陶瓷材料的应用全解

a.主要用于制造功能器件； b.物理性能要求:电、磁、热、光及生物等物理性能。
结构/功能一体化陶瓷材料 对力学和物理性能均有要求
陶瓷球阀
透明陶瓷灯
✓功能陶瓷
按特性分类，功能陶瓷可分为：
电子陶瓷：如绝缘陶瓷、介电陶瓷、 铁电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、 导电陶瓷、超导陶瓷等；
热学陶瓷：如耐热陶瓷、隔热陶瓷、 导热陶瓷等；
☺ 高硬度优异的耐磨性 ☺ 高熔点杰出的耐热性 ☺ 高的化学稳定性良好的耐蚀性 ☺ 高的强度 ☺ 良好的物理性能(电、磁、声、光、热等） 脆性大、塑韧性低
4、陶瓷材料的工艺特点
陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型 和高温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。
烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所 存在的问题是其存在一定的气孔率。
➢流延成型（专用于制作陶瓷薄膜）
工艺： 料浆制备 薄膜制备 加工处理
料浆 刮刀
基带
薄膜
流延成型薄膜制备过程
成品（陶瓷电容器）
✓ 优点：工艺稳定，生产效率高，自动化程度高，可制备 厚度为10-1000μm的高质量陶瓷薄膜。 ✓ 缺点：胚体粘结剂含量高，胚体密度小，烧成收缩率高 达20-21%。
气相是在工艺过程中形成并保留下来的。先 进陶瓷材料中的残留气孔难以避免。
2、陶瓷材料的结合键特点
陶瓷材料的主要成分是氧化物(ZrO2等)、碳化 物(SiC等)、氮化物(BN等)、硅化物(MoSi2)等，因 而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4) 及两者的混合键为主。
3. 陶瓷材料的性能特点
陶瓷材料的应用全解
从物理化学属性来分，可分为:
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 高分子材料 • 复合材料
陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非 金属材料通称。
工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷 器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展， 出现了许多性能优良的新型陶瓷。
二、陶瓷材料的发展历程
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2. 按使用的原材料分类:
可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。 ❖ 普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作
原料。 ❖ 特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。
3. 按性能和用途分类：
结构陶瓷
a.主要用于制造结构零部件； b.力学性能要求:强度、韧性、硬度、模量、耐磨性及高
温性能等。
功能陶瓷
（1）水热法： ZrSiO4+NaOH—ZrO2+Na2SiO3
（2）水解法：
四氧化锆 循环加水分解
水合氧化锆 焙烧 氧化锆纳米粉
氯化钇
（3）喷雾法：
氧化锆粉+分散剂+粘结 剂
氧化锆粉体
化学合成法三：气相法
直接利用气体或通过某种手段将物质变为气体，使之 在气体状态下发生物理化学反应，最后在冷却过程中凝 聚长大形成纳米微粒。
四柱式液压成型机
✓ 优点：工艺简单、易自动化生产。 ✓ 缺点：胚体有明显的各向异性，不适用形状复杂的制品。
➢ 等静压成型
等静压成型；又称静水压成 型，利用液体介质不可压缩 性和均匀传递压力性的一种 成型方法。
优点 缺点
胚体密度高 制品密度接近理论密度 不易变形
设备投资成本高 不易自动化 生产效率不高
先
化工原料，超出了传统陶
进 陶
瓷的概念和范畴，是高新
瓷
技术的产物。
普通陶瓷与先进陶瓷的主要区别
四、陶瓷材料的特点
1. 陶瓷材料的相组成
陶瓷材料通常由三种 不同的相组成: 晶相、玻璃相和气相。
晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷 材料物理化学性质的主要是晶相;
玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、 提高材料致密度、降低烧结温度和控制晶粒 的生长；
化 学 气 相 沉 积 法
2、胚体成型
胚体成型方法
注浆成型 模压成型 等静压成型 流延成型 挤压成型 注射成型 其它
➢ 注浆成型（传统成型）
对注浆成型所用的浆料，必须具 备以下性能：
流动性好 稳定性好（不易沉淀和分层） 脱模性好
缺点： 劳动强度大 不易自动化 收缩形变大
➢ 模压成型
模压受力分布
陶瓷是最古老的一种材料，是人类征服自然 中获得的第一种经化学变化而制成的产品。
它的发展经历了从简单复杂，从粗糙精 细，从无釉施釉，从低温高温的过程。
三、传统陶瓷与先进陶瓷
• 传统陶瓷
其原料主要是石英、 长石和粘土等自然界中存
普 通
在的矿物，归属于硅酸盐
陶 瓷
类材料；
• 先进陶瓷
其原料一般经一系列
人工合成或提炼处理过的
陶瓷材料:一般由粉体烧结而成，存在一定的气孔，存 在显微结构的不均匀性和复杂性。
五、陶瓷材料的分类
1. 按化学成分分类：
氧化物陶瓷: Al2O3, ZrO2, SiO2…. 碳化物陶瓷: SiC, WC, TiC….. 氮化物陶瓷: Si3N4, BN, AlN…. 硼化物陶瓷: TiB2, ZrB2
5.陶瓷材料与金属材料的结构特点比较
晶体结构：
金属材料: 原子间结合力为金属键良好的塑变能力 陶瓷材料:原子间结合力为离子键、共价键或离子/共
价混合键，具有强的方向性及高的结合能
难以塑变。
金属材料: 一般由均匀液相凝固而成，可通过冷加工
手段改善其显微结构使其均匀化，一般不含
源自文库显微结构：
或含极少气孔；
➢ 物理粉碎法
物料粉碎法分为：机械粉碎和气流粉碎。
机械粉碎
气体粉碎
☺ 优点：设备成本低，过程简单，易操作。 缺点：杂质多，粉体粒度一般在1μm以上。
➢ 化学合成法
化学合成法包括：固相法、液相法和气相法。
☺ 优点：高纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细； 缺点：过程复杂，不易操作。
化学合成法一：固相法
光学陶瓷：如透明陶瓷、红外辐射 陶瓷、发光陶瓷等；
生物陶瓷：如生物活性陶瓷、医用 陶瓷等稀土。
发 光 陶 瓷
六 陶瓷材料的制备工艺简介
粉体制备 胚体成型 胚体烧结 精加工
陶 瓷 烧 结 炉
1、粉体制备
粉体制备是指将各种原料通过物理机械或 化学方法，制成所需的粉体。
物理粉碎法 粉体制备方法
化学合成法
通过从固相到固相的化学反应，来制备粉体。
热分解反应法：A(s)→B(s)十C(g)
化合反应法： A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 氧化还原法或还原碳化、还原氮化
如：3SiO2+6C+2N2 → Si3N4+6CO
化学合成法二：液相法 以均相的溶液为出发点，通过各种方法使溶质与溶剂
分离，溶质形成一定大小和形状的颗粒，得到所需粉末的 前躯体，热解后得到粉体。以ZrO2陶瓷粉体为例：