陶瓷系列-1-微观结构与力学性能 PPT
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陶瓷材料的力学性能PPT 60页PPT文档62页PPT
活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
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46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
END
陶瓷材料的力学性能PPT 60页PPT文 档
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
陶瓷工艺学显微结构与性质.pptx
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五、机械强度
提高釉面强度的有效方法是使釉面承受压应力，釉面承 受压应力的能力是其承受张应力能力的数十倍。
通常用下述两种方法使釉面承受压应力： 一是通过调整釉料组成，烧成后让釉面的热膨胀系数比 坯体的小，冷却时坯体收缩大于釉面收缩，釉面承受 压应力。 二是釉烧至成熟温度后，迅速冷却，结果是釉表层首先 冷却凝固，而内部还是塑性状态，内外存在温差，外 部收缩小，内部收缩大，形成釉面表层处于压应力， 内层处于张应力。
❖ 一般情况下，瓷坯中的残留石英的量会多于方石英的 量，因石英的热膨胀系数与玻璃体的热膨胀系数相差 较大，冷却时会在瓷坯中形成应力，对瓷坯的强度造 成影响。合理的石英颗粒能大大提高瓷坯的强度，同 时石英能使瓷坯的透光度和白度得到改善。
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4、气孔 ❖ 气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置对
多孔性陶瓷吸湿膨胀的原因是气孔吸收水分，吸收水分 与构成气孔壁的物质形成水和吸附而使胎体膨胀。
改善措施：1）烧成温度的提高将降低气孔率，从而减弱 吸湿膨胀性；2）减少碱金属氧化物含量，引入碱土金属 氧化物，如加入石灰石、白云石或滑石等原料，可以提 高玻璃相的化学稳定性，减小吸湿膨胀性。3）引入氧化 铝粉，对降低吸湿膨胀也有效。
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六、表面硬度 陶瓷表面硬度是指瓷胎表面或釉面抵抗外来压缩、摩
擦与刻划作用的能力。它是材料的一种重要力学性能。 陶瓷表面硬度测定的方法有莫氏硬度法、维氏显微硬
度法、流砂法以及玛尔登划痕法等四种。 前两种属静载压痕法，是目前陶瓷常用方法。它们都
是将一硬的物体在静载下压入被测物体表面，表面被 压入一凹面，以凹面单位面积上的荷载表示被测物体 硬度或者以凹面单位对角线长度的负荷表示被测物体 硬度。
五、机械强度
提高釉面强度的有效方法是使釉面承受压应力，釉面承 受压应力的能力是其承受张应力能力的数十倍。
通常用下述两种方法使釉面承受压应力： 一是通过调整釉料组成，烧成后让釉面的热膨胀系数比 坯体的小，冷却时坯体收缩大于釉面收缩，釉面承受 压应力。 二是釉烧至成熟温度后，迅速冷却，结果是釉表层首先 冷却凝固，而内部还是塑性状态，内外存在温差，外 部收缩小，内部收缩大，形成釉面表层处于压应力， 内层处于张应力。
❖ 一般情况下，瓷坯中的残留石英的量会多于方石英的 量，因石英的热膨胀系数与玻璃体的热膨胀系数相差 较大，冷却时会在瓷坯中形成应力，对瓷坯的强度造 成影响。合理的石英颗粒能大大提高瓷坯的强度，同 时石英能使瓷坯的透光度和白度得到改善。
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4、气孔 ❖ 气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置对
多孔性陶瓷吸湿膨胀的原因是气孔吸收水分，吸收水分 与构成气孔壁的物质形成水和吸附而使胎体膨胀。
改善措施：1）烧成温度的提高将降低气孔率，从而减弱 吸湿膨胀性；2）减少碱金属氧化物含量，引入碱土金属 氧化物，如加入石灰石、白云石或滑石等原料，可以提 高玻璃相的化学稳定性，减小吸湿膨胀性。3）引入氧化 铝粉，对降低吸湿膨胀也有效。
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六、表面硬度 陶瓷表面硬度是指瓷胎表面或釉面抵抗外来压缩、摩
擦与刻划作用的能力。它是材料的一种重要力学性能。 陶瓷表面硬度测定的方法有莫氏硬度法、维氏显微硬
度法、流砂法以及玛尔登划痕法等四种。 前两种属静载压痕法，是目前陶瓷常用方法。它们都
是将一硬的物体在静载下压入被测物体表面，表面被 压入一凹面，以凹面单位面积上的荷载表示被测物体 硬度或者以凹面单位对角线长度的负荷表示被测物体 硬度。
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
陶瓷的显微结构及性能课件
多功能陶瓷 随着科技的发展，对陶瓷材料的功能性要求越来越高，如 压电陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷等，这些多功能陶瓷在电 子、通信、医疗等领域有广泛应用。
生物陶瓷 生物陶瓷具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在生物医疗 领域有广泛应用，如人工关节、牙齿等。
环保与可持续发展
1 2 3
降低能耗 陶瓷产业是高能耗产业，通过技术进步和产业升 级，降低陶瓷产业的能耗，有利于环境保护和可 持续发展。
陶瓷在医疗领域中用于制造人工关节、牙 科材料等，如人工关节置换材料、牙齿修 复材料等。
CHAPTER 02
陶瓷的显微结构
陶瓷的晶体结构
01
02
03
晶体结构定义
陶瓷的晶体结构是指陶瓷 内部质点的排列方式，包 括原子、分子的位置和排 列顺序。
晶体结构的分类
根据原子排列的规律性， 陶瓷的晶体结构可分为晶 体和玻璃相两大类。
原料处理
对原料进行破碎、混合、干燥等处 理，以保证其均匀性和稳定性。
成型工 艺
塑性成型
利用黏土的可塑性，通过压滤、 挤压、注浆等工艺成型。
干压成型
将粉末状原料在模具中加压成型， 适用于形状复杂的陶瓷部件。
热压成型
在加热条件下加压成型，适用于 热塑性陶瓷材料。
烧成工艺
烧成温度
控制烧成温度，以实现陶瓷的完全烧结和性能优化。
晶体结构的稳定性
晶体结构的稳定性决定了 陶瓷的力学性能、热学性 能和化学稳定性等。
陶瓷的显微组织
显微组织的定义
陶瓷的显微组织是指陶瓷中晶粒的大 小、形状、分布和晶界特征等。
显微组织与性能关系
陶瓷的显微组织对其力学性能、热学 性能、电学性能和磁学性能等均有影 响。
显微组织的影响因素
生物陶瓷 生物陶瓷具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在生物医疗 领域有广泛应用，如人工关节、牙齿等。
环保与可持续发展
1 2 3
降低能耗 陶瓷产业是高能耗产业，通过技术进步和产业升 级，降低陶瓷产业的能耗，有利于环境保护和可 持续发展。
陶瓷在医疗领域中用于制造人工关节、牙 科材料等，如人工关节置换材料、牙齿修 复材料等。
CHAPTER 02
陶瓷的显微结构
陶瓷的晶体结构
01
02
03
晶体结构定义
陶瓷的晶体结构是指陶瓷 内部质点的排列方式，包 括原子、分子的位置和排 列顺序。
晶体结构的分类
根据原子排列的规律性， 陶瓷的晶体结构可分为晶 体和玻璃相两大类。
原料处理
对原料进行破碎、混合、干燥等处 理，以保证其均匀性和稳定性。
成型工 艺
塑性成型
利用黏土的可塑性，通过压滤、 挤压、注浆等工艺成型。
干压成型
将粉末状原料在模具中加压成型， 适用于形状复杂的陶瓷部件。
热压成型
在加热条件下加压成型，适用于 热塑性陶瓷材料。
烧成工艺
烧成温度
控制烧成温度，以实现陶瓷的完全烧结和性能优化。
晶体结构的稳定性
晶体结构的稳定性决定了 陶瓷的力学性能、热学性 能和化学稳定性等。
陶瓷的显微组织
显微组织的定义
陶瓷的显微组织是指陶瓷中晶粒的大 小、形状、分布和晶界特征等。
显微组织与性能关系
陶瓷的显微组织对其力学性能、热学 性能、电学性能和磁学性能等均有影 响。
显微组织的影响因素
陶瓷材料详解PPT课件
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
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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
2020年9月28日
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
陶瓷材料的显微结构PPT课件
(5)自补强Si3N4 基体：1μm左右细小的β-Si3N4； 中间分布物：长须状α-Si3N4、四方相晶体(含La化合物)
三、多相复合陶瓷
当第二相TiC粒子从7μm下降到0.8 μm， 强度从418增加到586MPa
➢TiC 与 基 体 SiC 之 间 存 在较大的热膨胀系数 与弹性模量差，在基 体中产生压缩应力；
由表面，直到材料断裂，从而提高了陶瓷的断裂韧性与强度。
②微裂纹分支增韧
主裂纹沿最大张应力的垂直方 向扩展，由于相变而受阻中断，裂 纹只能在偏离45o方向产生分支，也 相当于在剪应力方向再度扩展。
③微裂纹增韧
材料制备过程中，由高温降至 低 温 时 ， 一 些 晶 粒 的 t-ZrO2 自 发 地 相变到m-ZrO2，产生微裂纹，使材 料增韧。
99%瓷→1700℃。
二次重结晶，导致局部晶粒 易于长大。
原料本身不均匀； 成型时的压力因素； 烧成温度偏高； 局部不均匀的液相存在。
异常显微结构，晶粒大小分 布显著不均匀。
与添加剂的选用与加入量不 当有关
2、ZrO2陶瓷
广泛应用的： ➢钇-四方氧化锆(Y-TZP)； ➢镁-部分稳定氧化锆瓷(Mg-PSZ)； ➢铈-四方氧化锆瓷(Ce-TZP)； ➢复合陶瓷ZrO2-TiO2、ZrO2-Al2O3
强度也提高。
二、非氧化物陶瓷
Si3N4陶瓷
等轴状α型：低温型，六 方晶系； 长柱状型：高温型，六 方晶系。
(1)反应烧结Si3N4
3Si+2N2→ Si3N4 晶粒生长发育不十分完整，气孔较多，结 构比较疏松。这种工艺没有发挥氮化硅的 优良性能。室温抗折强度150~200MPa
(2)无压烧结Si3N4 Si3N4 粉+烧结助剂→陶瓷材料(1800℃以上温度) 由长柱状和短柱状两种晶形组 成，晶粒发育完好，相互交织， 形成结构致密的材料，室温强 度达到600~700MPa。
【大学课件】陶瓷材料的力学性能PPT
系.
12
3 弹性模量与材料致密度的关系
陶瓷材料的致密度对弹性模量影响很大， 弹性模量E与气孔率p之间满足下面关系式
E E0 (1 f1 p f2 p2 )（11－2）
式中，E0为气孔率为0时的弹性模量，f1及f2 为由气孔形状决定的常数。Mackenzie求出当气 孔A论l为2计O球算3陶形 的瓷时 比的， 较弹f。1性＝模1.量9，随f2气＝孔0.9率。的图变13化－及4给某出些理
➢ 11.1 陶瓷材料的弹性性能
➢ 11.2 陶瓷材料的强度及其影响因素
➢ 11.3 陶瓷材料的断裂韧性与热抗震性
.
1
陶瓷材料的化学键大都为离子键和共价键，键合 牢固并有明显的方向性，同一般的金属相比，其晶体 结构复杂而表面能小，因此，它的强度、硬度、弹性 模量、耐磨性、耐蚀性及耐热性比金属优越，但塑性、 韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。
区σf随温度升高变化不大；在中间温度B区，由于断裂 前产生塑性变形。因而强度对既存在缺陷的敏感性降
低，断裂受塑性变形控制，σf随温度的上升而有明显 的降低。此时的断裂应力受位错塞积机制控制，即σf ＝σ0＋k d－1/2；
.
40
当温度进一步升高时（C区）。二维滑移系开 动，位错塞积群中的一部分位错产生的交叉滑移 随温度的升高而变得活跃，由此而产生的对位错 塞积群前端应力的松弛作用就越发明显。所以在 此区域内，断裂应力有随温度的升高而上升的趋 势。
成最好为均匀的等轴晶粒，这样承载时变形均匀而
不易引起应力集中，从而使强度得到充分发挥。
.
37
综上所述，高强度单相多晶陶瓷的显微 组织应符合如下要求：
①晶粒尺寸小，晶体缺陷少； ②晶粒尺寸均匀、等轴，不易在晶界处引起应 力集中； ③晶界相含量适当，并尽量减少脆性玻璃相含 量，应能阻止晶内裂纹过界扩展，并能松弛裂纹 尖端应力集中； ④减小气孔率，使其尽量接近理论密度。
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
陶瓷系列-1-微观结构与力学性能
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显微组织对性能的影响
陶瓷的显微组织对其力学性能、热学性能、电学性能等都有重要影 响。
陶瓷的相变
01
02
03
相变定义
陶瓷的相变是指在一定温 度下，陶瓷内部晶相发生 转变的过程。
相变分类
根据相变过程中是否发生 晶体结构的改变，陶瓷的 相变可以分为同构相变和 异构相变。
相变对性能的影响
陶瓷的相变对其力学性能、 热学性能、电学性能等都 有重要影响。
频率性能和稳定性。
06
未来研究方向
提高陶瓷的力学性能
优化制备工艺
通过改进陶瓷的制备工艺，如采用先进的烧结技术、热处理工艺等， 提高陶瓷材料的致密度和均匀性，从而提高其力学性能。
引入增强相
在陶瓷基体中引入第二相增强相，如碳纳米管、晶须等，利用其增 强作用提高陶瓷的力学性能。
表面涂层处理
在陶瓷表面涂覆高硬度、高耐磨损的涂层，以提高其耐磨、耐腐蚀等 力学性能。
陶瓷系列-1-微观结构 与力学性能
目 录
• 引言 • 陶瓷的微观结构 • 陶瓷的力学性能 • 微观结构与力学性能的关系 • 陶瓷的应用 • 未来研究方向
01
引言
主题介绍
陶瓷材料是一种无机非金属材料，具 有高熔点、高硬度、高耐磨性等特点 ，广泛应用于工业、建筑、航空航天 、军事等领域。
陶瓷材料的微观结构对其力学性能具 有重要影响，因此研究陶瓷的微观结 构与力学性能之间的关系是陶瓷材料 研究的重要方向之一。
发展多功能陶瓷
Hale Waihona Puke 多功能化应用在保持陶瓷材料优异力学性能的同时，赋予其新的功能特 性，如电学、磁学、光学等特性，拓展其在新能源、电子 信息等领域的应用。
陶瓷材料的结构.pptx
能
综上所述，金
属材料的成分、 工艺、组织结构 和性能之间有着 密切的关系。
图2-11 两种晶粒大小不同的纯铁示意图
第12页/共35页
2.2 高分子材料的结构与性能
• 2.2.1 高分子材料的结构 • 1.大分子链的构成 • (1)化学组成 • 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，
另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳 是形成大分子链的主要元素。 • 大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳 链大分子、杂链大第13分页/共子35和页 元素链大分子。
2.晶面与晶向
图2-2 立方晶格中的一些晶面
第2页/共35页
3.金属晶体的类 (型1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格 (3)密排六方晶格
图2-3 体心立方晶胞
图2-4 面心立方晶胞
第3页/共35页
图2-5 密排六方晶胞
2.1.2 金属的实际晶体结构
1.单晶体和多晶体
图2-6 单晶体和多晶体结构示意图
图2-20 蠕变前、后分子构象变化示意图 ●应力松弛 如图2－21所示。
图2-21 应力松弛过程中分子构象变化示意图
第22页/共35页
●滞后与内耗 高聚物受周期性载荷时，产生 伸-缩的循环应变，如图2-22所示。
图2-22 橡胶在一个承载周期中的应力-应变曲线
第23页/共35页
图2-23可以看出高聚物的变形特点。A点为 初始状态，B点为屈服点，C点为断裂点。
第25页/共35页
陶瓷的典型组织结构包括： 晶体相（莫来石和石英） 玻璃相 气相
1.晶体相
（1）硅酸盐
硅酸盐基本结构具有以下特点: ①构成硅酸盐的基本单元为硅氧四面 体结构，如图2-24所示; ②硅氧四面体只能通过共用顶角而相 互结合; ③ Si4+通过 O2-结合， Si—O—Si 的结合键在氧上的键角接近于145° ; ④稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体 采取最高空 间维数互相结合; ⑤硅氧四面体采取比较紧密的结构结 合; ⑥同一结构中硅氧四面体最多只相差 1个氧原子。
综上所述，金
属材料的成分、 工艺、组织结构 和性能之间有着 密切的关系。
图2-11 两种晶粒大小不同的纯铁示意图
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2.2 高分子材料的结构与性能
• 2.2.1 高分子材料的结构 • 1.大分子链的构成 • (1)化学组成 • 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，
另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳 是形成大分子链的主要元素。 • 大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳 链大分子、杂链大第13分页/共子35和页 元素链大分子。
2.晶面与晶向
图2-2 立方晶格中的一些晶面
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3.金属晶体的类 (型1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格 (3)密排六方晶格
图2-3 体心立方晶胞
图2-4 面心立方晶胞
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图2-5 密排六方晶胞
2.1.2 金属的实际晶体结构
1.单晶体和多晶体
图2-6 单晶体和多晶体结构示意图
图2-20 蠕变前、后分子构象变化示意图 ●应力松弛 如图2－21所示。
图2-21 应力松弛过程中分子构象变化示意图
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●滞后与内耗 高聚物受周期性载荷时，产生 伸-缩的循环应变，如图2-22所示。
图2-22 橡胶在一个承载周期中的应力-应变曲线
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图2-23可以看出高聚物的变形特点。A点为 初始状态，B点为屈服点，C点为断裂点。
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陶瓷的典型组织结构包括： 晶体相（莫来石和石英） 玻璃相 气相
1.晶体相
（1）硅酸盐
硅酸盐基本结构具有以下特点: ①构成硅酸盐的基本单元为硅氧四面 体结构，如图2-24所示; ②硅氧四面体只能通过共用顶角而相 互结合; ③ Si4+通过 O2-结合， Si—O—Si 的结合键在氧上的键角接近于145° ; ④稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体 采取最高空 间维数互相结合; ⑤硅氧四面体采取比较紧密的结构结 合; ⑥同一结构中硅氧四面体最多只相差 1个氧原子。
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
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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
陶瓷的性能PPT课件
划痕硬度叫做莫氏硬度，用于陶瓷及矿物材料硬度测试。它只表示硬度由小 到大的顺序，不代表硬度的程度，后面的矿物可以划破前面的矿物表面。
一般莫氏硬度分为10级，后来因为有一些工人合成的硬度较大的材料出现， 又将莫氏硬度分为15级以便比较，表3-3莫氏硬度两种分级的顺序。
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3
表3-3
莫氏硬度顺序
顺序 材料 1 滑石
Ⅰ. 由于晶粒取向不同，位错运动会受到晶界的
障碍，而在晶界产生位错塞积；
Ⅱ. 材料中的杂质原子引起应力集中而成为位错
运动的障碍。
Ⅲ. 热缺陷，交叉（指位错组合、位错线与位错
或位错线与其它缺陷相互交叉）都能使位错运动受到
阻碍。
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当位错运动受到各种障碍时，就会在障碍前 塞积起来，导致微裂纹形成。
图2-2-1就是位错形成微裂纹示意图．
化学反应愈烈，裂纹扩展速度也愈快。
应力腐蚀理论的局限性：这一理论能解释许多实
验数据，但有人在真空中实验，也发现了疲劳现象，
说明单纯用应力腐蚀来说明疲劳现象是不够的。
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２．自由表面能降低 环境中的表面活性物质吸附在裂纹表面上使裂纹表面的自由表面能降低，这
就降低了断裂表面能。 自由表面能降低的局限性：自由表面能仅为断裂表面能的一小部分，即使像
硅酸盐玻璃这样的脆性材料，自由表面能也大约只有断裂表面能的30%，所以只 从自由表面能的降低来说明疲劳现象也是不够满意的。
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３．能量分布状态变化 裂纹附近由于应力集中，晶格结点能量分布状态发生变化，这些地方的
原子处于高能量状态，这就加速了空位运动和原子扩散传质。同时，环境影 响断裂表面能，从而影响空位的运动和原子传质。
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②、陶瓷
陶瓷中的玻璃相的主要作用是：
1)填充晶体相之间的空隙，并将分散的晶相粘结起 来，提高材料的致密度； 2)降低烧结温度，促进烧结； 3)玻璃相粘度高，阻止晶体转变，抑制晶体长大； 4)获得一定程度的玻璃特性，如透光性等。
美国和欧洲一些国家的文献已将“Ceramic”一词 理解为各种无机非金属固体材料的通称。
②、陶瓷
地壳中元素含量
②、陶瓷
黏土的主要成分
②、陶瓷
②、陶瓷
1） 晶粒 是陶瓷材料的主要组成相
①硅酸盐 硅酸盐是传统陶瓷的主要晶相。 ② 氧化物 氧化物是大多数典型陶瓷，特别是特种陶瓷的主要组 成和晶体相。最重要的氧化物晶体相有AO、AO2、A2O3、 ABO3和AB2O4等（A、B表示阳离子）。 ③非氧化物 是指不含氧的金属碳化物、氮化物、硅化物及硼化 物等，它们是新型陶瓷,特别是金属陶瓷的主要晶相和晶体相。主 要由高键能的共价键结合，但也有离子键和金属键。
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
3、α- Al2O3单晶体是良好的对红外线、可见光透明的材料。但 是以α - Al2O3为主晶相的多晶陶瓷通常并非如此。原因是材料 中存在尺度与红外线、可见光波长相当的缺陷（如玻璃相、气 孔、杂质相等）、晶界，引起透入光被不断地被散射、反射、 折射、干涉甚至被吸收，最后基本被消耗在材料内部。
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。
照明及光学应用：灯泡、激光器件、望远镜镜坯 航天工程：雷达天线罩、透红外性、飞机机翼热保护层 核工程：原子反应堆控制棒材料、反应堆用密封剂、放射
性废物处理； 医学及相关领域：人造牙齿，牙科修补材料，磷酸盐微晶
玻璃人工骨
二、结构陶瓷
❖ 结构陶瓷具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、耐冲 刷、抗氧化、耐烧蚀、高温下蠕变小等优异性 能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任 的严酷工作环境，因而广泛应用于能源、航空 航天、机械、汽车、冶金、化工、电子等领域。
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
红宝石：主要成分是氧化铝(Al₂O₃)。红色来自铬(Cr)， 主要为Cr2O3，含量一般0.1～3%，最高者达4%
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
主要成分是氧化铝（Al₂O₃）。 蓝色是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致。蓝宝石的 颜色，可以有粉红、黄、绿、白、 甚至在同一颗石有多种颜色
C曲线
冷却速度高于 临界冷却速度 以上时，金属 不再发生结晶
晶体形成温度与时间的关系
①、玻璃
※非晶态合金块材制备方法
大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成能力。 Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律： ⑴合金系由三个以上组元组成； ⑵主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差； ⑶各组元间有大的负混合热；
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃与陶瓷区别：
玻璃微晶化过程中产生的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生 相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而 陶瓷中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以 外，大部分是在制备陶瓷是通过组分直接引入的。
微晶玻璃与玻璃的区别：
微晶玻璃是微晶体（ 晶粒尺寸为0.1-0.5um）和残余玻璃相 组成的复合材料，而玻璃则是非晶态固体。微晶玻璃可以是 透明的或非透明的，而玻璃一般是透光率各异的透明体。
③、是玻璃还是陶瓷
玻璃的微晶学说
1921年列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发
现，玻璃加热到573℃时其折射率发生急 剧变化，而石英正好在573℃发生αβ型 的转变。在此基础上他提出玻璃是高分 散的晶子的集合体，后经瓦连柯夫等人 逐步完善。
微晶的尺度在2nm左右
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃炉具面板
透明微晶玻璃
烧结法：
配料→熔制→淬冷→粉碎→成形→烧结。 烧结法是通过淬冷后的细小颗粒的界面和表面晶化而形成微晶玻璃， 不必使用晶核剂。（利用缺陷成核）
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃的应用
一般机械工程的应用：轴承、泵、阀门、管道；热交换 器；窑炉建筑，建筑，高温密封剂，深水容器。
电力工程及电子技术中的应用：微晶玻璃与金属焊接、高 温绝缘、预置电路、微电子技术基片、电容器；
陶瓷系列-1-微观结构与力学性能
一、陶瓷材料的微观结构 ①玻璃 ②陶瓷 ③是玻璃还是陶瓷？
二、结构陶瓷 ①氧化物陶瓷 ②氮化物陶瓷 ③碳化物陶瓷
三、电功能陶瓷 四、铁氧体
一、陶瓷材料的微观结构
①、玻璃
晶体
玻璃Biblioteka ①、玻璃冷却速度须使金属不产生晶核也不发生晶核长大
Tm
开始 温
度
结束
液体 结晶
玻璃 时间
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（透射、反射、散射） 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。
原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分 Na2O·CaO·6SiO2
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
②、陶瓷
公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶 器。用陶土烧制的器皿叫陶器，用瓷土烧制的器皿 叫瓷器。陶瓷则是陶器，炻器和瓷器的总称。
②、陶瓷
黏土
高岭土
②、陶瓷
高岭土（即观音土）是富含高岭石这一矿物的土壤的 名称，而高岭石的主要成分是Al203·2Si02·2H20
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）