《材料学导论》2 陶瓷 谭劲.ppt

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陶瓷材料的显微结构
陶瓷材料的显微结构通常由三种不同的相组成， 晶相、玻璃相和气相。
晶相：陶瓷材料中最主要的组成相，晶相一般由 原料带入或玻璃相析晶而成。晶相分为主晶相和 次晶相。主晶相是构成材料的主体，其性质、数 量及结合状态，直接决定材料的基本性质。
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玻璃相：是一种低熔点的非晶态固体，是材料在 高温烧成过程中，由于化学反应或熔融冷却形成 的。通常，其机械强度要比晶相低一些，抗冲击 强度要高一些，在较低温度下开始软化。
无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、 搪瓷、磨料以及新型无机材料等。
其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不 断出现，其概念的外延也不断扩大。广义的陶瓷概念 几乎与无机非金属材料的含意相同。
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如何分类？
难！
无机非金属材料的名目繁多，用途各异，目前 尚没有统一而完善的分类方法。
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2.3 陶瓷材料的化学键及显微结构
陶瓷材料的化学键
陶瓷材料是以离子键（如MgO、Al2O3）、共价 键（如Si3N4、BN）以及离子共价混合键（ SiO2） 结合在一起。
金属氧化物主要是离子键结合。由于离子键没有 方向性，只要求正负离子相间排列并尽量紧密堆 积，因而离子晶体的密度较高，键强度也较高。 这类材料强度高、硬度高，但脆性大。离子晶体 固态绝缘，熔融后可导电。
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共价键具有方向性与饱和性，这就决定了共价 晶体中原子的堆积密度较小。共价晶体键强度 较高，且具有稳定的结构，故这类材料熔点高、 硬度高、脆性大，热膨胀系数小。
虽然陶瓷材料的键性主要为离子键和共价键， 但实际上许多陶瓷的结合键是混合键结合，既 有离子性，又有共价性。
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玻璃相的作用，① 充填晶粒间隙，粘结晶粒，提 高陶瓷材料的致密程度；② 降低烧成温度，改善 工艺；③ 抑制晶粒长大。
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气相（气孔）：大部分气孔是在工艺过程中形 成并保留下来的，有的气孔则通过特殊的工艺 方法获得。气孔含量在0～90％之间变化，陶 瓷的许多电性能和热性能都随气孔率、气孔尺 寸及分布的不同在很大范围内变化。
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（2）强度
①陶瓷材料在理论上具有很高的断裂强度，但实际断裂强度 往往比金属材料低得多。 ②抗压强度比抗拉强度大得多，其差别程度大大超过金属。 ③气孔和材料密度对陶瓷断裂强度有很大影响。 ④陶瓷材料耐热冲击性较差，严重限制了陶瓷材料在急冷急 热条件下的使用。 ⑤晶粒愈小，强度愈高。
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1、什么是无机非金属材料？
无机非金属材料：主要是指由一种或多种金属元 素同一种非金属元素(如O, S , C, N等,通常为O) 所形成的化合物，多为金属氧化物和金属非氧化 物。 也可以认为 金属材料和有机高分子材料以外 的固体材料通称无机非金属材料。
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无机非金属材料(又一种表述）指某些元素的氧化物、碳化 物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒 化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐 等含氧酸盐为主要组成的无机材料。
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2.4 陶瓷材料的性能
2.4.1 机械性能
（1）弹性模量 陶瓷材料具有牢固的离子键和共价键，其弹性模量 比 金 属 材 料 的 弹 性 模 量 大 得 多 ， 大 约 在 103 ～ 104MPa之间甚至更高。 陶瓷材料的弹性模量除了与结合键有关外，还与组 成相的种类、分布、比例及气孔率的大小有关。
通常把它们分为传统（普通）无机非金属材料 和新型（特种）无机非金属材料两大类。
普通陶瓷－－特种陶瓷
普通玻璃－－特种玻璃
普通水泥－－特种水泥
……
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主要特性
熔点高、硬度高、化学稳定性好、 耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、 弹性模量大、强度高。
一般为脆性材料
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2、陶瓷材料
（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。
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（3）塑性与韧性
陶瓷材料最突出的弱点是很低的塑性与韧性。只有极少数 具有简单晶体结构的陶瓷材料在室温下具有塑性。如MgO、 KCl、KBr等。一般的陶瓷材料在室温下塑性为零。这是因 为大多数陶瓷材料晶体结构复杂，滑移系统少，位错生成 能高，而且位错的可动性差，通常呈现典型的脆性断裂。
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古代各种陶制品
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各种瓷器
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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（普通）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，这类陶瓷制品称为新型（特种）陶瓷。
2.1 陶瓷的概念
陶瓷(ceramics)是以非金属矿物或化工产品为原料， 经原料处理、成型、烧成等工序制成的产品。
2. 2 陶瓷的分类
早期，陶瓷是陶器与瓷器的总称。
瓷器的坯体致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，通常 施釉，敲之声音清脆。
陶器通常有一定吸水率，断面粗糙无光，不透明，敲之声音 粗哑，有的无釉，有的施釉。
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化学成分分析
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பைடு நூலகம்
XRD intensity (a.u.)
YAG+Ba2++Ga3+
YAG+Ba2+
JCPDF#731370
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物相成分分析
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第二章
无机非金属材料
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本章主要内容
1. 无机非金属材料概论 2. 陶瓷材料（普通陶瓷、特种陶瓷） 3. 玻璃材料 4. 胶凝材料