常见陶瓷材料性能及运用讲义
陶瓷材料及其应用
陶瓷材料及其应用【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。
可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。
材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。
拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。
【关键字】陶瓷材料应用发展一、陶瓷材料概述陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的 90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。
这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。
特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。
根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。
其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
二、陶瓷材料的分类随着生产与科学技术的发展．陶瓷材料及产品种类日益增多．为了便于掌握各种材例或产品的特征，通常以不同的角度加以分类。
1.按化学成分分类(1)氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷种类繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位。
最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、 SiO2、 MgO、 ZrO3、 CeO2， CaO． Cr2O3 及莫莱石(3Al2O3.2SiO4) 和尖晶石 (MgAl2O3)等。
陶瓷材料介绍课件
原料加工
将基础原料进行破碎、粉 碎、筛选等加工，制备成 适合成型工艺的细粉料。
成型工 艺
塑形
将细粉料混合一定量的水、 粘土等添加剂，制成具有 一定形状和强度的坯体。
干燥
将坯体放入干燥室内进行 干燥，去除水分，提高坯 体强度。
修整
对干燥后的坯体进行修整， 去除毛刺、裂纹等缺陷。
烧成工艺
装窑
将干燥修整后的坯体放入窑炉中 进行烧成。
氧化锆陶瓷是一种以氧化锆（ZrO2）为主 要成分的陶瓷材料。它具有高硬度、高韧性 和优异的耐磨性、耐腐蚀性，可在极端环境 下保持稳定的性能。氧化锆陶瓷广泛应用于 航空航天、石油化工、汽车等领域，作为密
封件、轴承、切削工具等产品的制造材料。
优势
陶瓷材料的优势在于其优良的绝缘性能、耐磨性能、耐高温性能以及生物相容 性等，使其在电子、通讯、航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。
02
陶瓷材料的生
原料制 备
01
02
03
原料选择
根据陶瓷产品的性能要求， 选择合适的天然矿物或工 业原料作为基础原料。
配料计算
根据产品配方进行原料配 比，确保原料成分符合要 求。
低毒性和无致敏性
陶瓷材料在正常使用过程中释放的物质对生物体无毒性和致敏性， 因此对生物体安全无害。
04
陶瓷材料的未来展与 挑
新料研 发
高温陶瓷
随着工业技术的发展，对能在高温环境下保持优良性能的陶 瓷材料的需求越来越大。新材料研发将致力于提高陶瓷的耐 热性、抗氧化性和抗蠕变性，以满足各种高温应用的需求。
陶瓷材料介
• 陶瓷材料概述 • 陶瓷材料的生产工艺 • 陶瓷材料的性能与应用 • 陶瓷材料的未来发展与挑战 • 案例分析：几种典型陶瓷材料介
陶瓷材料的性能特点
第八章陶瓷材料第1节陶瓷材料概述第4讲陶瓷材料的性能特点先进陶瓷分类(按其性能和功能)结构陶瓷：作为工程结构材料使用的陶瓷功能陶瓷：具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷力学性能特点1硬度高510152025几种典型陶瓷材料的维氏硬度与不锈钢材料的对比图维氏硬度/G P a结构陶瓷的力学性能陶瓷材料硬度高→陶瓷材料耐磨性好→陶瓷材料可以制作刀具50100150200250300350400450几种典型陶瓷材料的弹性模量与不锈钢材料的对比图弹性模量/G P a力学性能特点2高弹性模量陶瓷材料高弹性模量陶瓷材料硬度弹性模量熔点变化规律具有一致性是其主晶相结合键能高低的外在反映弹性模量高→零件/构件的刚度好氧化铝机械加工精度高加工前加工中加工后不锈钢加工过程后发生挠曲变形，精度无法保证金属材料与陶瓷材料的应力-应变曲线(示意图)应力应变陶瓷金属力学性能特点3无塑性变形，断裂强度低陶瓷材料室温下拉伸时没有塑性变形→脆断人们常说的陶瓷强度，主要指它的断裂强度陶瓷材料的实际断裂强度和理论断裂强度对比材料理论值/MPa实测值/MPa理论/实测强度比值Al2O3(蓝宝石)4900063077.0Si3N4(热压)3770098038.5SiC(热压)4800093051.5 Si3N4(反应烧结)37700290130.5奥氏体型钢200003240 6.4陶瓷材料的实际断裂强度比理论强度低很多陶瓷材料实际断裂强度低的原因•存在不规则形状的气孔，相当于裂纹•内部组织结构复杂、和不均匀性2004006008001000120014001600几种典型陶瓷材料的抗弯强度抗弯强度/M P a陶瓷材料的强度，一般采用抗弯强度(弯曲强度)和抗压强度(压缩强度)表示采用三点弯曲测试抗弯强度示意图力学性能特点4低抗压强度高，抗弯强度低几种典型陶瓷材料的抗压强度抗压强度/M P a碳钢铸铁高速钢氧化铝(A479)单晶蓝宝石(SA100)金属陶瓷(TC30)01000200030004000•陶瓷材料抗压强度高，为抗拉强度的10~40倍•陶瓷材料承受压应力的能力大大超过拉应力的能力抗压强度测试示意图•陶瓷材料抗压强度比金属（碳钢）高力学性能特点5冲击韧性、断裂韧性低陶瓷材料是脆性材料冲击韧性~10kJ/m2几种材料的断裂韧性材料K IC/MPa∙m1/2不锈钢(SUS304)21045钢90球墨铸铁20~40氮化硅陶瓷 3.5~5氧化锆7-8氧化铝(99%)3-4K IC约为金属的1/60~1/100物理与化学性能1 较低的密度12345678密度/g ∙c m -3几种典型陶瓷材料的密度与钢的对比图2 熔点高一般在2000℃以上，陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属3化学稳定性高•抗氧化性优良，在1000℃高温下不会氧化•对酸、碱、盐有良好的抗蚀性4 热胀系数小24681012141618几种典型陶瓷材料的热膨胀系数与钢的对比图膨胀系数X 10-6/K40~400℃•随气孔率增加，陶瓷的热胀系数、热导率降低•多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料20406080100120140160几种典型陶瓷材料的热导率与钢的对比图导热率W /m ∙K5 热导率受材质和气孔影响大6具有特殊性能光学，电学，声学和磁学性能结构陶瓷→功能陶瓷高硬度、耐高温、耐磨损、抗热震、耐腐蚀、抗氧化密度小弹性模量大陶瓷材料性能优势脆性大，韧性差，难加工安全可靠性低陶瓷材料性能短板避免服役过程中工况：冲击载荷、大的拉应力分析服役环境，取长补短可发挥优势工况条件：高温、高压、强腐蚀、强磨损。
陶瓷材料的分类及性能
陶瓷材料的力学性能高分子091 项淼学号17陶瓷材料陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。
金属：金属键高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键）陶瓷：离子键和共价键。
普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。
工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。
工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。
硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。
常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。
一、陶瓷材料的结构和显微组织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。
可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。
如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂（种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。
（可通过热处理改善材料的力学性能）陶瓷的分类※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔……特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温……金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工……※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷…2. 陶瓷的生产(1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种陶瓷（人工的化学或化工原料---各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物）(2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形）(3)烧成或烧结3. 陶瓷的性能(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。
《陶瓷材料》PPT课件
硅酸盐结构
结构很复杂，但基 本结构单元为[SiO4]硅氧 四面体，结合键为离子 键、共价键的混合键；
每个氧原子最多只 有被两个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为145°; [SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成
链状、平面或三维网状结构，故硅酸盐材料有无机高 聚物之称。
硅酸盐结构特点与结构分类
敲击声
沉浊
清脆
陶瓷分类（2）
按用途分类
结构陶瓷 功能陶瓷 陶瓷耐火材料 玻璃
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、 低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料；
不同形状的特种结构陶瓷件
功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料， 此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。
E E 01 f1p f2p 2
– 式中p为材料气孔率；E0为p=0时的弹性模量； – f1 、 f2 为 由 气 孔 形 状 决 定 的 常 数 。 对 于 球 形 气 孔 ，
f1=1.9 ，f2=0.9。
⑷晶体结构
–。
– 对于多晶材料来说，则可认为E是各向同性的（统计性 的）。
泽，为施釉或无釉制品，基本不吸水。
• 炻器：其性质介于陶器和瓷器之间。断口致密，即使无
釉，也不透过液体和气体，坯体透气性差或无透光性。
陶器和瓷器
性能及特征 吸水性/％
透光性
陶器 一般大于3
不透光
瓷器 一般不大于3
透光
坯体特征
未玻化或玻化程度差、断面 玻化程度高、结构致密、细
粗糙
腻，断面呈石状或贝壳状
建筑陶瓷－地砖
电瓷
广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。
功能陶瓷材料
功能陶瓷材料功能陶瓷材料是一类具有特殊功能的陶瓷材料，它们在各种工业领域和日常生活中发挥着重要作用。
功能陶瓷材料具有优异的耐高温、耐腐蚀、绝缘、导热、导电、磁性、光学透明等特性，因此被广泛应用于电子、光电、化工、航空航天、医疗器械等领域。
本文将介绍功能陶瓷材料的种类、特性及应用。
首先，功能陶瓷材料可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。
结构陶瓷主要用于承受机械载荷的零部件，如陶瓷刀具、轴承、阀门、喷嘴等。
而功能陶瓷则是指具有特殊功能的陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆等。
这些功能陶瓷材料具有高温、耐腐蚀、绝缘、导热、导电、磁性、光学透明等特性，被广泛应用于各个领域。
其次，氧化铝是一种常见的功能陶瓷材料，具有优异的绝缘性能、耐磨性和耐腐蚀性能。
氧化铝陶瓷常用于制作绝缘零件、耐磨零件、化工设备零件等。
氮化硅是一种耐高温、耐腐蚀的陶瓷材料，常用于制作高温炉具、化工容器、陶瓷刀具等。
碳化硅具有优异的导热性能和耐高温性能，常用于制作导热器件、陶瓷加热器、炉具等。
氧化锆具有优异的机械性能和耐磨性能，常用于制作轴承、阀门、喷嘴等。
最后，功能陶瓷材料在电子、光电、化工、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
在电子领域，功能陶瓷材料常用于制作电子陶瓷电容器、压敏电阻、陶瓷介质滤波器等。
在光电领域，功能陶瓷材料常用于制作激光器件、光纤连接器、光学窗口等。
在化工领域，功能陶瓷材料常用于制作化工设备、化工管道、化工阀门等。
在航空航天领域，功能陶瓷材料常用于制作航空发动机零部件、航天器件、航空航天仪器等。
在医疗器械领域，功能陶瓷材料常用于制作人工关节、牙科修复材料、医疗器械陶瓷零件等。
综上所述，功能陶瓷材料具有优异的特性和广泛的应用领域，对于推动工业技术进步和提高产品性能起着重要作用。
随着科技的不断发展，功能陶瓷材料将会有更广阔的应用前景。
陶瓷材料的力学性能
氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受 到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场 松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。
部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，接 近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除在常 温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动机 汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。
27
二、陶瓷材料的增韧
陶瓷材料强度提高，断裂韧度值增大，因此陶瓷材料的增韧常 与增强相联系。
陶瓷增韧途径：（除纤维、纳米颗粒等制备陶瓷基复合材料外） 1）改善陶瓷显微结构
a.使材料达到细、密、匀、纯 b.晶粒长宽比增大，KIC值增大。 2）相变增韧：受使用温度限制（应<800℃) 3）微裂纹增韧 主裂纹扩展遇到微裂纹发生分叉转向前进，增加扩展过程中的 表面能；主裂纹尖端应力集中被松弛，扩展减慢。
得到复杂的形状
性差
用较少的助剂就能致密化，只能制造简单形状，烧
强度、耐蚀性最好
结助剂使高温强度降低
13
② 性能特点及应用 氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、
碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；热膨胀系数小；抗热震 性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。
热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件， 如切削刀具、高温轴承等。
4）陶瓷材料KIscc/KIC> ΔKth /KIC说明应力腐蚀开裂比疲劳 更难产生。
33
三、抗热震性 1、热震破坏分类
热震断裂：由热震引起的瞬时断裂； 热震损伤：在热冲击循环作用下，材料先出现开裂，随之裂 纹扩展，导致材料强度降低，最终整体破坏。 2、陶瓷材料的抗热震性通常用抗热震参数表示。
陶瓷材料介绍
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷材料在汽车方面的应用
纳米陶瓷材料用于汽车车膜
优点： 1、最先进的隔热，抗紫外技术 2、最清晰的视野，最安全的保 障 3、真正实现信号零干扰 4、绝不氧化，永不褪色 5、环保健康，低碳生活 6、经典美观，超长耐用
陶瓷发动机
陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和 耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求 的目标。
优点: 1.可以大大提高效率。 2.降低了能源消耗，而且减少了环境污染。 3.陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。 4.可延长发动机的使用寿命
不足：阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和 由此导致的低可靠性。
陶瓷车身及内饰 法拉利中国限量版艺术典藏跑车
布加迪全陶瓷外观装饰汽车
陶瓷内饰
希望大家都有一个美好的前程！
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
陶瓷材料的性能特点及其应用(ppt 37页)
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：
•
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。
• 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
陶瓷材料
姓名： 班级： 学号：
• 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 Nhomakorabea1.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.玻璃化转变
• 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
陶瓷材料简要介绍资料.pptx
碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中应用最广泛。其密度为 3.2×103kg·m-3，弯曲强度和抗压强度分别为200～250MPa 和1000～1500MPa，硬度为莫氏9.2。
特点：热导率高，而热膨胀系数小。 应用：常用于制作加热组件、石墨表面保护层及砂轮和 磨料等。
第41页/共44页
碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、 浇注金属的喉管、热电偶套管、炉 管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密 封圈、拉丝成型模具等。
性能：Al2O3含量越高，性能越好， 氧化铝陶瓷的性能
牌号
85瓷 96瓷 99瓷
Al2O3 （％）
85 96 99
相对 密度 3.45 3.72
3.90
硬度 抗压强 （莫氏） 度Mpa
9
1800
9
2000
9
2500
抗拉强 度Mpa
150 180 250
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应用
化学稳定性：A12O3陶瓷与大多数熔融金属不发生反映，只 有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫 酸能溶解A12O3，热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用。 可作为耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道 内衬和阀门
P＜PC（左）和P＞PC（右）时压痕
（以PC作为可是压痕产生裂纹的临界负荷）
2024/9/30
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压痕法
K IC
1
Ha 2
H
E
2
5
0.055
• lg8.4
a c
KIC是断裂韧性 φ为一常数，约等于3
HV是维氏硬度
a为压痕对角线长度的一半
c为表面裂纹长度的一半
第21页/共44页
陶瓷材料的分类和性能
• 反应烧结氮化硅陶瓷
以硅粉或硅粉与Si3N4粉的混合料，压制 成型后，放入渗氮炉中进行渗氮处理，直到 所有的硅都形成氮化硅，得到尺寸相当精密 的氮化硅制品。但此制品中有20～30％的气 孔，故强度不及热压烧结制品，与95瓷相近。
性能优异，易于加工。
• 应用
• 反应烧结氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐 高温，耐腐蚀，形状复杂且尺寸精度高 的制品。如石油化工泵的密封环、高温 轴承、热电偶套管、燃气轮机转子叶片 等；
如：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2
• 实际陶瓷晶体与金属晶体一样也存在晶体 缺陷，这些缺陷可加速陶瓷的烧结扩散过 程，还影响陶瓷性能。
• 晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（ Al2O3）晶粒平均尺寸为200μm时，抗弯强 度为74MPa，1.8μm时抗弯强度可高达 570MPa。
• 陶瓷材料中往往同时存在多种晶相，对陶 瓷性能起决定作用的晶相称主晶相，其余 为次晶相。
• 热压烧结氮化硅陶瓷用于制造形状简单 的耐磨、耐高温零件和工具。如切削刀 具、转子发动机刮片、高温轴承等。
• （三）碳化硅陶瓷
• 主晶相SiC，有反应烧结和热压烧结两种碳化 硅陶瓷；
• 高 温 强 度 高 ， 工 作 温 度 可 达 1600 ～ 1700℃ 1400℃时，抗弯强度为500～600MPa ；
故工业陶瓷中玻璃相的数量要予 以控制，一 般<20~40%。
３. 气相
气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。 是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔 隙率常为5~10%，要力求使其呈球状， 均匀分布。
气孔对陶瓷的性能有显著影响，使 陶瓷强度降低、介电损耗增大，电击穿 强度下降，绝缘性降低。
• 气相可使陶瓷的密度减小，并能 吸收振动；
陶瓷材料的分类和性能
• 耐高温性能好，刚玉陶瓷可在1600℃下长期 工作，在空气中的最高使用温度达1980℃；
• 耐蚀性和绝缘性好；
化学稳定性高，抗氧化性优良，在1000℃高 温下不会氧化，并对酸、碱、盐有良好的抗蚀性 。故在化工工业中广泛应用。
第二节工程结构陶瓷材料
一、普通陶瓷
又称传统陶瓷、粘土陶瓷。这种陶瓷以天 然硅酸盐矿物，如粘土、长石、石英等为主要 原料配制、烧结而成的。
主晶相为莫来石晶体（3Al2O3﹒2SiO2）， 占25～30％，次晶相为SiO2；
陶瓷材料的分类和性能
除了金属材料以外的无 机材料都属于无机非金属材料， 在众多无机非金属材料中，以 陶瓷的种类最多，应用最广， 以下主要介绍陶瓷材料。
第一节 概述
一、陶瓷材料的分类与生产
• 分类 • 按原料来源分：普通陶瓷、特种陶瓷
普通陶瓷又称传统陶瓷。以天然 硅酸盐矿物为主要原料，如粘土、石 英、长石等。主要制品有：日用陶瓷 、建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶 瓷、多孔陶瓷。
玻璃相约为35～60％； 气相为1～3％。
• 性能特点
• 硬度高，不会氧化生锈，不导电， 耐1200℃高温，加工成型性好， 成本低廉。
• 玻璃相较多，强度较低，在较高 温度下易软化，故耐高温及绝缘 上主要用作绝缘的电瓷绝缘 子和耐酸、碱的容器、反应塔管道 等，还可用于受力不大，工作温度 在200℃以下的结构零件。
• 用作保温的陶瓷和化工用的过滤 多孔陶瓷等需要增加气孔率，有 时气孔率可高达60％。
（二）陶瓷的性能
• 1. 力学性能
• 硬度高、耐磨性好； • 抗拉强度低，抗压强度较
高；
• 高弹性模量，高脆性。 E=100~400GPa （金属210） 在拉伸时几乎没有塑性，在拉力作用 下产生一定的弹性变形后直接断裂。
陶瓷材料陶瓷材料简介 ppt课件
隋唐时期北方白釉瓷的突破
烧结温度达到1300℃以上
铁含量高于1%就是青色，少于1%就是白色
第五个里程碑
宋代到清代彩色釉瓷、彩绘瓷 和雕塑陶瓷的辉煌成就
自东汉晚期，浙江就烧制 透明和单色的青釉瓷，随 后，从透明到呈乳浊状和 呈现各种纹样是在工艺和 艺术上的一次飞跃。
唐代出现的唐三彩是另一 个飞跃；元代以后又有多 种元素被引入彩釉中，这 是又一次飞跃。
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行车、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
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 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。 3、反射
③、是玻璃还是陶瓷
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。
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。
常见陶瓷材料性能及运用
４科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION１ 前言２０世纪后期随着许多新技术（如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等）的兴起，以及基础理论（如矿物学、冶金学、物理学等）和测试技术（如电子显微镜技术、Ｘ 射线衍射技术和各种频谱仪等）的发展，人们对材料结构和性能之间的关系有了深刻认识。
通过控制材料的化学成分和微观组织结构，研制出了许多具有不同性能的陶瓷材料，如各种功能陶瓷（电子材料、光导纤维、敏感陶瓷材料）及高温结构陶瓷。
与传统陶瓷材料相比其强度得到了成百上千倍的提高，再加上陶瓷材料本身具备的优异的耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘等特性，使其在许多重要领域得到了越来越广泛的应用。
常用工程陶瓷材料主要包括：金属（过渡金属或与之相近的金属）与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物，以及非金属元素所组成的化合物，如硼和硅的碳化物和氮化物。
根据其元素组成的不同可以分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。
此外，近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。
２ 氧化物陶瓷氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多优良的性能。
大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，在工程领域已得到了较广泛的应用。
２．１氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，一般以α－Ａｌ２Ｏ３ 为主晶相。
根据Ａｌ２Ｏ３ 含量和添加剂的不同，有不同系列。
如根据Ａｌ２Ｏ３含量不同可分为７５瓷，８５瓷，９５瓷，９９瓷等；根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉－莫来瓷和刚玉瓷；根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。
Ａｌ２Ｏ３陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种；Ａｌ２Ｏ３陶瓷与大多数熔融金属不发生反映，只有Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ和Ｔｉ在一定温度以上对其有还原作用；热的硫酸能溶解Ａｌ２Ｏ３ ，热的ＨＣｌ，ＨＦ对其也有一定腐蚀作用；Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷的蒸汽压和分解压都是最小的。
陶瓷的性能PPT课件
划痕硬度叫做莫氏硬度，用于陶瓷及矿物材料硬度测试。它只表示硬度由小 到大的顺序，不代表硬度的程度，后面的矿物可以划破前面的矿物表面。
一般莫氏硬度分为10级，后来因为有一些工人合成的硬度较大的材料出现， 又将莫氏硬度分为15级以便比较，表3-3莫氏硬度两种分级的顺序。
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3
表3-3
莫氏硬度顺序
顺序 材料 1 滑石
Ⅰ. 由于晶粒取向不同，位错运动会受到晶界的
障碍，而在晶界产生位错塞积；
Ⅱ. 材料中的杂质原子引起应力集中而成为位错
运动的障碍。
Ⅲ. 热缺陷，交叉（指位错组合、位错线与位错
或位错线与其它缺陷相互交叉）都能使位错运动受到
阻碍。
.
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当位错运动受到各种障碍时，就会在障碍前 塞积起来，导致微裂纹形成。
图2-2-1就是位错形成微裂纹示意图．
化学反应愈烈，裂纹扩展速度也愈快。
应力腐蚀理论的局限性：这一理论能解释许多实
验数据，但有人在真空中实验，也发现了疲劳现象，
说明单纯用应力腐蚀来说明疲劳现象是不够的。
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２．自由表面能降低 环境中的表面活性物质吸附在裂纹表面上使裂纹表面的自由表面能降低，这
就降低了断裂表面能。 自由表面能降低的局限性：自由表面能仅为断裂表面能的一小部分，即使像
硅酸盐玻璃这样的脆性材料，自由表面能也大约只有断裂表面能的30%，所以只 从自由表面能的降低来说明疲劳现象也是不够满意的。
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３．能量分布状态变化 裂纹附近由于应力集中，晶格结点能量分布状态发生变化，这些地方的
原子处于高能量状态，这就加速了空位运动和原子扩散传质。同时，环境影 响断裂表面能，从而影响空位的运动和原子传质。
陶瓷材料介绍
优点: 1.可以大大提高效率。 2.降低了能源消耗，而且减少了环境污染。 3.陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。 4.可延长发动机的使用寿命
不足：阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和 由此导致的低可靠性。
陶瓷车身及内饰 法拉利中国限量版艺术典藏跑车
布加迪全陶瓷外观装饰汽车
陶瓷内饰
希望大家都有一个美好的前程！
陶瓷
功能陶瓷
生电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
陶瓷材料 Ceramic materials
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷 卫生陶瓷
结构陶瓷 耐火材料 建筑陶瓷 铁电陶瓷 压电陶瓷 电介质陶瓷 导电陶瓷 磁性陶瓷
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
光、声、电、热、磁等物理特性
陶瓷材料在汽车方面的应用
纳米陶瓷材料用于汽车车膜
优点： 1、最先进的隔热，抗紫外技术 2、最清晰的视野，最安全的保 障 3、真正实现信号零干扰 4、绝不氧化，永不褪色 5、环保健康，低碳生活 6、经典美观，超长耐用
陶瓷发动机
陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和 耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求 的目标。
第七、八章陶瓷材料
瓷器是我国古代最重要的发明之一，凝聚着我国劳动人民的 智慧。最早出现于距今3000多年前的商周，后经过近1000年的发 展，到汉代已日趋成熟，在唐、宋、元、明、清历代，造瓷技术 水平登峰造极，江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、 薄如纸、声如磬。至今藏于中国故宫博物院的大批古瓷器都是传 世珍品。
秦兵马俑
兵马俑，亦称陶俑，是典型的陶制品。
举世闻名的秦兵马俑是秦代制陶工人的杰作。原料 就地取土，未加调配。使用如此一般的粘土烧制这样巨 大的陶俑而不变型，历经2000余年不损坏，这说明当时 制陶技术的精湛、高超。
著名的唐三彩创始于唐高宗时期。 所谓三彩，是用白色粘土做胎，以Cu、 Fe、Co、Mn等的矿物做釉的着色剂，经 两次烧制后，成为绚丽多彩的陶器精品。 颜色以黄、绿和白色为主，故称“唐三 彩”。但三彩是表示多色，并不是在一 件器物上只限于三种色釉。
类别
餐茶具 陈设瓷 墙地砖
按用途、性能等细分的品种
中西餐茶具：盘，碗，杯，碟，壶等 花瓶，陶瓷雕塑，陶瓷画， 外墙砖，内墙砖，地砖
卫生陶瓷
低压电瓷 高压电瓷 电子陶瓷 功能陶瓷 结构陶瓷
洗面器，大小便器，洗涤器，手纸盒
用于≤1KV的电瓷 用于≥1KV的电瓷， 利用本征特性，如装置瓷，电阻等 利用功能特性，如敏感、压电陶瓷 利用本征特性，如高强度，耐高温， 耐磨，耐腐蚀等
晶相
气相
玻璃相
晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的 主要是晶相。
主要是某些固溶体或化合 物，其结构、形态、数量及分 布决定了陶瓷材料的特性和应 用。陶瓷中晶体相主要有含氧 酸盐(硅酸盐、钛酸盐等)、氧 化物(MgO、Al2O3)、非氧化物 (SiC，Si3N4)等。
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特点
主要用途
热膨胀系数小，抗热震，弯曲强度高， 惹急材料，切削工具，高级耐火材料，抗腐蚀、 硬度高，自润滑，摩擦系数小，抗腐 抗磨损的密封件 蚀
热硬度高，抗热震，良好地电绝缘性 熔炼金属用的坩埚，热电偶保护管，真空蒸镀
和介电性质
容器，耐热砖，大规模集成电路基板
自润滑性，耐热性，导热，绝缘，质 高温固体润滑剂，轴承，坩埚，绝缘材料，压
度和高耐磨性，
宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应
堆控制棒与屏蔽材料等
常见陶瓷分类
分类
玻 璃 陶 瓷
名称 低膨胀玻璃陶瓷
表面可强化玻璃陶 瓷 可加工玻璃陶瓷
特点
热膨胀系数低(可为负值)、强度高、 热稳定性能好、使用温度高
主要用途
航天飞机零件、高级炊具、高温作业观察窗、 微波炉盖、望远镜、激光元器件及航天飞机上 的重要零部件
常见陶瓷材料性能及运用
2013年1月17日
常见陶瓷分类
20世纪后期随着许多新技术(如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术 等)的兴起，以及基础理论(如矿物学、冶金学、物理学等)和测试技术(如电子 显微镜技术、X射线衍射技术和各种频谱仪等)的发展，人们对材料结构和性能 之间的关系有了深刻认识。通过控制材料的化学成分和微观组织结构，研制出 了许多具有不同性能的陶瓷材料，如各种功能陶瓷(电子材料、光导纤维、敏 感陶瓷材料)及高温结构陶瓷。与传统陶瓷材料相比其强度得到了成百上千倍 的提高，再加上陶瓷材料本身具备的优异的耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘等特 性，使其在许多重要领域得到了越来越广泛的应用。 常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、 氮、氧等非金属元素组成的化合物，以及非金属元素所组成的化合物，如硼和 硅的碳化物和氮化物。 根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化 物陶瓷和硼化物陶瓷。此外，近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应 用。
常见陶瓷分类
分类 名称 氧化铝陶瓷
MgO陶瓷
氧
化 物
稳定氧化锆(ZrO2) 陶瓷
陶
瓷
特点
主要用途
化学性质稳定，机械强度高 电绝缘性，低介质损耗
对可见光和红外线的良好透过性，耐 温耐热耐腐蚀
叶轮泵体轴套阀门管道内衬等 电子电器应用 纺织耐磨零件，刀具，火花塞 高压钠灯灯管，红外检测装置窗口
高温下比体积电阻高，介质损耗低， 用于制备熔炼金属的坩埚，浇铸金属的模子，
具有良好的电绝缘性
高温热电偶保护管，高温炉内衬
对碱性熔渣有较强的抗侵蚀能力
比热、导热系数小
化学稳定性号，耐酸性及中性物质腐 蚀 绝缘性
高温隔温电极材料，产生紫外线的 灯 氧气传感器
部分稳定Zr02陶瓷
高强度、断裂韧性及抗热冲击性能
导热系数小，隔热效果好，热膨胀系 数大
1.2 氧化锆(ZrO2)陶瓷
Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。根 据所含相的成分不同，Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02陶瓷。
1.2.1 稳定氧化锆(ZrO2)陶瓷
稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成，其耐火度高、比热与导热系数小，是理想 的高温隔热材料，可以用做高温炉内衬，也可作为各种耐热涂层。 稳定Zr02陶瓷化学稳定性好，高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀，但不能 抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应，可以 用来作为熔炼这此金属的坩埚。 纯Zr02是良好的绝缘体，由于其明显的高温离子导电特性，可作为2000℃使 用的发热元件，高温电极材料，还可用作产生紫外线的灯。 此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性，可制成氧气传感器，进行氧浓度的测 量。
1.1 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂的 不同，有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷，85瓷，95瓷，99瓷等; 根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同 又分为铬刚玉、钛刚玉等。 Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;A1203陶瓷与 大多数熔融金属不发生反映，只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作 用;热的硫酸能溶解A1203，热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用;A1203陶瓷的蒸 汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性，可广泛地用于 耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道内衬和阀门等。 氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等 特点，因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。 A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零 件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。 透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性，同时具有高温强度高、耐 热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。
陶瓷发动机中的汽缸内壁、活塞、缸盖等部件 无润滑轴承，喷砂设备喷嘴、制药用冲压模
工业剪刀、羊毛剪、微电子工业用具、微生物 陶瓷材料
常见陶瓷分类
分类
氮 化 物 陶 瓷
碳 化 物 陶 瓷
名称 氮化硅(Si3N4)陶瓷
氮化铝(AlN)陶瓷 六方氮化硼(BN)陶 瓷
立力氮化硼(BN)陶 瓷 碳化硅(SiC)陶瓷 碳化硼(BC)陶瓷
量轻
力传递材料和容器，航空高温结构材料，火箭
喷嘴
化学稳定兴高，导热剂耐热性能号， 磨料，切削刀具 硬度高
性度高，热导率高，抗热震性能好， 炉膛结果材料、隔焰板、撸管，发热元件，高
化学稳定性高，
温、耐磨、耐腐蚀机械部件、汽轮机高温部件
比重低，低膨胀系数，高导热，高硬 磨料，耐磨零件、热电偶原件、高温半导体、
独特地显微结构使其具备可加工性能， 电绝缘、微波技术、精密仪器和航空、航天领 可以采用普通的钻、锯或车削、磨等 域 加工到精密尺寸
具有高热震抗力、哟一的绝缘性能
1 氧化物陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多 优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具 有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。