 破坏的能力。莫氏硬度是以陶瓷、矿物之间相互刻划能否 产生划痕来确定，只能表示材料硬度的相对大小。一般陶 瓷的硬度较大。
陶瓷工艺学第二章坯料
2、绢云母质瓷
绢云母〔KAl2(Al·Si)4O10](OH)2n·H2O+SiO2 作为熔剂。 绢云母通过瓷石引入。瓷石原料熔融后粘度高。 原因：含石英，石英溶于液相提高液相的高温粘度； 绢云母可分解为玻璃相和白榴石，具有长石的特性。
岩相组成 石英，方石英，莫来石，玻璃相。
瓷的特点 半透明性好，瓷体中熔体含量高； 相同烧成条
第三节
配料计算
▲ 从化学组成计算实验式： ▲ 由实验式计算化学组成： ▲ 由配料量计算实验式：
▲ 由化学组成计算配料量
▲ 由实验式计算配料量：
▲ 由示性矿物组成计算配料
（坯）化学组成 ④ ② ⑥ ③ ⑤ 配料量 （知原料化学组成） ④
① 实验式（坯式）
示性矿物组成
1、从化学组成计算实验式
计算步骤
(5)用各种氧化物的摩尔数除以0.2577，得到各氧化物的摩尔系 数。 氧化物 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 系数 4.5204 0.9899 0.0101 0.0318 0.0629 0.0955 0.0722
(6)将各氧化物按规定的顺序排列，得到坯料的实验式。
(2)计算各氧化物所占的质量百分数即为各氧化物的化 学组成
组成 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总和 % 66.09 27.29 0.78 1.364 0.1099 3.081 1.301 100.00
3、由配料量计算实验式
步骤
（1）知道所用的各种原料的化学组成，并换算为不含 灼减的化学百分组成； 系数按规定的顺序排列，得实验式。
0.0872 K2O 0.1224 Na2O 0.0823 CaO 0.0319 MgO
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新兴材料 53、精细控制下的煅烧以获得微细陶瓷粒子。
溶胶－凝胶法可用来制备陶瓷和玻璃，其产物可以是纤维、也可以是粉末。
蒸馏提纯的醇盐（由金属氧化物与酒精反应形成）的水解也是溶胶－凝胶法的一个变量。
从溶体中沉淀出的氢氧化物是形状统一的球形亚微米粒子，而烧结不会明显改变这些人们期望的特征。
尽管溶胶－凝胶法的处理成本较高、生产周期也很长，但因溶体制备、成型和烧结工艺简便，形成的陶瓷性能突出，对于氧化物粉末，诸如氧化铝、氧化锆和氧化钛等，它仍不失为一种颇具吸引力的制备方法。
近来，关于溶胶蒸发相的方法成为研究热点，它可以获得粒径小至10~20nm 的微细陶瓷粉末(如氧化物、碳化物、氮化物、硅化物和硼化物等)，这种方法需要一个具有高能量输出的蒸发热源，如电弧、等离子射流或者激光束等，而粉末在载气中致密化后被碰撞过滤器或静电收集器从气流中分离出来，有时在化学气相沉积（CVD ）工艺中，会直接在基体上致密化成膜。
先进陶瓷材料的制备往往分为多个步骤或数段操作，每个操作由若干交互作用的变量(时间、温度、压力等)决定，这些变量通过对材料宏观和微观组织的特殊作用机制影响最终产品的质量。
当延性良好的金属材料通过塑性变形成型时，每一步的加工都会对材料施加载荷并可以暴露材料的缺陷(例如：奥氏体不锈钢具有冷拔加工到细小皮下注射针头尺寸的能力，就强有力地证明了其组织结构的完整性)。
单个陶瓷粒子通常是脆性不可变形的，因此，陶瓷材料的制备流程一般会避免塑性变形加工；同时，因缺陷会在加工后继续存在，但变得不可见或会导致实际上的局部破坏，也存在巨大的固有风险。
先进陶瓷的最终性能对各种形式的结构性异质是高度敏感的，特种陶瓷和高新产品技术的进步使得无损监测技术在陶瓷制备的关键阶段得到长足的应用。
在先进陶瓷的设计阶段，应特别强调对整个产品制备计划应用下列指导方针： 1、先驱体材料，特别是超细粉末，应科学地确定其特征参数； 2、每一步工艺操作都应该精确地研究和控制； 3、应将整个操作流程与无损检测技术有机结合。
2.4 典型工程陶瓷材料2.4.1 氧化铝2.4.1.1 氧化铝的一般性能和应用 氧化铝是二十余种氧化物陶瓷中应用最广的，通常被认为是现代工程陶瓷的历史性先驱。
氧化铝陶瓷中氧化铝(Al 2O 3)的含量由其使用要求决定，一般在85%~99.9范围。
粒度较粗的氧化铝基耐火材料以形状尺寸较大、如厚板、型材和砖块之类的形态，被用于建造工业窑炉。
氧化铝的熔点高达2050℃，其耐热能力，或者叫耐火度长久以来一直为窑炉设计者们所看好。
事实上，基于粘土的铝硅酸盐耐火材料大有被更昂贵的高纯氧化铝陶瓷所取代的趋势。
氧化铝的原子间结合半是离子键，半是共价键形式，具有超强的结合力；其晶体结构在1500~1700℃的高温下仍保持物理稳定。
它被用于需要抵御炽热和侵蚀性环境的测温热电偶护套，以及从浇铸前快速运动的熔融铝液流中去除外来颗粒和氧化浮渣的过滤导管；用熔融氧化铝浇铸成的大型耐火砖被用于熔化玻璃的连续炉中。
然而，尽管氧化铝是一种具备有效的化学稳定性的耐热材料，其热冲击敏感性也高于碳化硅和氮化硅。
对热震抗力有贡献的一个主要因素是，后两者具有更高的线性热膨Advanced Materials6胀系数（α）：碳化硅、氮化硅和氧化铝的α 值 / ×10-6 K -1分别是8，4.5和3.5。
当用作较低温度下服役的工程零件时，氧化铝陶瓷通常具有很细的晶粒度（0.5~20μm ）和实际上的零孔隙率。
为了满足越来越苛刻的使用需求，氧化铝陶瓷的研发多年以来一直在不断地进行，并主要集中于化学成分和晶粒组织的控制。
氧化铝的化学惰性和其对人体组织的生物相容性使其得以用在臀修补术中。
如图2.1所示，氧化铝被用作汽油机引擎的火花塞绝缘体，是一个常常被用来印证其绝缘能力的例子。
图2.1 汽油机引擎火花塞从1900年代开始，火花塞的设计和制造方法不断地进步。
在现代汽油机引擎中，火花塞的无故障运行首先取决于其等静压氧化铝绝缘体的绝缘能力。
每个火花塞都被期望在长期运行过程中，在每秒钟精确地点火50~100次时，还可以经受住高达1000℃的高温、瞬间机械压力、腐蚀性尾气和约30kV 电势差的考验。
商品火花塞有着光滑的玻璃化表面层，以便更容易去除表面附着污染物形成的导电膜。
氧化铝陶瓷不寻常的绝缘性能和应用范围早就被电气和电子工业熟知(如：电子线路基板、半导体集成电路封装等等)。
不像金属材料，在氧化铝晶体结构中不存在形成电流的自由电子，其介电强度（用以衡量材料抵受电位梯度而不发生击穿和放电的性能）非常高。
甚至在接近1000℃的高温下，当原子已变得具有运动能力并可传输一些电荷时，氧化铝的电阻系数仍然极高；而提高其纯度通常有利于改善其电气绝缘性能。
很多大批量生产的工程零件是利用氧化铝卓越的抗压强度、硬度和磨损抗力制得的(如：洗衣机旋转密封件、汽车发动机水泵、机加工夹具和刀具、农业机械的破土犁刀、钟表和磁带式录音机轴承、高速纺织机械导纱轮、工业磨料等等)。
著名的刚玉砂磨料，就是氧化铝的一种掺杂无水形式，含有多达20%的SiO 2+Fe 2O 3而无需进行预处理。
由于氧化铝的组成原子－铝和氧的质量都比较小，导致氧化铝的密度较低，这通常是一个有利因素。
不过，和大多数陶瓷材料相似，氧化铝也是脆性材料，在服役时应尽量避免冲击载荷和过高的拉应力。
氧化铝零件一般都很小，但其机能正常与否对大得多的工程系统而言，却往往是至关重要的。
火花塞绝缘子和内燃机水泵密封圈就是该法则起作用的明显例证。
新兴材料 72.4.1.2 氧化铝粉末的制备和成形 对氧化铝陶瓷材料，了解其由矿石到最终成品生产流程的一般形式，可以更深入地理解陶瓷技术的主要影响因素、工作原理，并作为了解陶瓷材料专业成形方法的指南。
如前所述，其制备流程每一阶段对产品最终性能都有独特的作用，必须仔细进行控制。
氧化铝制品的主要原料是铝土矿[Al 2O(OH)4]——一种在世界不同地域都有丰富储量的水合物岩矿。
在拜尔工艺中，预制的铝土矿在压力作用下被溶于热氢氧化钠水溶液中，然后在形核剂诱发下沉淀出Al(OH)3晶体(矿物学术语称为三水铝石)。
在此过程中，时间、温度、搅拌等工艺条件对拜尔工艺的产物质量有很大影响。
三水铝石在1200℃被加热而产生化学分解。
含α-氧化铝(>99% Al 2O 3)的拜尔石灰根据其性质和杂质含量被分为不同级别。
因为影响拜尔石灰的烧结行为和电阻值，氧化钠(Na 2O)的作用显得非常重要，其含量可以高达0.6%。
拜尔石灰由不同粒径的α-氧化铝微晶团聚物构成，这些微晶的尺寸可以通过悉心选择煅烧工艺参数进行控制，一般可以在0.5~100μm 范围内变动。
拜尔石灰一般即可用于制备高纯氧化铝，也可以用于Al 2O 3含量在85~95%之间的低档氧化铝制件的生产。
对于后者，石灰的成分因其它氧化物如SiO 2, CaO 和MgO 的引入而变差，这些氧化物被作为“焊剂”加入，其作用是在烧结时，在α-氧化铝的晶粒边界处形成具有流动性的玻璃相。
筛选分级后的氧化铝和需要加入的添加剂一起被放入湿式球磨机中研磨到所需的粒度范围。
通过将含水悬浮液喷入加热气流达到除去水分的目的(喷射－干燥法)，然后用旋流分离单元分离出氧化铝。
具有自流性的粉末可通过多种方法成形，如干燥处理、等静压、热压、粉浆浇铸、带状浇铸、卷滚成形、挤出成形、压铸等等，其生产率可以非常高，如：某种采用压缩空气在柔性橡胶模具(“橡胶袋”)中等静压压制粉末的机器，每小时可以生产300~400个火花塞陶瓷壳体。
在某些工艺中，粘接剂与陶瓷粉末被混在一起，如：可以将热塑性塑料与氧化铝粉末进行热混，以改善粉末压铸性能；在完成压铸后，再通过加热分离去除。
在生产超薄微电子线路基板的带状浇铸工艺中，氧化铝粉末在有机溶液中形成悬浮液。
2.4.1.3 烧结致密化 多孔而易碎的预制坯体最后在烧结炉中进行连续或分段式烧制。
烧制是成本很高的过程，如果可能，应尽可能地缩短小零件的烧制周期。
经验表明，在最高温度充分热透之后快速冷却可获得期望的更细小晶粒结构。
如前所述，低档氧化铝中会加入一些氧化物作为熔剂以形成晶间相。
尽管流态的晶间材料使烧制时的致密化更易进行，其存在却会损害最终产品的强度和化学侵蚀抗力。
因此，苛刻应用环境下往往选择高氧化铝含量粉末。
通常，随着氧化铝含量从88%增加到99.8%，需要将烧结温度相应地从1450℃提高到1750℃。
更猛烈的烧结在导致更高能耗的同时，也使具有极小粒子尺寸(1μm)和高比表面积的活性氧化铝得以形成，该级别的氧化铝也可以采用较“柔和”的烧制温度和加入更多添加剂降低其性能。
预制陶瓷坯体烧制时发生的最明显变化是其“收缩”现象。
氧化铝的线性烧结收缩率大约为20%，其颗粒尺寸则只可能有最高±1%的变化。
当需要很高尺寸精度时，氧化铝陶瓷可以采用金刚石切削加工，但因可能造成表面损伤和引入弱化性能的裂纹，需要小心进行。
Advanced Materials82.4.2 从氮化硅到Sialon2.4.2.1 反应烧结氮化硅(RBSN)氮化硅陶瓷可以用数种方法制得，现已被用于各种苛刻服役条件下，如：切削工具、轴承、发动机、铸造设备、窑炉部件、焊接夹具和金属加工模具等等场合。
最初RBSN 很大程度上是在改进燃气轮机用材料时发展起来的，在1950年代氮化硅陶瓷发展起来之前，可供选择的陶瓷制备技术非常有限，也很难生产出满足精密尺寸公差的复杂形状陶瓷件，尽管当时可供选择的材料性能各异，但却不能满足一些特殊服役要求，如：良好的热震抗力和抵抗熔融金属与熔渣侵蚀的能力等，氮化硅材料在最大限度上为这些问题提供了解决方案，同时对陶瓷的工程设计理念和生产实践产生了深远的影响。
氮化硅以两种晶体结构形式存在：α 相和 β 相，两者都属于六方晶系，原子间结合主要以共价键为主。
氮化硅最初是用一种创新的无压烧结方法制得的：首先，需要制备易碎的预成型粉末坯料(主要成分是Si)，其成型方法可以多种多样(如：模压、等静压、浆料浇铸、火焰喷涂、聚合物辅助压铸、挤压成型等等)，在反应烧结的最初阶段，预制体在氮气气氛下加热发生如下化学反应：3Si + 2N 2 = Si 3N 4反应产物在预制坯块内形成交错网络，产生非液化的粒子间结合。
在块内的孔洞空间内，还会产生α-氮化硅单晶晶须的形核和长大。
由于反应放热强烈，为了阻止Si 的降解，还需要对温度进行精确控制。
反应形成的氮化物密结块体具有足够强度，可以直接进行常规机加工。
在反应的第二(最后)阶段，零件在氮气中被加热至1400℃，从而形成更多的原位氮化硅、同时坯料尺寸产生小于1%的轻微附加变化(烧制时氧化铝制件则可能变化10%)，最终材料的微观组织由α-Si 3N 4(60–90%)、β-Si 3N 4(10–40%)和未反应Si 及孔洞(15–30%)组成，如同大多数陶瓷材料一样，烧制是其生产过程中成本最高的阶段。