8先进陶瓷材料第三章
无机非金属专业导论-先进陶瓷材料
先进陶瓷
与传统陶瓷比较，先进陶瓷的化学组成、显微结构都 有极大的不同，其性能可满足工业和国防中各种特殊的需 要。 几个有用的名词： 特种陶瓷 先进陶瓷 special ceramics advanced ceramics high performance ceramics
精细陶瓷 fine ceramics 高性能陶瓷 新型陶瓷 近代陶瓷 new ceramics modern ceramics
8
先进陶瓷
这一定义不仅包括陶器、瓷器、耐火材料、建筑 粘土制品、磨料、搪瓷、水泥和玻璃等材料，而 且还包括非金属磁性材料、铁电体、人造单晶、 特种陶瓷、以及各种各样的其他制品。 This definition essentially says that a ceramic is anything that is not an organic material or a metal.
4500~3500 B.C. Fired brick shown to be more durable than dried mud bricks
Development of early faience （ 彩 陶 ） to 4500~3500 B.C. produced white ceramics with bright blue glassy coatings: precursor to development of glass and glazes（釉）.
26
航天飞机
27ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
航天飞机的机头
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航天飞机的防热瓦
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航天飞机热分布示意图
30
“哥伦比亚”号航天飞机爆炸，原因是这架航天飞机左 翼在起飞时遭到从燃料箱上脱落的泡沫绝缘材料撞击 ，结果造成机体表面隔热保护层出现了大面积松动和 破损，形成了可让“热气进入的洞”，在返航途中因 超高温空气入侵而彻底解体。
第三章 先进无机材料
• ③涂层破坏过程及其机制的研究：如涂层缺陷及 其形成，涂层应力及其形成、分布及消除途径， 涂层与底材解离过程及影响因素等研究为涂层的 品质改进、工艺优化乃至涂层设计、新涂层的研 制指明方向。 • ④对涂层的形成、显微结构及其性能的研究：是 进行涂层工艺设计的基础；涂层的性能取决于涂 层的化学组成、显微结构以及它对底材的界面结 合。
• ④显微结构分析上的进步，使人们更精细的了解 陶瓷材料的结构及其组成，从而可控制地做到工 艺-显微结构-性能关系的统一，对陶瓷技术起到 了指导作用。 • ⑤陶瓷材料性能的研究使新的性能的不断出现， 大大开拓了陶瓷材料的应用范围。⑥陶瓷材料无 损评估技术发展，加强了使用上的可靠性。 • ⑦相邻学科的发展对陶瓷科学的进步起到了推动 的作用。
• ④在航空工业中，硅质高温搪瓷能有效保护高温 合金抗高温燃气腐蚀，且具有一定的隔热作用， 已在高性能涡轮喷气发动机的燃烧室和火焰稳定 器等高温部件上广泛使用以延长其寿命。航空涡 轮喷气发动机的导向叶片和涡轮叶片则用渗涂含 硅或铬和钇的铝化物涂层。 • ⑤等离子喷涂或爆震波喷涂的碳化物、氧化物和 硬质合金涂层也已用于航空发动机内各种部件的 摩擦端面。含镉、硒或硫等化合物的涂层，加涂 在发动机内一些用一般方法难以测温的部位，涂 层的变色能指示发动机运转时该部位的最高温度， 这类涂层称之为示温涂层。
• 先进陶瓷从性能上可分为：结构陶瓷和功能陶瓷 两大类。 • 结构陶瓷：是以力学机械性能为主的一大类陶瓷。 特别适用于高温下应用的则称之为高温结构陶瓷。 • 功能陶瓷：利用材料的电、磁、光、声、热和力 等性能及其耦合反应，如铁电、压电陶瓷、正 （或负）温度系数陶瓷（PTC或NTC）、敏感陶 瓷、快离子导体陶瓷等等。
• 1.先进陶瓷 产生的因素： • ①在原料上，从传统陶瓷以天然矿物原料为主体发 展到用高纯的合成化合物。 • ②陶瓷工艺技术上的进步。如成型上的等静压成型、 热压注成型、注射成型、离心注浆、压力注浆成型 和流涎成膜等成型方法；在烧成上则有热压烧结、 热等静压烧结、反应烧结、快速烧结、微波烧结、 等离子体烧结、自蔓燃烧结等。 • ③陶瓷科学理论的发展，为陶瓷工艺提供了科学上 的依据和指导，使陶瓷工艺从经验操作到科学控制， 以至发展到在一定程度上可依据实际使用的要求进 行特定的材料设计。
先进陶瓷材料
粉末烧结法制备陶瓷材料
其制备原理为：粉末原料经过成型后，在高 温非液相（主晶相为固态）温度下长时间保 温，通过原子扩散而粘结，从而形成具有一
定密度和强度的制品。
成型方法：模压成型
粉料装入模具内，采用单向或双向加压来压实
成粉胚.单向加压底部的密度最小。双向加压 可以使密度更均匀些，但工件的中部密度仍然 较低。
陶瓷电容器 陶瓷止回阀
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。
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：
1、材料的组成
新型陶瓷材料的组成已超出传统陶瓷材料的以硅酸
盐为主的范围，除氧化物、复合氧化物和含氧酸盐
国外发展现状状
国际上从20世纪60年代开始重视研究先进陶瓷材料， 结构陶瓷略早于功能陶瓷。 60～70年代伴随着陶瓷学研究的新进展，一大批具 有优良性能的结构和功能陶瓷材料被发现和合成。 80年代以陶瓷发动机为背景，各国竞相加大了对陶 瓷材料研究与开发的投入，陶瓷材料已经能够基本
满足各种苛刻条件下（包括陶瓷发动机部件在内）
⑸ 热敏陶瓷 热敏陶瓷是制造热敏电阻的材料，热敏电阻是一种 电阻随温度变化的元件。阻值随温度升高而增加的 称正温度系数热敏电阻 (PTC) ，反之，则称为负温 度系数热敏电阻(NTC)。
正电阻温度系数 负电阻温度系数
⑹ 光电陶瓷 半导体陶瓷受光照射后使导 电率增加的现象称光电导效 应。利用光电导效应检测光
N N
N
Si
N
们不是同素异构体，两者
先进陶瓷材料的制备及其性能研究
先进陶瓷材料的制备及其性能研究随着科学技术的进步，新型材料在各个领域被广泛应用。
陶瓷材料作为一种重要的先进材料，在工业生产过程中起着不可替代的作用。
近年来，随着人们对先进材料性能要求的不断提高，制备先进陶瓷材料的技术也得到了突破性的进展。
本文将探讨陶瓷材料制备和性能研究的最新进展。
一、先进陶瓷材料制备技术1.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备先进陶瓷材料的常用方法。
该方法可制备出具有高纯度、尺寸均一、微观结构可控等优良性能的陶瓷材料。
该方法的主要原理为：将溶解在溶剂中的陶瓷原料通过水解、聚合、焙烧等步骤形成凝胶体，然后在高温下进行烧结，最终制备出所需的陶瓷材料。
1.2 稀土元素掺杂技术稀土元素掺杂技术是通过添加一定量的稀土元素，使得陶瓷材料具有更好的物理和化学性质。
该技术不仅可以提高陶瓷材料的机械性能、高温稳定性和导电性能，而且可以增加陶瓷材料对光的吸收和放射能力，从而拓展其在光电技术中的应用。
1.3 摩尔堆叠法摩尔堆叠法是近年来新兴的一种陶瓷材料制备技术。
该方法通过将不同的陶瓷颗粒按一定的比例堆叠在一起，并在高温下进行烧结，形成纤维状或片状的陶瓷材料。
该方法可以有效地控制陶瓷材料的形状和尺寸，从而提高其力学强度和耐磨性。
二、先进陶瓷材料性能研究2.1 陶瓷材料的韧性研究陶瓷材料在过去通常被认为是脆性材料，其力学性能与韧性相对较差。
如今，随着陶瓷材料制备技术的不断进步，一些新型陶瓷材料具有较好的韧性。
例如，采用硅酸盐陶瓷基质和碳纤维增强材料制备的陶瓷复合材料，具有较高的韧性和耐磨性，逐渐成为工程领域的热门材料。
2.2 陶瓷材料的电性能研究随着电子技术的飞速发展，陶瓷材料在电子工业中的应用愈加广泛。
例如，碳化硅陶瓷被认为是一种重要的基础材料，被广泛用于高温高压条件下的电器元件、传感器和电磁学器件中。
此外，氧化锆等陶瓷材料也被用于制备电容器、压电器件等高性能电子元器件，具有广阔的应用前景。
2.3 陶瓷材料的光学性能研究陶瓷材料在光电技术领域的应用也日益受到重视。
先进结构陶瓷(整合版)
第一章绪论1请说出如何区别陶、炻、瓷？答：主要区别在于吸水率。
吸水率小于0.5%为瓷，大于10%为陶，介于两者之间的为半瓷。
我们常见的各种抛光砖、无釉锦砖、大部分卫生洁具是瓷质的，吸水率E≤0.5%;仿古砖、小地砖、水晶砖、耐磨砖、哑光砖等是炻质砖，即半瓷砖，吸水率0.5%<E≤10%;瓷片、陶管饰面瓦、琉璃制品等一般都是陶质的，吸水率E>10%.吸水率是陶瓷制品中的气孔吸附水分的多少占制品的百分比。
另外，陶器的胎料是普通的粘土，瓷器的胎料是瓷土（高岭土）。
陶器的烧成温度约在900度左右，瓷器则需要1200度左右才能烧成。
陶器不施釉或施低温釉，瓷器则多施釉。
陶器胎质粗松，断面吸水率高，瓷器经过高温焙烧，胎体坚固致密，断面基本不吸水，敲之会发出清脆的金属声响。
造陶往往是就地取材，有什么土就用什么土，但制瓷要精选的土，尤其是采用景德镇人发现的高岭土。
高岭土对于提高瓷的光洁性、致密性、白度、硬度等起到了关键性的作用。
瓷对陶的提升，更在于“美”上，瓷由于烧纸的温度高，因此在致密性、光洁性、硬度、反渗水性等方面都要大大地优于陶。
正是因为瓷的这些特性，才能在瓷上描画出精美团和丰富的色彩来。
属于这一大类的材料可按制品的宏观物理性能，大致可分为陶器、炻器和瓷器，陶器又包括粗陶和精陶，其坯体断面粗糙无光，不透明，气孔率和吸水率较大，敲之声音粗哑沉闷，有的无釉，有的施釉。
而瓷器的坯体则致密细腻，具有一定的光泽和半透明性，通常都施有釉层，基本不吸水，敲之声音清脆；炻器是介于陶器和瓷器之间的一类产品，其坯体较致密，吸水率较小，颜色深浅不一，缺乏半透明性。
这类产品国外统称为炻器，也有的称为半瓷，我国科技文献中提到的炻器、原始瓷器和胎瓷均属于这一类。
也可按气孔率的大小分为不致密材料和致密材料两类。
陶器：烧成温度900~1200℃，吸水率＞2%炻器：烧成温度1150~1280 ℃，吸水率0.5~2%瓷器：烧成温度1250~1400℃，吸水率＜0.5%2传统陶瓷与先进陶瓷如何划分？它们的发展过程有何特点？答：先进陶瓷与传统陶瓷的区别，可以从以下几方面来说明。
第三章先进材料制备技术与特点
先进材料
• 高科技材料 • 新材料 • 高性能材料 • CD, Laser, LCD • 信息材料
先进材料的分类
先进金属材料
先进 材料
先进无机非金属 材料
先进高分子材料
先进复合材料
• 先进材料的主要分类：
1.先进金属材料 记忆金属、金属玻璃（非晶态，坚硬）、 超塑性金属（软如面条）、功能材料等
• 其创始者包括最初的Iller、更为人熟知的G. Decher。短短的十多 来年，在基础研究方面LBL得到了巨大的发展。
• LBL适用的原料已由最初的经典聚电解质扩展到聚电解质、聚合 物刷、无机带电纳米粒子如MMT，CNT、胶体等。
• LBL适用介质由水扩展到有机溶剂以及离子液体。 • LBL的驱动力有静电力扩展到氢键，卤原子，配位键，甚至化学
美国密歇 根大学机 械工程系 使用大约 1.5亿根碳 纳米管为 当选总统 奥巴马制 作了一组 画像。图 为在电子 显微镜下 奥巴马画 像。
纳米微 操作机 器人在 10×10 微米的 基片上 刻出的 字样
层层自组装材料
• layer-by-layer self-assembly，是上世纪90年代快速发展起来的一 种简易、多功能的表面修饰方法。LBL最初利用带电基板在带相 反电荷中的交替沉积制备聚电解质自组装多层膜（polyelectrolyte self-assembled mulilayers）。
层层自组装材料
• 自组装技术简便易行，无须特殊装置，通常以水为 溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级控制的优点。
• 可以利用连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至 三维比较有序的结构，实现膜的光、电、磁等功能， 还可模拟生物膜，因此，近年来受到广泛的重视。
• 自组装的层/层沉积方式与气相沉积有些相似，但气 相沉积是在高真空下使物质主要是可汽化的，能耐 高温的无机材料，尤其是金属元素。而高分子不能 够汽化，所以是不适用的。反过来，高分子很适合 于自组装，通常得到的是两种组分的复合膜，而气 相沉积制备的则通常是同一组分的单层膜。
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。
先进陶瓷材料的制备及性能研究
先进陶瓷材料的制备及性能研究近年来，随着科技水平的不断提升，先进陶瓷材料的研究也越来越深入，成果也越来越丰硕。
先进陶瓷材料具有高温、高强、耐磨、耐腐蚀等优异性能，因此在航空航天、电子、医疗等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍先进陶瓷材料的制备及性能研究进展，并对其应用前景进行展望。
一、先进陶瓷材料的种类及特点先进陶瓷材料的种类繁多，常见的有氧化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆等。
它们的共同特点在于高温、高强、耐磨、耐腐蚀等优异性能。
例如氮化硅，硬度极高，可用于磨具、切割工具等领域；碳化硅，热导率高，可用于高温设备的制造；氧化铝，绝缘性好，可用于电子元器件的制造。
同时，先进陶瓷材料还具有化学稳定性、热稳定性等优点。
二、先进陶瓷材料的制备方法先进陶瓷材料的制备方法较为繁琐，主要分为高温烧结、凝胶浸渍、溶胶-凝胶法等。
高温烧结法是一种常用的制备方法。
在高温下，陶瓷粉末经过烧结后形成致密结构，从而提高材料的强度和硬度。
凝胶浸渍法则是根据陶瓷材料的不同特性及应用环境，优化设计制备过程，通过浸泡、滴淋、涂布等方式将陶瓷材料沉积在基材上，反复烘干、烧结等工艺形成。
溶胶-凝胶法是利用溶液的成分的变化使粉末状氧化物逐渐转化为凝胶，然后将凝胶干燥和高温处理，从而获得具有高纯度、高硬度等特性的陶瓷材料。
以上制备方法各有优点，需要根据具体的材料及应用环境来选择最适合的制备方法。
三、先进陶瓷材料的性能研究先进陶瓷材料的性能研究是其发展的重要基础。
先进陶瓷材料的高温、高强、耐腐蚀等性能，得益于其致密的结构和特殊的晶粒组织。
因此，陶瓷材料的微观结构和组织对其力学性能、化学性质等方面具有重要的影响。
最近，先进陶瓷材料的性能研究主要集中在以下几个方面：1. 先进陶瓷材料的力学性能研究，例如抗拉强度、弹性模量等。
2. 先进陶瓷材料的热物性能研究，例如热导率、热膨胀系数等。
3. 先进陶瓷材料的化学性能研究，例如化学稳定性、耐腐蚀性等。
4. 先进陶瓷材料的微观结构及组织研究，例如晶粒形态、晶粒大小等。
先进陶瓷材料
尖晶石
反尖晶石 橄榄石
FeAl2O4
FeMgFeO4 Mg2SiO4
刚玉陶瓷
光学石英玻璃
尖晶石透明陶瓷
（1）SiO2(二氧化硅） • 丰度（各元素在地壳中平均含量的百分数）为60%；
• 含SiO2的矿物很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石，例 如，在岩浆岩中以矿物形式出现的脉石英（ SiO2 >99%)， 在沉积岩中的石英砂岩（ SiO2 =90~95%) ，地面风化后 有石英砂； • 水晶（最纯）、鹅卵石（最不纯）； • SiO2在常压下有七种结晶态和一个玻璃态：α-石英（三 方晶系）、β-石英（六方）、 α-鳞石英（斜方）、β-鳞 石英（六方）、 γ -鳞石英（六方）、 α-方石英（四方）、 β-方石英（等轴）及石英玻璃（非晶态）。
3.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…
各种氧化物的结构及特点
结构类型
AO
氧离子排列方式
面心立方 面心立方 面心立方
阳离子填充方式
全部八面体间隙 ½ 四面体间隙 ½ 四面体间隙
结构名称
岩盐 闪锌矿 纤维锌矿
举例
MgO，CaO等 BeO ZnO
简单立方
AO2
½ 立方体间隙 全部四面体间隙
½ 八面体间隙 2/3八面体间隙 2/3八面体间隙(A,B) 1/4八面体间隙
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）。
先进陶瓷材料的制备
先进陶瓷材料的制备
一、简介
陶瓷材料是一类具有特殊性能和结构的复合材料，由硅氧化物或其他
陶瓷材料组成，包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化钙、氧化铝铁、氧化
碳等。
这些材料具有高温抗热性、耐腐蚀性、耐冲击性、低摩擦系数、耐
高能粒子辐射和耐电磁辐射等特性，是现代工业和军事装备上的重要基础
材料。
1、基于氧化铝的先进陶瓷材料
氧化铝是一种应用最为广泛的陶瓷材料，在航空、太空、航天、军用
装备及其他高性能设备中都有广泛的应用。
氧化铝基先进陶瓷材料的制备
可采用烧结法、多相烧结法、溶胶-凝胶法、添加剂控制烧结和溶胶-凝胶
法等技术。
通过添加相应的添加剂，可以控制热释放曲线，增强其特性，
大大提高氧化铝基陶瓷材料的性能。
2、基于氧化锆的先进陶瓷材料
氧化锆也是一种应用广泛的陶瓷材料，具有良好的抗热、抗酸碱腐蚀、耐冲击、低热膨胀系数和电磁屏蔽性等优异性能。
氧化锆基先进陶瓷材料
的制备常用的方法有烧结法、溶胶-凝胶法、热处理法、添加剂控制烧结
法等。
有研究表明，通过添加添加剂可改变氧化锆烧结过程中的热释放曲线，从而有效改善基体材料的性能。
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)
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。
先进陶瓷材料
先进陶瓷材料先进陶瓷材料是指具有优异性能和广泛应用前景的陶瓷材料，它们在材料科学领域发挥着重要作用。
与传统陶瓷材料相比，先进陶瓷材料具有更高的强度、硬度、耐磨性、耐高温性、化学稳定性和绝缘性。
它们被广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械、能源等领域，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。
先进陶瓷材料主要包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。
这些材料具有优异的高温性能和耐磨性，因此在航空航天领域得到广泛应用。
例如，氮化硅陶瓷被用作航空发动机零部件的高温结构材料，氧化锆陶瓷被用作航天器热结构材料，氧化铝陶瓷被用作航空航天器的绝缘材料。
在汽车制造领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
碳化硅陶瓷被用作汽车发动机零部件的高温结构材料，氧化铝陶瓷被用作汽车刹车片的耐磨材料，氮化硅陶瓷被用作汽车发动机气门的耐磨材料。
这些材料的应用大大提高了汽车的性能和可靠性。
在电子领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
氧化铝陶瓷被用作集成电路基板的绝缘材料，氮化硅陶瓷被用作电子封装材料，碳化硅陶瓷被用作电子散热材料。
这些材料的应用使电子产品具有更高的性能和可靠性。
在医疗器械领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
氧化锆陶瓷被用作人工关节的材料，氮化硅陶瓷被用作牙科修复材料，碳化硅陶瓷被用作医疗器械的耐磨材料。
这些材料的应用使医疗器械具有更好的生物相容性和耐用性。
在能源领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
氮化硅陶瓷被用作核能领域的结构材料，氧化铝陶瓷被用作火电厂的绝缘材料，碳化硅陶瓷被用作太阳能电池的基板材料。
这些材料的应用使能源设备具有更高的安全性和稳定性。
总的来说，先进陶瓷材料以其优异的性能和广泛的应用前景，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。
随着科学技术的不断进步，先进陶瓷材料将会有更广泛的应用领域和更多的创新发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
先进陶瓷材料的制备及其性能研究
先进陶瓷材料的制备及其性能研究先进陶瓷材料指的是具有特殊性能和广泛应用领域的陶瓷材料。
它们通常具有优异的热、电、磁、光、化学和力学性能，常用于高温、高压、耐腐蚀等极端环境下的应用。
为了制备先进陶瓷材料，人们必须进行深入的研究，包括制备工艺、材料性能以及应用等方面。
首先，制备先进陶瓷材料需要考虑材料的原料选择和制备方法。
常见的先进陶瓷材料包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、复合陶瓷等。
不同的材料需要选择不同的原料，并进行粉末制备、成型和烧结等工艺。
在粉末制备中，可以使用化学合成、溶胶-凝胶法、高能球磨等方法得到所需的粉末。
在成型工艺中，可以采用压制、注射成型、陶瓷喷雾、激光烧结等方法制备所需形状的陶瓷。
最后，通过烧结工艺将粉末颗粒烧结成致密的陶瓷坯体。
这些制备工艺的优化，能够有效改善材料的致密性、晶粒尺寸和相组成，从而提高材料的性能。
其次，先进陶瓷材料的性能研究是制备过程中的关键环节。
在性能研究中，常用的测试方法包括物理性能测试、力学性能测试、化学性能测试等。
物理性能测试包括热膨胀系数、热导率、比热容等参量的测定，以评价材料的热性能。
力学性能测试包括硬度、弹性模量、断裂韧性等指标的测定，以评估材料的力学性能。
化学性能测试包括耐腐蚀性、氧化性等指标的测定，以评估材料的耐化学性能。
通过这些性能测试，人们能够深入了解材料的物理、力学和化学性能，为应用提供基础数据。
最后，先进陶瓷材料的研究也需要考虑其应用领域和发展方向。
先进陶瓷材料广泛应用于电子、医疗、航空航天、能源等领域。
例如，氧化铝陶瓷常用于高温炉膛，因其具有优异的耐高温性能和耐腐蚀性能。
铝氮化陶瓷则因其高硬度和高绝缘性能，被广泛应用于切割工具和电子组件。
此外，先进陶瓷材料的发展方向包括提高材料的力学性能、优化材料的微观结构和组织，以及开发新型功能陶瓷材料等。
综上所述，先进陶瓷材料的制备及其性能研究是一个复杂而广泛的领域。
通过对原料选择、制备工艺的研究，可以制备具有良好性能的先进陶瓷材料。
先进陶瓷材料
先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指具有优异性能和广泛应用前景的陶瓷材料。
与传统陶瓷材料相比，先进陶瓷材料具有较高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，同时具有良好的导电性、导热性和光学性能。
它们广泛应用于各个领域，例如电子、半导体、能源、医疗和航天航空等。
先进陶瓷材料的研究和应用在当代科技发展中具有重要意义。
首先，先进陶瓷材料在电子和半导体行业中发挥着重要作用。
例如，先进陶瓷材料在微电子和集成电路中用作绝缘体、介质、电容器和薄膜材料。
它们具有良好的电绝缘性、导电性和热稳定性，能够保护电子元件不受外部环境的影响，提高电子设备的性能和可靠性。
其次，先进陶瓷材料在能源行业中具有广泛应用。
例如，高温超导陶瓷材料能够在极低温度下实现电阻的彻底消除，对于能源输送和存储具有重要意义。
先进陶瓷材料还可以用于固体氧化物燃料电池，能够高效转化化学能为电能，提供清洁和可再生能源。
此外，先进陶瓷材料在医疗领域中也发挥着重要作用。
例如，生物活性玻璃可用于骨修复和人工关节等医疗器械。
先进陶瓷材料具有良好的生物相容性和生物活性，能够促进组织再生和医疗器械的持久性能。
最后，先进陶瓷材料在航天航空领域中也得到广泛应用。
例如，先进陶瓷材料可以用于制造发动机喷嘴和航天器耐高温热保护
材料。
先进陶瓷材料具有较高的熔点和耐高温性能，能够在极端环境下保持稳定性并提供优异的性能。
总之，先进陶瓷材料具有广泛的应用前景和重要的科技意义。
通过不断的研究和发展，我们可以进一步提高陶瓷材料的性能和应用范围，推动科技创新和产业升级。
先进陶瓷材料研究报告
先进陶瓷材料研究报告第一章：引言陶瓷材料是一种非金属无机材料，由多种元素组成，具有高温抗氧化、高硬度、耐腐蚀、绝缘等特点。
随着科技的不断发展，人们对陶瓷材料的要求也越来越高，因此先进陶瓷材料的研究越来越受到人们的关注。
第二章：先进陶瓷材料的种类2.1 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是目前使用最广泛的陶瓷材料之一，具有高硬度、优良的耐磨性、化学稳定性和绝缘性。
氧化铝陶瓷主要应用于机械零件、电子器件和热处理工业中。
2.2 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷具有高硬度、高热传导性、抗磨损性和抗氧化性等优异的性能，可广泛应用于高温、高压、高速和强腐蚀环境下。
碳化硅陶瓷主要应用于汽车、航空航天、化学和电子等领域。
2.3 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷是一种高性能、高强度、高温、耐腐蚀、防磨损的新型陶瓷材料。
氮化硅陶瓷具有硬度高、密度大、抗弯强度高等优点，可应用于半导体、电子、机械、航空航天等领域。
第三章：先进陶瓷材料的制备方法3.1 烧结法烧结法是制备陶瓷材料的最常用方法之一。
将粉末加压成型后，利用高温烧结使其结晶成型。
这种方法能够制备出较为密实的均质陶瓷材料。
3.2 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是通过溶解金属盐或有机化合物，制备出无机胶体，再利用凝胶化作用制备出胶体凝胶。
经过干燥、煅烧等工艺，最终形成纯净的陶瓷材料。
这种方法能够制备出高纯度、均匀的陶瓷材料。
3.3 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种基于气相反应制备陶瓷材料的方法。
通过在高温下使气相化合物反应，生成纳米粒子，随后沉积在基底上形成陶瓷材料。
这种方法能够制备出具有纳米晶粒、高纯度的陶瓷材料。
第四章：先进陶瓷材料的应用先进陶瓷材料由于其独特的性能，被广泛应用于以下领域：4.1 机械工业陶瓷材料具有高硬度、耐磨性、高温抗氧化等性能，可被用于制造机床、磨料、轴承等机械零件，提高机械性能和使用寿命。
4.2 电子工业陶瓷材料具有绝缘性、高介电常数和低介电损耗等性能，可被用于制造电容器、压电器、功率电子元器件等。
先进陶瓷材料的制备
先进陶瓷材料的制备先进陶瓷材料是指在传统陶瓷材料基础上进行调整和改进，以提高其性能和功能的一类陶瓷材料。
先进陶瓷材料具有优良的化学稳定性、高温稳定性、机械强度、抗磨损性、阻氧性、导热性、导电性等特点，在航空航天、能源、环境、医疗等领域具有广泛的应用价值。
其制备方法主要包括溶胶-凝胶、热剂法、高温固相反应和电化学制备等。
以下将从先进陶瓷材料的种类、制备方法及应用领域等方面对先进陶瓷材料的制备做详细介绍。
先进陶瓷材料的种类非常丰富，常见的种类有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和复合陶瓷。
氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化锆、氧化硼等，具有优异的化学稳定性和抗磨损性。
氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝和氮化硼等，具有优异的高温稳定性和机械性能。
碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化硼等，具有优异的导热性和耐磨性。
复合陶瓷将不同种类的陶瓷材料进行复合，可以获得更好的综合性能。
先进陶瓷材料的制备方法多种多样，其中比较常用的有溶胶-凝胶法、热剂法、高温固相反应法和电化学制备法。
溶胶-凝胶法是利用溶胶凝胶转化的过程，通过溶胶的形成、凝胶的制备和热处理等步骤，可以得到精细的纳米陶瓷粉体。
热剂法是利用高温燃烧反应制备陶瓷材料，通过调控反应条件可得到不同组分和形态的陶瓷材料。
高温固相反应法是利用高温下发生的固相反应制备陶瓷材料，可以得到具有高纯度和良好晶体结构的陶瓷材料。
电化学制备法是利用电化学原理，通过电解、溶液沉积和热处理等步骤，可以制备出具有良好结构和性能的陶瓷材料。
先进陶瓷材料具有广泛的应用领域。
在航空航天领域，先进陶瓷材料被用于制造发动机涡轮叶片、燃烧室内衬、导向叶片等部件，以提高其耐高温性能和抗磨损性能。
在能源领域，先进陶瓷材料被用于制造固体氧化物燃料电池、太阳能电池、热电材料等，以提高能源转化效率和利用率。
在环境领域，先进陶瓷材料被用于制造催化剂、过滤器、传感器等，以提高其反应活性和选择性。
在医疗领域，先进陶瓷材料被用于制造人工关节、牙科修复材料、生物膜材料等，以提高其生物相容性和稳定性。
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
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先进陶瓷
晶 粒
烧结
从显微结构上看,陶瓷主要是由取向 各异的晶粒通过晶界集合而成的聚合体。 晶相是陶瓷材料的基本组成,晶相的性 能往往能表征材料的特性。。 自 形 晶：发育较完整 半自行晶：发育部分完整 他 形 晶：发育完全不完整（最常见）
晶粒本身性质、晶粒形状以及尺寸 对材料的性能影响很大。
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⑵ 扩散
⑶ 粘滞流动与塑性流动 ⑷ 溶解和沉淀
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先进陶瓷
烧结
⑴ 蒸发和凝结
曲面压：
任一弯曲表面, 在表面张力σ作用下,将产生一个曲面压力P，跟 平面相比，存在多余表面自由能△Z
2 P r
2 Z V r
平面：P=0, △Z=0 凹表面：P<0，曲面蒸气压低于平面 凸表面：P>0，曲面蒸气压高于平面
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先进陶瓷
烧结
过剩表面能驱动力
E svWm S p
sv 固气表面能
Wm 晶体材料摩尔质量
粒度越细，比表面越大，驱动力越 大，所以细粉更容易烧结
S p 粉末比表面
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先进陶瓷
物质传递
烧结
烧结过程除了要有推动力外,还必须有物质的传递过程,这样 才能使气孔逐渐得到填充,使坯体变得致密。
物质传递方式： ⑴ 蒸发和凝结
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先进陶瓷
烧结
⑶ 粘性流动与塑性流动
高温下液相含量很高时，液相具有牛顿型液体的粘性流动， 这种粉末体的烧结比较容易通过粘性流动而达到平衡。首先， 物质在高温下形成粘性流体，相邻晶粒中心互相逼近，晶粒间 产生粘合作用形成封闭气孔；接着，封闭气孔会由于粘性流动 密实化。
高温下坯体中液相含量较低、固相含量较高时，会产生塑 性流动传质。
从自由能来说，凸表面自由能最大，凹表面自由能最小。所以， 高温下具有较高蒸气压的系统，由于存在表面曲率的差异，物质从 蒸气压高的凸表面蒸发，在凹表面凝聚，如颗粒间的颈部，从而使 颗粒间接触面积增加，坯体致密化。
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先进陶瓷
烧结
⑴ 蒸发和凝结
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先进陶瓷
烧结
⑴ 蒸发和凝结
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先进陶瓷
⑵ 扩散
烧结
陶瓷原料物质主要通过表面扩散和体积扩散进行传递,烧结是 通过扩散来实现的。 实际晶体中往往有许多缺陷,当缺陷出现浓度梯度时,它就会由浓 度大的地方向浓度小的地方作定向扩散。若缺陷是填隙离子,则离子 的扩散方向和缺陷的扩散方向一致;若缺陷是空位,则离子的扩散方向 与缺陷的扩散方向相反。晶体中的空位越多,离子迁移就越容易。 两球状颗粒接触处的颈部是凹曲面,表面自由能最低,因此容易产 生空位,空位浓度最大,可以说颈部是个空位源。即，从颈部到晶粒内 部存在着一个空位浓度梯度,这样物质可以通过体扩散、表面扩散和 晶界扩散向颈部作定向传递,使颈部不断得到长大,从而逐渐完成烧结 过程。
晶界存在微观晶界应力，晶粒越大，应力越大。 晶界位错汇集，刃型位错上部用直径小的质点、下部用直径大的质 点代替，可以减轻应力，降低系统能量，从而可以使外来杂质向晶界汇 集。利用这种现象，引入某些杂质，可以改善材料性能。
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晶界性能
晶界处存在高能量，它可以降低并转化为新相所需的能量，在再 结晶或者相变时，该处往往是新相成核处或者结晶中心。
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先进陶瓷
气 孔
烧结
由于气孔特征不同,对陶瓷材料的 性能有很大的影响。 杨氏模量与气孔率有很大的关系, 气孔率小时,杨氏模量随气孔率的增加 而直线减少。
E=E0（1-kp）（P气孔率）
陶瓷的强度与杨氏模量成正比, 所以强度也随气孔率而变化。气孔愈 多,承受负荷的有效截面愈小,强度也 就愈低。
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先进陶瓷
烧结
晶 界工程 ① 提高晶界玻璃相的粘度
Si3N4陶瓷的烧结通常采用添加 MgO,使之在高温时与颗粒表面的SiO2 形成玻璃相, 从而实现迅速致密化。但 在高温下使用性能却有明显下降，分 析原因是由于玻璃相粘度不高造成的。 俄歇电子能谱发现，Ca易于在晶界富集，而CaO－MgO－SiO2体 系玻璃态粘度远低于MgO－SiO2体系，因此可以采用低Ca含量的高纯 度Si3N4原料, 来改善材料的高温性能。
先进陶瓷
烧结
烧结
烧结（sintering）是使材料获得预期的显微结构，赋予材料 各种性能的关键工序。 坯体在高温作用下，随着时间的延长，固体颗粒相互键联， 晶粒长大，空隙（气孔）和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总 体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧 结体，这种现象称为烧结。烧结是减少成形体中气孔，增强颗粒之 间结合，提高机械强度的工艺过程。 在热力学上，所谓烧结是指系统总能量或者Gibbs自由能减 少的过程。
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晶界偏析
由于应变能、静电势或者固溶极限等原因，某些杂质 更容易在晶界偏析，通常发生在冷却过程中，因为应变能 和静电势都是随温度下降而增加，而固溶度则是随着温度 下降而减小，冷却过程中，免不了偏析，慢冷偏析大，快 冷则小。
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先进陶瓷
烧结
② 晶界相的结晶化
如选用的添加剂,在高温热压时形成过渡型的玻璃相,帮助致密 化,然后再在适当的温度下热处理,使晶界的玻璃态析出高熔点的晶 相,这样就可使材料有更好的高温使用性能。
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可是粉体愈细．由于表而键活性很强，常常吸 附大量气体或离子．这些被吸附的气体不利于颗粒 间的接触而起了阻碍烧结的作用。细粒瓷件的最终 密度不一定比粗粒瓷件的大.
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引晶技术
勃姆石（γ-AlOOH）加热时， 采用α-Al2O3引晶技术可得到更 为致密规则的结构
30Leabharlann 先进陶瓷烧结粉体粒度与烧结
要想在适当的烧结时间内获得烧结体的充分致密化，粉末颗 粒系统应当满足如下关系：
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先进陶瓷
烧结现象
烧结
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先进陶瓷
烧结现象
烧结
烧结过程中,主要发生晶粒和气孔尺寸及其形状的变化。 三阶段
①颗粒的粘结 — 烧结初期，颗粒间接触点通过成核、结晶长大等过程 形成烧结颈。但颗粒内的晶粒不发生变化，颗粒外形基本保持不变，烧 结体没有收缩，密度增加极少。
②烧结颈长大 — 烧结中期，原子向颗粒结合面迁移使烧结颈扩大，颗
⑦ 晶粒生长和粗化
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先进陶瓷
烧结现象
烧结
烧结温度与熔点：
对纯物质而言，存在近似关系 金属粉末烧结温度0.3~0.4Tm（熔点） 无机盐类 0.57Tm 硅酸盐类 0.8～0.9Tm
烧结动力：
① 烧结过程既无外力作用，又无化学反应，其驱动力何来？？ ② 粉体特征：和块状相比，粉体具有较高的的比表面积和表面自由能。 ③ 粉体的过剩表面能为烧结驱动力 ④ 粉体表面能和化学反应中的能量变化比，驱动力太小 ⑤ 烧结不能自动进行，要加以高温
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先进陶瓷
烧结
影响因素
陶瓷烧结是一种相对比较复杂的过程，影响因素很多，这 里主要讨论一下几种：
(1) 原始粉体粒度 (2) 添加剂 (3) 烧结温度和保温时间 (4) 盐类的选择 (5) 烧结气氛 (6) 成型压力
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先进陶瓷
烧结
原始粉体粒度
无论液态或固态烧结中，细颗 粒由于增加了烧结的驱动力，缩短了 原子扩散距离和提高颗粒在液相中的 溶解度，从而导致烧结过程加速。 从二次再结晶角度出发，起始 粒径必须细而均匀。因为如果存在少 量大颗粒，则易发生晶粒异常长大现 象。 一般氧化物材料最适宜的粉末 粒度为0.05～0.5μm.
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先进陶瓷
晶 界
烧结
陶瓷材料烧结过程中, 当细微颗粒长大发育成取向不同的晶粒 时, 相互接近并受到抑制时就形成晶界。
在晶界上的质点,要同时适应相邻两个晶粒的晶格结构,自己就处于 一种不规则的过渡排列状态。对于小角度晶界,可以把晶界的构造看作是 由一系列平行排列的刃型位错所构成的。
晶界缺陷较多，扩散快，是物质迁移的重要通道
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先进陶瓷
⑵ 扩散
烧结
对于固相烧结机理中的烧结收缩，烧结速率或者说线收缩率有 如下近似关系：
L (20a 3 D* / kT 21/ 2 ) 2 / 5 r 6 / 5 t 2 / 5 L
△L/L：线收缩；a3:原子体积；t:时间；γ：表面能； D：扩散系数； T：温度； r：粒子半径 ① ② ③ ④ 烧结速度随时间延长而下降 烧结速度与颗粒尺寸成反比 晶界扩散、晶粒扩散增加时，烧结速率提高 扩散与温度有关系，因此烧结速度依赖于温度
粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络。随着晶粒长大，晶界或孔隙一起 运动，或越过孔隙使之残留于晶粒内部。烧结体的密度和强度都增加。
③孔隙球化和缩小 — 烧结后期，一般当烧结体密度达到90％，烧结就
进入烧结后期。大多数孔隙被分隔，晶界上的物质继续向气孔扩散填充， 致密化继续进行，晶粒也继续长大。烧结体主要通过小孔隙的消失和孔 隙数量的减少来实现收缩，收缩比较缓慢。 3
例子： Si3N4陶瓷烧结时用Y2O3代替MgO，热处理后析出晶相Y2O3 －Si3N4，并可固溶许多杂质离子，从而提高材料高温性能
③ 晶界相与晶粒起作用,使晶界相消失
晶界的玻璃相,如果其组成选择适当,可以在热压后的热处理中, 逐步固榕到晶粒里去,这样处在晶界的低熔玻璃相就基本消失了,也 是提高材料高温性能的一条途径。
Dv 1 3 a
利用此公式，根据体扩散系数，可粗略估计烧结时所用粉体粒
度
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先进陶瓷
烧结
粉体团聚与烧结
细小颗粒在液体和固 体介质中承受吸引力 和排斥力形成结块和 团聚体示意图
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颗粒形状
颗粒形状和液相体积含量对颗粒之间作用力的影响 只有在大量液相存在的情况下，才能使这些具有一定棱角形 状的陶瓷粉体之间形成较高的结合强度。
先进陶瓷
烧结
烧结过程（固相烧结）