陶瓷材料学
陶瓷材料科学与工程
陶瓷材料科学与工程陶瓷材料科学与工程是一门研究陶瓷材料的结构、性能及其制备和应用的学科,涉及广泛的领域,包括材料化学、结构设计、材料制备和加工技术等。
陶瓷材料具有许多独特的优点,如高温稳定性、耐腐蚀性、绝缘性、低热膨胀系数等,因此在航空航天、电子、光电子、能源、医疗等领域有重要的应用。
陶瓷材料科学与工程的主要研究内容如下:1. 结构与性能:陶瓷材料的性能主要取决于其晶体结构、晶界、孔隙和结构缺陷等因素。
研究陶瓷材料的结构,并与其性能相联系,对于理解材料的力学、电学、热学等性质至关重要。
2. 材料制备与加工技术:陶瓷材料的制备与加工技术是提高材料性能和制备产品的关键。
其中包括烧结、熔融、溶胶凝胶、化学气相沉积、微波处理等多种技术手段。
研究不同的制备和加工方法,优化工艺参数,有助于提高陶瓷材料的制备效率和成型质量。
3. 材料性能测试与评价:通过对陶瓷材料的性能测试与评价,可以获得其力学性能、电学性能、热学性能等各项指标,进而有效地指导材料的选择和应用。
常用的测试方法包括硬度测试、断裂韧性测试、电学性能测量、热膨胀系数测量等。
4. 功能陶瓷材料:功能陶瓷材料是一类具有特殊功能或特定应用价值的陶瓷材料。
常见的功能陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、钛酸锶陶瓷、铁电压电陶瓷、磁性陶瓷等。
研究功能陶瓷材料的制备、性能调控和应用,对于满足社会的特定需求具有重要意义。
5. 陶瓷材料在新能源领域的应用:随着新能源的快速发展,陶瓷材料在新能源领域的应用也越来越重要。
例如,氧化物燃料电池使用的固体氧化物电解质就是一种陶瓷材料。
研究陶瓷材料在新能源领域的应用潜力,有助于推动新能源技术的发展和应用。
总之,陶瓷材料科学与工程是一门综合性学科,研究内容涵盖了材料的结构、性能、制备和应用等方面。
通过研究陶瓷材料的基础理论与实践技术,可以推动陶瓷材料的发展与应用,为解决许多关键科学和工程问题提供了重要的支持。
【注意】此回答参考资料摘自相关领域的学术文献和教材,如有需要,请结合具体情况查阅相关资料。
陶瓷材料力学性能.
微裂纹增韧
• 引起微裂纹的原因: • 相变体积膨胀产生微裂纹; • 由于温度变化基体相与分散相之间热膨胀系数不 同引发微裂纹; • 还可能是材料原来已经存在的微裂纹。
第六节 陶瓷材料的疲劳
• 一、陶瓷材料的疲劳类型
• 陶瓷材料的疲劳,除在循环载荷作用下存 在机械疲劳效应外,其含义要比金属材料 的要广。 • 静态疲劳:在静载荷作用下,陶瓷承载能 力随着时间延长而下降的断裂现象; • 动态疲劳:恒加载速率下,陶瓷承载能力 随着时间延长而下降的断裂现象。
第一节 陶瓷材料的结构
• 陶瓷材料的组成与结合键
负电性所体现的是一个原于吸住电子的能力,元素的负电性与其在 周期表中的位置有关,大约当负电性差∆X<0.4~0.5时,对形成固溶 体有利,当∆X增大时,则形成化合物的倾向增大。
• 陶瓷材料的显微结构
• 陶瓷材料由晶相、玻璃相和气孔组成。 • 如果玻璃相分布于主晶相界面,在高温下陶瓷材 料的强度下降,易于产生塑性变形。 • 气孔率增大,陶瓷材料的致密度降低,强度及硬 度下降。
结束
陶瓷材料疲劳特性评价
• 一般来讲,金属随着屈服强度增大,△Kth下降不多, 但KIC值显著降低,所以△Kth/KIC值增大。这表明随 材料屈服强度增加,其疲劳裂纹难以萌生,陶瓷材料 的△Kth /KIC值比金属大得多,说明陶瓷更难产生疲 劳裂纹。 • 陶瓷材料在室温及大气中也会产生应力腐蚀断裂,其 应力腐蚀门槛值KISCC与KIC的比值较钢低,陶瓷材料 的KISCC/KIC值比△Kth/KIC值大,所以陶瓷材料的应力 腐蚀开裂比疲劳更难产生。 • KISCC:应力腐蚀门槛值,应力腐蚀临界应力场强度 因子,是指试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断 裂的最大应力场强度因子。
《陶瓷材料》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
第八章 陶瓷材料
其他成型方法:
雕塑、拉坯、旋压、滚压、塑压、
注塑 2)注浆成型: 3)模压成型or压制成型;
3.烧成(烧结): 目的:除去坯体中溶剂(水)、粘结剂、增塑 剂等;减少气孔;增强颗粒间结合强度。 普通陶瓷在窑炉内常压烧结。这是决定陶瓷性 能、品质的主要工艺环节之一。分4个阶段: 1)蒸发期:室温---300℃。排除残余水分。 2)氧化物分解和晶型转化期:复杂化学反应。 主要有:粘土结构水的脱水;碳酸盐杂质分解; 有机物、碳素、硫化物的氧化;石英的晶型转 变(同素异构)。 石英的同素异构转变:α -石英----β -石英
(2)玻璃相:陶瓷制品在烧结过程中,有些物质如作为主 要原料的SiO2已处在熔化状态,但在熔点附近SiO2的 黏度很大,原子迁移困难,所以当液态SiO2冷却到熔点 以下时,原子不能排列成长为有序(晶体)状态,而形 成过冷液体。当过冷液体继续冷却到玻璃化转变温度时, 则凝固为非晶态的玻璃相。玻璃相的结构是由离子多面 体构成的空间网络,呈不规则排列。 玻璃相的作用:黏结分散的晶体相,降低烧结温度,抑 制晶体长大和充填空隙等。玻璃相的熔点低、热稳定性 差,使陶瓷在高温下容易产生蠕变,从而降低高温下的 强度。所以工业陶瓷须控制陶瓷组织中玻璃相的含量, 一般陶瓷中玻璃相约占30%左右。
3)玻化成瓷期:950℃—烧结温度。烧结 关键。坯体基本原料长石、石英、高岭土 三元相图的最低共熔点为985℃,随温度提 高,液相量增多,液相使坯体致密化,并 将残留石英等借助玻璃相连在一起,形成 致密瓷坯。 4)冷却期:止火温度—室温。此段,玻璃 相在750--550℃由β -石英---α -石英,在 液相转变为固相期间,必须减慢冷速,以 免结构变化引起交大内应力,避免开裂。
陶瓷材料科学与工程
陶瓷材料科学与工程《陶瓷材料科学与工程》陶瓷材料科学与工程是一门研究陶瓷材料的性质、制备和应用的学科。
陶瓷材料具有许多独特的性质,如高硬度、高耐热性、优异的绝缘性能和化学稳定性等,因此在各个领域中得到了广泛的应用。
陶瓷材料的制备过程通常包括粉体制备、成型和烧结三个步骤。
粉体制备对于陶瓷材料的性能有重要影响,可以通过不同的方法控制材料的颗粒大小、分布和形态。
成型过程是将粉末变成具有所需形状的绿胚的过程,常见的成型方法有注塑成型、挤出成型和压制成型等。
烧结是使绿胚在高温下形成致密的陶瓷材料的过程,通过控制烧结条件可以得到不同结构和性能的材料。
在陶瓷材料的研究中,有一些重要的概念需要关注,如化学成分、晶体结构和缺陷等。
化学成分是决定材料性能的关键因素之一,不同的元素组成会影响材料的化学稳定性、机械性能和导电性能等。
晶体结构对于陶瓷材料的性质也起着重要作用,常见的陶瓷材料结构有离子晶体结构、共价晶体结构和氧化物玻璃结构等。
缺陷是陶瓷材料中常见的存在形式,包括点缺陷和线缺陷等,它们对材料的力学性能、导电性能和光学性能等都有重要影响。
陶瓷材料在各个领域中有着广泛的应用。
在建筑行业中,陶瓷材料可以用于墙面瓷砖、地板砖和卫生洁具等;在电子行业中,陶瓷材料可以用作电子元件的基底材料和封装材料;在机械工业中,陶瓷材料可以用于制造高强度、耐磨损的零部件;在能源行业中,陶瓷材料可以用于制造高温、高压的燃烧室和气体涡轮发动机。
随着科学技术的发展,陶瓷材料科学与工程也在不断推进。
新的材料制备方法和工艺的提出,使得陶瓷材料的性能得到了进一步提高。
此外,陶瓷材料的研究也涉及到其他学科,如材料物理学、力学和光学等,这为进一步探索陶瓷材料的特性和应用提供了更广阔的空间。
总之,陶瓷材料科学与工程是一门既有理论又具有应用性的学科。
通过对陶瓷材料的研究,可以为各个领域的发展提供更先进的材料技术支持,推动技术和经济的进步。
陶瓷材料课件-PPT
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
陶瓷分类(3)
按成分 分类
氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO等) 碳化物陶瓷(SiC、B4C、WC等) 氮化物陶瓷(Si3N4、TiN、BN等) 新型碳化物陶瓷(C3N4等) 硼化物陶瓷(TiB2、ZrB2等) 复合陶瓷(3Al2O3·2SiO2(莫来石) 等)
普通陶瓷(硅酸盐材料)
玻璃相的作用
玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的组成相。
• 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。
二氧化硅还原法(固-气) 粘土矿物主要为高岭石类(包括高岭石、多水高岭石等)、蒙脱石类(包括蒙脱石、叶蜡石等)和伊利石类(也称水云母)等等。
玻 璃 相 熔 点 低 、 热 稳 定 性 差 , 在 封接方式包括玻璃釉封接、金属焊接封接、活化金属封接、激光焊接、固相封接等。
氧化锆固体电解质陶瓷
3SiO2+6C+2N2↔Si3N4+6CO
较低温度下开始软化,导致陶瓷在高 含量过高,颜色变深,还影响电绝缘性。
每个氧原子最多只有被两个[SiO4]所共有; 故工业陶瓷中玻璃相的数量要予以控制,一 般<20~40%。
温下发生蠕变,且其中常有一些金属 (二)长石的熔融特性
有的粘土则呈致密坚硬的块状。
电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管精选ppt10氧化物陶瓷al2o3zro2mgo等碳化物陶瓷sicb4cwc等氮化物陶瓷si3n4tinbn等新型碳化物陶瓷c3n4等硼化物陶瓷tib2zrb2等复合陶瓷3al2o32sio2莫来石等按成分分类普通陶瓷硅酸盐材料特种陶瓷人工合成材料按原料分类陶瓷分类3精选ppt11中国陶瓷技术小专题精选ppt12二陶瓷材料的结构精选ppt13陶瓷材料的结构组成陶瓷材料是多相多晶材料陶瓷结构中同时存在?晶体相晶相?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
陶瓷工艺学原料
黏土的可塑性主要取决于其所含黏土矿物的结构与性能。 黏土矿物主要是一些含水铝硅酸盐矿物,其晶体结构是由硅氧四面体组成 的[Si4O10]4- 层和由铝氧八面体组成的[AlO(OH)2 ] 层相互以顶角连接起来的 层状结构,这种层状结构在很大程度上决定了各种黏土矿物的性能。 除可塑性外,黏土通常还具有较高的耐火度、良好的吸水性、膨胀性和吸 附性。
生产陶瓷产品的成本结构中,原料部分占8%~10%。原料是陶 瓷工业的基础,原料的质量是影响坯釉料工艺性能、生产工艺 控制及产品性能的一个重要因素。研究和掌握各类原料的性能 和作用,对我们制订理想的配方,合理使用原料及确定适当的 生产工艺流程都有重要的意义。
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1.1 黏土类原料
黏土(clay)是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物 的混合体,其矿物粒径一般小于2 µm,主要由黏土矿物以及其它 一些杂质矿物组成。
高岭村
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2. 热液蚀变型 高温岩浆冷凝结晶后,残余岩浆中含有大量的挥发分及水,温 度进一步降低时,水分则以液态存在,但其中溶有大量其它化 合物。当这种热液(水)作用于母岩时,会形成黏土矿床,这 就称为热液蚀变型黏土矿,如苏州阳山土。
3. 沉积型黏土矿床 风化了的黏土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离原母岩后, 在低洼的地方沉积而成的矿床,称为二次黏土(也称沉积黏 土或次生黏土),如南安康垅,清远源潭。
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粘土的分类
• 按成因分类 1.原生粘土:一次粘土,母岩风化后在原地留下来的粘土,产生的可
溶性盐被水带走,因此质地较纯,耐火度高,颗粒较粗,可塑性差; 2.次生粘土:二次粘土、沉积粘土,由河水或风力将风化产生的粘土
材料科学中的陶瓷材料研究
材料科学中的陶瓷材料研究陶瓷材料作为一种重要的功能材料,在材料科学中拥有广泛的应用和研究价值。
本文将从陶瓷材料的定义、特性、制备方法及应用等方面进行讨论,展示材料科学中陶瓷材料研究的重要性和前沿进展。
一、陶瓷材料的定义与特性1.定义陶瓷材料通常指的是由非金属元素构成的无机非金属材料。
它们具有高熔点、硬度高、电绝缘性好、化学稳定性强、摩擦系数低等特点,广泛用于制陶、建筑、电子、化工、航空航天等领域。
2.特性陶瓷材料的特性主要包括高耐热性、高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
由于其晶体结构中存在大量离散的化学键,使其具有良好的电绝缘性和良好的化学稳定性,适用于高温、高压、强腐蚀环境下的应用。
二、陶瓷材料的制备方法陶瓷材料的制备方法多种多样,常见的制备方法包括烧结法、溶胶-凝胶法、电化学法等。
1.烧结法烧结法是一种常见的陶瓷材料制备方法,通过将原料粉末在高温条件下加热,使颗粒间发生熔结,形成致密的陶瓷体。
这种方法制备的陶瓷材料具有高密度、高强度和良好的机械性能。
2.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过溶胶形成凝胶,再通过热处理使凝胶转变为固体材料的方法。
这种方法可以制备出纳米级陶瓷材料,具有较高的比表面积和良好的化学均匀性。
3.电化学法电化学法是利用电化学反应在电极表面沉积或形成陶瓷材料的方法。
通过控制电解液的成分和工艺条件,可以得到具有特定结构和性能的陶瓷材料。
三、陶瓷材料的应用陶瓷材料在众多领域中都有广泛的应用,以下介绍几个典型的领域。
1.建筑领域陶瓷材料在建筑领域中主要应用于地砖、墙砖、卫生洁具等。
其硬度高、耐磨性好、易清洁等特性使得其能够满足建筑物的美观和功能性要求。
2.电子领域陶瓷材料在电子领域中被广泛用于制造电子元件,如电容器、电阻器、压电陶瓷等。
陶瓷材料的电绝缘性和压电效应使其成为电子元件的理想材料。
3.化工领域陶瓷材料在化工领域中常用于催化剂的载体和反应容器。
其稳定的化学性质和耐高温性使其能够适应各种苛刻的化学反应条件,并发挥良好的催化效果。
陶瓷材料教学教材
04 陶瓷材料的实际应用
CHAPTER
建筑陶瓷
建筑陶瓷的应用
建筑陶瓷主要用于建筑物的内外墙、地面、 卫生间的瓷砖等,具有美观、耐用、易清 洁等特点。
建筑陶瓷的生产工艺
建筑陶瓷的生产工艺主要包括原料制备、 成型、烧成等环节,需要经过多道工序才
能完成。
建筑陶瓷的种类
建筑陶瓷包括釉面砖、抛光砖、仿古砖等, 不同种类的建筑陶瓷具有不同的特性和用 途。
分类
根据其用途和性能,陶瓷材料可分为 普通陶瓷、特种陶瓷、新型陶瓷等。
陶瓷材料的特性与用途
特性
陶瓷材料具有高熔点、高硬度、 高耐磨性、抗氧化、耐腐蚀等特 性,同时还具有电绝缘性、磁性 、光学性能等特殊性能。
用途
陶瓷材料广泛应用于工业、建筑 、航空航天、电子、通讯、医疗 等领域,如机械零件、刀具、磨 料、耐火材料、陶瓷电路板等。
发展趋势
随着纳米技术的发展,纳米陶瓷的制备和应用将更加广泛。未来纳米陶瓷的研究将更加注 重材料的性能调控、应用拓展和环保性。
多孔陶瓷
总结词
多孔陶瓷是一种具有多孔结构的陶瓷材料,具有高比表面积、高孔隙率等特点。
详细描述
多孔陶瓷的制备方法主要包括添加造孔剂法、发泡法、溶胶-凝胶法等。由于其多孔结构的特点,多孔陶瓷具有优良 的吸附性能、过滤性能和催化性能等,广泛应用于环保、能源、化工等领域。
发展趋势
随着人口老龄化和医疗技术的不断发展,生物活性陶瓷的 应用前景越来越广阔。未来生物活性陶瓷的研究将更加注 重材料的生物相容性、骨传导性和耐腐蚀性的提高,以及 新应用领域的拓展。
谢谢
THANKS
发展趋势
随着环保意识的提高和能源技术的不断发展,多孔陶瓷的应用前景越来越广阔。未来多孔陶瓷的研究将 更加注重材料的结构调控、性能优化和应用拓展。
陶瓷材料学课程教学大纲
陶瓷材料学课程教学大纲陶瓷材料学课程教学大纲一、课程简介陶瓷材料学是一门研究陶瓷材料的组成、结构、性能及其相互关系的学科。
本课程旨在使学生掌握陶瓷材料的基本概念、理论和方法,了解陶瓷材料的制备工艺和技术,熟悉陶瓷材料的性能测试和表征方法,为从事陶瓷材料的研究、开发和应用打下坚实的基础。
二、课程目标通过本课程的学习,学生应能:1、掌握陶瓷材料的晶体结构、相图、显微组织等基本概念和理论;2、熟悉陶瓷材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等物理性能及其测试方法;3、了解陶瓷材料的制备工艺和技术,包括粉体制备、成型、烧结等;4、熟悉陶瓷材料的表面处理和改性方法;5、能够运用所学知识解决实际问题和创新设计。
三、课程内容本课程内容包括:1、陶瓷材料的基本概念和理论,包括晶体结构、相图、显微组织等;2、陶瓷材料的物理性能及其测试方法,包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等;3、陶瓷材料的制备工艺和技术,包括粉体制备、成型、烧结等;4、陶瓷材料的表面处理和改性方法;5、陶瓷材料的应用和前景。
四、课程形式本课程采用课堂教学、实验指导和习题课等多种形式进行教学。
其中,课堂教学为主,占总课时的60%以上。
在课堂教学中,将采用讲解、讨论、提问等多种方法,引导学生掌握知识,培养其独立思考和解决问题的能力。
实验指导和习题课将帮助学生加深对所学知识的理解,提高其动手能力和解决实际问题的能力。
五、课程评估本课程的评估将采用多种形式,包括:1、平时作业:布置适量的作业,要求学生在规定时间内完成,以检验学生对课堂内容的掌握情况;2、实验报告:要求学生根据实验指导和要求完成实验报告,报告应包括实验目的、实验步骤、实验结果和结论等;3、期中考试:在学期中安排一次考试,以检查学生对课程内容的掌握情况;4、期末考试:在学期末安排一次考试,全面考察学生对课程内容的掌握情况;5、其他:根据需要,安排课堂讨论、小组作业等形式,以评估学生的课堂参与和团队合作能力。
《陶瓷材料学》课程大纲
《陶瓷材料学》课程大纲课程代码0801161课程名称中文名:陶瓷材料学英文名:ScienceofCeramicsmateria1s课程类别专业课修读类别必修学分 2.0 学时32开课学期第5学期开课单位材料科学系适用专业无机非金属材料工程专业先修课程材料概论、材料科学基础后续有关专业课无机非金属材料工艺学、专业技能训练程和教学环节主讲教师/职称于刚/副教授、吴红亚/副教授、杨治刚/讲师考核方式及各环作业成绩+课堂讨论+实验+期末考试节所占比例(10%)+(10%)+(30%)+(50%)教材及主要参考(1)《陶瓷材料学》周玉编,科学出版社,2004年+ζ(2)《陶瓷材料导论》关长斌、郭英奎、刘玉成编,哈尔滨工程大学出版社,2005(3)《陶瓷导论》(美)金格瑞、(美)鲍恩、(美)乌尔曼编,高等教育出版社,2010(4)《现代陶瓷材料及技术》,曲远方主编,华东理工大学出版社,2002一、课程性质和目标《陶瓷材料学》属于无机非金属材料工程专业科学方向的必修课程。
本课程主要介绍陶瓷材料的类型、结构、合成与制备方法、性能特点及其应用领域等。
注重介绍当前工程行业内广泛应用的典型陶瓷材料(电子陶瓷、多孔陶瓷、高温结构陶瓷等),并以此为基础阐述材料的结构-性能■合成与制备之间的相互关系,结合课程内实验强化基础性实践技能的培养,为解决工程关键问题奠定理论和技术基础。
通过本课程的理论和实验教学,使学生具备基本的知识和能力,课程的具体课程目标如下:知识目标:•解释典型陶瓷材料的构效关系,正确选择合理的陶瓷合成制备加工方法和测试手段。
能力目标:•具备阅读、理解和翻译有关的科技英文文献和资料的能力,认识工程行业内特定陶瓷材料的发展现状和趋势,解释生产工艺对材料结构-性能的影响,认识到解决方案的多样性。
•具备操作关键实验设备的能力,以及使用现代软件对实验数据处进行采集、处理与分析的能力,并通过信息综合得到合理有效的结论。
材料科学中的陶瓷材料资料
材料科学中的陶瓷材料资料陶瓷材料是一种重要的材料类型,在材料科学领域具有广泛的应用。
本文将从陶瓷材料的定义、分类以及特点等方面进行探讨。
一、陶瓷材料的定义陶瓷来自拉丁文“terra cotta”,意为“烧土”,是一类由非金属无机材料经过高温烧成的制品。
其主要成分通常为氧化物,如氧化铝、氧化硅等。
陶瓷材料在化学成分、晶体结构以及物理性质等方面与金属材料存在明显的差异。
二、陶瓷材料的分类1. 根据结构分类陶瓷材料可以根据其结构分为晶体陶瓷和非晶体陶瓷。
晶体陶瓷由碳酸钙、氧化铝等晶体物质组成,具有明确的晶体结构。
而非晶体陶瓷则由无规则排列的无定形颗粒组成,例如玻璃。
2. 根据用途分类陶瓷材料可根据其用途分为结构陶瓷和功能陶瓷。
结构陶瓷主要应用于建筑、化工、电子等领域的结构材料,例如砖瓦、陶瓷管等。
功能陶瓷则具有特殊的物理、化学性质,常用于电子、光学、生物医学等领域。
三、陶瓷材料的特点1. 高硬度:陶瓷材料具有较高的硬度,通常远超过金属材料。
这使得陶瓷在耐磨损、耐腐蚀等方面表现出色。
2. 脆性:陶瓷材料的脆性是其独特的性质,即在受力作用下很容易产生破裂。
这使得陶瓷在某些情况下易发生断裂,因此在设计和制造过程中需要加强对其强度的控制。
3. 高熔点:陶瓷材料具有较高的熔点,通常远超过金属材料。
这使得陶瓷在高温环境下具有稳定的性能,可应用于高温装备。
4. 优异的绝缘性能:陶瓷材料具有良好的绝缘性能,不导电、不导热,因此被广泛应用在电子、光学等领域。
5. 耐高温性能:陶瓷材料具有优异的高温稳定性,在高温环境下不易发生变形、熔化等现象。
这使得陶瓷在耐热、耐火等方面具有显著优势。
四、陶瓷材料的应用陶瓷材料的广泛应用使得其在多个领域发挥重要作用。
以下是陶瓷材料在几个主要领域的应用:1. 建筑领域:陶瓷砖瓦常用于墙壁、地板的装饰和保护,具有美观耐用、易清洁等特点。
2. 电子领域:陶瓷常用于绝缘材料、电子元件、电子陶瓷电容器等的制造,具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
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一.名词解释
1.相变超塑性:靠陶瓷在承载时的温度循环产生相变来使材料获得超塑性。
2.组织超塑性:靠特定的组织结构在恒定的应变速率下获得超塑性。
3.抗热震性:陶瓷材料抵抗温度变化能力的大小。
4.玻璃的晶化:玻璃结构由长程无序结构的玻璃态转变成规则点阵结构的晶态的相变过程(析晶、失透、反玻化)。
5.均匀成核:在宏观均匀的玻璃中,在没有外来物参与,与相界、结构缺陷等无关的成核过程,又称为本征成核或自发成核。
6.非均匀成核:依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程,又称为非本征成核。
7.自由度数:在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中,可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。
8.组分:系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质。
9.独立组分数(c):决定一个相平衡系统成分所必需的最少的组分数。
10.相:相是体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和,相与相之间有界面,各相可以用机械方法加以分离,越过界面时性质发生突变。
11.形核率:单位时间,单位体积内所形成的晶核数目。
12.调幅分解:又称为增幅分解或拐点分解,它是一种特殊的固溶体析出形式,其特点是相变时不需要形核过程,而是通过自发的浓度起伏,浓度振幅不断增加,最终固溶体分解为浓度相同而结构不同的两相,即一部分为溶质原子富集区,另一部分为溶质原子贫化区。
13.相转变:指因温度或应力的变化引起晶体结构的变化。
通过分散相的体积变化可以向裂缝表面施加一个压缩应力,从而阻止裂缝增长,故成为一种增韧机理。
主要发生相转变的陶瓷是氧化锆及氧化锆与氧化铝的混合物。
二.简答
1.陶瓷的晶体结构?
答:(1)面心立方密堆结构;(2)六方密堆结构;(3)体心立方密堆结构。
2.离子晶体及其构成(离子半径)?
答:1)原子序数相近时,阴离子半径大于阳离子半径;
2)同一周期阳离子价数越大,离子半径越小;
3)同一周期阴离子,价数越大,离子半径越大;
4)变价元素离子,价数越大,离子半径越小;
5)同价离子原子序数越大,离子半径越大。
3.代表性晶体结构?
答:MX结构(4:4配位:闪锌矿结构ZnS、CuCl、AgI、ZnSe、b-SiC,纤锌矿结构:ZnS、ZnO、AgI、ZnSe;6:6配位:NaCl结构CaO、CoO、MgO、NiO、TiC、VC、TiN、VN、LiF;8:8配位:CsCl结构CsBr、CsI);MX2结构(b-方石英结构4:2;金红石结构6:3;萤石结构8:4);M2X结构(赤铜矿结构2:4;反萤石结构4:8;刚玉结构6:4);M2X3结构。
4.鲍林规则。
答:1)配位多面体规则,其内容是:“在离子晶体中,在正离子周围形成一个负离子多面体,正负离子之间的距离取决于离子半径之和,正离子的配位数取决于离子半径比”。
第一规则实际上是对晶体结构的直观描述,如NaCl晶体是由[NaCl6]八面体以共棱方式连接而成。
2)电价规则指出:“在一个稳定的离子晶体结构中,每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和,其偏差≤1/4价”。
3)多面体共顶、共棱、共面规则,其内容是:“在一个配位结构中,共用棱,特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。
其中高电价,低配位的正离子的这种效应更为明显”。
4)不同配位多面体连接规则,其内容是:“若晶体结构中含有一种以上的正离子,则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。
5)节约规则,其内容是:“在同一晶体中,组成不同的结构基元的数目趋向于最少”。
5.玻璃结构模型的两种学说。
答:无规则网络学说:认为像石英晶体一样,熔融石英玻璃的基本结构单元也是硅氧四面体,玻璃被看作是由硅氧四面体为结构单元的三度空间网络所组成,但其排列是无序的,缺乏对称性和周期性的重复,故不同于晶态石英结构。
当熔融石英玻璃中加入碱金属或碱土金属氧化物时,硅氧网络断裂,碱金属或碱土金属离子均匀而无序地分布于某些硅氧四面体之间的空隙中,以维持网络中局部的电中性。
晶子学说:认为玻璃是由无数“晶子”所组成。
晶子是具有晶格变形的有序排列区域,分散在无定形介质中,从“晶子”部分到无定形部分是逐步过渡的,两者之间并无明显界线。
6.影响结晶的因素。
答:温度,过冷度越大,成核生长驱动力越大,但是黏度也增大。
黏度,限制结晶速度。
杂质,少量杂质能促进成核。
界面能,固液界面能越小,核生长所需的能量越低。
7.陶瓷的显微结构包含什么?
答:晶相(晶相的种类,数量,形态,晶粒的大小、分布和取向、晶体缺陷);晶界(晶界的特征);玻璃相(玻璃相的含量、分布、应力分布);气相构成(气孔的大小、多少、分布、位置等,及研究裂纹的大小、形状分布等)。
8.调幅分解的热力学条件?阻力?
答:发生调幅分解的热力学条件是,合金的成分点必须位于自由能-成分曲线的两个拐点之间。
当固溶体降温至拐点线以内时,驱动力ΔGV<0,从而为调幅分解提供了必要条件,但这不是调幅分解的充分条件,这是因为调幅分解还存在着其他的阻力,主要有①梯度能:调幅分解时,固溶体中产生了尺寸很小的溶质原子贫、富区,在贫、富区之间的浓度梯度将会越来越陡,从而影响原子间的化学键,使原子的化学位升高,这部分能量称为梯度能。
②弹性应变能:调幅分解时,固溶体的点阵常数将随化学成分变化,如果溶质原子贫、富区间保持共格关系,必然使点阵发生弹性畸变而引起共格应变能。
9.增韧方式的简单原理。
答:1.微裂纹化机理:将氧化锆粒子引入另一种陶瓷基体如氧化铝。
温度低于转变点时,就发生四方-单斜的晶形转变,并伴随3-5%的体积膨胀。
由于只是小晶粒的体积膨胀,不会使整个材料开裂,只会在晶粒四周引发一些微裂纹。
由于这些微裂纹的存在,改变了晶粒周围的应力场。
当外部裂缝扩展经过这一晶粒时,就会发生裂缝偏移作用(陶瓷增韧部分),提高了断裂韧性。
氧化锆的粒度不能太小,太小则不能发生相转变;也不能太大,太大则会引发可增长的大裂缝。
为得到最大程度的增韧,氧化锆的加入量也必须在一个最佳水平。
2.应力引发相转变机理:氧化锆冷却通过转变区时,应该发生四方-单斜的相转变。
但如果氧化锆晶粒很细,且被周围的基体紧密压迫,相转变就无法发生。
如果此时有一个裂缝在材料中扩展,裂缝经过之处,尤其是裂缝尖端,会有很大的应力产生。
在应力作用下,基体对氧化锆晶粒的压迫不再起作用,氧化锆晶粒就会发生相转变。
相转变所产生体积膨胀反过来会压迫四周的基体,使晶粒本身和基体都处于一种压缩应力的作用之下。
此时,裂缝扩展的应力必须先要抵消掉压缩应力,才能继续扩展。
这样就对材料进行了增韧。
3.残余应力增韧:当主裂纹扩展,越到小于临界尺寸的微裂纹时,主裂纹发生偏转、分叉,吸收断裂能,使材料在更高的荷载下才能断裂,这一机制被称为微裂纹增韧机制。
如果尺寸较小,总膨胀应变小,不足以使基体产生微裂纹,就会以残余应力的形式存在下来。
当主裂纹扩展遇到残余应力时,残余应力释放,阻碍主裂纹的进一步扩展,这一机制被称为残余应力增韧。
一.1.陶瓷的晶体结构:(1)面心立方密堆结构(2)六方密堆结构(3)体心立方密堆结构2.钙钛矿:CaTiO3(体心、面心、顶点,体心、顶点、棱)
二.非晶的晶化过程:成核与生长
三.1.肖特基缺陷:空位机制。
弗莱克尔缺陷:质点移动形成间隙。
2.位错滑移和攀移:晶体本身体积不变,称为保守运动。
攀移伴随物质的迁移,需要热激活,比滑移需要更多能量,攀移引起晶体体积变化--非保守运动,过饱和空位有利于攀移。
3.相邻晶粒的位向不同,交界面叫晶粒界,简称晶界。
晶粒内部位向差极小的亚结构,交界为亚晶界。
位向差小于10o,小角度晶界;10o以上,大度角晶界。
四.1.扩散机制1、易位:两个质点直接换位2、环形扩散:同种质点的环状迁移3、准间隙扩散:从间隙位到正常位,正常位质点到间隙4、间隙扩散:质点从一个间隙到另一个间隙5、空位扩散:质点从正常位置移到空位
2.无序扩散、自扩散:没有化学浓度梯度的扩散,即无推动力示踪扩散:是没有空位或原子流动,而只有放射性离子的无规则运动。
晶格扩散:晶体体内或晶格内的任何扩散过程。
本征扩散:仅由本身的热缺陷作为迁移载体的扩散。
非本征扩散:非热能引起,如由杂质引起的缺陷而进行的扩散。
互扩散:存在于化学位梯度中的扩散。
晶界扩散、界面扩散、表面扩散:是指在指定区域内原子或离子扩散。
位错扩散、空位扩散、间隙扩散:属本征扩散。
体积扩散:晶格内部扩散。
九.1.相变增韧(氧化锆)2.纤维增韧:单向排布长纤维增韧、多维排布长纤维增韧3.短纤维、晶须及颗粒韧化:短纤维增韧、晶须增韧、颗粒增韧。