陕西科技大学材料学院《陶瓷工艺学》第四章 陶瓷的显微结构与性质PPT课件
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构成：透明玻璃、少量晶体和气泡。
1.1 透明玻璃 硅酸盐玻璃、含磷酸盐或氧化铅的硅酸盐玻璃。
1.2 晶体 1）残余晶体：石英、粘土残骸、云母残骸。 2）析出晶体：莫来石、钙长石、辉石类矿物等。
1.3 气泡 1）气泡的形成
釉层物质发生物理化学反应生成气体；坯体内部高温下发 生物理化学反应产生气体。 2）气泡的克服 A）坯、釉料中少用或不用高温分解出气体的原料，石英颗粒细 B）釉料的始熔温度高，烧成温度不宜太高，保温时间延长； C）高温素烧，低温釉烧，采用熔块釉。
细晶粒提高强度机理：
1. 晶粒愈细小，比表面积愈大，晶界愈多，裂纹扩展阻力愈大 2. 粗大晶粒应力集中效应明显。 3. 晶粒愈大，非等轴晶系晶体各向异性表现愈明显。
高石英质高强度瓷，石英粒度10～30um为宜。
控制晶粒大小的途径：
加入量：10～18％，氧化锆用量少，锆英石用量多。 细度：最好与可见光波长相当，采用超细粉或单独细磨。
B）基础釉 碱金属氧化物含量＜20％； 引入氟化物、硼酸盐和磷酸盐有利于提高乳浊效果。
2）锡乳浊釉 传统乳浊釉，釉料中引入10％左右的氧化锡（单独细磨），
基本不溶于釉料，最终以氧化锡晶粒存在与釉中起乳浊作用。
强度，介电强度，透光性，化学稳定性，增大介电损耗 和吸湿膨胀。
如何控制气孔的含量： 1、坯料的组成 2、提高烧成温度 3、热压烧结、等静压成型 4、真空气氛烧成。
§ 4-2 釉层的显微结构
釉层的构成：玻璃相、少量晶相（残余或析出）、少量气泡。 釉层的显微结构：各相成分以及相对含量与釉的化学组成、制釉 方法、施釉方法、烧成制度等因素有关。 1. 透明釉
粘接晶粒，填充空隙，促进坯体致密，提高胎体的 透明度，降低坯体的烧结温度。
玻璃相结构疏松，强度比晶相低，大，高温 下易软化变形。所以，高玻璃相的制品机械强度低， 热稳定性差，坯体易变形。
4.2.3 气孔（气相） 普通陶瓷存在少量的气孔。气孔率在0.5%～22%。 气孔分布在玻璃相的连续基质中。降低坯体的机械
2. 乳浊釉 釉层中存在与基础玻璃性质不同（折射率）的第二相(或多相)
使入射光在多相界面发生散射、折射、漫反射等光学现象，造成 光线不能透过而达到乳浊目的的釉料。
乳浊相：气相、液相、固相。
2.1 气相乳浊釉 结构：玻璃相和气泡小0.1mm，降低强度，一般不用。
2.2 液相乳浊釉 高温下形成两种互不相溶的液相（折射率相差较大），产生
乳浊效果 的釉。 例如：在高硅釉中引入骨灰（磷酸盐），生成磷酸盐玻璃与
硅酸盐玻璃两种互不相溶的玻璃相，能够帮助乳浊。
2.3 固相乳浊釉 釉层中的固相与基础玻璃相的折射率相差较大，产生乳浊。 常用：锆乳浊釉；锡乳浊釉；钛乳浊釉。
1）锆乳浊釉生产工艺要点 A）乳浊剂：加入氧化锆、硅酸锆（锆英石）。析出锆英石为主
多少等因素有关。
2）陶瓷材料内部产生微裂纹的原因
第一，晶体在结晶过程中形成的缺陷，应力集中产生微裂纹。
第二，机械损伤和化学腐蚀，产生微裂纹。
第三，多相材料各相热性能不同，受热内应力作用产生微裂纹。
第四，材料中存在的气孔。
第五，材料表面粗糙。
1.3 晶相显微结构对陶瓷强度的影响
1）晶相种数量类对强度的影响 晶相强度 ＞ 普通玻璃相强度
3）临汝青釉瓷 透明 釉层中无晶体析出，只有少量大气泡存在。
5.2 其它高温色釉结构特点 （自学）
§ 4-3 釉层的物理化学性质
P251～252表4-18 釉层中各氧化物对釉的物理化学性质的影响
§ 4-4 陶瓷性能的控制
1. 陶瓷强度的控制 2. 陶瓷光学性能的控制 3. 陶瓷介电性能的控制
1. 陶瓷强度的控制
瓷坯中晶相愈多，强度愈高；晶相强度愈高，瓷坯强度愈高。
2）晶粒尺寸对强度的影响
半经验公式：
＝Kd
式中：K——与晶体结构及材料显微结构有关的比例常数。 d——晶粒直径。 ——与材料特性和实验条件有关的经验常数。 ＝1/8～1 随d的增大而增大。
P254～255表4-21、图4-32、4-33 各种陶瓷材料强度与粒径关系
第四章 陶瓷的显微结构与性质
1.坯体的显微结构 3.釉层的物理化学性质 2.釉层的显微结构 4.陶瓷性能的控制
§ 4-1 坯体的显微结构
在不同类型的显微镜下观察到的材料的组织结构。 即：从几个纳米到100微米。
陶瓷坯体的显微结构：晶相、玻璃相和气相构成 晶相的种类，数量，形态，晶粒的大小、分布和
取向、晶体缺陷、晶界的特征。 玻璃相的含量、分布、应力分布。 气孔的大小、多少、分布、位置等，裂纹的大小、
基础釉中碱金属氧化物和氧化硼提高氧化锡的溶解度； 其它氧化物基本上都是降低氧化锡的溶解度。
3. 结晶釉 4. 无光釉
5.高温色釉 5.1 青釉
各地青釉质感不同，原因是釉层结构不同。
1）钧窑青釉 釉面乳浊 高硅质釉中含有磷酸盐，产生液-液分相乳浊。
2）龙泉青瓷、汝官窑青瓷、枢府青白瓷釉 釉面乳浊 高铝低硅釉玻璃中含有小气泡和细小钙长石晶体产生乳浊。
＝ 2E l
式中：E——材料的弹性模量，Pa ——表面断裂能，J/m2 l——半裂纹长度
从上式可以看出，在材料的强度与材料的本性（表面断裂能和 弹性模量）有关，也可以通过控制材料的微裂纹长度来控制。
1.2 影响材料强度的因素
内因——E和
外因——l 半裂纹长度
1）影响E和 的因素 材料的化学组成、矿物组成、晶体结构缺陷、气孔的大小
1.1 材料强度理论 陶瓷材料——脆性材料——断裂强度（不同于金属）
1）理论强度计算公式：
＝thE Fra bibliotek式中：E——材料的弹性模量，Pa ——表面断裂能，J/m2 ——原子间的平均距离或晶格常数
实验证明：th 0.1E，远远大于实际强度两个数量级。
2）实际强度理论 最著名的是1920年格里菲斯的微裂纹理论。
形状分布等。
4.2.1晶相 长石质瓷的晶相：莫来石，残余石英，半安定方石英 总量占45—60% 滑石质瓷的晶相：原顽火辉石，斜顽火辉石 骨灰瓷的晶相：钙长石（40%），莫来石 特种瓷的晶相：晶相所占的比例大。 刚玉瓷大于95% 刚玉晶相。
4.2.2 玻璃相 普通陶瓷的玻璃相为连续相，分布在晶相周围，
1.1 透明玻璃 硅酸盐玻璃、含磷酸盐或氧化铅的硅酸盐玻璃。
1.2 晶体 1）残余晶体：石英、粘土残骸、云母残骸。 2）析出晶体：莫来石、钙长石、辉石类矿物等。
1.3 气泡 1）气泡的形成
釉层物质发生物理化学反应生成气体；坯体内部高温下发 生物理化学反应产生气体。 2）气泡的克服 A）坯、釉料中少用或不用高温分解出气体的原料，石英颗粒细 B）釉料的始熔温度高，烧成温度不宜太高，保温时间延长； C）高温素烧，低温釉烧，采用熔块釉。
细晶粒提高强度机理：
1. 晶粒愈细小，比表面积愈大，晶界愈多，裂纹扩展阻力愈大 2. 粗大晶粒应力集中效应明显。 3. 晶粒愈大，非等轴晶系晶体各向异性表现愈明显。
高石英质高强度瓷，石英粒度10～30um为宜。
控制晶粒大小的途径：
加入量：10～18％，氧化锆用量少，锆英石用量多。 细度：最好与可见光波长相当，采用超细粉或单独细磨。
B）基础釉 碱金属氧化物含量＜20％； 引入氟化物、硼酸盐和磷酸盐有利于提高乳浊效果。
2）锡乳浊釉 传统乳浊釉，釉料中引入10％左右的氧化锡（单独细磨），
基本不溶于釉料，最终以氧化锡晶粒存在与釉中起乳浊作用。
强度，介电强度，透光性，化学稳定性，增大介电损耗 和吸湿膨胀。
如何控制气孔的含量： 1、坯料的组成 2、提高烧成温度 3、热压烧结、等静压成型 4、真空气氛烧成。
§ 4-2 釉层的显微结构
釉层的构成：玻璃相、少量晶相（残余或析出）、少量气泡。 釉层的显微结构：各相成分以及相对含量与釉的化学组成、制釉 方法、施釉方法、烧成制度等因素有关。 1. 透明釉
粘接晶粒，填充空隙，促进坯体致密，提高胎体的 透明度，降低坯体的烧结温度。
玻璃相结构疏松，强度比晶相低，大，高温 下易软化变形。所以，高玻璃相的制品机械强度低， 热稳定性差，坯体易变形。
4.2.3 气孔（气相） 普通陶瓷存在少量的气孔。气孔率在0.5%～22%。 气孔分布在玻璃相的连续基质中。降低坯体的机械
2. 乳浊釉 釉层中存在与基础玻璃性质不同（折射率）的第二相(或多相)
使入射光在多相界面发生散射、折射、漫反射等光学现象，造成 光线不能透过而达到乳浊目的的釉料。
乳浊相：气相、液相、固相。
2.1 气相乳浊釉 结构：玻璃相和气泡小0.1mm，降低强度，一般不用。
2.2 液相乳浊釉 高温下形成两种互不相溶的液相（折射率相差较大），产生
乳浊效果 的釉。 例如：在高硅釉中引入骨灰（磷酸盐），生成磷酸盐玻璃与
硅酸盐玻璃两种互不相溶的玻璃相，能够帮助乳浊。
2.3 固相乳浊釉 釉层中的固相与基础玻璃相的折射率相差较大，产生乳浊。 常用：锆乳浊釉；锡乳浊釉；钛乳浊釉。
1）锆乳浊釉生产工艺要点 A）乳浊剂：加入氧化锆、硅酸锆（锆英石）。析出锆英石为主
多少等因素有关。
2）陶瓷材料内部产生微裂纹的原因
第一，晶体在结晶过程中形成的缺陷，应力集中产生微裂纹。
第二，机械损伤和化学腐蚀，产生微裂纹。
第三，多相材料各相热性能不同，受热内应力作用产生微裂纹。
第四，材料中存在的气孔。
第五，材料表面粗糙。
1.3 晶相显微结构对陶瓷强度的影响
1）晶相种数量类对强度的影响 晶相强度 ＞ 普通玻璃相强度
3）临汝青釉瓷 透明 釉层中无晶体析出，只有少量大气泡存在。
5.2 其它高温色釉结构特点 （自学）
§ 4-3 釉层的物理化学性质
P251～252表4-18 釉层中各氧化物对釉的物理化学性质的影响
§ 4-4 陶瓷性能的控制
1. 陶瓷强度的控制 2. 陶瓷光学性能的控制 3. 陶瓷介电性能的控制
1. 陶瓷强度的控制
瓷坯中晶相愈多，强度愈高；晶相强度愈高，瓷坯强度愈高。
2）晶粒尺寸对强度的影响
半经验公式：
＝Kd
式中：K——与晶体结构及材料显微结构有关的比例常数。 d——晶粒直径。 ——与材料特性和实验条件有关的经验常数。 ＝1/8～1 随d的增大而增大。
P254～255表4-21、图4-32、4-33 各种陶瓷材料强度与粒径关系
第四章 陶瓷的显微结构与性质
1.坯体的显微结构 3.釉层的物理化学性质 2.釉层的显微结构 4.陶瓷性能的控制
§ 4-1 坯体的显微结构
在不同类型的显微镜下观察到的材料的组织结构。 即：从几个纳米到100微米。
陶瓷坯体的显微结构：晶相、玻璃相和气相构成 晶相的种类，数量，形态，晶粒的大小、分布和
取向、晶体缺陷、晶界的特征。 玻璃相的含量、分布、应力分布。 气孔的大小、多少、分布、位置等，裂纹的大小、
基础釉中碱金属氧化物和氧化硼提高氧化锡的溶解度； 其它氧化物基本上都是降低氧化锡的溶解度。
3. 结晶釉 4. 无光釉
5.高温色釉 5.1 青釉
各地青釉质感不同，原因是釉层结构不同。
1）钧窑青釉 釉面乳浊 高硅质釉中含有磷酸盐，产生液-液分相乳浊。
2）龙泉青瓷、汝官窑青瓷、枢府青白瓷釉 釉面乳浊 高铝低硅釉玻璃中含有小气泡和细小钙长石晶体产生乳浊。
＝ 2E l
式中：E——材料的弹性模量，Pa ——表面断裂能，J/m2 l——半裂纹长度
从上式可以看出，在材料的强度与材料的本性（表面断裂能和 弹性模量）有关，也可以通过控制材料的微裂纹长度来控制。
1.2 影响材料强度的因素
内因——E和
外因——l 半裂纹长度
1）影响E和 的因素 材料的化学组成、矿物组成、晶体结构缺陷、气孔的大小
1.1 材料强度理论 陶瓷材料——脆性材料——断裂强度（不同于金属）
1）理论强度计算公式：
＝thE Fra bibliotek式中：E——材料的弹性模量，Pa ——表面断裂能，J/m2 ——原子间的平均距离或晶格常数
实验证明：th 0.1E，远远大于实际强度两个数量级。
2）实际强度理论 最著名的是1920年格里菲斯的微裂纹理论。
形状分布等。
4.2.1晶相 长石质瓷的晶相：莫来石，残余石英，半安定方石英 总量占45—60% 滑石质瓷的晶相：原顽火辉石，斜顽火辉石 骨灰瓷的晶相：钙长石（40%），莫来石 特种瓷的晶相：晶相所占的比例大。 刚玉瓷大于95% 刚玉晶相。
4.2.2 玻璃相 普通陶瓷的玻璃相为连续相，分布在晶相周围，