第一章 陶瓷材料的制备
陶瓷材料的制备和结构表征
陶瓷材料的制备和结构表征第一章介绍陶瓷材料是一种重要的非金属材料，在工业、生活等领域得到广泛应用。
其具有密度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀等一系列特殊的物理化学性质。
在制备和结构表征方面，陶瓷材料与传统金属材料存在很大的不同。
陶瓷材料的制备和表征过程需要深入了解其基本性质和物理化学性质。
本文将介绍陶瓷材料的制备和结构表征方法。
第二章陶瓷材料的制备陶瓷材料的制备包括粉末制备和成型、烧结两个阶段。
其中，粉末制备是制备陶瓷材料的基础。
常见的粉末制备方法有物理方法和化学方法。
物理方法包括粉末冶金法、反应冶金法、溶胶凝胶法等。
化学方法包括气相沉积法、溶剂热法、水热法等。
需要根据不同陶瓷材料的特性选择合适的制备方法。
成型和烧结是陶瓷材料制备的重要步骤。
成型包括压制、注塑、挤出、塑性成型等多种方法。
烧结是将陶瓷材料加工为坚硬的固体的过程，主要有气相烧结、等温烧结、快速烧结等多种方法。
需要根据不同材料的特性和制备过程的需求选择合适的成型和烧结方法。
第三章陶瓷材料的结构表征陶瓷材料的结构表征是分析其性质和寻找优化方法的基础。
常见的陶瓷材料结构表征方法有 X 射线衍射、电子显微镜等。
X 射线衍射是测定晶体结构的方法，可以得知晶格参数和结构性质等信息。
电子显微镜则可以在原子尺度上观察材料的形貌、晶型等基本结构特性。
热重分析是另一种常用的陶瓷材料表征方法，可以测定陶瓷材料热稳定性、热膨胀系数、烧结过程中的物质变化等重要性质。
第四章陶瓷材料的应用陶瓷材料在生活和工业领域都有广泛应用。
在生活中，常见的陶瓷材料有陶瓷工艺品和家居餐具等。
在工业领域，陶瓷材料具有高硬度、高热稳定性、耐腐蚀等特性，被广泛应用于航空、医疗、建筑等行业。
例如，氧化铝(Corundum)和氧化锆(ZrO2)等陶瓷材料可以用于机械制造、电子技术和化学工程等领域。
第五章陶瓷材料制备和结构表征的新进展近年来，随着科技不断进步，陶瓷材料的制备和结构表征方法也得到了很多新的发展。
2先进陶瓷材料第一章
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。
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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
4
先进陶瓷 粉体性能
粉体团聚
陶瓷工艺学1绪论、 第一章 原料 PPT课件
湖南醴陵
所产的瓷器有日用瓷与陈设瓷，薄胎注浆，瓷质洁 白，装饰的主要特色是釉下五彩，闻名中外。另除有釉上 贴花和喷花等外，1958年还试制成功一种感光晒花的新 装饰法。建国以后，这个地区的瓷器在技术方面不断革新 创造，生产发展很快，已成为全国重要的瓷区之一。
广东石湾陶器
相传有八百多年的历史。以人物、鸟兽等雕塑陈列品为主。釉色丰富， 刻画细腻，形象生动，别具风格。此外还有大量的日用陶器。建国后， 还首创了“结晶釉”
3.1陶瓷研究的发展历程
陶器
高铝质、粘土和 瓷土的应用 釉的发明
原料纯化 陶瓷工艺的发展 陶瓷理论的发展
陶器 传统陶瓷
先进陶瓷 微米级
纳米陶瓷
高温技术
显微结构 分析的进步 性能研究的深入 无损评估的成就 相邻科学的推动
3.2陶瓷在现代化建设中的作用
•
除用于日常生活中外，陶瓷作为结构和功能材料广泛
用于科学技术和工农生产领域的重要性，对此人们仍没有
• 唐代：远销日本、印度、波斯、埃及。 • 宋代：远销50余国，远至欧洲。 • 明代：郑和七次下西洋，将中国瓷器输送至世界各国，与
世界各国在文化、经济、贸易、政治上建立了联系。 • 中国瓷器在国外有：“白如玉，明如镜，薄如纸，声如磬”
的美誉，被外国人视为奇珍异宝。 • 十七世纪以后，各国竞相仿造，并逐渐创立自己的风格。 • 中国瓷器为人类文化的进步所做出的重大贡献，是值得我
由于其高温下的缺点，在陶瓷 生产中多不采用
钡长石 熔点高（1710℃），熔融温度 普通瓷制品不选用 范围较窄
1.2.3 长石类原料在陶瓷生产中的作用
1）长石是熔剂型原料，可降低烧成温度，减少燃料消耗。 高温下熔化后能填充坯体的孔隙，熔解粘土及石英类
陶瓷粉体的制备及其在陶瓷制品中的应用
陶瓷粉体的制备及其在陶瓷制品中的应用第一章陶瓷粉体的制备方法陶瓷粉体是制造陶瓷制品的重要原材料。
为了获得精细、均匀、高纯度的陶瓷粉体，需要采用各种方法进行制备。
1. 干法制备干法制备是在物理或化学作用下，将陶瓷原料研磨成小颗粒，并通过筛网分级，使其达到所需的颗粒大小和分布。
干法制备可以采用磨细、粉碎和机械法等不同方法。
其中磨细法是将陶瓷原料加入磨料中进行磨细。
磨料可以是陶瓷球、圆锥桶、圆柱罐等，在不断的冲击、磨擦和摩擦作用下，使原料颗粒缩小，磨细并分散。
而粉碎法则是将陶瓷原料加入粉碎设备中进行高速旋转和撞击，达到破碎，并通过筛分制备所需粒度的陶瓷粉末。
2. 湿法制备湿法制备是将陶瓷原料和溶液混合搅拌，制成胶体状物质。
此时，可以通过超声波处理、热干燥、高速离心等方法，去除胶体中的水分和有害物质，还原成精细均匀的陶瓷粉末。
3. 气相制备气相制备是将气态陶瓷原料在保护气氛下加热至高温，使其分解，从而在炉内形成陶瓷粉末。
气相制备可以控制粉末质量、形态和制备过程中的污染，使其成为制备超细、高纯、均匀粒径的陶瓷粉末理想方法，但设备复杂，成本较高。
第二章陶瓷粉体的应用陶瓷粉体是制造各种陶瓷制品的必不可少的原料。
以下分别介绍其在建筑材料、电子元器件、汽车、生物医学等领域的应用。
1. 建筑材料陶瓷粉体可以用于建筑材料，如墙砖、地砖、水泥等。
高纯度的陶瓷粉末可以增加建筑材料的硬度、密度和韧性。
此外，陶瓷粉末对于加强建筑材料的耐热性、耐化学腐蚀性和耐磨性，也有显著的作用。
2. 电子元器件陶瓷粉体可以用于制造电子元器件，如电容器、晶体管、压敏电阻器、传感器等。
这些元器件需要高纯度的陶瓷粉体来保证其性能和稳定性。
陶瓷粉体可以增加元器件的耐压、耐高温、抗干扰能力，同时还可以缩小元器件的尺寸和重量。
3. 汽车陶瓷粉体可以用于汽车零部件。
陶瓷粉体可以制成高强度、低密度的车轮、刹车盘和发动机部件，以提高汽车的安全性和效率。
在发动机内部，使用陶瓷粉体制成的活塞、活塞环和汽缸套等部件，可以提高发动机的效率和可靠性。
陶瓷材料的制备
4、凝胶注模成型 、 原位凝固成型 坯体固化过程中没有收缩且原位固化保证陶瓷坯体的均匀 性
（三）干燥与排塑
热空气干燥 电热干燥 辐射干燥 （高频、微波、红外）
干燥
排除粘合剂，为烧成创造条件 排塑 是坯体获得一定的机械强度 避免粘合剂在烧成时的还原作用
（四）烧成 • 陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总和 • 减少成型体中气孔，增强颗粒间结合，提高机械 强度
固相反应法 溶出法
（二）成型
成型
干法成型
干压成型
等静压成型
湿法成型
注浆成型
热铸压成型
挤压成型
轧膜成型
注射成型
原位凝固成型
快速无模成型
1、等静压成型 、 • 利用液体或气体能够均匀的向各个方向传递压力的特性来 实现均匀受压成型
粉料装入弹性模具
放入具有液体或气体的高压容器中
用泵加压
压制成与模具相像的坯体
陶瓷
传统（普通）陶瓷
现代（先进）陶瓷
建筑砖瓦、日 用器皿、卫生 用具、美术装 饰制品等
结构陶瓷
功能陶瓷
高强度、硬度、弹性模量 耐高温、磨损 抗氧化、腐蚀
具有电磁、 光、声、超 导、化学、 生物学特性
传统陶瓷与现代陶瓷的主要区别
区别点 原料 成分 成型 烧成 传统陶瓷
天然矿物原料 主要有粘土、长石、石英的产地决 定 注浆、可塑成型为主 温度一般1350以下，燃料以煤、油、 气为主
1、烧成步骤
保温阶段
升温阶段
冷却阶段
2、烧成过程影响因素
3、烧成方法
烧 成 方 法
常 压 烧 成
热 压 烧 结
热 等 静 压 烧 结
反 应 热 压 烧 结
陶瓷材料的制备
(4)等静压成形
等静压成形过程是将粉料装进一个有弹性的模具内
，密封，然后把模具连同粉料一起放在充有液体或
气体的高压容器中。封闭后，用泵对液体或气体加
压，压力均匀地传送到弹性模壁，使粉料被压成与
模具形状相像的压实物，但尺寸要比模型小一些。 受压结束后，慢慢减压，从模具中取出坯体。
4.坯体干燥
成形后的各种坯体，一般都含有较高的水分，尤其是可塑成
及含空气量低。可塑法成形是陶瓷生产中最常用的
一种成形方法。
石英需要煅烧以便于粉碎。通常的脉石英或石英岩质地坚硬
，粉碎困难，通过煅烧到900~1000℃，低温β石英转变为α 石英，其体积发生骤然膨胀，致使石英内部结构疏松，利于 粉碎。煅烧后若在空气中或冷水中急冷可加剧内应力，促使 碎裂。
原料中的Fe含量对烧成后陶瓷的颜色有很大影响，对烧后
(1)可塑成型在坯料中加入水或塑化剂，捏练成可
塑泥料，经手工、挤压或机械加工成型。普通陶 瓷中应用较多。
(2)注浆成型将浆料浇注到石膏模中成型，常用于
制造形状复杂、精度要求不高的建筑陶瓷等。
(3)压制成型在粉料中加入少量水分或塑化剂，在
金属模具中加较高压力成型。主要用于特种陶瓷
和金属陶瓷。
ｄ．钡长石（BaO· Al2O3· 6SiO2）。
在地壳中单一的长石很少，多数是几种长石的互溶物。钾长石一
般呈粉红色，比重为2.56～2.59，莫氏硬度为6～6.5，断口呈玻
璃光泽，解理清楚。钠长石和钙长石一般呈白色或灰白色，比重 为2.5，其他物理性能与钾长石近似。其熔融温度分别为：钾长
石1190℃，钠长石1100℃，钙长石1510℃。
在陶瓷生产中使用的长石是几种长石的互溶物，并
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。
陶瓷材料的制备及其物理性能分析
陶瓷材料的制备及其物理性能分析陶瓷是一种重要的材料，广泛应用于各个领域。
它具有硬度高、耐磨损、耐高温、绝缘性能好等优点。
本文将探讨陶瓷材料的制备及其物理性能分析。
一、陶瓷材料的制备陶瓷材料的制备主要包括原料选择、制备工艺和烧结三个方面。
1.原料选择陶瓷材料中最主要成分是氧化物和非氧化物。
常见的氧化物有氮化硅、碳化硅、氧化铝、二氧化钛等，非氧化物有陶瓷颗粒、碳纤维等。
选择合适的原料对于陶瓷的性能和质量大有影响。
2.制备工艺陶瓷的制备工艺主要包括粉体制备、成型和烧结三个过程。
粉体制备：将原料加工成所需要的细粉末。
成型：将粉末经过压缩成型后，注入具有硅的模具或注射成型。
烧结：通过高温处理，使成型体中的粉末颗粒结合成固体物质，从而获得高强度、高硬度的陶瓷制品。
3.烧结烧结一般分为两种方法：定向烧结和非定向烧结。
定向烧结是指将陶瓷制品放在离子束中烧结，以形成单晶结构，提高强度和均匀性。
非定向烧结是指将粉末形成的陶瓷坯体在大气中加热高温，从而将粉末颗粒烧结在一起。
二、陶瓷材料的物理性能陶瓷具有很多优良的物理性能，下面将逐一介绍。
1.硬度陶瓷的硬度非常高，常见的硬度测试方式是莫氏硬度测试。
氧化铝、碳化硼等陶瓷材料莫氏硬度均超过9。
2.抗压强度陶瓷的抗压强度也相对较高，常见的方法是用万能材料试验机进行测试。
氮化硼等高强度陶瓷抗压强度可以达到几千兆帕。
3.断裂韧性陶瓷的断裂韧性一般比较低，但有些特殊情况下如复合陶瓷材料能够达到很好的抗弯强度和断裂韧性。
4.绝缘性能陶瓷的绝缘性能优异，具有很好的耐电性和耐高温性。
过硬的氧化铝可用于制作高压绝缘子，HTCC（高温共烧陶瓷）可用于发动机火花塞和汽车排气传感器。
总之，陶瓷材料具有很高的热稳定性、硬度以及抗化学腐蚀的能力，因此被广泛应用于航空航天、电子领域、医疗器械、汽车制造、生物医学等领域。
第一章特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
Ao =A / V， 单位 m2/m3 或m-1 。
2、粉体颗粒的吸附与凝聚
粉体所以区别于一般固体而呈独立物态，是因为：一方 面它是细化了的固体；另一方面，在接触点上与其它粒 子间有相互作用力存在。此外，颗粒之间也相互附着而 形成团聚体。 附着：一个颗粒依附于其它物体表面上的现象。 附着力(force of adhesion)：存在于异种固体表面的引力。 凝聚：颗粒间在各种引力作用下的团聚。 凝聚力(agglomerative force) ：存在于同种固体表面间的 引力。
积、可压缩性、流动性和工艺性能有重要影响。
特种陶瓷的制备，实际上是将特种陶瓷的粉体原
料经过成型、热处理，最终成为制品的过程。因 此，学习和掌握好特种陶瓷粉体的特性，并在此 基础上有目的地进行粉体制备和粉体性能调控、 处理，是获得优良特种陶瓷制品的重要前提。粉
体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种。
3) 氧化还原法
非氧化物特种陶瓷的原料粉末多采用氧化物还原方法制备。 或者还原碳化，或者还原氮化。如SiC、Si3N4等粉末的制备。 SiC粉末的制备：将SiO2与碳粉混合，在1460～1600℃的加 热条件下，逐步还原碳化。其大致历程 如下： SiO2 + C → SiO+CO SiO + 2C → SiC+CO SiO + C → Si+CO Si + C → SiC Si3N4粉末的制备：在N2条件下，通过SiO2与C的还原-氮化。 反应温度在1600℃附近。其基本反应如下： 3SiO2+6C+2N2 → Si3N4 +6CO
2) 化合反应法
两种或两种以上的固体粉末，经混合后在一定的热力学条件 和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随气体逸出。化 合反应的基本形式： A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 钛酸钡粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成都是化学反应 法： BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2 Al2O3+MgO→MgAlO4 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3· 2SiO2
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。
陶瓷工艺学第一章原料ppt课件
热液蚀变型黏土： A12O3 含量高，
量黄铁矿、明矾石等含硫杂质。
S. iO2含量低，钛和碱金属含量低，但含少14
.
15
化学组成在一定程度上反映其工艺性质。
（1）SiO2 ：若以游离石英状态存在的SiO2多时，黏土可塑性降低， 但是干燥后烧成收缩小。
（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。 （3）Fe2O3＜1％ ，TiO2 ＜0.5％ ：瓷制品呈白色，含量过高，颜色 变深，还影响电绝缘性。
随着地质条件不同，含有少量的碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属 氧化物CaO、MgO，以及着色氧化物Fe2O3、TiO2等。
结晶水一般不进行直接测定，而以“灼烧减量”的形式测定：除了结晶 水外，还包括碳酸盐的分解和有机物的分解、挥发等。
风化残积型黏土：一般SiO2含量高，A12O3含量低，铁含量高于钛，富 含游离石英及未风化的残余长石，化学组成和矿物组成很不稳定。
.
9
长石及绢云母通过风化作用转化为高岭石的反应：
风化生成的基本产物是Al2Si2O5(OH)4，称为高岭石，主要由高岭石组成 的黏土就是高岭土。此外，还有可溶性的K2CO3、难溶性的CaCO3以及 游离的SiO2。
母岩不同，风化与蚀变条件不同，常形成不同类型的黏土矿物。
蒙脱石类黏土：由火山熔岩或凝灰岩在碱性环境中经热液蚀变形成
黏土是自然界产出的多种矿物混合体，普遍存在于各种类型的沉积岩 中，占沉积岩矿物组成的40%以上
各种富含铝硅酸盐的岩石，如长石、伟晶花岗岩、斑岩、片麻岩等， 经过漫长地质年代的风化或热液蚀变作用，均可形成黏土。
经风化或蚀变作用而生成黏土的岩石统称为黏土的母岩。
母岩经风化作用而形成的黏土产于地表或不太深的风化壳以下，而经 热液蚀变作用而形成的黏土常产于地壳较深处。
微波陶瓷材料的制备与性能研究
微波陶瓷材料的制备与性能研究第一章绪论微波陶瓷材料是一种广泛应用于电子、通信、雷达、导航、医疗等领域的高技术陶瓷材料。
其优异的介电性能、抗氧化性、高温软化性使得微波陶瓷材料成为各种微波元部件（如隔板、突频环、滤波器、相移器等）的关键材料。
微波陶瓷材料的制备与性能研究是微波技术领域的重要研究课题。
第二章微波陶瓷材料的制备微波陶瓷材料的制备方法有多种，包括固相反应法、溶胶-凝胶法、可溶性盐法、微波水热法等。
其中，固相反应法是应用最广泛的一种制备方法。
其制备过程如下：首先，将经过粉碎、筛分处理的陶瓷原料粉末混合均匀，然后在高温下进行烧结，最终制成微波陶瓷材料。
另一种常用的制备方法是溶胶-凝胶法。
其制备过程需要经过溶胶凝胶、干燥和烧结这三个步骤。
首先，将陶瓷原料中的金属离子通过水解、缩聚反应形成胶体溶胶，并进行凝胶化处理。
然后，对凝胶进行干燥制成浸渍体，最后在高温下进行烧结，形成微波陶瓷材料。
相比于固相反应法，溶胶-凝胶法可以得到更细致均匀的微波陶瓷材料。
第三章微波陶瓷材料的性能研究微波陶瓷材料的性能研究主要包括介电性能、机械性能、热性能和化学稳定性。
介电性能是微波陶瓷材料最为重要的性能之一，通常采用介电常数和介电损耗角正切进行评价。
在微波频率范围内，介电常数的大小反映了微波陶瓷材料对电磁波的反应程度，介电损耗角正切则反映了材料本身的电磁波损耗情况。
机械性能是微波陶瓷材料在使用中所面临的另一个关键问题。
常见的机械性能参数包括压缩强度、抗弯强度、硬度和断裂韧性等。
微波陶瓷材料的机械性能直接影响着其使用寿命和稳定性。
热性能是微波陶瓷材料在高温下的稳定性。
由于一些微波元器件需要在较高温度下使用，因此，微波陶瓷材料的热性能尤为关键。
热性能的评价指标主要包括热膨胀系数、热导率、热稳定性和耐热疲劳性等。
化学稳定性是微波陶瓷材料在特定环境下所面临的问题。
相比于常规陶瓷材料，微波陶瓷材料要求更高的化学稳定性，因为其使用环境常常是较为恶劣的。
高技术陶瓷 第一章 结构陶瓷材料-第一节 氧化物陶瓷材料
7/20/2013 安徽工业大学 材料科学与工程学院
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安徽工业大学 材料科学与工程学院
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② 注浆成型法
氧化铝陶瓷注浆成型是最早使用的成型方法之一。优点是易于 制造大尺寸且外形复杂的部件，模具为石膏模，成本低；缺点 是生产周期长，占地面积大，坯体烧成收缩大。 注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。 以水为介质，再加入解胶剂（分散剂）和黏接剂，充分研磨搅 拌后排气，然后倒入石膏模，利用毛细管力使浆料液体排除， 浆料渐渐固化于模具内。
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安徽工业大学 材料科学与工程学院
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(1) 铵明矾热分解法
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（2）有机铝盐加热分解法
该法是将烷基铝和铝醇盐加水分解而制得氢氧化铝，再进行焙烧， 从而制得氧化铝粉末，可得到纯度很高的氧化铝。
（3）铝的水中放电氧化法
该法的要点是将直径为10-15mm扁平的高纯度（99.9%）金属铝颗粒 浸于纯水中，将电极插入其中进行高频火花放电，则铝颗粒激烈运 动，与水反应生成氢氧化铝胶体，将此胶体干燥、煅烧而制得高纯 氧化铝粉末。
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安徽工业大学 材料科学与工程学院
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1.1.1.4 氧化铝陶瓷的制造工艺
(1) 粉体的制备 (2) 成型 (3) 烧结
(1) 粉体的制备
① 制备的陶瓷所需要的氧化铝粉体的质量要求 ② 粉体的添加剂
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陶瓷材料教案
《陶瓷材料学》教案材料科学与工程学院王玉金2012年3月第0章序论一、陶瓷概论1. 三大材料：金属材料有机高分子材料无机非金属材料（陶瓷）2. 陶瓷材料特点1) 种类多: 原料品种多2) 性能广：力学、热学、电学、磁学、光学、生物3) 制备工艺不同3. 陶瓷的分类(1) 广义、狭义(2) 功能结构陶瓷：发挥其机械、热、化学等功能，要求耐高温、耐腐蚀、耐磨损 功能陶瓷：利用其电、磁、声、光、热、弹性等直接效应以及它们的偶合效应，所提供的一种或多种性质生物陶瓷：医学生物材料(3) 化学性质氧化物: Al2O3,ZrO2,TiO2,SiO2,MgO,ZnO碳化物: SiC, TiC, B4C, ZrC, HfC, TaC氮化物: Si3N4,TiN,ZrN,BN,GaN硼化物：TiB, TiB2,ZrB2, MgB2硅化物：MoSi2硫化物：ZnS卤化物：CaF2硅酸盐：LiAlSiO4(4) 形态单晶多晶复合材料z颗粒z晶须、纤维z薄膜、涂层z块材：致密材料，多孔材料二、本课程的内容体系及教学目的和要求1. 内容体系成分→工艺→组织→性能→应用第一章陶瓷材料的结构第二章表面、界面及陶瓷显微组织第三章陶瓷制备工艺原理第四章陶瓷材料的力学性能（重点）第五章陶瓷的强韧化（重点）第六章常用的机构陶瓷材料2.教学目的了解和掌握陶瓷材料的晶体结构、一般组织、制备方法、主要的力学性能，特别是强韧化机理和途径，及其分类和应用，为学生今后进一步从事相关材料的研究打下基础。
3. 基本要求(1) 了解各种陶瓷材料的晶体结构和缺陷形式；(2) 掌握陶瓷材料各种力学性能与成分、组织的关系及其影响因素；(3) 掌握陶瓷及陶瓷基复合材料的韧化机理和韧化途径；(4) 熟悉陶瓷材料力学性能的测试方法及分析方法；(5) 了解常用的陶瓷材料的种类、性质及其应用；(6) 具备一定的科学实验能力，包括仪器选择、综合对比分析、合理使用等。
三、课程的学习方法及考核1. 教学方法：课堂讲解、课堂讨论2. 考核方法：平时成绩50％，期末成绩50％四、教材及参考书1.周玉，陶瓷材料学，哈尔滨工业大学出版社，19952.金志浩等，工程陶瓷材料，西安交通大学出版社，20003.郭瑞松等，工程结构陶瓷，天津大学出版社，20024.张清纯，陶瓷材料的力学性能，科学出版社，19875.关振铎等，无机材料物理性能，清华大学出版社，19926.张长瑞，郝元恺，陶瓷基复合材料—原理、工艺、性能与设计，国防工业出版社，2001第一章 陶瓷材料的结构1.1原子间结合力（1.1～1.3节参考陶瓷材料学）一、化学键强键：共价键陶瓷离子键金属键⎯金属弱键：范德华力氢键二、电负性A、B两种元素组成的陶瓷中离子键性比例：∆x＝⎜x A-x B⎜，∆x越大离子键性越强，∆x＝0为完全共价键性。
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这些氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基
本上还是原料处理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法， 但原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料，而已扩
大到化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料，
组成范围也延伸到无机非金属材料的范围中，并且出现了许 多新的工艺。
广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机 非金属固体材料和制品的通称。 德国陶瓷协会：“陶瓷是化学工业或化学生产 工艺的一个分支，包括陶瓷材料和器物的制造或进 一步加工成陶瓷制品(元件)。陶瓷材料属于无机非 金属材料，最少含30％结晶体。一般是在室温中将 原料成型，通过800℃以上的高温处理，以获得这 种材料的典型性质。有时也在高温下成型，甚至可 经过熔化及析晶等过程。” 美国和日本等国：Ceramics是包括各种硅酸盐 材料和制品在内的无机非金属材料的通称，不仅指 陶瓷，还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。
§1.3 陶瓷的应用
陶瓷是人民日常生活中听不可缺少的日用品，几千年来 一直是人类用以生活的主要餐具、茶具和容器。
陶瓷又是制造美术陈设器皿的最耐久最富于装饰性的材
料，在我国外贸中占有一定的地位。 陶瓷又是一个原料来源丰富，传统技艺悠久，具有坚硬、 耐用及一系列优良性质的材料，在建筑、电力、电子、化学、 冶金工业等，甚至农业和农产品加工中都大量应用。
2. 氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬 物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外， 它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。 而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000C以上，急剧 冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是氮化硅具有如此良好的特 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。 3. 人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。红宝石 呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则 是由于其中混有少量含钛化合物。 1900年，科学家曾用氧化 铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g~4g的红宝 石。 现在，已经 能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。
(NH4)2Fe(SO4)2nH2O ＋NiSO4 nH2O ＋ MnSO4 nH2O 溶液 搅拌、控制pH~5
H2C2O4nH2O 溶液
FeNiMn(C2O4)3nH2O沉淀 过滤、洗涤、烘干 FeNiMn(C2O4)3nH2O粉体 ~850C煅烧2h XRD分析相组成， ICP分析化学组成 FeNiMnO4粉体
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化
学功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其 它功能材料等。
关于功能陶瓷：
功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线， 或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能 一点都不过分。它们在电、磁、声、光、热等方面具备的 许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还 是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电 子状态或原子核结构。 超导陶瓷就是功能陶瓷的杰出代表。1987年美国科学 家发现钇钡铜氧陶瓷在98K时具有超导性能，为超导材料 的实用化开辟了道路，成为人类超导研究历程的重要里程 碑。 压电陶瓷在力的作用下表面就会带电，反之若给它通 电它就会发生机械变形。
§ 2.1 高温固相反应法
球磨剂 煅烧 球磨 混合
（选择适当温度 和煅烧时间）
称量（按化学计
量比）
二次球 磨混合
NiFe2O4 1. 氧化物途径: Fe2O3+NiO→NiFe2O4
Fe2O3
NiO
2. 盐分解途径: FeC2O4nH2O+NiNO3nH2O→NiFe2O4
高温固相反应法示意图
§ 1.2 陶瓷的分类
陶瓷
普通陶瓷
特种陶瓷
日用陶瓷 (包括艺术 陈列陶瓷)
建筑卫 生陶瓷
化工陶瓷*
化学瓷*
电瓷
结构陶瓷
功能陶瓷
按陶瓷概念和用途来分类
*化工陶瓷(Chemical stoneware):
用于制造化工设备中耐酸腐蚀部件的陶瓷。按品种分 类有泵、鼓风机、印板机、阀门、容器、塔类、填料、 耐酸耐温砖等。
(NH2)2CO+3H2O2NH4OH+CO2 生成的NH4OH与其中金属离子反应，生成均匀细小的沉淀 特点：能生成粒径均匀细小的纳米微粒，如Zr(OH)4和 Al(OH)3等。
化学沉淀法特点：
1. 制备的粉体种类较多；
2. 粉体粒径较细，烧结活性较高 ； 3. 粉体的化学均匀性较固相反应法好； 4. 化学计量难以控制（由于各种离子在 一定的 pH 值下的溶度积不同）。
* 化学瓷( Chemical porcelain):
硬瓷的一种。具有优良的耐化学腐蚀性和耐热震性，以 及高的机械强度。广泛应用于化学工业、制药工业和化学试 验室中。例如坩埚、蒸发皿、漏斗、研钵、瓷管、瓷舟等。 有些耐磨工业器材如球磨机筒、瓷球和瓷衬里砖等，也可按 照化学瓷的配料制造。
不同形状的特种结构陶瓷件
（组成是什么？）
2. 均相沉淀法
一般沉淀过程是不平衡的，但如果控制溶液中沉淀剂的 浓度，使之缓慢增加，则使溶液中的沉淀处于平衡状态，且 沉淀能在整个溶液中均匀出现，这种方法称为均相沉淀。通 常是通过溶液中的化学反应使沉淀剂慢慢地生成，例如随着 尿素水溶液的温度逐渐升高至70C附近，尿素。会发生分解：
2. 柠檬酸-乙二醇溶胶-凝胶法 在硝酸盐或乙酸盐溶液中添加适量的柠檬酸 （或其它络合剂），调节适当的pH值，金属离 子被柠檬酸分子络合，再加入乙二醇（或其它 多元醇），在适当的温度下搅拌回流，促使柠 檬酸分子之间发生酯化反应，生成溶胶颗粒， 形成透明溶胶；溶胶颗粒间进一步发生酯化反 应，形成凝胶。将凝胶脱水、煅烧，形成超细 复合氧化物粉体。
电容器陶瓷能储存大量的电能，目前全世界每年生产的 陶瓷电容器达百亿支，在计算机中完成记忆功能。 敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、力等外界条件的变化 而产生敏感效应：热敏陶瓷可感知微小的湿度变化，用于测 温、控温；而气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有 毒、有害气体进行监测、控制、报警和空气调节；而用光敏 陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、自动曝 光、和自动记数。磁性陶瓷是部分重要的信息记录材料。 此外，还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶 瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进 剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻 尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自 动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、 精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热；
*关于结构陶瓷
在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强度、硬度韧 性等机械性能制成的各种材料。金属作为结构材料，一直被广 泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适 合在高温时使用。高温结构陶瓷材料的出现，弥补了金属材料 的弱点。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、 硬度大、耐磨损、密度小等优点。 1. 氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。 它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。利 用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉磨球 机，用来研磨比它硬度小的材料。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。
§ 2.2.2 溶胶－凝胶法（Sol-gel）
溶胶－凝胶法是60年代发展起来的一种制备 玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来此法用 于制备纳米微粒。经典的Sol-gel法的基本原理是： 将金属醇盐或无机盐经水解形成溶胶，再经缩聚、 溶剂的蒸发形成凝胶，再将凝胶干燥、焙烧，得 到纳米粉体。
1. 经典溶胶-凝胶法
Ti(s)与H2O(l)的直接反应会导致氧化钛和氢氧化钛的复杂 的混合物，而通过形成Ti(OCH2CH3)4(s)中间物的水解则可以 制得均匀的 Ti(OH)4 悬浮体。 Ti(OH)4 在这个过程中作为溶胶 存在，是一种超微粒子悬浮体。调节溶胶的酸、碱度可引起 两个Ti-OH键间的脱水反应： (HO)3Ti—O—H + H—O—Ti(OH)3 (HO)3Ti—O—Ti(OH)3+H2O 这是一类缩聚反应，反应中涉及两个反应物之间脱去小分 子如水。上述脱水聚合还可以发生中心钛原子的其它氢氧基 团之间，便产生了三维网状结构。这时产物是一种粘稠的超 微粒子悬浮体，称作凝胶。将凝胶在100~500℃加热干燥，除 去其中的液体，凝胶就变为纳米级的金属氧化物粉末。
阴极
电解质YSZ 阳极
YSZ具有阴离 子空位，O2可 在其中扩散
O2
H2
e
2H2+O2→2H2O
将化学能转变成电能！
SOFC的工作原理
中温燃料电池电解质是Smdoped CeO2（SDC），工 作温度为600C！
氨水作为沉淀剂
1. 原料混合
ZrOCl28H2O
按比例混合
YCl3
ZrOCl28H2O+YCl3
2. 加沉淀剂 NH4OH 3. 沉淀反应 ZrOCl2 + 2NH4OH + H2O Zr(OH)4 + 2NH4Cl 控pH、浓度搅拌、 YCl + 3NH OH Y(OH)3 + 2NH4Cl 3 4