陶瓷材料详解PPT课件
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《陶瓷材料》课件
《陶瓷材料》PPT课件
欢迎来到本课件《陶瓷材料》。在这篇课件中，我们将深入探讨陶瓷材料的 种类、制备方法、性能以及应用领域。让我们一起开始吧！
简介
什么是陶瓷材料？
陶瓷材料是通过高温烧结制 备而成的一类无机非金属材 料，具有优异的耐高温、耐 腐蚀和绝缘等特点。
常见陶瓷材料有哪些？
常见陶瓷材料包括陶器、瓷 器、磁器等，它们在生活中 扮演着重要的角色。
密度和孔隙率 热膨胀系数 热导率
化学性能
耐腐蚀性能 化学稳定性
机械性能
强度和韧性 硬度
陶瓷的应用领域
• 电子器件 • 航空航天 • 光学仪器 • 器皿与餐具 • 建筑陶瓷
结语
1 陶瓷材料的优缺点
2 未来发展趋势
陶瓷材料具有优异的耐热、 耐腐蚀和机械性能，但也 存在着脆性和加ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ难度大 等缺点。
陶瓷材料在新能源、先进 制造等领域的应用前景广 阔，将持续发展并不断创 新。
3 完。
陶瓷材料的特点和应用 领域
陶瓷材料具有高硬度、良好 的耐磨性和机械性能，被广 泛应用于电子、航空航天、 建筑和医疗等领域。
陶瓷的分类
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
晶体陶瓷
• 根据化学成分分类： • 根据结构分类：
硬质合金
玻璃
陶瓷的制备方法
• 干法 • 液相法 • 气相法 • 溶胶-凝胶法
陶瓷的性能
物理性能
欢迎来到本课件《陶瓷材料》。在这篇课件中，我们将深入探讨陶瓷材料的 种类、制备方法、性能以及应用领域。让我们一起开始吧！
简介
什么是陶瓷材料？
陶瓷材料是通过高温烧结制 备而成的一类无机非金属材 料，具有优异的耐高温、耐 腐蚀和绝缘等特点。
常见陶瓷材料有哪些？
常见陶瓷材料包括陶器、瓷 器、磁器等，它们在生活中 扮演着重要的角色。
密度和孔隙率 热膨胀系数 热导率
化学性能
耐腐蚀性能 化学稳定性
机械性能
强度和韧性 硬度
陶瓷的应用领域
• 电子器件 • 航空航天 • 光学仪器 • 器皿与餐具 • 建筑陶瓷
结语
1 陶瓷材料的优缺点
2 未来发展趋势
陶瓷材料具有优异的耐热、 耐腐蚀和机械性能，但也 存在着脆性和加ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ难度大 等缺点。
陶瓷材料在新能源、先进 制造等领域的应用前景广 阔，将持续发展并不断创 新。
3 完。
陶瓷材料的特点和应用 领域
陶瓷材料具有高硬度、良好 的耐磨性和机械性能，被广 泛应用于电子、航空航天、 建筑和医疗等领域。
陶瓷的分类
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
晶体陶瓷
• 根据化学成分分类： • 根据结构分类：
硬质合金
玻璃
陶瓷的制备方法
• 干法 • 液相法 • 气相法 • 溶胶-凝胶法
陶瓷的性能
物理性能
18-陶瓷材料PPT模板
按化学 组成分 类
陶瓷可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、 氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、金属陶瓷等。
1.3 陶瓷材料的性能特点
硬度在各类材料中最高，其硬度一般为1 000～1 500 HV
陶
瓷 作为超硬耐磨损材料，其性能特别优良
性 能
Байду номын сангаас
室温下几乎无塑性，韧性极低，脆性大
的 性
抗拉强度低，但抗压强度较高
强度较低，热稳定性差，在425～800℃时开始软化
特 结构疏松，空隙中常有金属离子填充 点
会降低陶瓷的强度、耐热性和绝缘性
玻璃相在陶瓷中的含量不能太大，一般为20%～40%。
3.气相
气相是指陶瓷组织内部形成的气孔，是一种结构缺陷。
气孔是陶瓷裂 纹的根源
使陶瓷材料的强度下降 使陶瓷材料的热导率下降 使陶瓷材料的抗电击穿强度等下降
能 熔点很高，高温强度较高，高温抗蠕变能力强
特
点 高温抗氧化性很高，但热膨胀系数小，热导率低
绝缘性能良好
1.4 常用工业陶瓷
常用工业陶瓷的主要性能和用途如教材表8-4所示。
金属材料与热处理
金属材料与热处理
1.1 陶瓷材料的结构
陶瓷是由无数细小晶粒通过玻璃相黏结而成的多晶体材料，其 组织中有许多微小空隙，即陶瓷的组织主要包括晶体相、玻璃相和 气相。
1.晶体相
晶体相是陶瓷的主要相，其性质往往能决定陶瓷的性能。
晶体相
陶瓷中晶体相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物（氮 化物、硅化物、硼化物、碳化物等）三种。
主晶相
含量多、起主要作用的晶 体相
次晶相
第三晶相
…
2.玻璃相
玻璃相是陶瓷材料在高温烧结时形成的黏度很大的酸性或碱性 氧化物熔融液，经冷却后获得的非晶态固相。
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
普通陶瓷材料ppt课件
制品的烧成（sintering）
阶段四——冷却阶段（烧成温度~室温）
原长石区域析出或长大成粗大针状二次莫来 石，但数量不多；
液相黏度大，不发生结晶，而在750~350ºC 之间转化为固态玻璃
室温组织：点状的一次莫来石，针状二 次莫来石，块状残留石英，小黑洞气孔
制品的烧成（sintering）
烧成（烧结）
通过在高温下一系列的物理化学变化，去除坯 体内所含溶剂、黏结剂、塑化剂等，减少坯体 中的气孔，增强颗粒间的结合强度
阶段一——蒸发阶段（室温~300ºC）
排除坯体中的残余水分，使坯体完全干燥，收 缩减小，强度增大——纯物理过程
制品的烧成（sintering）
阶段二——氧化物分解和晶型转化阶段 （300~950ºC） 发生较复杂的物理化学变化：
2 [A 2 O 3 l2 S2 ] i O 9 o 5 C 02 A 2 O 3 l3 S2 i S O 2 iO
尖晶石型新结构转化为莫来石：
3 [ 2 A 2 O 3 l3 S2 ] i 1 O o 1 C 02 [ 0 3 A 2 O 3 l2 S2 ] i 5 O S2 i
点状的一次莫 来石，针状二 次莫来石，块 状残留石英， 小黑洞气孔
原料作用
黏土
玻璃液相
长石 石英
晶体相 一次莫来石
熔融液相
二次莫来石
残留石英骨架
普通陶瓷
性能特点：质地坚硬，不氧化生锈、耐腐蚀、 能耐一定高温； 成型性好，成本低。 强度低，绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。
特种陶瓷是采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、 ZrO2、SiC、Si3N4、BN），经配料、成型、烧结而制 得。
陶瓷材料ppt
六.当今世界陶瓷材料发展状况
七.总结
二.陶瓷材料的特性
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、 绝缘、原料丰富、成本低廉等诸多优点而 被人一直关注。现在，陶瓷材料、金属材 料、高分子材料被称为三大主要固体材料。
耐高温
耐磨
耐腐蚀
绝缘
耐腐蚀
正因为陶瓷材料的优良性能，使得其成为当今社 会的极其重要的材料
三.陶瓷材料的应用
3.1 陶瓷材料的功能 陶瓷材料广泛应用的功能：机械功能、电学功能、生物功能、 化学功能、光学功能。 其次随着对陶瓷材料的深入研究，发现了跟多特殊功能，如 核功能、磁性功能、粘结功能、除臭功能等等。
金 属 陶 瓷 刀 具
陶瓷轴承
3.3 电学性能 大多数陶瓷材料有较高的电阻率、较小的介电常数和介 电损耗，因此它可以用作绝缘材料。少数的陶瓷材料可以 用作半导体材料，而且已经成为无线电技术和高新技术领 域不可或缺的材料。有的陶瓷材料还具有超导特性，具有 超导特性的陶瓷已经成为高温超导材料中的重要组成部分。
陶瓷绝缘材料
陶瓷半导体材料
磁悬浮列车上用的超导材料
3.4 生物功能
陶瓷材料的生物功能主要表现在可以修复或替换人体的某 些组织、器官或增强脏器功能的方面。比如人造腔膜、心 脏起搏器用电池板等。另外，有的陶瓷材料还具有人体感 知功能。
生物陶瓷填充用
四.陶瓷材料在机械中的应用
五.我国陶瓷材料的现状
工程材料——陶瓷材料
姓名： 专业：机械工程
一.什么是陶瓷材料
• 陶瓷材料是人类应用最早的材料之一。它 是一种天然或人工合成的粉状化合物，经 过成型或高温烧结，由金属元素和非金属 的无机化合物构成的多相固体材料。
• 1.1常见的陶瓷原料有粘土、石英、钾钠长 石等 。
陶瓷材料相关资料PPT(33张)
一.决定陶瓷性能的结构因素
微结构
机械性质 硬度、强度、比重、 弹性率、断裂韧性
陶 瓷
超微结构
(晶粒、晶界级别) 多晶体
的
(原子离子级别)
晶粒直径
构 成 因 素
原子的种类，
元素原 子 的 金 属 性
和非金属性， 化学结合的方 式，结晶结构
气孔量(晶界、晶 粒内) 晶界(分凝、析出 相) 缺陷(裂纹、位错) 表面状态(伤痕等)
二、陶瓷的制造工艺
1.坯料制备
原料粉碎 — 精洗（去掉杂质）— 磨细（达到一定粒度） — —配料（保证制品性能）— 脱水（控制坯料水分）— 炼坯、陈腐 （去除空气）
2.成型
（1）可塑法
（2）注浆法
（3）压制法 3.烧结
烧结是指生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化（水的蒸 发，硅酸盐分解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并 使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某 种显微结构烧结体的过程。常见的烧结方法有热压或热等静压法、 液相烧结法、反应烧结法。
立方晶系 Ca2+ 立方体顶角 配位数12
O2- 面心
配位数6，
Ti4+ 体心
配位数6
位于八面体间隙
[TiO6]8-八面体 Ti4+八面体中心
6 .硅酸盐晶体结构 Silicate Crystalline Structures
结构基础 [SiO4]4-四面体，Si4+ 中心，O2- 顶。 两个邻近四面体之间共顶相连，不共棱或面。
电阻、热释电性、介 陶
电学性质 电常数、压电性、电 光效应、离子导电性
瓷
、绝缘破坏强度
的
性
热学性质
熔点、比热、热导 率、热膨胀系数
微结构
机械性质 硬度、强度、比重、 弹性率、断裂韧性
陶 瓷
超微结构
(晶粒、晶界级别) 多晶体
的
(原子离子级别)
晶粒直径
构 成 因 素
原子的种类，
元素原 子 的 金 属 性
和非金属性， 化学结合的方 式，结晶结构
气孔量(晶界、晶 粒内) 晶界(分凝、析出 相) 缺陷(裂纹、位错) 表面状态(伤痕等)
二、陶瓷的制造工艺
1.坯料制备
原料粉碎 — 精洗（去掉杂质）— 磨细（达到一定粒度） — —配料（保证制品性能）— 脱水（控制坯料水分）— 炼坯、陈腐 （去除空气）
2.成型
（1）可塑法
（2）注浆法
（3）压制法 3.烧结
烧结是指生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化（水的蒸 发，硅酸盐分解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并 使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某 种显微结构烧结体的过程。常见的烧结方法有热压或热等静压法、 液相烧结法、反应烧结法。
立方晶系 Ca2+ 立方体顶角 配位数12
O2- 面心
配位数6，
Ti4+ 体心
配位数6
位于八面体间隙
[TiO6]8-八面体 Ti4+八面体中心
6 .硅酸盐晶体结构 Silicate Crystalline Structures
结构基础 [SiO4]4-四面体，Si4+ 中心，O2- 顶。 两个邻近四面体之间共顶相连，不共棱或面。
电阻、热释电性、介 陶
电学性质 电常数、压电性、电 光效应、离子导电性
瓷
、绝缘破坏强度
的
性
热学性质
熔点、比热、热导 率、热膨胀系数
陶瓷材料PPT课件
生物陶瓷
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
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。
陶瓷材料种类ppt
陶瓷的分类—按性能与用途分类
1)结构陶瓷。 结构陶瓷作为结构材料用来制造结构零部件．主要使用其力学性能。 增加强度、韧性、硬度、模量、耐磨性、耐高温性能(高温强度、抗热 震性、耐烧蚀性)等。上面讲到的核化学成分分类的四种陶瓷大多数均 为结构陶瓷。如 AjZQ石．3N4、Z戏都是力学性能优越的代表性结构 陶瓷材料。 (2)功能陶瓷。 功能陶瓷作为功能材料用来制造功能器件，主要使用其物理性队如电 磁性能、热性能、光性能、生物性能等。例如铁氧体．铁电陶瓷主要 使用其电磁性能．用来制造电磁元件，介电陶瓷用来制造电容器，压 电陶瓷用来制作位移或压力传感器．固体电解质陶瓷利用其离子传身 特性可以制作氧探测器．生物陶瓷用来制造人工骨骼和人工牙齿等。 超导材料和光导纤维也属于功能陶瓷的范畴。
碳化物陶瓷 ～般具有比 氧化物更高 的熔点。最 常用的是SIC 、SC，凤C． TIC等。碳化 物陶瓷在制 备过程中应 有气氛保护
它具有优良的 综合力学性能 和耐高温性 能。另TZN， BN、AI问筹 氮化物陶瓷的 应用也日趋广 泛。最近刚刚 出现C3N4， 可望其性能超 过Si3O4 。
硼化物陶瓷的 应用并不很 广泛，主要是 作为深加剂或 第二相加入其 它陶瓷基体中， 以达到改善性 能的目的。 常用的有 Ti，Zr等。
先进 陶瓷 结构陶瓷
低压电瓷
高压电瓷
电子陶瓷 功能陶瓷 结构陶瓷
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
建筑卫生陶瓷
建筑陶瓷：用于建筑物饰面或 作为建筑构件的陶瓷制品。 卫生陶瓷：用作卫生设施的有 釉陶瓷制品。
2. 陶瓷的分类 日用陶瓷
日用瓷器是日常生活中人们接触最多，也是 熟悉的瓷器，如餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭 具等陈设瓷等。在历史上，日用瓷器是从日用陶 器发展而来的，又因为两者在性能和制造工艺上 有相似之处，所以，习惯上把它们放在一起，统 称为日用陶瓷。
陶瓷材料基础PPT课件
b. 空位影响电学性能; c. 位错影响光学、力学、电学性能。
陶瓷位错不易运动，因而受力变形小， 脆性高。
离子晶体可有微量塑性变形，共价晶 体位错运动将使材料断裂。
晶粒愈细，强度愈高。
二、玻璃相
来源: 原料中的某些晶体 物质被烧熔化所致。 结构: 近程有序，远程无序。 作用: 粘接，降低烧结温度， 抑制晶粒长大，填充空气， 增加透光性。
陶瓷材料基础
普通陶瓷 以天然硅酸盐(黏土、石英、长石) (传统陶瓷) 为原料, 高温烧结而成。
特种陶瓷 以非硅酸盐类化工原料或人工合成原 (新型陶瓷、料，如氧化物（氧化铝、氧化锆、氧 技术陶瓷、 化钛等）和非氧化物（氮化硅、碳化 精细陶瓷） 硼等）制造。
第一节 陶瓷材料的结构
显微结构: 由晶相、气相、玻璃相构成。
2. 电性能 绝缘性能好。 压电陶瓷: 超声换能器、水声换能器、电声换能 器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、
高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电
光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。
3. 磁性能 4. 光学性能 5.能
金属烤瓷材料
铸造陶瓷材料
写在最后
起决定作用。 1. 晶相的结合键 主要是离子键和共价键, 大 多为混合键。
以离子键为主的: Al2O3、 MgO、ZrO2。 以共价键为主的: SiC、 BN。 键的性质决定了陶瓷具有高熔点、高化学 稳定性、高绝缘性、高脆性。
2. 晶相的晶体结构 主要是氧化物结构和硅酸盐结构 (1) 氧化物结构: 氧离子构成晶格主体，金属离 子存在于间隙中。
硬度低，可塑性好。
层之间以金属离 子连接。
E. 架状结构: 石英、钾长石(K [Si3AlO3]) 膨胀率小。
石英
大学课件陶瓷材料ppt
瓷砖的施工
室内瓷砖按铺贴地点分为墙砖和地砖 。
墙瓷砖属于陶制品，吸水率10%，可使 用硬底法施工。
地砖通常是瓷制品，吸水率只1%，可使 用软底法施工。
瓷砖粘贴程序为：基层清扫处理→抹 底子灰→选砖→浸泡→排砖→弹线→ 粘贴标准点→粘贴瓷砖→勾缝→擦缝 →清理。
磁砖的未来
磁 砖 外表美观, 质地耐久广泛用 于浴室, 厕所, 厨房, 地下室 等比 较容易潮湿的地方,装饰性的磁砖 常用于商业大厅或住宅的地板,墙 壁上, 磁砖的形式繁多,可有广泛 的选择. 保养简单,清洁容易, 随着 制作工艺的进步，未来可能可以 取代石材。
若杂质及沙质含量多时，烧结成 陶器、因含Fe2O3 颜色红，因含 沙质质感粗糙，但比较不会烧裂 。
黏土的特性与分类
黏土制品必须考虑以下特性：
可塑性：容易配合制坯。 收缩性：有干燥收缩及烧成收缩。 可熔性：烧结温度太高会软化；太低会
无法黏结。
黏土依照用途分成
瓷土：含90％以上硅酸及矾土，可制造 瓷器。。
上釉瓦又称文化瓦或日本瓦，防 水及耐气候更佳。
瓷砖的分类
磁砖种类ห้องสมุดไป่ตู้
1.依吸水率区
a.吸水率1%以下 全磁化 b.吸水率1~3% 半磁化 c.吸水率3~6 % 石质化
依使用用途区分
外墙砖 地砖 壁砖
瓷砖的尺寸分类
小口瓷砖：60MM×110MM 丁挂瓷砖：60MM×227MM（仿
砖块之长面）。 镶嵌瓷砖：19、25、30、35、
47、50MM之正方形瓷砖 大型地砖：自10CM×20CM至
90CM×90CM。
黏土砖瓦的未来
因黏土砖质量重（每块约2.4公斤 ）需使用湿式构造，现在因有干 式轻质隔间墙的出现，已无太多 使用的空间。
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
19
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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
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陶瓷材料基本知识PPT课件
光纤
激光晶体2材8 料
生物陶瓷
人工关节
口腔陶瓷
29
五、陶瓷材料的性能 (一) 力学性能 硬度 陶瓷的硬度很高-1000Hv~1500Hv
（普通淬火钢-500~800Hv）。 刚度 陶瓷的刚度很高-刚度反映其化学键能
30
(一) 力学性能
强度 理论强度高-离子键和共价键 实际强度要较理论强度低-组织的不均匀性，内 部杂质和各种缺陷 晶粒越细，强度越高。 高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属 材料-常用于高温材料
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
8
陶瓷材料的相组成 陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、 玻璃相、气相组成。
9
晶体相 陶瓷材料最主要的组成相 主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧 化物
10
玻璃相 玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列的组
成部分，其结构类似于玻璃。
积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材 料的致密度；降低烧结温度；阻止晶型转变、 抑制晶粒长大。
出口额占世界整个行业的40%，其中佛山 占60%。
5
先进陶瓷材料
6
3.主要化学组成（质量%）
SiO2 65～75
Al2O3 7～30
R2O+RO 4～33
7
4.陶瓷的结构 陶瓷材料的结合键
离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。 MgO、Al2O3、ZrO2
共价晶体-以共价键结合的晶体。 金刚石、SiC、Si3N4、BN
普通陶瓷
陶瓷材料陶瓷材料简介 ppt课件
第四个里程碑
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。
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。
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90
球墨铸铁
20~40
氮化硅陶瓷
3.5~5
2020年9月28日
23
2. 物理与化学性能
• 熔点高 一般在2000℃以上，故陶瓷高温强度和
高温蠕变抗力优于金属。 • 热胀系数小、热导率低
随气孔率增加，陶瓷的热胀系数、热导 率降低，故多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料。
热振性差。能
2020年9月28日
20
（二）陶瓷的性能
1. 力学性能
• 硬度高、耐磨性好;
>1500Hv （ 淬 火 钢 500~800Hv ， 高 聚 物 <20Hv）
• 抗拉强度低，抗压强度较高；
因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷，实 际强度仅为理论强度的1/100~1/200。但抗 压强度高，为抗拉强度的10~40倍。
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。
2020年9月28日
3
特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合 物为主要原料的人工合成化合物。
如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。
日用陶瓷
按用途分类
工程结构陶瓷
工业陶瓷
功能陶瓷
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红宝石（α-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、 含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光
导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自 控元件的光敏电阻材料。
870℃
1470℃
1713℃
α-石英
α-鳞石英
α-方石英
熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β-石英
β-鳞石英
β－方石英
石英玻璃
117℃
γ-鳞石英
2020年9月28日
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• 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。
• 烧结
生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接 烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物 理化学变化及相变，如体积减小，密度增加， 强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制 品达到所要求的物理性能和力学性能。
2020年9月28日
8
二、陶瓷材料的结构与性能特点
陶瓷材料是多相多 晶材料，陶瓷结构中同 时存在
• 将分散的晶相粘结在一起； • 降低烧结温度； • 抑制晶相的晶粒长大 • 填充气孔。
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17
玻璃相熔点低、热稳定性差，在 较低温度下开始软化，导致陶瓷在高 温下发生蠕变，且其中常有一些金属 离子而降低陶瓷的绝缘性。
故工业陶瓷中玻璃相的数量要予 以控制，一 般<20~40%。
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4
按性能可将陶瓷分
✓ 高强度陶瓷 ✓ 高温陶瓷 ✓ 压电陶瓷 ✓ 磁性陶瓷 ✓ 半导体陶瓷 ✓ 生物陶瓷
2020年9月28日
5
• 特种陶瓷可按化学组成分为 ✓ 氧化物陶瓷 ✓ 氮化物陶瓷 ✓ 碳化物陶瓷 ✓ 金属陶瓷（硬质合金）
2020年9月28日
6
（二）陶瓷制品的生产
陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制 备、成型、烧结
2020年9月28日
21
• 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。
σ
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ε
22
• 冲击韧性、断裂韧性低 KIC 约为金属的1/60~1/100
45钢
几种材料的断裂韧性
材料
KIC /MPa.m1/2
18
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。
2020年9月28日
19
• 气相可使陶瓷的密度减小，并能 吸收振动；
• 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％。
2.2 陶瓷材料 Ceramics
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1
陶瓷材料指所有无机 非金属材料。是用天然或 人工合成的粉状化合物， 经成型和高温烧结而制成 的多晶固体材料。
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2
2.2.1 概述
一、陶瓷材料的分类与生产 （一）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
晶体相
玻璃相
气相
各组成相的结构、
数量、形态、大小及分
布决定了陶瓷的性能。
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9
（一）陶瓷材料的结构
１. 晶相
晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶 瓷的性能起决定性作用。
陶瓷中的晶相的结合键为
离子键
共价键
混合键
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10
氧化物结构的结合键以离子键为 主，又称离子晶体。
Si3N4、SiC、BN等以共价键为主， 称共价晶体。
氧化物结构的主要特点是氧离子 紧密排列构成晶格骨架，组成六方或 面心立方点阵，而正离子位于骨架的 适当间隙之中。
2020年9月2如8日 ：CaO、MgO、Al2O3、ZrO2 11
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
• 坯料制备
通过机械或物理或化学方法制备粉料，在 制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、 纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀 等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料 可以是粉料、浆料或可塑泥团。
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7
• 成型
将坯料用一定工具或模具制成一定形状、 尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。
• 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。
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２. 玻璃相
玻璃相是一种非晶态固体， 是陶瓷烧结时，各组成相与杂 质产生一系列物理化学反应形 成的液相在冷却凝固时形成的。
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16
玻璃相的作用
玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的组成相。
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。
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12
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13
• 有些陶瓷中的晶相也存在同素异构转变。
SiO2的同素异构转变