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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的晶体缺陷
点缺陷
陶瓷材料晶体中存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷 称之为点缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷有 直接关系。此外，陶瓷材料的烧结、扩散等物理化学过程 也与点缺陷有关。
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的晶体缺陷
线缺陷
位错是陶瓷材料晶体中存在线缺陷。陶瓷材料中位错形成 所需要的能量较大，因此，不易形成位错。陶瓷材料中位 错密度很低。 陶瓷材料主要是离子键和共价键。这两种结合键造成位错 错的可动性降低。当位错滑移时，离子键中同号离子相斥， 导致离子键断裂；而共价键的方向性和饱和性，具有确定 的键长和键角，位错的滑移也会导致共价键的破断。
硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元。
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的相组成
玻璃相
玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构 类似于玻璃。
玻璃相的作用是：熔点低，将分散的晶体相粘结起来，填 填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度， 加快烧结过程；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。
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陶瓷材料的性能特点
热学性能
陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高
熔点 的熔点。 热容 陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。
热膨胀 陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化
学键决定的。一般为10－5～10－6/K。
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陶瓷材料的性能特点
电学性能
陶瓷材料是良好的绝缘体。可用于隔电的绝缘材料；陶瓷 还具有介电特性，可作为电器的介质。陶瓷材料的介电损 耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。
一般为脆性材料
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无机非金属材料的种类
陶瓷
传统陶瓷 特种陶瓷
玻璃
结功
水泥
构能 陶陶
瓷瓷
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的结合键
陶瓷材料的组成相的结合键为离子键（MgO、Al2O3）、 共价键（金刚石、Si3N4）以及离子键与共价键的混合键
以离子键结合的晶体称为离子晶体。离子晶体在陶瓷材料 中占有很重要的地位。它具有强度高、硬度高、熔点高、 等特点。但这样的晶体脆性大，无延展性，热膨胀系数小， 固态时绝缘，但熔融态可导电等特点。金属氧化物晶体主要 以离子键结合，一般为透明体。
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的结合键
以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和 饱和性，因而共价键晶体的原子堆积密度较低。共价键晶体 具有强度高、硬度高、熔点高、结构稳定等特点。但它脆性 大，无延展性，热膨胀系数小，固态、熔融态时都绝缘。 最硬的金刚石、SiC、Si3N4、BN等材料都属于共价晶体。
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陶瓷材料的性能特点
力学性能
硬度
陶瓷的硬度很高，多为1000Hv～1500Hv （普通淬火钢的硬度500～800Hv）。陶瓷 硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、 以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。
刚度
陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而 弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价 键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性 模量要高于金属材料。
玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的相组成
气相（气孔）
陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相 发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃 相来填充，还有少部分残留下来形成气孔。
气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造 成裂纹的根源。
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陶瓷材料的性能特点
力学性能
塑性与韧性
陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。 陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。 断裂是裂纹形成和扩展的过程。陶瓷内部和表面所产生的微裂纹 ，由于裂纹尖端的应力集中，内部裂纹在受到外应力时扩展很 快，这是导致陶瓷材料断裂的根本原因。
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的晶体缺陷
面缺陷
陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亚晶界 就是陶瓷材料中的面缺陷。
我们知道晶粒细化可以提高材料的强度。晶界对金属材料和 陶瓷材料强度的提高作用机理是不同的。对金属材料来说， 晶界阻碍位错的运动，从而强化了材料；而对陶瓷材料来说， 利用晶界两侧晶粒取向的不同来阻止裂纹的扩展，提高强度。
光学性能
陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不透明的。可 以通过烧结方法的改变和控制晶粒的大小，制备出透明 的氧化物陶瓷。
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陶瓷材料加工方法
配料
成形
煅烧
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结构陶瓷材料
结构陶瓷的种类
氧化物结构陶瓷 炭化物结构陶瓷
氮化物结构陶瓷
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结构陶瓷材料
氧化物结构陶瓷
特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温 度高、高温强度高。
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陶瓷材料的性能特点
力学性能
强度 强度
陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很 高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和 各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比 理论强度低100多倍。
陶瓷材料的强度也受晶Байду номын сангаас大小的影响。晶粒越细， 强度越高。此外，陶瓷材料一般具有优于金属材 料的高温强度，高温抗蠕变能力强，且有很高的 抗氧化性。常用于高温材料。
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陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的相组成
晶体相
晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体 或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料 的特性和应用。晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。 陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧 化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。
第四章：无机非金属材料
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本章主要内容
无机非金属材料概论 结构陶瓷材料 功能陶瓷材料 传统日用、建筑材料
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什么是无机非金属材料？
金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称 为无机非金属材料。
主要特性：
熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、 耐磨损、耐氧化、弹性模量大、强度高。
Al2O3陶瓷
ZrO2陶瓷
BeO陶瓷
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MgO陶瓷
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结构陶瓷材料
Al2O3陶瓷
Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。 主晶相为刚玉（α－Al2O3），随着SiO2质量百分数 的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶 相的不同，分为刚玉瓷、刚玉－莫来石瓷和莫来石瓷。 Al2O3有三中结晶形态，即α、β、γ相。α型是高 温型，而γ相是低温型。