先进陶瓷材料-讲义
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先进陶瓷材料培训课件：结构陶瓷的力学性能、热学性能、抗热震性、陶瓷材料的断裂过程
的关系符合Hall-Petch关系式：
b ＝ o ＋kd-1/2
(1-6)
式中o为无限大单晶的强度，k为系数，d为晶粒直径。从
上式可以看出，细晶组织对提高材料的室温强度有利无害，而
晶界相的性质与厚度、晶粒形状对强度的影响则较为复杂。
温度 陶瓷材料的一个显著特点是高温强度比金属高很多。
当温度T<0.5Tm时，基本保持不变；当温度高于0.5Tm时，才出
高性能结构陶瓷是指具有高强度、高韧性、高硬度、耐 高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先 进的结构陶瓷，已逐步成为航天航空、新能源、电子信息、汽
车、冶金、化工等工业技术领域不可缺少的关键材料。
根据材料的化学组成，高性能结构陶瓷又可分为: 氧化物陶瓷（如Al2O3、ZrO2）、 氮化物陶瓷（如Si3N4、AlN）、 碳化物陶瓷（如SiC、TiC）、 硼化物陶瓷（如TiB2、ZrB2）、 硅化物陶瓷（如MoSi2） 及其他新型结构陶瓷（如Cf/SiC复合材料）。
1.2 高性能陶瓷的基本特性
陶瓷材料的特性主要由其化学键、晶体结构以及晶体缺陷 等决定。从晶体结构看，陶瓷材料的原子间结合力主要为离子 键、共价键或离子–共价混合键。这些化学键不仅结合强度高， 而且还具有方向性。
晶体缺陷（特别是线缺陷和位错）可以在晶体中运动，位 错沿最密排面、最密排方向运动所需的临界切应力很小。这种 位错的大量运动，使晶面产生明显的滑移现象，并产生宏观塑 性变形。
研究结果表明，陶瓷超塑性与金属超塑性的不同点如下： (1) 超塑性陶瓷的应变速率和应力之间既没有金属超塑性那 样的依赖关系，也无单一的 n 值。 (2) 当存在晶间玻璃相时，陶瓷的 n 值几乎随玻璃相增加而 减小；而超塑性金属的n值几乎随初始晶粒尺寸增大而减小。
2先进陶瓷材料第一章
越崎杯教学竞赛-《先进陶瓷材料》
第1章 先进陶瓷粉体的制备及其性能表征
材料学院 袁海滨 2017年11月25日
1
第1章 先进陶瓷粉体的制备及其性能表征
先进陶瓷材料的性能在一定程度上是由其显微结构决定 的，而显微结构的优劣取决于制备工艺过程。先进陶瓷的制 备工艺包括粉体制备、成型、烧结和后续加工四个主要环节。 理想的粉体应是： 1、形状规则（各向同性）一致； 2、粒径均匀且细小； 3、不结块； 4、纯度高； 5、能控制相。 目前先进陶瓷粉料的制备方法一般分为机械法和合成法 两种。
粉体粒度（粒径）
凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为 该粉体的粒度。
粉体粒径大小影响粉体性质，如最敏感的比表面积、可 压缩性、流动性。 粉体粒度决定应用范畴，是粉体诸物性中最重要的特性 如： 土木、水利所用粉体 1cm以上 冶金、食品： 40μm-1cm 纳米粉体： nm量级 先进陶瓷粉体，一般粒径在0.05μm～40μm
颗粒形状与粉末生产方法的关系 颗粒形状 球形 近球形 片状 多角形 粉末生产方法 气相沉积，液相沉积 气体雾化，置换(溶液) 塑性金属机械研磨，水雾化 机械粉碎 颗粒形状 树枝状 多孔海绵状 碟状 不规则形 粉末生产方法 水溶液电解 金属氧化物还原 金属旋涡研磨 水雾化，机械粉 （1）用不同方法测得的粒径可能有较大的区别。 （2）一般测得是二次粒径，并不仅仅是一次粒径，显微 镜的方法才有可能将其分析。
9
先进陶瓷 粉体性能
显微镜下测得的颗粒径 ① Feret径（投影轮廓） ② Martin径 （等分面积） ③投影面积相当径 ④定方向最大径 ⑤投影周长相当径
10
先进陶瓷 粉体性能
4
先进陶瓷 粉体性能
粉体团聚
第1章 先进陶瓷粉体的制备及其性能表征
材料学院 袁海滨 2017年11月25日
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第1章 先进陶瓷粉体的制备及其性能表征
先进陶瓷材料的性能在一定程度上是由其显微结构决定 的，而显微结构的优劣取决于制备工艺过程。先进陶瓷的制 备工艺包括粉体制备、成型、烧结和后续加工四个主要环节。 理想的粉体应是： 1、形状规则（各向同性）一致； 2、粒径均匀且细小； 3、不结块； 4、纯度高； 5、能控制相。 目前先进陶瓷粉料的制备方法一般分为机械法和合成法 两种。
粉体粒度（粒径）
凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为 该粉体的粒度。
粉体粒径大小影响粉体性质，如最敏感的比表面积、可 压缩性、流动性。 粉体粒度决定应用范畴，是粉体诸物性中最重要的特性 如： 土木、水利所用粉体 1cm以上 冶金、食品： 40μm-1cm 纳米粉体： nm量级 先进陶瓷粉体，一般粒径在0.05μm～40μm
颗粒形状与粉末生产方法的关系 颗粒形状 球形 近球形 片状 多角形 粉末生产方法 气相沉积，液相沉积 气体雾化，置换(溶液) 塑性金属机械研磨，水雾化 机械粉碎 颗粒形状 树枝状 多孔海绵状 碟状 不规则形 粉末生产方法 水溶液电解 金属氧化物还原 金属旋涡研磨 水雾化，机械粉 （1）用不同方法测得的粒径可能有较大的区别。 （2）一般测得是二次粒径，并不仅仅是一次粒径，显微 镜的方法才有可能将其分析。
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先进陶瓷 粉体性能
显微镜下测得的颗粒径 ① Feret径（投影轮廓） ② Martin径 （等分面积） ③投影面积相当径 ④定方向最大径 ⑤投影周长相当径
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先进陶瓷 粉体性能
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先进陶瓷 粉体性能
粉体团聚
--新型陶瓷材料PPT课件
金刚石膜SEM形貌 金刚石膜刀具
革新与改革，制品形态也有很
大变化，由过去以块状和粉状
为主向着单晶化、薄膜化、纤维化和复合化方向发展.
-
22
三、新型结构陶瓷材料
㈠ 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含 有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷.
Al2O3密封、气动陶瓷配件
单相Al2O3陶瓷组织
-
单相Al2O3
SEM形貌
23
根据Al2O3含量不同分为 75瓷(含75%Al2O3，又称 刚玉-莫来石瓷)、95瓷和
99瓷，后两者又称刚玉瓷。
氧化铝陶瓷耐高温性能好， 可 使 用 到 1950℃, 。 具 有 良好的电绝缘性能及耐磨 性。微晶刚玉
的硬度极高(仅
次于金刚石).
氧化铝密封环
-
氧化铝耐高温喷嘴
陶瓷。工程结构陶瓷有许多种，但目前
研究最多、并认为最有发展前途的是氮
化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。
陶瓷电容器
利用陶瓷特有的物理性能制造的陶瓷材
料称功能陶瓷。由于它们具有的物理性
能差异往往很大，所以用途很广泛。
-
20
二、新型陶瓷材料的特点
与传统陶瓷材料相比，新型陶瓷材料除原料来源不 同外，还具有以下特点：
美元的先进陶瓷年销售额中,
我国的销售额仅占1％~2％。 我国研制的胶态原位凝固成型的各种陶瓷部件
-
7
一、陶瓷材料的特点及分类
㈠陶瓷材料的特点 1.陶瓷材料的相组成特点
陶瓷材料的基本相及其结 构要比金属复杂得多，它 通常由三种不同的相组成, 即晶相(1)、玻璃相(2)和气相(气孔3)。
晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理
第九章 先进陶瓷材料
自蔓延高温合成的优点
自蔓延高温合成方法的主要优点有：①节省时 间，能源利用充分；②设备、工艺简单，便于 从实验室到工厂的扩大生产；③产品纯度高、 产量高等，张宝林等人详细研究了硅粉在高压 氮气中自蔓延燃烧合成Si3N4粉。认为：①在 适当条件下，硅粉在100—200s内的自蔓延燃 烧过程中可以完全氮化，产物含氮量达39％ (质量分数)以上，氧含量为0.33％(质量分数)， 生成β -Si3N4相；②在硅粉的自蔓延燃烧反应 中，必须加入适量的Si3N4晶种；③硅粉SHS 燃烧波的传布速度随氮气压力升高、反正物填 装密度减小而增大，但与反应物组成无关。文 献提
－Si3N4的碳热还原合成
此外，还有用此法生产β́-Sialon粉体的报导， 以天然高岭土为原料制备β́-Sialon粉体的反 应设备简单，成本低，过程易控制，其本质是 利用强还原剂在高温下将高岭土还原，打开 Si—O键，并在氮气氛中进行氮化。
粉体涂碳法
(2)粉体涂碳法 粉体涂碳法首先是由 Glatmaier and Koc提出的。由涂碳SiO2通 过碳热还原和氮化方法制备Si3N4粉，如用 Si3N4粉作为种子添加到涂碳前驱体中将大大 加速氮化反应。丙烯(C3H6)作为涂层气体，所 得颗粒尺寸小0.3-0.7μ m，比表面积4.5m2·g1，氧的质量分数为1.2％。
例如 Mg(OH)2脱水反应
例如，Mg(OH)2的脱水反应，按反应方程式(16-2)生成MgO粉 体，是吸热型的分解反应。
热分解的温度和时间，对粉体的晶粒生长和烧结性有 很大影响，气氛和杂质的影响也是很大的。为获得超 微粉体(比表面积大)，希望在低温和短时间内进行热 分解。方法之一是采用金属化合物的溶液或悬浮液喷 雾热分解方法。为防止热分解过程中核生成和成长时 晶粒的固结需使用各种方法予以克服。例如，在针状 γ -Fe2O3超微粉体制备时，为防止针状粉体间的固结 添加SiO2。
先进陶瓷材料
2先进陶瓷的特点陶瓷材料，从广义上讲，是指除有机和金属材料之外的所有其它材料，即无机非金属材料。
这里将现代的陶瓷材料冠以“先进”（也可称作“精细”、“高技术”等），是为了与传统的陶瓷材料相区别。
原料不同结构不同它们的差别主要体现在：制备工艺不同性能不同原料结构以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用化学和相组成复杂、多样，杂质成份和杂质相众多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，且多气孔使用经人工合成的高质量的粒体作起始材料一般化学和相组成较简单、明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，其显微结构一般均匀而细密制备工艺性能矿物经混合可直接用于湿法成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃到1400℃，烧成后一般不需加工一般限于日用和建筑使用用的高纯度粉体必须添加有机的添加剂才能干法或湿法成型，烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工优异的力学性质特别是高温力学性质和各种光、电、声、磁的功能，在各个工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织、汽车、航天、核工业和军事工业中3先进陶瓷的分类电子陶瓷结构陶瓷先进陶瓷涂层/薄膜复合材料纳米陶瓷问题原料制备难用机械的方法很难得到高纯度的、球状的粉体。
只能用化学的或物理的方法合成,通过合成可得到大多数纳米级的陶瓷粉体。
纳米粉体的团聚给陶瓷烧成带来麻烦在烧结后将引入大量的缺陷和气孔,严重影响烧结体的致密度和它的性能;团聚体亦将加速粉体在烧成过程中的二次重结晶,形成大晶粒,达不到纳米尺寸的要求。
因此,防止和消除粉体团聚是人们充分注意的问题。
问题原料制备难表征难纳米粉体如何表征,如何确认它是高纯的、符合化学式的、球状和无团聚的纳米粉体,因为常规的表征微米粉体的手段和方法往往无能为力或误导,必须探求新的测试方法或几种方法对照分析才能得到所需的表征结果。
（2）先进陶瓷的制备先进陶瓷的制备粉体制备成型烧结和加工。
材料讲堂：先进陶瓷材料(纯本人制作)(共43张PPT)
正是Si3N4陶瓷具有如此良好的特性，人们常常用它来制造 轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
新型陶瓷材料课件
技术瓶颈
新型陶瓷材料的研发和生产技术难度较大，需要突破关键技术瓶颈， 实现规模化生产。
成本压力
高性能陶瓷材料的生产成本往往较高，难以满足市场需求。降低生 产成本，提高产品竞争力是新型陶瓷材料面临的挑战之一。
国际竞 争
在全球范围内，新型陶瓷材料领域的竞争日益激烈。国内企业需要提 高自身技术水平，拓展国际市场，以应对国际竞争压力。
谢谢您的聆听
THANKS
过滤材料等，应用于环保领域。
02
新型陶瓷材料的制备技术
原料选择与处理
原料选择
新型陶瓷材料的制备首先依赖于精选的原料，如高纯度的氧化物、碳酸盐、硅 酸盐等。这些原料需要具有高的化学纯度及良好的烧结活性。
原料处理
在原料准备阶段，一般需要进行粉碎、球磨、筛分等操作，以获得微细且粒度 分布均匀的粉体。此外，为了改善粉体的烧结活性，往往还需要进行预烧处理。
02
绿色环保趋势
随着环保意识的提高，新型陶瓷材料的环保性将成为重要的发展方向。
例如，研发生产无毒、低污染、可循环使用的陶瓷材料，以满足环保和
可持续发展的需求。
03
功能陶瓷拓展应用领域
功能陶瓷在电子、通讯、生物医疗等领域具有广泛应用。随着技术进步，
功能陶瓷的性能将不断提升，拓展其应用领域。
面临的挑战
烧结技术
无压烧结：无压烧结是在常 压下进行陶瓷坯体的烧结， 通过控制温度和时间，使坯 体发生致密化，达到所需的 物理和化学性能。无压烧结 具有设备简单、成本低等优 点。
热压烧结：热压烧结是在高 温高压下进行的烧结过程， 可以显著缩短烧结时间，提 高材料的致密度和性能。但 热压烧结设备成本高，操作 复杂。
新型陶瓷材料课件
CONTENTS
新型陶瓷材料的研发和生产技术难度较大，需要突破关键技术瓶颈， 实现规模化生产。
成本压力
高性能陶瓷材料的生产成本往往较高，难以满足市场需求。降低生 产成本，提高产品竞争力是新型陶瓷材料面临的挑战之一。
国际竞 争
在全球范围内，新型陶瓷材料领域的竞争日益激烈。国内企业需要提 高自身技术水平，拓展国际市场，以应对国际竞争压力。
谢谢您的聆听
THANKS
过滤材料等，应用于环保领域。
02
新型陶瓷材料的制备技术
原料选择与处理
原料选择
新型陶瓷材料的制备首先依赖于精选的原料，如高纯度的氧化物、碳酸盐、硅 酸盐等。这些原料需要具有高的化学纯度及良好的烧结活性。
原料处理
在原料准备阶段，一般需要进行粉碎、球磨、筛分等操作，以获得微细且粒度 分布均匀的粉体。此外，为了改善粉体的烧结活性，往往还需要进行预烧处理。
02
绿色环保趋势
随着环保意识的提高，新型陶瓷材料的环保性将成为重要的发展方向。
例如，研发生产无毒、低污染、可循环使用的陶瓷材料，以满足环保和
可持续发展的需求。
03
功能陶瓷拓展应用领域
功能陶瓷在电子、通讯、生物医疗等领域具有广泛应用。随着技术进步，
功能陶瓷的性能将不断提升，拓展其应用领域。
面临的挑战
烧结技术
无压烧结：无压烧结是在常 压下进行陶瓷坯体的烧结， 通过控制温度和时间，使坯 体发生致密化，达到所需的 物理和化学性能。无压烧结 具有设备简单、成本低等优 点。
热压烧结：热压烧结是在高 温高压下进行的烧结过程， 可以显著缩短烧结时间，提 高材料的致密度和性能。但 热压烧结设备成本高，操作 复杂。
新型陶瓷材料课件
CONTENTS
7先进陶瓷材料第二章
品的生产。设备简单，操作方便，劳动强度不大，生
产效率较高，模具磨损小，寿命长，因此在特种陶瓷 生产中经常采用。但工序复杂，排蜡过程尤为重要。
5
先进陶瓷
成型
热压铸成型：制备ห้องสมุดไป่ตู้浆料
将石蜡（按配比)称取一定量(一般为12.5～13.5％)后加
热熔化成蜡液，然后与粉料均匀混合，凝固后制成蜡板。 粉料要保证含水量不大于0.2％。因为粉料内含水量大 于l％时，水分会阻碍粉料与石蜡完全浸润，粘度增大，难 以成型。另外在加热时，水分会形成小气泡分散在浆料之
11
先进陶瓷
成型
等静压成型 借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入 耐高压的钢体密封容器内，高压流体的等静压力直接作 用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个方向同时均衡受 压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯。 特点： (l) 可以成型以一般方法不能生产的形状复杂、大件及 细而长的制品，而且成型质量高 (2) 可以不增加操作难度而比较方便地提高成型压力， 而且压力作用效果比其它干压法好。 (3) 由于坯体各向受压力均匀，其密度高而且均匀，烧 成收缩小，因而不易变形。 (4) 模具制作方便、寿命长、成本较低。 12 (5) 可以少用或不用粘接剂。
8
先进陶瓷
挤压成型
成型
原理：利用压力把具 有塑性的粉料通过模具挤 出来成形的，模具的形状 就是成形坯体的形状。适 合挤制棒状、管状的坯体。 料浆要求：
粉料细度要求较细，外形圆润。溶剂、增塑剂、粘结剂等 用量要适当，同时必须使料浆高度均匀。 特点： 污染小，操作易于自动化，可连续生产，效率高。适合管 状、棒状产品的生产。但挤嘴结构复杂，加工精度要求高。由 于溶剂和结合剂较多，因此坯体在干燥和烧成时收缩较大，性 9 能受到影响。
先进陶瓷材料及进展-第一章概述-PPT课件
系列
材料
特性
用途
纳米陶瓷
纳米氧化物、非氧 化物
超塑性、高韧性
各种高性能 结构零件
低膨胀陶 堇青石、锂辉石、
瓷
钛酸铝
α<2×10-6 ℃-1
耐急冷急热 结构零件
1.2 陶瓷的分类、特性及用途
第一章 概述
表1.4 结构陶瓷的分类、特性和用途(续4,完)
系列
材料
特性
用途
复合 材料
Cf/SiO2、 SiCw/ZrO2
明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士 以“瓷”（china）作为国名。
1.1 陶瓷的定义和发展历史
陶瓷在人类文明史 上功不可没。人类 最早使用的工具—— 石器，可以说就是 一种最早的天然陶 瓷材料。
第一章 概述
1.1 陶瓷的定义和发展历史
第一章 概述
仙人洞旧石器时代遗址
1.1 陶瓷的定义和发展历史
“黏土经成型后高温烧制而得的坚硬的、遇水 不会分散的致密材料”成为陶瓷最早的定义。
1.1 陶瓷的定义和发展历史
第一章 概述
早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水 率、断面粗糙无光、不透明，被称为陶器。
瓷是在陶的制作工艺基础上，对工艺条件和 原料控制更严格、烧制温度更高所得材料。
1.1 陶瓷的定义和发展历史
Mo2B ZrB
WB6
LaB6
1.2 陶瓷的分类、特性及用途
第一章 概述
二 按陶瓷的概念与用途分类
传统陶瓷,又称普通陶瓷。根据其使用领域的 不同，又可分为日用陶瓷、艺术陈设陶瓷、建 筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等。
传统陶瓷以外的广义陶瓷概念中所涉及的陶瓷 材料和制品即为先进陶瓷。
先进陶瓷材料讲解学习
著名的唐三彩创始于唐高宗时期， 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，另世人叹服。
在远古的石器时代，人类的祖先ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ天然的石头做成刀、 斧、针和武器。
在人类学会 用火之后，人们用粘土加上水，合成泥，捏 成各种器皿的形状，然后在火中焙烧，得到了十分坚硬的 陶器。据考古学家分析，距今大约1万年前，就有陶器出现。 这是人类最早、最伟大的文明创造。恩格斯把陶器的出现 称为新石器时代开始的标志。
中国瓷器精美绝伦，作为中华文明的象征，征服了西方（17世 纪）。
据考证，系统向西方介绍中国瓷器的原料、配方和制作技术的 是一个叫殷弘绪的法国传教士，他在清康熙年间来到中国，并在景 德镇居住了7年，通过与当地瓷工的接触了解造瓷技术，1712年9月1 日他在发往欧洲的一封信中，详细介绍了中国的造瓷术，1716年这 封信被刊登在欧洲“专家”杂志上。1717年他又将中国的瓷土（高 岭土）寄往欧洲。此后，寻找高岭土，仿制中国瓷器的热潮席卷欧 洲，1750年法、英相继找到瓷土，1768年制出瓷器，与此前后丹麦、 西班牙也先后做出瓷器。
1. 注浆体成型法 这种成型方法是将坯料泥浆注入石膏模内，石膏将水中所悬浮的粘土与水 一起吸引到模的表面，水被石膏吸收后就形成与模型一样形状的坯料。
➢瓷土的发现和利用 瓷土与陶土相比，Fe2O3、CaO、MgO等称为 助熔剂的物质明显减少，SiO2的含量也降至70%以下，而Al2O3的含 量显著增加。
➢釉的发明和创新 釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是 用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一定 的比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。
第一部分 陶瓷基础知识
先进陶瓷课堂演讲
先进陶瓷材料特点及其应用
组员：翁贞华
目录
一 二 三
先进陶瓷的定义 先进陶瓷的特点 先进陶瓷的应用
先进陶瓷的定义
先进陶瓷的定义
精细陶 瓷
新型陶 瓷 高技术 陶瓷
高度精选 的原料 化学组成 结构设计 先进的制 备方法
高性能 陶瓷
精细的加 工技术
先进陶瓷的特点
先进陶瓷的特点
A
原料
B 结构 C 制备工艺
生物惰性：相容性 好
低调奢华 有内涵
高端大气 上档次
传统陶瓷
先进陶瓷
以外观为主，较低力学性能和 热性能；
以内在质量为主，常呈现耐温、 耐腐蚀、耐磨和各种电、光、热、 磁、敏感、生物性能；
主要用于炊、餐具，陈设品和 墙地砖、卫生洁具等
主要用于宇航、能源、冶金、 机械、交通、家电等行业。
先进陶瓷的应用
加的，其显微结构一般均匀 而致密。
先进陶瓷特点之制备工艺
传统陶 瓷
有机添加剂 烧结温度高 还需精加工
先进陶 瓷
矿物经混合可直接用 于湿法成型，材料的烧 结温度较低，一般为 900℃—1400℃，烧成 后一般不需加工。
高纯度粉体需添加有 机添加剂才能干法或者 湿法成型，烧结温度较 高，从1200℃—2200℃， 烧成后一般尚需加工。
先进陶瓷的应用
先进陶瓷
先进陶瓷应用
航空航天材料:陶瓷基复合材料
早期由于其抗高 温性能而被应用 于航天
韧性 强度
先进陶瓷应用
工程材料:陶瓷轴承
不怕腐蚀，密度小， 热胀热缩小
先进陶瓷应用
汽车材料:陶瓷电子元器件
先进陶瓷应用
民用材料:陶瓷刀具
具有实用价值和观 赏价值
组员：翁贞华
目录
一 二 三
先进陶瓷的定义 先进陶瓷的特点 先进陶瓷的应用
先进陶瓷的定义
先进陶瓷的定义
精细陶 瓷
新型陶 瓷 高技术 陶瓷
高度精选 的原料 化学组成 结构设计 先进的制 备方法
高性能 陶瓷
精细的加 工技术
先进陶瓷的特点
先进陶瓷的特点
A
原料
B 结构 C 制备工艺
生物惰性：相容性 好
低调奢华 有内涵
高端大气 上档次
传统陶瓷
先进陶瓷
以外观为主，较低力学性能和 热性能；
以内在质量为主，常呈现耐温、 耐腐蚀、耐磨和各种电、光、热、 磁、敏感、生物性能；
主要用于炊、餐具，陈设品和 墙地砖、卫生洁具等
主要用于宇航、能源、冶金、 机械、交通、家电等行业。
先进陶瓷的应用
加的，其显微结构一般均匀 而致密。
先进陶瓷特点之制备工艺
传统陶 瓷
有机添加剂 烧结温度高 还需精加工
先进陶 瓷
矿物经混合可直接用 于湿法成型，材料的烧 结温度较低，一般为 900℃—1400℃，烧成 后一般不需加工。
高纯度粉体需添加有 机添加剂才能干法或者 湿法成型，烧结温度较 高，从1200℃—2200℃， 烧成后一般尚需加工。
先进陶瓷的应用
先进陶瓷
先进陶瓷应用
航空航天材料:陶瓷基复合材料
早期由于其抗高 温性能而被应用 于航天
韧性 强度
先进陶瓷应用
工程材料:陶瓷轴承
不怕腐蚀，密度小， 热胀热缩小
先进陶瓷应用
汽车材料:陶瓷电子元器件
先进陶瓷应用
民用材料:陶瓷刀具
具有实用价值和观 赏价值
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功能陶瓷：功能陶瓷是具有电、磁、 光、热、化学、生物等特性，且具有相 互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先 进陶瓷中约占 70%的市场份额，其余为 结构陶瓷。
结构陶瓷
（1）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，它们的熔点一般 都在2000摄氏度以上； （2) 碳化物，如SiC、WC、TiC、B4C、ZrC等； （3）氮化物，如Si3N4、BN、AlN、TiN等，氮化物常具有很高的硬度；
电子陶瓷
超导陶瓷 光学陶瓷 功能陶瓷 生物陶瓷 磁性陶瓷 储能陶瓷
压电、光电、热释电、铁电、绝缘性
超导特性、耐低温 透波性能、透明性、荧光性 与血液、器官良好的生物相容性 磁导率、矫顽力大、硬度高 能量转换与存储特性
电子元器件、超高压绝缘子等
超导光缆、空间、电子、生物等 基板、天线罩、发光器、陶瓷传感器、激光器件等 陶瓷关节、骨骼、牙齿等 微波器件、量子无线电等 热、电、光、氢储能等
举例
多孔碳化硅陶瓷制备流程简图
碳化硅、层析氧化铝、石墨原料的微观结构
碳化硅和石墨的TGA-DSC 曲线（10°C/min,空气气氛中）
不同烧结温度（1300-1500°C）相同保温时间（3h）制得的 样品XRD图谱（A代表氧化铝，C代表方石英，M代表莫来石， S代表碳化硅）
在空气气氛中烧成温度为1450°（3h）制得的二氧化硅结合碳化硅多孔陶瓷 （a）和莫来石结合碳化硅多孔陶瓷的场发射电子显微镜图；（a）、（b） 的内置图分别为他们的颈部的能谱图
欧盟
市场份额仅次于日本和美国； 德国、法国在结构陶瓷领域重点研发；
中国
市场份额稳步增长；
我国先进陶瓷产业现状
1） 技术及新产品工程转化极度匮乏 虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料，但绝大部分仍停留在实 验室样品上，有的产品由于成本高及可靠性等问题，市场还不能接受，所 以产品的销售额与发达国家相比相差甚远。 2）高端粉体制备及分散技术远远落后 我国对陶瓷粉料的制备仍未引起足够的重视，多种陶瓷粉料尚无专业 化生产企业，许多企业不得不“自产自销”。受部分发达国家限制，国内 企业在粉料质量上仍存在较大的波动；同时，粉体的高效分散技术也存在 较大差距。 3）分析测试仪器及制造装备加工技术落后 虽然我国引进了国外先进的工艺装备，像气压烧结炉、热等静压、注 射成型机、流延机等来提高我国的技术装备水平，但因投资大，在经济上 给企业造成了很大压力，从而限制了先进陶瓷的发展。而国内仿制设备因 加工水平差距，可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。
石墨的含量对在空气气氛中烧成温度为1450°（3h）制得的莫 来石结合碳化硅多孔陶瓷气孔率和抗弯强度的影响
粒径及氧化铝对多孔碳化硅陶瓷 的高温氧化性能影响
粒径对在1450℃（3h）制得的莫来石结合 碳化硅多孔陶瓷的孔径分布影响
Materials science：ceramics
Incites journal citation reports 2016
8
先 进 陶 瓷 应 用 性 能 分 析
种 类
高温陶瓷 高强陶瓷 结构陶瓷 超硬陶瓷 耐腐蚀陶瓷
性 能
800℃以上长期使用，超高温短期使用 高韧性、高强度、良好的抗冲击性 热稳定性、化学稳定性、弹性模量优良 优良的化学稳定性和耐冲刷性能
应 用
窑炉器件、柴油机等发动机、航空航天、空间技术等 机床主轴轴承、密封环、模具等 高速磨削道具、防弹装备等 化工设备、舰船潜艇密封、金属液体防护、过滤陶瓷等
思考题
• 先进陶瓷是什么？ • 生活中我们用到的先进陶瓷元件有哪些？
本章结束 ——谢谢！
飞雾流雪 bcybcb@ 20180528
物理、化学性能
力学性能
国内外研究发展情况 日本
全球最大先进陶瓷材料生产基地； 功能陶瓷领域垄断国际市场； 业内知名企业：京瓷、东芝、旭硝 子、住友、村田、东陶
美国
全球第二大先进陶瓷材料生产基地； 国家航空和宇航局对结构陶瓷的大规模 研究与开发； 业内知名企业：格鲁曼、杜邦、赛瑞丹
功能陶瓷
电功能陶瓷：
绝缘陶瓷、介电陶瓷、 铁电陶瓷、压电陶瓷、 半导体陶瓷、快离子导 体陶瓷、高温超导陶瓷
敏感陶瓷：
热敏陶瓷、气敏陶瓷、 湿敏陶瓷、压敏陶瓷、 光敏陶瓷
磁功能陶瓷：
软磁铁氧体、硬磁铁氧 体、记忆用铁电体
功能陶瓷
生物及化学功能陶 瓷：
载体用陶瓷、催化用 陶瓷、生物陶瓷
光功能陶瓷：
透明陶瓷、透明铁电陶 瓷
（4）硼化物，如ZrB2等，硼化物具有很强的抗氧化能力；
（5）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中具有很强的抗氧化能力。
2003年2月1日
美国“哥伦比亚”号 航天飞机外部燃料箱 表面泡沫材料安装过 程中存在的缺陷，是 造成整起事故的祸首。 “哥伦比亚”号航天 飞机事故调查委员会 去年公布的调查报告 称，外部燃料箱表面 脱落的一块泡沫材料 击中航天飞机热保护 系统，是导致事故发 生的主要原因。
先进陶瓷材料 Advanced ceramic materials
飞雾流雪 20180528
目录
先进陶瓷的概念及分类 先进陶瓷国内外研究现状 先进陶瓷的制备工艺及分析表征 以多孔碳化硅结构陶瓷为例
陶 陶瓷
瓷
陶瓷的概念
传统上，陶瓷的概念是指以粘土及 其天然矿物为原料，经过粉碎混合、成
型、焙烧等工艺过程压烧结 烧结压力 真空烧结 热压烧结
热等静压烧结
气氛烧结 微波烧结 特殊加热原理 放电等离子烧结 自蔓延烧结
精密加工
陶 瓷 球 阀 磨 削 加 工
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
分析测试
常用仪器 激光粒度仪 差示扫描热分析（DSC） 同步热分析（TGA/DSC） 比表面积分析仪（BET） X射线荧光光谱（XRF） X射线衍射仪 （XRD） 3D激光显微镜 扫描电镜(SEM) 原子力显微镜(AFM) 透射电镜（TEM） X射线光电子能谱（XPS） 拉曼光谱 红外光谱仪
亦称为“普通陶瓷”或传统陶瓷。
先进陶瓷是“采用高度精选或合成 的原料，具有精确控制的化学组成，按
照便于控制的制造技术加工、便于进行
结构设计，并且有优异特性的陶瓷。”
先进陶瓷按照性能和应用可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。 结构陶瓷：是指能作为工程结构材料使 用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高 弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、 抗氧化、抗热震等特性。
先进陶瓷制备工艺及分析表征
粉体制备
坯体成型
坯体烧结
精密加工 分析测试
粉体制备 气相法
活性高 纯度高 粒径小
液相法
固相法
电 阻 加 热 法
化 学 火 焰 法
等 离 子 法
激 光 法
溶 乳 溶 熔 喷 液 液 胶 盐 雾 凝 合 干 法 法 胶 成 燥 法 法 法 -
热 烧 还 机 机 分 结 原 械 械 化 化 粉 解 法 合 学 碎 法 法 法 法 -
坯体成型
成型技术
干法压制成型
塑性成型
挤压成型
浆料成型
注浆成型
固体无模成型
熔融沉积成型 三维打印成型 分层实体成型 立体光刻成型 激光选取烧结成型
干压成型
冷等静压成型
注射成型
热蜡铸成型 扎膜成型
流延成型
凝胶注模成型 原位凝固成型
坯体烧结
坯体烧结 是指把成型坯体转变为致密体的工艺过程。
固态烧结 烧结状态 液相烧结 常压烧结