第三章 结构陶瓷
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（1）颗粒弥散强韧化 （2）ZrO2相变强韧化 （3）晶须强韧化
精品课件
5.应用
精品课件
3.1.2 ZrO2陶瓷
高纯 ZrO2为白中略带粉色，熔点为2680℃ ， 莫氏硬度为7级。 ZrO2有三种晶体结构：
发生t至m的可逆相变时，伴随有5%左右的体积膨 胀和8%左右的切应变。
室温下纯ZrO2是良好的绝缘体，加入稳定剂后 导电率明显提高，高温下是良好的离子导体陶瓷。
图3-3.
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（1）原料配方 原料的配方（各组分的含量）首先要考虑材料的使用
性能，其次还要考虑到原料的成型性、烧结性、工艺复 杂性及经济性等因素。
传统陶瓷不需要加塑化剂（坯料中含有可塑粘土成分）。 特种陶瓷所用的都是化工原料，这些原料没有可塑性， 因此从成型的角度考虑需要添加适量的有机塑化剂（有 利于烧结过程顺利排出）。
第三章 结构陶瓷
精品课件
3.1 氧化物结构陶瓷
3.1.1 Al2O3结构陶瓷 1. Al2O3晶体结构
Al2O3陶瓷是以α- Al2O3（75%~99%）为主晶 相的陶瓷材料，其同素异构体有十多种，常用的 有α- Al2O3、β-Al2O3 、γ-Al2O3 三种。Al2O3 的晶体结构不同，性能也不同。
75%~99.9%之间，通常习惯以配料中Al2O3含量来
分类，如Al2O3含量在75%左右的称“75瓷”，含
量在85%左右的称“85瓷”，含量在99%左右的称
“99瓷”.
Al2O3含量不同，烧结方法不同，烧结温度也
不相同。
根据Al2O3使用性能的不同，可采用常压烧
结、热压烧结、热等静压烧结。
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本 完成，这时MgO结晶不完整
第三阶段：800 ℃以上，MgO结晶逐渐长大并完整。 如果要得到活性较大的MgO，煅烧温度在1000
根ZrO2陶瓷的特点， ZrO2陶瓷可用于： （a）陶瓷轴承 （b）氧传感器
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3.1.3 MgO陶瓷
1. MgO原料的制备 MgO的制备程序：
沉淀剂
煅烧
热处理
矿物或海水------氢氧化镁或碳酸镁------氧
化镁-----
或化学处理
---------高纯氧化镁
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氧化镁的煅烧分解过程分为以下三个阶段 第一阶段：200~300℃开始分解，放出气体 第二阶段： 500~600℃，分解激烈，800 ℃分解基
耐酸性能良好，耐碱性能相对较差。
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ZrO2的t-m相变
由于ZrO2的t-m 相变有体积膨胀 产生，因此可以 用膨胀法来研究 其相变。
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T-m转变的影响因素
ZrO2中随稳定剂含量的增加，Ms点降低，残余t相
增加
晶粒尺寸也影响Ms点（界面能作用的结果），对
于室温组织，只有大于临界晶粒尺寸的才能发生
4. Al2O3陶瓷强韧化措施
Al2O3的烧结温度高、强度和韧性低，限制了 其广泛应用,因此必需添加适当的添加剂来提高其 韧性。
根据添加剂用途的不同提高Al2O3强度及韧性的 方法有两种：
一是添加合适的烧结助剂提高烧结性能 一是添加第二相强化相来提高Al2O3的强度和韧
性
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就提高烧结性能而言，氧化物添加剂归纳起来 可以分为两类：
果也不同，预烧的质量也不同。 表3-1
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预烧常用的添加剂为H3BO3、NH4F、AlF等，加入量 一般为0.3%~3%。
预烧质量还与预烧温度有关，预烧温度偏低不能 完全转化为Al2O3，且电性能降，若预烧温度过高， 粉料发生烧结，不易粉碎且活性降低。
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（3）烧结
工程实际应用的Al2O3陶瓷一般Al2O3含量在
常用塑化剂有PVA(聚乙烯醇）、PVB（聚乙烯醇缩丁 醛）、CMC（羧甲基纤维素）、EC（乙基纤维素）
对于热压、等静压烧结，可以不加塑化剂。
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（2）预烧 Al2O3具有同素异构体，晶型转变会引起体积
变化，预烧可以减少烧结过程中坯体的收缩。 预烧可以除去原料中的Na2O，提高原料的
纯度。 预烧的方法不同、添加剂及气氛不同，效
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γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积 高达数百平方米，活性高吸附能力强．工业品常 为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在 石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂 和催化剂载体。
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2. Al2O3的物理性能
纯Al2O3是无色的氧化物（白宝石）、含有Cr
m-t转变。 加热或冷却速度也影响Ms点
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与马氏体相变形核类似，m相形核为自促发形核。 图1-20
ZrO2 的t-m相变还可以以等温方式进行。
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Байду номын сангаас
ZrO2陶瓷制备及应用
ZrO2可单独烧成ZrO2陶瓷（TZP陶瓷），也可作 为强化相加入到其他陶瓷基体中（ZTA陶瓷）。
ZrO2陶瓷的制备方法有注浆成型或干压 成型。
为红色（红宝石）、含Ti为蓝色（蓝宝石）、含
Co、Ni、V为绿色（绿宝石）、含Fe和Mn时为玫瑰
红色等。熔点为2050℃，莫氏硬度为9，密度
3.95~4.10g/cm3，膨胀系数与金属相当，不溶于
酸，具有良好的化学稳定性、介电性能和机械性
能。
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3. Al2O3陶瓷的制备工艺
因要求的使用性能、制品的形状尺寸等因素不同， 从而导致Al2O3陶瓷的配方、成型、烧结方法等工 艺不相同，但大体上要经过以下几个主要工序：
一类是与Al2O3形成固溶体，这一类添加剂促进 烧结烧结有以下规律：
第一、和Al2O3形成有限固溶体的添加剂比形成 连续固溶体的作用大
第二、可变价添加剂比不可变价添加剂作用大 第三、离子电价高的添加剂作用大
另一类添加剂是生成液态相
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添加第二相强化相来提高Al2O3的强度和韧性主要 有以下三类
依配料中Al2O3的含量分为75瓷、85瓷、95 瓷、99瓷。
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（a） γ-Al2O3 γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环
境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝 胶．其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积， Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四
面体空隙之中．
γ-Al2O3密度小，高温不稳定，可转化为αAl2O3，密度随加热温度升高而发生变化。工业 Al2O3中γ-Al2O3占绝大多数，在自然界γ-Al2O3不 存在。
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5.应用
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3.1.2 ZrO2陶瓷
高纯 ZrO2为白中略带粉色，熔点为2680℃ ， 莫氏硬度为7级。 ZrO2有三种晶体结构：
发生t至m的可逆相变时，伴随有5%左右的体积膨 胀和8%左右的切应变。
室温下纯ZrO2是良好的绝缘体，加入稳定剂后 导电率明显提高，高温下是良好的离子导体陶瓷。
图3-3.
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（1）原料配方 原料的配方（各组分的含量）首先要考虑材料的使用
性能，其次还要考虑到原料的成型性、烧结性、工艺复 杂性及经济性等因素。
传统陶瓷不需要加塑化剂（坯料中含有可塑粘土成分）。 特种陶瓷所用的都是化工原料，这些原料没有可塑性， 因此从成型的角度考虑需要添加适量的有机塑化剂（有 利于烧结过程顺利排出）。
第三章 结构陶瓷
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3.1 氧化物结构陶瓷
3.1.1 Al2O3结构陶瓷 1. Al2O3晶体结构
Al2O3陶瓷是以α- Al2O3（75%~99%）为主晶 相的陶瓷材料，其同素异构体有十多种，常用的 有α- Al2O3、β-Al2O3 、γ-Al2O3 三种。Al2O3 的晶体结构不同，性能也不同。
75%~99.9%之间，通常习惯以配料中Al2O3含量来
分类，如Al2O3含量在75%左右的称“75瓷”，含
量在85%左右的称“85瓷”，含量在99%左右的称
“99瓷”.
Al2O3含量不同，烧结方法不同，烧结温度也
不相同。
根据Al2O3使用性能的不同，可采用常压烧
结、热压烧结、热等静压烧结。
精品课件
本 完成，这时MgO结晶不完整
第三阶段：800 ℃以上，MgO结晶逐渐长大并完整。 如果要得到活性较大的MgO，煅烧温度在1000
根ZrO2陶瓷的特点， ZrO2陶瓷可用于： （a）陶瓷轴承 （b）氧传感器
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3.1.3 MgO陶瓷
1. MgO原料的制备 MgO的制备程序：
沉淀剂
煅烧
热处理
矿物或海水------氢氧化镁或碳酸镁------氧
化镁-----
或化学处理
---------高纯氧化镁
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氧化镁的煅烧分解过程分为以下三个阶段 第一阶段：200~300℃开始分解，放出气体 第二阶段： 500~600℃，分解激烈，800 ℃分解基
耐酸性能良好，耐碱性能相对较差。
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ZrO2的t-m相变
由于ZrO2的t-m 相变有体积膨胀 产生，因此可以 用膨胀法来研究 其相变。
精品课件
T-m转变的影响因素
ZrO2中随稳定剂含量的增加，Ms点降低，残余t相
增加
晶粒尺寸也影响Ms点（界面能作用的结果），对
于室温组织，只有大于临界晶粒尺寸的才能发生
4. Al2O3陶瓷强韧化措施
Al2O3的烧结温度高、强度和韧性低，限制了 其广泛应用,因此必需添加适当的添加剂来提高其 韧性。
根据添加剂用途的不同提高Al2O3强度及韧性的 方法有两种：
一是添加合适的烧结助剂提高烧结性能 一是添加第二相强化相来提高Al2O3的强度和韧
性
精品课件
就提高烧结性能而言，氧化物添加剂归纳起来 可以分为两类：
果也不同，预烧的质量也不同。 表3-1
精品课件
预烧常用的添加剂为H3BO3、NH4F、AlF等，加入量 一般为0.3%~3%。
预烧质量还与预烧温度有关，预烧温度偏低不能 完全转化为Al2O3，且电性能降，若预烧温度过高， 粉料发生烧结，不易粉碎且活性降低。
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（3）烧结
工程实际应用的Al2O3陶瓷一般Al2O3含量在
常用塑化剂有PVA(聚乙烯醇）、PVB（聚乙烯醇缩丁 醛）、CMC（羧甲基纤维素）、EC（乙基纤维素）
对于热压、等静压烧结，可以不加塑化剂。
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（2）预烧 Al2O3具有同素异构体，晶型转变会引起体积
变化，预烧可以减少烧结过程中坯体的收缩。 预烧可以除去原料中的Na2O，提高原料的
纯度。 预烧的方法不同、添加剂及气氛不同，效
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γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积 高达数百平方米，活性高吸附能力强．工业品常 为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在 石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂 和催化剂载体。
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2. Al2O3的物理性能
纯Al2O3是无色的氧化物（白宝石）、含有Cr
m-t转变。 加热或冷却速度也影响Ms点
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与马氏体相变形核类似，m相形核为自促发形核。 图1-20
ZrO2 的t-m相变还可以以等温方式进行。
精品课件
Байду номын сангаас
ZrO2陶瓷制备及应用
ZrO2可单独烧成ZrO2陶瓷（TZP陶瓷），也可作 为强化相加入到其他陶瓷基体中（ZTA陶瓷）。
ZrO2陶瓷的制备方法有注浆成型或干压 成型。
为红色（红宝石）、含Ti为蓝色（蓝宝石）、含
Co、Ni、V为绿色（绿宝石）、含Fe和Mn时为玫瑰
红色等。熔点为2050℃，莫氏硬度为9，密度
3.95~4.10g/cm3，膨胀系数与金属相当，不溶于
酸，具有良好的化学稳定性、介电性能和机械性
能。
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3. Al2O3陶瓷的制备工艺
因要求的使用性能、制品的形状尺寸等因素不同， 从而导致Al2O3陶瓷的配方、成型、烧结方法等工 艺不相同，但大体上要经过以下几个主要工序：
一类是与Al2O3形成固溶体，这一类添加剂促进 烧结烧结有以下规律：
第一、和Al2O3形成有限固溶体的添加剂比形成 连续固溶体的作用大
第二、可变价添加剂比不可变价添加剂作用大 第三、离子电价高的添加剂作用大
另一类添加剂是生成液态相
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添加第二相强化相来提高Al2O3的强度和韧性主要 有以下三类
依配料中Al2O3的含量分为75瓷、85瓷、95 瓷、99瓷。
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（a） γ-Al2O3 γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环
境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝 胶．其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积， Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四
面体空隙之中．
γ-Al2O3密度小，高温不稳定，可转化为αAl2O3，密度随加热温度升高而发生变化。工业 Al2O3中γ-Al2O3占绝大多数，在自然界γ-Al2O3不 存在。