07无机非金属材料学课件-第三章第五节-传统与先进陶瓷材料.

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5-1 传统陶瓷
陶瓷：ceramics, 什么是陶？ 什么是瓷？ 陶与瓷的区别是什么？
陶器：是指以粘土为胎，经过手制、轮制、模制等方法 加工成型后，在800-1000度高温下焙烧而成的物品，坯 体不透明，有微孔，具有吸水性，叩之声音不清。
瓷器：瓷器是以磁石，或掺以高铝质粘土等为原料，表 面施釉后，以1200度高温烧成。
近代的瓷器
景德镇陶瓷：青花玲珑、青花釉里红、 斗彩、薄胎
近代的瓷器
长沙：中国红瓷
近代的瓷器
骨瓷：英国、韩国、唐山5-2 Nhomakorabea进陶瓷先进陶瓷：是伴随现代工业技术的发展而出现的各种新 型陶瓷的总称。先进陶瓷的种类繁多，其应用领域几乎 涉及工业技术的各个方面，尤其对电子技术、航天航空、 通讯技术的进步发挥了重要作用。 先进陶瓷也被称之为特种陶瓷、工业陶瓷、工程陶瓷、 现代陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷、高性能陶瓷等。
第三章第五节
传统陶瓷与先进陶瓷
陶瓷的分类及特点
陶瓷 Ceramics
传统陶瓷: Traditional ceramics 陶器 Pottery 炻器 Stone ware 瓷器 Porcelain, China
先进陶瓷：Advanced ceramics 结构陶瓷：Structural ceramics 功能陶瓷：Functional ceramics 陶瓷基复合材料：Ceramic
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用途 性能 制备工艺 化学组成控制 原料
先进陶瓷的特点
多用于现代科技中的高、精、尖端领域
高强度、高硬度、耐腐蚀、导电或绝缘，并在 声、光、电、磁、生物工程等方面有特殊功能
真空烧结、气氛烧结、热压烧结等手段
成分由人工配比决定，性质的优劣由原料 的纯度和工艺决定，与产地关系不大 使用精选或提纯的氧化物、碳化物、 氮化物、硼化物等原料，
粗陶器 ：砖瓦、盆罐、陶管及建筑琉璃制品
按应用特征
普通陶器：日用陶制器皿、碗
精陶陶器：美术陶器及釉面砖
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新石器时代的陶器
约8000年前：河南裴李岗遗址（公元前5935±480年）：中 原地区新石器时代，粗陶，出土陶器有壶
砖瓦
砖瓦属于大批量生产和使用的制品，因此必须考虑其生产成本降到最低。 一般原料使用当地的黏土或黄土。 烧成温度在1000oC左右，成品的气孔率相当高，在10-40%（体积百分数)之 间,一般都能满足透气性和隔热性的要求。
➢成型前原料处理 ✓原料煅烧：除杂质、晶型转变 ✓原料研磨：细化晶粒、混合均匀 ✓造粒：手工造粒、加压造粒、喷雾造粒、冻结造粒
陶瓷烧结工艺
✓烧结工艺：常压烧结 热压烧结（气压、等静压） 真空烧结 微波烧结 放电等离子烧结（SPS） 高温自蔓延烧结（SHS）
➢ 微波烧结
微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微 结构耦合而产生热量，而实现坯体致密化的方法。
(1) 微波与材料直接耦合，导致整体加热 (2) 微波烧结升温速度快，烧结时间短 (3) 微波可对物相进行选择性加热
先进陶瓷的分类
按用途 ❖ 电子陶瓷：陶瓷电容、电阻、电感、基板、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 ❖ 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（钛酸锂陶瓷）、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
➢ 高温自蔓燃法：利用金属与碳或氮反应时的放热来加热物 料，使合成反应自发进行直至完成，主要用于合成碳化物 和氮化物粉末
4).溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法：首先形成溶胶，然后通过凝胶化使溶胶转变为 凝胶，最后除去凝胶中的水分及有机物等液相并通过烧结除去固 相残余物而制得玻璃。
图4.通过溶胶-凝胶法获得不同材料的示意图
新石器时代
远在几千年前的新石器时代，我们的祖先就已经用天 然黏土作原料，塑造成各种器皿，再在火堆中烧成坚硬的 可重复使用的陶器，由于烧成温度较低，陶器仅是一种含 有较多气孔、质地疏松的未完全烧成制品。
按结构特征
粗陶器 ：吸水率大于15%，粒度2-2.5㎜ 普通陶器：吸水率不大于15%，粒度0.2-2㎜ 精陶器：吸水率不大于12%，粒度0.1-0.2㎜
增加气孔率可以提高隔热效果，可添加发泡剂（如锯末、纸浆、有机物等）。
砖瓦业发展的方向：轻质高强、隔热保温
西式瓦：
琉璃瓦：
内墙砖：
炻器
大约在公元前400年左右，中国第一次制成了致密的陶瓷坯体，由于它 带色而不透明，称为炻器。
炻器是由炻器黏土制成，其结构中主要含玻璃相和石英、方石英等。
炻器上的典型釉是盐釉。在制品快要烧好时，将盐撒在窑中或喷入 NaCl水溶液，盐蒸汽在窑炉气氛的协助下与陶瓷表面反应，即与气氛 中的水反应生成HCl及含Na2O-Al2O3-SiO2的熔体，冷却后凝固为盐釉。
陶瓷原料的制备
✓ 物理方法：
➢ 机械粉碎法：辗磨，高速旋转磨，球磨，介质搅拌磨， 气流粉碎，用此方法很难达到纳米级粒径，易带入杂 质，粒径分布范围宽。
➢ 蒸发－冷凝（PVD）法：在真空或低压惰性气体中， 用电阻、等离子体、电子束、激光等加热源，使原料 气化，与惰性气体原子碰撞而失去能量后，冷凝成纳 米级颗粒。
先进陶瓷的分类
按特性 ❖ 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 ❖ 氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、氧化锌 ❖ 非氧化物陶瓷：碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、
✓ 化学方法：
➢ 沉淀法：金属盐溶液与沉淀剂反应生成沉淀，分离脱水 后可获得纳米级氧化物陶瓷粉末，是制备氧化物陶瓷纳米 粉末的常用方法。
➢ 溶胶－凝胶法：金属有机或无机化合物经过溶液－溶胶－ 凝胶过程，再将凝胶干燥后进行煅烧，获得氧化物或非氧 化物超细粉末的方法。按产生溶胶－凝胶过程的机制。
➢ 水热法：在高温、高压水(或溶剂)中进行有关化学反应来 合成超细粉末的方法