无机非金属材料导论-3章陶瓷
6无机非金属材料学课件-第三章第四节-陶瓷基本特征
无机非金属材料学
小结
总体来说，陶瓷材料的弹性模量与组成相 的种类和分布、气孔率及温度等的关系密 切，而与材料中各相的晶粒大小及表面状 态的关系不大，结构敏感性较小。
无机非金属材料学
➢ 陶瓷材料的机械强度
材料在外力作用下抵抗其破坏的能力。
无机非金属材料学
➢ 陶瓷的强度
陶瓷材料的强度，特别是用作高温结构材料的强度是材 料力学性能的重要表征。
E = E1V1 + E2V2+ 这里Vi代表各相占据的体积分数。 2）复合材料： 通常有 E > E1V1 + E2V2+ 这里Vi代表各相占据的体积分数。
无机非金属材料学
影响陶瓷材料弹性模量的几个因素
3）材料的组成相及显微结构： 随着气孔率的增加，陶瓷的弹性模量急剧下降。
4）弹性模量的数值与温度关系： 随温度的升高，原子间距增大，相互作用力减小，陶瓷 材料的弹性模量值降低， 但对某些材料也有例外，石英等材料随温度升高，弹性 模量值也随之增加。
αl=(dl/l)(1/dT)
l代表线度
➢如果将线度l换成体积V，就得到体膨胀系数
αV=(dV/VdT)
V代表体积
说明：对于各向异性的材料，需要在三个方向上的热膨胀系数 分量进行描述，如单晶；对于立方晶体和各向同性的材料，则 只需要一个量描述热膨胀系数，并且有：
α=3αl
无机非金属材料学
热膨胀
材料的热膨胀系数可正可负，与原子振动有关，亦即原子间排斥能 的变化大于吸引能时，原子间的平均距离增大，晶体体积增加，热 膨胀系数大于0，反之，热膨胀系数小于0.
无机非金属材料学
热应力
➢热应力是指在加热和冷却过程中，材料的热膨胀和收缩受 阻而产生的一种内应力，其本质是材料内部热膨胀不均匀。
无机非金属材料——陶瓷
无机非金属材料——陶瓷(1)传统陶瓷陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。
从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。
唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。
传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。
此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。
硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。
硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。
黏土的化学组成为Al2O3·2SiO2·2H2O，石英为SiO2，长石为K2O·Al2O3·6SiO2（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。
这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。
硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。
硅酸盐晶体中硅氧四面体［SiO4］是硅酸盐结构的基本单元。
在硅氧四面体中，硅原子以sp3杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si4+和O2-的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。
(2)精细陶瓷精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。
例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。
精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。
无机非金属陶瓷的知识
无机非金属陶瓷的知识陶瓷啊，这可是个很神奇的东西呢。
咱老祖宗就开始玩陶瓷了，那精美的瓷器，往外国一送，把外国人眼都看直了。
陶瓷属于无机非金属材料，这就像在材料这个大家庭里，它有着自己独特的家族身份。
你看，它不是金属，没有金属那种亮晶晶的感觉，也不会导电啥的。
陶瓷就像一个低调的隐士，默默地存在着，却有着自己独特的本事。
咱先说陶瓷的原料吧。
那原料就像是做馒头的面粉，是基础啊。
一般来说，陶瓷的原料主要是黏土这些东西。
黏土就像一个包容万象的母亲，能容纳各种其他的添加物。
比如说石英啊，长石啊，这些就像是来给黏土这个妈妈帮忙的小伙伴。
石英就像陶瓷里的硬骨头，给陶瓷增加硬度。
长石呢，就像一个调和剂，让陶瓷烧制的时候更加顺畅。
烧制陶瓷的过程那可是相当有讲究的。
这就好比是一场精心策划的魔法表演。
把陶瓷坯体放进窑里，就像把一个小婴儿放进摇篮里等待蜕变。
温度的控制是关键。
温度低了，那陶瓷就像发育不良的孩子，软趴趴的，没有那种应有的质感。
温度高了呢，就像火太大把饭烧焦了一样，陶瓷可能就会变形甚至开裂。
合适的温度下，陶瓷在窑里一点点发生着神奇的变化，就像蛹化成蝶一样，从一个土坯慢慢变成了精美的陶瓷。
陶瓷的种类那也是多种多样的。
有日用陶瓷，这就像我们家里每天都能看到用到的老实朋友。
像碗啊，盘子啊，这些日用陶瓷每天都在默默地为我们服务。
它们要保证质量好，不能有毒，毕竟是要和我们吃的东西打交道的。
还有建筑陶瓷呢，建筑陶瓷就像建筑的铠甲。
你看那些瓷砖贴在墙上，既美观又能保护墙体。
它们得足够坚固，就像一个坚强的卫士，能经受得住风吹雨打，岁月的磨砺。
再说说特种陶瓷。
特种陶瓷就像是陶瓷家族里的超级英雄。
它有着特殊的性能。
比如说，有些特种陶瓷有很好的耐高温性能。
这就像一个不怕火烧的勇士，在高温环境下还能泰然自若。
有些特种陶瓷有着良好的绝缘性，在电器设备里就像一个绝缘体的守护神，保证电路安全。
陶瓷的性能啊，和它的微观结构也有关系。
这就好比一个人的内在性格和他的成长环境相关。
无机非金属材料范文
无机非金属材料范文
陶瓷材料是一种由氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等无机非金属材
料组成的材料。
它们具有高硬度、高耐磨性、高耐温性和低热膨胀系数等
优点。
陶瓷材料通常用于制造陶瓷器、陶瓷砖、陶瓷瓷砖、陶瓷齿科材料、陶瓷陶瓷产品、电子陶瓷和结构陶瓷等产品。
玻璃材料是由硅酸盐和其他无机氧化物组成的材料，具有透明、透光、非晶态和不导电的特点。
玻璃是一种重要的建筑材料，用于制造窗户、门、玻璃幕墙和玻璃瓶。
玻璃材料也用于制造光学设备、电子器件和光纤等产品。
高分子材料也是一种无机非金属材料，是由高聚物组成的。
它们具有
高韧性、高耐热性和高绝缘性能。
高分子材料广泛用于制造塑料、橡胶、
纤维和胶粘剂等产品。
高分子材料通常用于制造食品包装材料、可降解材料、医疗器械和工业零件等产品。
复合材料是由两种或多种不同类型的材料组成的材料。
它们结合了各
种材料的优点，具有高强度、耐磨性、耐腐蚀性和低重量等优点。
复合材
料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和体育器材等领域。
常见的复合
材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和金属基复合材料等。
石料材料是一种由石英、方解石和长石等矿石组成的材料。
它们具有
高硬度、高耐磨性和高耐火性。
石料材料广泛用于建筑、道路、铁路和桥
梁等建筑工程中。
常见的石料材料有花岗岩、大理石、石英石和石灰岩等。
无机非金属材料工学陶瓷
以 Fe2O3计算赤铁矿（Fe2O3），多为黏土带入。
2
以TiO2计算金红石（TiO2），多为黏土带入。
3
剩余的SiO2为石英。
4
二、示性矿物的计算
三、根据矿物组成计算配方
主要是要考虑黏土中的长石、石英。计算黏土含量时应扣除其中的长石、石英，而计算长石、石英时应考虑黏土已经存在的量。
四、由化学组成计算配方
收缩性， 干燥收缩和焙烧收缩；
烧结温度与烧结范围
四、粘土的工艺性质
五、陶瓷中粘土的作用
粘土在陶瓷中起粘结作用。
第二节 石英
单击此处添加文本具体内容
PART.04
性质：以SiO2为主，其他杂质很少。
02
种类：脉石英、石英砂岩、石英岩（变质）、石英砂；
01
一、种类和性质
二、石英的相变
加快干燥；
原料的预处理和精选；（石英预烧、清洗等，注意：书P245，β-石英是错误的）
原料的粉碎；
泥浆的筛分、除铁、搅拌；
三、工艺要点
泥浆的脱水；
陈腐，即将泥料在一定温度、湿度的环境下储存一定时间，使泥料中的水分分布更加均匀，黏土颗粒充分水化和产生离子交换，细菌使有机物分解为腐殖酸，从而提高泥料的可塑性；
3
二、示性矿物的计算
二、示性矿物的计算
以Al2O3的含量总量减去长石中的Al2O3的含量，剩余的Al2O3计算高岭石（Kao：Al2O3·2 SiO2·2H2O）或蒙脱石（Mt：CaO·Al2O3·4 SiO2·nH2O）伊利石（I：K2O·3Al2O3·6 SiO2·2H2O）。
以MgO计算菱镁矿（MgCO3）或滑石（3MgO·4 SiO2· H2O）。
材料科学导论第三章 陶瓷的晶体结构1
要求:
•
无机非金属材料典型的晶体结构类型
• 晶胞分析和描述——晶系、基本格子、晶胞原子 数、等同点分析、正负离子配位数（CN）、质点 坐标、四面体和八面体空隙数量、位置及被占据情 况 • • 同晶型典型物质及特性 熟记几个典型晶体结构图
材料科学导论
§3.2 简单氧化物的晶体结构
1.AB型化合物结构
材料科学导论
二、正、负离子的堆积方式取决于以下两个因素：
1.正、负离子的电荷大小
晶体必须保持电中性，即所有的正离子的正电荷应等于所 有的负离子的负电荷。
2.正、负离子的相对大小
由于正负离子的外层电子形成闭合的壳层，可以把离子看 成具有一定半径的刚性圆球。在离子晶体中，一些原子失 去外层电子而成为正离子，另一些则得到外层电子而成为 负离子，通常正离子小于负离子，即
（2）rNa+/rCl-=0.525 （3）CN+ ＝ CN ＝6 （4）--- Cl—离子按立方最紧密堆积方式堆积， Na+离子充 填于全部八面 体空隙。 --- Na+ 离子的配位数是6 ，构成Na--CI八面体。NaCI 结构是由Na-CI八面体以共棱的方式相连而成
-
--- Na+ 离子位于面心格子的结点位置上， CI—离子也 位于另一套 这样的格子上，后一个格子与前一个格子相距1/2晶棱的位移。
1）NaCl型结构 2）CsCl型结构
3）闪锌矿（立方ZnS）型结构
4）纤锌矿（六方ZnS ）型结构
2.AB2型化合物结构
5) 萤石（CaF2）型结构 6）金红石（TiO2）型结构
材料科学导论
1)、NaCI型结构
矿物名称：石盐。
材料科学导论
Cl
无机非金属材料导论复习
第三章陶瓷1 陶瓷是由粉状原料成型后在高温下作用硬化而成的制品，是多晶、多相的聚集体。
2 分为传统陶瓷和新型陶瓷。
新型陶瓷根据功能分类包括：1力学功能陶瓷（叶片、转子）2热功能陶瓷（高温用坩埚、导弹）3电子功能陶瓷（大容量电容器、红外检测元件）4磁功能陶瓷（记忆运算元件、磁蕊）5光功能陶瓷（窗口材料、胃照相机）6化学功能陶瓷（传感器、催化剂）7放射性功能陶瓷（核燃料、减速剂）8吸声功能陶瓷（吸声板）9生物功能陶瓷（人造骨、生物陶瓷）。
3 陶瓷的制备工艺： 1原料的制备（天然原料，合成原料）；2胚料的成形和干燥（可塑成形，注浆成形，压制成形）；3烧结或烧成。
烧结方法：粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法、热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结等。
自蔓延高温合成法：利用金属与硅、硼、碳、氮等相互作用的强烈放热效应，不采取外部加热源，而利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。
优点：不需要高温炉，过程简单，几乎不消耗电能，制得的产品纯净，能获得复杂相和亚稳相。
缺点：不易获得高密度材料，不易严格控制制品的性能，易燃，有毒。
4 陶瓷的典型组织结构：晶相，玻璃相，气相。
晶相是陶瓷的主要组成成分，数量较大，对性能影响较大。
它的结构、数量、形态和分布，决定了陶瓷的主要特点和应用。
玻璃相作用(1)将晶相颗粒粘结起来，填充晶相之间的空隙，提高材料的致密度；（2）降低烧成温度，加速烧成过程；（3）阻止晶体转变，抑制晶体长大；（4）获得一定程度的玻璃特性，如透光性及光泽等。
玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐火性等是不利的，因此不能成为陶瓷的主导组成成分，一般含量为20%-40%.气相是指陶瓷组织内部残留下来未排除的气体，通常以气孔形式出现。
根据气孔含量可将陶瓷分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。
除多孔陶瓷外，气孔都是不利的，它降低了陶瓷的强度和导热性能，也常常是造成裂纹的根源。
无机非金属材料陶瓷(概念、制备工艺、性能等)
Deliang Chen (Zhengzhou University)
2010-10-7
Deliang Chen (Zhengzhou University)
陶器
先进陶瓷（微米级）微米陶瓷
先进陶瓷（纳米级）纳米陶瓷
原料优化陶瓷工艺改进陶瓷理论的发展显微结构分析进展
性能研究和无损评价开发多学科之间的渗透陶瓷工艺的革新超细粉末和颗粒学的进展陶瓷的再开发和再评价
多学科的发展
陶瓷的新应用高性能和具有新性能陶瓷的出现和研究传统陶瓷
高铝质粘土和瓷土的应用
高温技术发展釉的发明中国陶瓷材料发展的路线图
2010-10-7
Deliang Chen (Zhengzhou University)
Silicate Ceramics
2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)10
各种功能和特性的新型陶瓷及其应用类型如下表：
2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)11续表
2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)12
续表
续表
2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)13
烧结过程如右图所示。
图中(a)表示烧
时，颗粒有的彼此以点接触，有的则
(a)—(b)表明随烧结温度的提高和时间的延长，开始产生颗粒间的键合和重排过程。
这时颗粒因重排而互相靠拢，(a)中的大空隙逐渐消失，气孔的总体积逐渐减少；但颗粒之间仍以。
无机非金属材料工学陶瓷部分复习资料
⽆机⾮⾦属材料⼯学陶瓷部分复习资料陶瓷复习⼀、1、什么是陶瓷：陶瓷的狭义定义—以粘⼟为主要原料，经⾼温烧制的制品。
陶瓷的⼴义定义—经⾼温烧制的⽆机⾮⾦属材料的总称精确定义—⽤天然原料或⼈⼯合成的粉状化合物，经成形和⾼温烧结制成的，由⾦属和⾮⾦属元素构成的多晶固体材料。
2、⽆机⾮⾦属材料：⽆机⾮⾦属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的⽆机材料。
3、陶瓷的分类：陶器与瓷器的区别⼆、原料1、粘⼟：粘⼟是⾃然界中硅酸盐岩⽯（主要是长⽯）经过长期风化作⽤⽽形成的⼀种疏松的或呈胶状致密的⼟状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。
特征：⾃然界的粘⼟呈⽩、黄、红、⿊、灰等多种颜⾊，颗粒微细，多数均⼩于2µm，晶体有⽚状、管状、球状及六⾓鳞⽚状等。
将其与⽔拌和能塑成各类形状，⼲后形状不变，且有⼀定机械强度，煅烧后坚硬如⽯。
性质：（1）可塑性：当粘⼟与适量的⽔混练后形成泥团，此泥团在外⼒作⽤下产⽣变形但不开裂，当外⼒去掉以后，仍能保持其形状不变，粘⼟的这种性质称为可塑性。
常⽤“可塑性限度（塑限）”、“液性限度（液限）”、“可塑性指数”、“可塑性指标”和相应含⽔率等参数来表⽰粘⼟可塑性的⼤⼩。
（2）结合性：粘⼟的结合性是指粘⼟能够结合⾮塑性原料⽽形成良好的可塑泥团，并且有⼀定⼲燥强度的能⼒。
粘⼟的结合性由其结合瘠性料的结合⼒的⼤⼩来衡量，⽽结合⼒的⼤⼩⼜与粘⼟矿物的种类、结构等因素有关。
⼀般⽽⾔，可塑性强的粘⼟其结合⼒也⼤。
（3）离⼦交换性：粘⼟颗粒带有电荷，其来源是[SiO4]四⾯体中的Si4+被Al3+取代⽽出现负电荷，为了保持粘⼟颗粒表⾯的电价平衡，粘⼟颗粒在⽔系统中则吸附其他异电荷离⼦。
然⽽，被吸附的离⼦⼜会被其他同性电荷的离⼦置换，发⽣离⼦交换。
（4）触变性：粘⼟泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低，泥浆的流动性会增加，静置后恢复原状。
材料化学-无机非金属材料(结构)_OK
硅酸盐的基本结构单元为 (SiO4)4- 四面体。其中， 四面体的顶角上有四个O2-，四面体的中间间隙 位置上有一个Si4+。将四面体连接在一起的力包 含离子键和共价键；因此，四面体的结合很牢固。 但是，不论是离子键或共价键机制，每个四面体 的氧原子外层只有7个电子而不是8个。
14
（b）刚玉（Al2O3）结构
• 这种结构的氧离子具有密排六方的排列， 阳离子占据八面体间隙的三分之二。具有 这种结构的氧化物有Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、 Ti2O3、V2O3、Ga2O3、Rh2O3等。
15
3、硅酸盐化合物
• 许多陶瓷材料都包含硅酸盐，一方面是因为硅酸 盐丰富和便宜，另一方面则是因为它们具有在工 程上有用的某些独特性能。
• 这类结构原子排列比较复杂，形成的陶瓷 材料很硬很脆。属于闪锌矿型结构的陶瓷 材料有ZnS、BeO、SiC等；属于非立方型 结构的陶瓷材料有FeS、MnTe、ZnO、 NiAs等。
13
（2） p型陶瓷晶体
（a）萤石（CaF2）型结构与逆萤石 型结构
• 这类结构中金属原子具有面心立方点阵，非金 属原子占据所有的四面体间隙位置。萤石结构 的氧化物有CeO2、PrO2、UO2、ZrO2、NpO2、 PuO2、AmO2等。它们的特点是金属离子半径 大于氧离子半径，所以金属离子呈面心立方或 密排六方结构，而小的氧离子则填充间隙。
4
无机非金属材料的基本属性
• 化学健主要是离子键、共价健以及它们的混合 键；
• 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感； • 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； • 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； • 耐化学腐蚀性好； • 耐磨损。
材料学导论-陶瓷
2020/8/12
7
古代各种陶制品
2020/8/12
8
各种瓷器
2020/8/12
9
传统的陶瓷如日用陶瓷、建筑陶瓷等是用粘土类及 其它天然矿物原料经粉碎加工、成型、烧成等过程 而得的器皿。这类陶瓷可称为传统陶瓷。
随着生产和科学技术的发展，对陶瓷制品的性能与 应用提出了新的要求，因而制成了许多新品种，它 们的生产过程虽然还是原料处理、成型、烧成等这 种传统的方式，但采用的原料已扩大到高度精选的 天然原料或人工合成原料，使用高度可控的生产工 艺，因而往往具有一些特殊的性能，相对于传统陶 瓷，这类陶瓷制品称为特种陶瓷。
2020/8/12
32
（1）原料精选
• 普通陶瓷中必不可少的三组分是石英、粘土和长石。
① 石英 石英具有耐热、抗蚀、高硬度等性质，在 普通陶瓷中，石英构成了陶瓷制品的骨架，赋予制 品耐热、耐蚀等特性。
石英的粘性很低，属非可塑性原料，无法做成制品 的形状，为了使其具有成型性，需掺入粘土。
可塑性：在陶瓷工业中，可塑性是指泥料在外力作用下能被塑造成各种形 状，在外力除去后，仍能保持这种形状的性能。
26
（3）介电损耗
当电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能 量称为电介质的损耗功率或简称为介质损耗，用损耗角 正切tan表示。
介质损耗是所有应用于交流电场中电介质的重要指标之 一。介质损耗不但消耗了电能，而且由于温度上升可能 影响元器件的正常工作；介质损耗严重时，甚至会引起 介质的过热而破坏绝缘性质。
（4）硬度
陶瓷、矿物材料常用莫氏硬度和维氏硬度来衡量材料抵抗 破坏的能力。莫氏硬度是以陶瓷、矿物之间相互刻划能否 产生划痕来确定，只能表示材料硬度的相对大小。一般陶 瓷的硬度较大。
无机非金属材料导论
1、陶瓷的烧结方法：烧结方法有多种，除粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法外，还有热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结、自蔓延高温合成等方法。
这些方法各有优缺点。
如自蔓延高温合成是利用金属与硅、硼、碳、氮等互相作用的强烈放热效应，不采用外部加热源，而利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。
这种方法的主要优点是：不需要高温炉，过程简单，几乎不消耗电能，制得的产品纯净，能获得复杂相和亚稳相等。
主要缺点是：不易获得高密度材料，不易严格控制制品性能，所用原料往往易燃及有毒，存在一定的安全隐患。
2、陶瓷的性能：（力学性能）刚度、硬度、强度、塑性、韧性或脆性；（热学性能）热膨胀、导热性、热稳定性；（其他性能）导电性、耐火性及化学稳定性。
归纳一下，陶瓷材料的性能特点是：具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，热稳定性差，抗拉强度较差。
3、玻璃的广义定义：是具有转变温度Tg的非晶态材料，非晶态材料是指其原子排列在近程有序而远程无序，原子排列不具有平移周期性关系；当温度连续升高（或降低）时，在某个温度范围内发生明显结构变化，导致热膨胀系数、比热容等性质发生突变。
非晶态材料包括无机玻璃、金属玻璃、有机玻璃等。
玻璃的通性：各向同性、介稳性、无固定熔点、物理化学性质的渐变性4、玻璃的形成方法：熔体冷却法（最常用）、气相冷却技术、固态方法、溶胶—凝胶法5、硅酸盐水泥的概念：凡以适当成分的生料烧至部分熔融得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加以适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，也称为纯熟料水泥，又名波特兰水泥。
6、水泥的制备工艺：“两磨一烧”，即生料的配制与磨细。
将生料煅烧使之部分熔融形成以硅酸钙为主要成分的熟料矿物；将熟料与适量的石膏或适量混合材料共同磨细为水泥。
7、硅酸盐水泥的技术性能：细度、需水量、泌水性、凝结时间、强度与标号。
无机非金属专业导论-先进陶瓷材料
电容器陶瓷 压电陶瓷 微波陶瓷 功能陶瓷铁电陶瓷 磁性陶瓷 先进陶瓷 敏感陶瓷 高温陶瓷 结构陶瓷 防辐射陶瓷
16
氧化铝陶瓷
氮化铝陶瓷
17
生
物
陶
瓷
18
多孔陶瓷
Early use of earthenware for useful article such as containers.
7000-6000 B.C. Lime mortar(石灰砂浆) used for filling spaces between stones in construction and also for making thick-walled containers.
35பைடு நூலகம்
Key Milestones in the Evolution of Ceramics Time Description of Milestone
7000-5000 B.C. Widespread use of earthenware for food storage and cooling
Widespread use of plaster-like cementitious 7000~5000 B.C. ceramics for in floor construction and as decorated interior wall coatings.
Potter’s wheel invented, making earthenware pottery available and affordable for just about everyone From early isolated examples of glass to well2500~1600 B.C. established craft. Variety of glaze developed in- cluded lead 1750~1150 B.C. glazes and colored glazes.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四方相
2370℃
2715℃
立方相
液相
1000℃，膨胀
b. ZrO2粉末的制备 ①氯化、热分解法 反应式如下：
ZrO2•SiO2 + 4C + 4Cl2 = ZrCl4 + SiCl4 + 4CO ②碱金属氯化物分解法 其反应式如下：
ZrO2•SiO2 + 4NaOH = Na2ZrO3 + Na2SiO3 +2H2O ZrO2•SiO2 + Na2CO3 = Na2ZrSiO5 + CO2 ZrO2•SiO2 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2
MgO在空气中容易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造及使用过程中部必 须注意。
项目
煅烧温度（℃） 线收缩（%） 体积密度（g/cm3）
1350
15.7
2.42
由氢氧化镁制得的MgO
1450
22.4
3.24
1600
24.2
3.30
1350
1.1
1.84
由硝酸镁制得的MgO
1450
10.1
2.46
1600
二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60％。含二氧化硅的 矿物种类很多，一部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿 物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体， 其中结晶态二氧化硅统称为 石英。由于经历的地质作用及成矿条 件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。
a.水晶 b.脉石英 c.砂岩 d.石英岩 e.石英砂
化学组成在一定程度上反映其工艺性质。
（1）SiO2 ：若以石英状态存在的SiO2多时，粘土可塑性降低，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。
（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。
新型陶瓷
品种 绝缘材料
铁电和压电材料 磁性材料
导体陶瓷 半导体陶瓷
光学材料
高温结构陶瓷 超硬材料 人工晶体 生物陶瓷 无机复合材料
品种示例
氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃 和微晶玻璃等
钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等
锰—锌、镍—锌、锰—镁、锂—锰等铁氧体、磁记录 和磁泡材料等 钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等
(二）粘土的组成
粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组 成和颗粒组成。
1、粘土的化学组成(key point)
主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 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。
风化残积型粘土（一次粘土）矿床一般SiO2含量高， 而A12O3含量低。
石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的含量。
（三）石英在陶瓷生产中的作用
1. 石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。 2. 在陶瓷烧成时 ，石英影响陶瓷坏体的体积收缩。 3. 在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响 。 4. 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。
（1）天然原料-长石类原料
（二）长石的熔融特性
1. 钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽。
2. 钠长石的开始熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产 生，液相的组成和熔长石的组成相似，即液相很稳定，但形成的液 相粘度较低。
3. 钙长石的熔化温度较高，熔融温度范围窄，高温下熔体不透 明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。
（二）碳化物类原料
1.碳化硅 a.SiC的晶型与性质 SiC为共价键化合物，属金刚石型结构，有多种变体。 SiC 具有稳定的晶体结构和化学特性，以及非常高的硬度
等性能。 b.SiC原料的合成 合成SiC的方法有二氧化硅碳热还原法、碳－硅直接合成
法、气相沉积法、聚合物热分解法等。
2.碳化硼
a. 碳化硼（B4C）为六方晶系，其晶胞中碳原子构成的链位于立体 对角线上，同时碳原子处于充分活动的状态。
（一）长石的种类和性质
长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂 等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。
自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：
钠长石(Ab) 钾长石(Or) 钙长石(An) 钡长石(Cn)
Na[AlSi3O8]（晶体结构式）或Na2O·Al2O3·6SiO2（化学通式） K[AlSi3O8]或K2O·Al2O3·6SiO2 Ca[Al2Si2O8]或Ca O·Al2O3·2SiO2 Ba[Al2Si2O8]或BaO·Al2O3·2SiO2
第三章 陶瓷
陶瓷是由粉状原料成形后在高温作用下硬化而 形成的制品，是多晶、多相的聚集体。
陶瓷材料是无机非金属材料中的一个重要部分， 具有耐高温、耐腐蚀、高强度、多功能等性能。
随着现代科技的发展，出现了许多性能优良的新型 陶瓷。
3.1 陶瓷的分类及制备工艺 一、陶瓷材料的分类 二、陶瓷材料的制备工艺 3.2 陶瓷的组织结构与性能 一、陶瓷的组织结构 二、陶瓷的性能
3.3 传统陶瓷材料 一、不致密陶瓷材料 二、致密陶瓷材料 三、传统陶瓷的用途 3.4 新型陶瓷 一、氧化物陶瓷 二、非氧化物陶瓷 三、氮化物陶瓷
3.1 陶瓷的分类及制备工艺
一、陶瓷材料的分类 1、按化学成分分类 可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶
瓷及其它化合物陶瓷。
15.1
2.86
1350
12.6
1.72
由碱式碳酸镁制得的MgO
1450
10.1
2.29
1600
15.2
2.45
气孔率（%） 晶粒平均直径（μm）
31.6
2.0
4.2
8.0
2.8
22.0
48.2
1
30.5
5
20.1
10
50.8
1.5
35.8
6.0
31.8
7.5
1350
1.1
1.83
48.5
1.0
由氯化镁制得的MgO
陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料
传统陶瓷烧制工艺：
3.1.2 陶瓷的制备工艺
陶瓷的制备工艺比较复杂，但基本工艺包括： 原材料的制备、坯料的成型、坯料的干燥和制 品的烧成等4大步骤。
粉末制备
预处理
成型
烧结
热成型
加工
成品
1.原料的制备
传统的陶瓷所用的原料大部分为天然原料。开采后， 一般要经过筛选、风选、淘洗、研磨以及磁选等， 分离出适当颗粒度的所需矿物组分。
b.Al2O3原料的制备 制取氧化铝的方法是澳大利亚的化学家拜耳（Karl Joseph Bayer）于
1889~1892年发明的。 制取工业Al2O3的原料为铝土矿，主要步骤为：烧结、溶出、脱硅、
分解和煅烧 。
氧化铝粉体
2.氧化镁（MgO）
MgO属立方晶系NaCl型结构，熔点2800℃，密度3. 58 g/cm3。 MgO化学活性强，易溶于酸，水化能力大，因此制造MgO陶瓷时必须 考 虑原料的这种特性。
因此，利用BeO制备的BeO陶瓷可用来作散热器件、熔炼稀有金属和高 纯金属Be、Pt、V等的坩埚、磁流体发电通道的冷壁材料、高温比体积电 阻高的绝缘材料。
但是，BeO有剧毒，操作时必须注意防护，经烧结的BeO陶瓷是无毒的。
4.氧化锆（ZrO2） a. ZrO2的性质与晶型转变
1170℃，收缩
单斜相
钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金 属元素氧化物系材料等 钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石 英系或多组分玻璃的光导纤维等 高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物
碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等
铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等
长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等
是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。
b．蒙脱石类 蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要
组成矿物的粘土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色 或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。
c ．伊利石类 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的 中间产物。 组成成分与白云母相似，但伊利石比正常的白云母多SiO2和H2O而少K2O。 与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。
1450
7.3
2.18
28.8
4.0
1600
12.5
2.64
26.2
6.0
3.氧化铍（BeO）
氧化铍（BeO）晶体为无色，属六方晶系，晶体很稳定，很致密，且 无晶形转变。
BeO具有与金属相近的导热系数，约为309.34W／(m·K)，是α— Al2O3的15～20倍。BeO具有好的高温电绝缘性能，BeO热膨胀系数不大。
（三）粘土在陶瓷生产中的作用
1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。 2.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 3.粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。 4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。 5.粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体 的主要来源。
（1）天然原料-石英类原料
（一）石英矿石的类型
具有高导热、高硬度和高耐磨性，其硬度仅次于金刚石和立方 BN还具有高的抗酸性与抗碱性。
b. B4C粉末的合成 B4C原料粉末的主要合成方法有：硼碳元素直接合成法、硼酐碳
热还原法、镁热法、BN+碳还原法、BCl3的固相碳化和气相沉积。