陶瓷材料还有独特的光学性能
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陶瓷材料是由离子键或共价键结合的含有金属和非金
属元素的复杂化合物或固溶体。这种化学键具有很高的方向 性和很高的结合能，所以陶瓷材料很难产生塑性变形，裂纹 敏感性强。
一般地，陶瓷材料分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。
传统陶瓷
采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，
是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这 三种元素占地壳元素总量的90%，传统陶瓷来源丰富、 成本低、工艺成熟。可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝 缘陶瓷、化工陶瓷等。
1.陶瓷材料概述 2.实验目的 3.实验设备及材料 4.实验内容与步骤 5.注意事项 6.思考题
陶瓷材料概述
1.陶瓷材料介绍及分类
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过研磨、成型及高 温烧结等一系列工艺制成的一类无机非金属材料。它是硬而
脆的高熔点材料，具有低的导电性和导热性、良好的化学稳 定性及热稳定性、高的耐磨性、耐氧化性以及较高的压缩强 度等优点。
光学性能
陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器 材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高 压钠灯管等。
实验目的
1.了解陶瓷材料的制备原理及工艺。 2. 掌握使用ZnO粉体经研磨、压片及烧结制备陶瓷材料。
实验设备及材料
• 研磨：QM-3SP2行星式球磨机 • 压片：YP-30T型粉末压片
特种陶瓷
采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工
艺成型烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种 需要。可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、 金属陶瓷等。特种陶瓷具有特殊的力、光、声、电、磁 、热等性能。
表1 传统陶瓷与特种陶瓷的区别
类别
传统陶瓷
原 料 天然矿物原料
特种陶瓷
人工精制合成原料（包括氧化物和 非氧化物）
电性能
大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，用于制作各种电 压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡 BaTiO3）具有较高的介电常数，用于制作电容器。铁 电陶瓷在外电场的作用下，还能将电能转换为机械能。 少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。
化学性能
陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有 良好的抗腐蚀能力。
加 工 一般不需要加工
常需切割、打孔、研磨和拋光
Baidu Nhomakorabea
炊具、餐具、建筑、陈 主要用于航天、能源、冶金、交通、
用 途 设品
电子、信息、家用电器等
表2 陶瓷按化学成分的分类及具有代表性的材料
陶瓷类别 氧化物 碳化物 氮化物 硼化物
有代表性的主要陶瓷材料
Al2O3、SiO2、MgO、BeO、ZrO2、TiO2、V2O5、 MgAl2O4、ZnO、BaTiO3、CaTiO3、PbTiO3 SiC、TiC、WC、B4C Si3N4、TiN、BN、AlN、C3N4
注意事项
1.球磨前要使两个罐体的质量一致，从而保证球磨均匀。 2.压片过程中注意压强不要过大，防止将模具压坏。 3.倒模时，速度要缓慢，防止样品破裂。 4.箱式电炉使用过程温度较高，不要触摸炉体，放止烫伤。 5.烧结前的“陶瓷片”结合力较差，尽量小心取放。
思考题
1.为什么ZnO粉体在压制前要先进行球磨？ 2.为什么陶瓷材料的韧性都较低？
TiB2、ZrB2
2.陶瓷材料的性能特点
力学性能
陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料 ，其硬度大多在1500HV以上；陶瓷的抗压强度较高， 但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。
热性能
陶瓷材料一般具有高的熔点，在高温下具有极好的 化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良 好的隔热材料；陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发 生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。
FW-4型粉末压片机 • 烧结：SX-1300℃节能箱式电炉 • 材料：ZnO粉体
实验内容及步骤
1. 将ZnO粉体加无水乙醇后球磨24h，转速设置为200r/min； 2. 将球磨后产物放进干燥箱进行长时间烘干； 3. 烘干后先用研磨皿进行简单研磨，再加5wt％PVA进行造粒； 4. 造粒后，将粉料（称取2g）在10MPa的压力下压制成直径为 16mm、厚度约为2mm的圆片； 5.将压制好的陶瓷片放进箱式电炉中分别进行700℃、900℃和 1100℃三种不同温度的烧结。
分组安排：
分班进行，要求每2人制备一个陶瓷片。
谢 谢！
材料科学与工程学院 材料物理系 2014.11.28
成 型 注浆、可塑成型为主
压制、热压铸、注射、轧膜、流延、 等静压成型等为主
溫 度 一 般 在 1350C 以 下 ，结构陶瓷常需1600C左右高温烧结
烧 结 燃料以煤、油、气为主 功能陶瓷需按要求精确控制烧结温 度，燃料以电、气、油为主
以材料性能和使用效能为主，如耐
性 能 以外观效果和强度为主 磨、耐腐蚀、耐高温、以及各种敏 感特性
属元素的复杂化合物或固溶体。这种化学键具有很高的方向 性和很高的结合能，所以陶瓷材料很难产生塑性变形，裂纹 敏感性强。
一般地，陶瓷材料分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。
传统陶瓷
采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，
是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这 三种元素占地壳元素总量的90%，传统陶瓷来源丰富、 成本低、工艺成熟。可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝 缘陶瓷、化工陶瓷等。
1.陶瓷材料概述 2.实验目的 3.实验设备及材料 4.实验内容与步骤 5.注意事项 6.思考题
陶瓷材料概述
1.陶瓷材料介绍及分类
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过研磨、成型及高 温烧结等一系列工艺制成的一类无机非金属材料。它是硬而
脆的高熔点材料，具有低的导电性和导热性、良好的化学稳 定性及热稳定性、高的耐磨性、耐氧化性以及较高的压缩强 度等优点。
光学性能
陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器 材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高 压钠灯管等。
实验目的
1.了解陶瓷材料的制备原理及工艺。 2. 掌握使用ZnO粉体经研磨、压片及烧结制备陶瓷材料。
实验设备及材料
• 研磨：QM-3SP2行星式球磨机 • 压片：YP-30T型粉末压片
特种陶瓷
采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工
艺成型烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种 需要。可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、 金属陶瓷等。特种陶瓷具有特殊的力、光、声、电、磁 、热等性能。
表1 传统陶瓷与特种陶瓷的区别
类别
传统陶瓷
原 料 天然矿物原料
特种陶瓷
人工精制合成原料（包括氧化物和 非氧化物）
电性能
大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，用于制作各种电 压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡 BaTiO3）具有较高的介电常数，用于制作电容器。铁 电陶瓷在外电场的作用下，还能将电能转换为机械能。 少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。
化学性能
陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有 良好的抗腐蚀能力。
加 工 一般不需要加工
常需切割、打孔、研磨和拋光
Baidu Nhomakorabea
炊具、餐具、建筑、陈 主要用于航天、能源、冶金、交通、
用 途 设品
电子、信息、家用电器等
表2 陶瓷按化学成分的分类及具有代表性的材料
陶瓷类别 氧化物 碳化物 氮化物 硼化物
有代表性的主要陶瓷材料
Al2O3、SiO2、MgO、BeO、ZrO2、TiO2、V2O5、 MgAl2O4、ZnO、BaTiO3、CaTiO3、PbTiO3 SiC、TiC、WC、B4C Si3N4、TiN、BN、AlN、C3N4
注意事项
1.球磨前要使两个罐体的质量一致，从而保证球磨均匀。 2.压片过程中注意压强不要过大，防止将模具压坏。 3.倒模时，速度要缓慢，防止样品破裂。 4.箱式电炉使用过程温度较高，不要触摸炉体，放止烫伤。 5.烧结前的“陶瓷片”结合力较差，尽量小心取放。
思考题
1.为什么ZnO粉体在压制前要先进行球磨？ 2.为什么陶瓷材料的韧性都较低？
TiB2、ZrB2
2.陶瓷材料的性能特点
力学性能
陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料 ，其硬度大多在1500HV以上；陶瓷的抗压强度较高， 但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。
热性能
陶瓷材料一般具有高的熔点，在高温下具有极好的 化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良 好的隔热材料；陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发 生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。
FW-4型粉末压片机 • 烧结：SX-1300℃节能箱式电炉 • 材料：ZnO粉体
实验内容及步骤
1. 将ZnO粉体加无水乙醇后球磨24h，转速设置为200r/min； 2. 将球磨后产物放进干燥箱进行长时间烘干； 3. 烘干后先用研磨皿进行简单研磨，再加5wt％PVA进行造粒； 4. 造粒后，将粉料（称取2g）在10MPa的压力下压制成直径为 16mm、厚度约为2mm的圆片； 5.将压制好的陶瓷片放进箱式电炉中分别进行700℃、900℃和 1100℃三种不同温度的烧结。
分组安排：
分班进行，要求每2人制备一个陶瓷片。
谢 谢！
材料科学与工程学院 材料物理系 2014.11.28
成 型 注浆、可塑成型为主
压制、热压铸、注射、轧膜、流延、 等静压成型等为主
溫 度 一 般 在 1350C 以 下 ，结构陶瓷常需1600C左右高温烧结
烧 结 燃料以煤、油、气为主 功能陶瓷需按要求精确控制烧结温 度，燃料以电、气、油为主
以材料性能和使用效能为主，如耐
性 能 以外观效果和强度为主 磨、耐腐蚀、耐高温、以及各种敏 感特性