《陶瓷材料》PPT课件

陶瓷成型技术的发展前景
智能化制造
随着工业4.0和智能制造的发展，陶瓷成型将向自动化、智能 化方向发展，实现高效、高精度、低成本的制造。
可持续发展
未来陶瓷成型技术将更加注重环保和可持续发展，减少生产 过程中的环境污染和资源消耗，实现绿色制造。
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干燥设备
用于将成型后的坯体 进行干燥处理的设备 ，如干燥箱、烘房等 。
烧成设备
用于将干燥后的坯体 进行高温烧成的设备 ，如窑炉等。
04
陶瓷成型材料的选择与处理
陶瓷原料的选择与处理
原料种类
根据制品性能要求，选择合适的陶瓷原料，如高岭土、瓷石等。
原料纯度
确保原料纯度高，减少杂质含量，以获得高质量的陶瓷制品。
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模具准备
根据制品形状和尺寸，准备合适的模具来自并进行 预处理。配料准备
按照配方比例，将原料和添加剂进行混合。
3
搅拌与炼泥
将混合料搅拌均匀，并进行炼泥，以提高可塑性 。
05
陶瓷成型的缺陷与控制
陶瓷成型中的常见缺陷
开裂
陶瓷制品表面或内部的裂纹，影响其完整性 和强度。
气泡
制品内部或表面的气孔，可能导致强度下降 。
成型
将浆料倒入模具中，通过外力 作用使其成型。
烧成
将干燥后的坯体放入窑炉中进 行高温烧成，使其完全硬化和 烧结。
陶瓷成型的设备与工具
配料设备
用于将原料按照一定 比例混合的设备，如 搅拌机、球磨机等。
制备浆料设备
用于将原料制备成浆 料的设备，如搅拌器 、砂磨机等。
成型设备
用于将浆料成型为坯 体的设备，如注浆机 、压机等。
材料成型可分为铸造、锻造、焊接、 粉末冶金等工艺。

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一 AX型晶体结构
具有NaCl结构的离子晶体的晶胞
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具有CsCl结构的离子晶体的晶胞
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二 AmXn型晶体结构
具有CaF2结构的离子晶体的晶胞
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二.生物医用陶瓷材料的基本条件与要求
1.良好的生物相容性 2. 杂质元素及溶出物含量低 3. 有效性
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B 其它的惰性氧化物陶瓷 氧化锆陶瓷
单斜晶体(m) 1170℃ 四方晶(t) 2370℃ 立方晶(c) 2715℃ 熔体
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氧化锆，氧化镁，以及混合氧化物陶瓷 （如组成：氧化锆50-60%,氧化铝10-20%,氧化钾7-10%的陶瓷）
混合氧化物陶瓷组成，色泽，热膨胀系数可调，可用作人工牙齿
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1972年，Aoki和Jarcho成功烧结了羟基磷灰石，制得了羟基磷灰石陶瓷，并在 随后的几年中发现，烧结羟基磷灰石具有良好的生物活性，从此开始了生物活 性陶瓷发展的新纪元；
1973年，Driskell等报道了β-Ca3(PO4)2多孔陶瓷植入生物体后，能被迅速吸收， 并发生了骨置换， 称之为可吸收陶瓷(Absorbable ceramics)，即生物可降解陶 瓷；
Hale Waihona Puke BIOmaterials第三代
活性、可降解 生物活性玻璃、硅酸钙
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陶瓷显微结构
由许多不规则的晶粒所组成，中间有晶界隔开
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按化学 组成分 类
陶瓷可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、 氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、金属陶瓷等。
1.3 陶瓷材料的性能特点
硬度在各类材料中最高，其硬度一般为1 000～1 500 HV
陶
瓷 作为超硬耐磨损材料，其性能特别优良
性 能
Байду номын сангаас
室温下几乎无塑性，韧性极低，脆性大
的 性
抗拉强度低，但抗压强度较高
强度较低，热稳定性差，在425～800℃时开始软化
特 结构疏松，空隙中常有金属离子填充 点
会降低陶瓷的强度、耐热性和绝缘性
玻璃相在陶瓷中的含量不能太大，一般为20%～40%。
3.气相
气相是指陶瓷组织内部形成的气孔，是一种结构缺陷。
气孔是陶瓷裂 纹的根源
使陶瓷材料的强度下降 使陶瓷材料的热导率下降 使陶瓷材料的抗电击穿强度等下降
能 熔点很高，高温强度较高，高温抗蠕变能力强
特
点 高温抗氧化性很高，但热膨胀系数小，热导率低
绝缘性能良好
1.4 常用工业陶瓷
常用工业陶瓷的主要性能和用途如教材表8-4所示。
金属材料与热处理
金属材料与热处理
1.1 陶瓷材料的结构
陶瓷是由无数细小晶粒通过玻璃相黏结而成的多晶体材料，其 组织中有许多微小空隙，即陶瓷的组织主要包括晶体相、玻璃相和 气相。
1.晶体相
晶体相是陶瓷的主要相，其性质往往能决定陶瓷的性能。
晶体相
陶瓷中晶体相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物（氮 化物、硅化物、硼化物、碳化物等）三种。
主晶相
含量多、起主要作用的晶 体相
次晶相
第三晶相
…
2.玻璃相
玻璃相是陶瓷材料在高温烧结时形成的黏度很大的酸性或碱性 氧化物熔融液，经冷却后获得的非晶态固相。

色彩丰富，不 褪不变，质感 朴实柔和。 抗压强度高、 吸水率小，表 面硬度大，耐 磨防滑，性能 稳定。
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彩胎砖
（仿花岗岩瓷砖、抛光砖、玻化石）
仿天然岩石的彩 色颗粒土原料
混合、压 制成坯
高温一 次烧结
规格尺寸 •95×95 × 10 、200×200 × 8（10）、 300×300 × 9.5、
施工精度高、安全性好、提高墙体的热工性 能和隔声性能。
NBK-KERAMIK公司生产的 格栅状干挂条板 27
各种不同的干挂砖形式及构造原理示意
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法国圣戈班特力生产的干挂陶土类面砖产品
法国圣戈班特力生产的干挂陶土类面砖产品的表面质感
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伦佐·皮亚诺设计的柏林波茨坦广场的音乐剧场， 外墙采用干挂陶土板、陶土百叶。
陶瓷装饰材料
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整体概况
概况一
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01
概况二
点击此处输入 Байду номын сангаас关文本内容
02
概况三
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03
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陶瓷的分类
陶质
粗陶 精陶
坯料为含杂质较多的砂粘土，表面 不施釉
原料为塑性粘土、高岭土、长石和 石英，经素烧、釉烧两次烧制
陶 瓷 制 品
瓷质
粗瓷 精瓷
结构致密，基本不吸水，色白，高 强，耐磨，表面通常施釉，有一定 的半透明性
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TOTO海洁特 板岩系列瓷砖
TOTO海洁特撒 TOTO海洁特 哈拉系列瓷砖 御岩系列瓷砖
TOTO海洁特 丝岩系列瓷砖
麻面无光 彩胎砖
TOTO海洁特2新1 洞石系列瓷砖
日本爱和陶敦煌石ica系列
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彩绘山水注壶 （清代）
南
宋
龙
泉 竹
瓷
节 弦
器
纹
小
瓶
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传统陶瓷—日用陶瓷器皿
包括汲器、炊器、饮器、食器与盛贮器。
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传统陶瓷
建筑陶瓷 卫生陶瓷及卫浴产品
美术陶瓷
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我国建筑陶瓷源远流长，自古以来就被作为建筑物的优良 装饰材料之一。陶瓷艺术是火与土凝结艺术。金碧辉煌的 中国皇宫建筑和九龙壁(见图)，都是留芳千年的建筑陶瓷 装饰艺术。
北京故宫博物院，堪称琉璃博物馆。
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传统的陶瓷制品主要功能是制造艺术品和容器。随着建筑及装饰业发 展，陶瓷在保留原有功能的同时，越来越向建筑装饰材料领域发展。 随着人民生活水平的提高，建筑陶瓷的应用更加广泛，其品种、花色 和性能也有很大的变化。其中以陶瓷墙地砖的使用最为广泛，它以成 本低廉、施工简易、外形美观和容易清洁等特点，体现出建筑装饰设 计所追求的“实用、经济、美观”的基本原则。由于广泛地应用高科 技生产技术和先进的生产设备与工艺，使得陶瓷产品不断更新，高档 次产品的生产比例重不断加大。
钛酸钡瓷、钛酸锶瓷、金红石瓷 铁淦氧瓷、镍锌磁性瓷
电子陶瓷 有导电性、电光性
电子元器件等
金属陶瓷 高强度、高熔点、高韧性、抗 铁、镍、钴金属陶瓷，如火箭喷嘴
其他
氧化
氧化物、碳化物、硅化物瓷等
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3.陶瓷制品种类
(1) 陶质制品
陶质制品烧结程度相对较低，为多孔 结构，通常吸水率较大、强度较低、 抗冻性差、断面粗糙无光、不透明， 敲击时声粗哑，分无釉和施釉两种制 品，适用于室内使用。

20陶瓷材料 公开课一等奖创新教学设计
20陶瓷材料公开课一等奖创新教学设计 青岛版六三制五年级上册科学第4单元地球和地表《20.陶瓷材料》教学设计 一、学习目标： .了解陶瓷材料的定义、分类和特点。 .掌握陶瓷材料的制备过程和工艺。 .理解陶瓷材料在日常生活和工业生产中的应用。 .培养学生的观察、实验和探究能力。 .提高学生对于材料科学的兴趣和科学素养。 二、教材分析： 本节课主要介绍陶瓷材料的定义、分类、特点、制备过程以及在日常生活和工业生产中的应用。通过实验探究 陶瓷材料的性能，让学生了解陶瓷材料的特性及其对日常生活的影响，培养学生的探究精神和科学素养。 三、学情分析： 五年级的学生已经具备了一定的科学知识和探究能力，同时也对陶瓷材料产生了浓厚的兴趣。通过本节课的学 习，可以进一步加深学生对陶瓷材料及其应用的认识和理解，提高他们的观察、实验和探究能力。 四、重难点：
学生：（分组进行实验操作）
老师：（巡视指导）注意观察实验结果，及时记录数据。
学生：（记录数据）
（四）、分析实验数据并得出结论
老师：好了，同学们的实验做得很成功。现在请你们根据实验数据来分析一下不同种类的陶瓷制品的硬度吧。
学生：（分析数据）从数据中我们可以看出，不同种类的陶瓷制
品的硬度有所不同。一般来说，餐具的硬度要高于茶具和其他日用品。
老师：非常好，那么我们一起来探究一下陶瓷材料的制备过程吧。
（二）、新课学习
老师：首先，我们需要将黏土或陶瓷粉末制成泥浆。这个过程中需要加入适量的水和其他添加剂。然后，将泥 浆倒
入模具中，制成我们需要的形状。接下来，将模具中的陶瓷制品晾干，然后进行烧制。这个过程中需要控制好 温度和时间，以确保陶瓷制品的质量。最后,经过冷却和加工处理，就可以得到我们需要的陶瓷制品了。

正是Si3N4陶瓷具有如此良好的特性，人们常常用它来制造 轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。

陶瓷的分类—按性能与用途分类
1)结构陶瓷。 结构陶瓷作为结构材料用来制造结构零部件．主要使用其力学性能。 增加强度、韧性、硬度、模量、耐磨性、耐高温性能(高温强度、抗热 震性、耐烧蚀性)等。上面讲到的核化学成分分类的四种陶瓷大多数均 为结构陶瓷。如 AjZQ石．3N4、Z戏都是力学性能优越的代表性结构 陶瓷材料。 (2)功能陶瓷。 功能陶瓷作为功能材料用来制造功能器件，主要使用其物理性队如电 磁性能、热性能、光性能、生物性能等。例如铁氧体．铁电陶瓷主要 使用其电磁性能．用来制造电磁元件，介电陶瓷用来制造电容器，压 电陶瓷用来制作位移或压力传感器．固体电解质陶瓷利用其离子传身 特性可以制作氧探测器．生物陶瓷用来制造人工骨骼和人工牙齿等。 超导材料和光导纤维也属于功能陶瓷的范畴。
碳化物陶瓷 ～般具有比 氧化物更高 的熔点。最 常用的是SIC 、SC，凤C． TIC等。碳化 物陶瓷在制 备过程中应 有气氛保护
它具有优良的 综合力学性能 和耐高温性 能。另TZN， BN、AI问筹 氮化物陶瓷的 应用也日趋广 泛。最近刚刚 出现C3N4， 可望其性能超 过Si3O4 。
硼化物陶瓷的 应用并不很 广泛，主要是 作为深加剂或 第二相加入其 它陶瓷基体中， 以达到改善性 能的目的。 常用的有 Ti，Zr等。
先进 陶瓷 结构陶瓷
低压电瓷
高压电瓷
电子陶瓷 功能陶瓷 结构陶瓷
用于≥1KV的电瓷，
利用本征特性，如装置瓷，电阻等 利用功能特性，如敏感、压电陶瓷 利用本征特性，如高强度，耐高温，
耐磨，耐腐蚀等
建筑卫生陶瓷
建筑陶瓷：用于建筑物饰面或 作为建筑构件的陶瓷制品。 卫生陶瓷：用作卫生设施的有 釉陶瓷制品。
2. 陶瓷的分类 日用陶瓷
日用瓷器是日常生活中人们接触最多，也是 熟悉的瓷器，如餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭 具等陈设瓷等。在历史上，日用瓷器是从日用陶 器发展而来的，又因为两者在性能和制造工艺上 有相似之处，所以，习惯上把它们放在一起，统 称为日用陶瓷。

SiO继续被碳还原： SiO＋2C→SiC＋CO(g)
3) 气相沉积法
气相沉积法可以分为化学气相沉积法(CVD)和物 理气相沉积法(PVD)。根据气相加热方式的不同， 又可分为等离子体CVD法、激光CVD法、热CVD 法等。PVD法主要利用了蒸发－冷凝机理(如电弧 法)；而CVD法则是利用硅的卤化物(SiX)和碳氢化 物(CnHm)及氢气在发生分解的同时，相互反应生 成SiC。这些方法可以制备高纯度的SiC粉末，也 可以得到晶须或者薄膜，其反应通式如下
(2) 硼酐碳热还原法
工业上采用过量碳还原硼酐(或硼酸)的方法合成B4C。将硼酐(或 硼酸)与石油焦或人造石墨混合均匀，在电弧炉或电阻炉中1700～ 2300℃合成，反应式为：
2B2O3 + 7C = B4C + 6CO
4H3BO3 + 7C = B4C + 6H2O + 6CO 将合成得到的B4C粗碎、磨粉、酸洗、水洗，再用沉降法得到不 同粒度的粉料。
SiX＋CnHm H2 SiC＋HX
4) 有机硅前驱体法
将有机金属化合物在真空、氢气或者惰性气氛中在相对较 低的温度下进行热解反应，从而得到相应的制品。合成 SiC的起始材料有聚碳硅烷、聚硅烷和聚碳氧硅烷等。下 式给出了从聚碳硅烷出发制备SiC的整个反应过程：
断裂 500oC
重排 600oC
交联 700oC
7x10-5
20.5
8-9
29.3
WC 立方 2865 15.50 1.2x10-5
9
24.5
各种材料的硬度比较
硬 度
淬水高硬氧碳碳含碳立金
火晶速质化化化钒化方刚
钢
钢合铝钨硅高硼氮石
金
速

溶胶-凝胶法
总结词
通过溶胶-凝胶转变过程制备陶瓷材料的方法。
详细描述
溶胶-凝胶法是一种制备陶瓷材料的方法。它通过将前 驱体溶液（通常为金属醇盐或无机盐）与适当的溶剂 混合，形成均匀的溶胶，然后经过凝胶化过程形成凝 胶。在凝胶化过程中，前驱体分子间的相互作用导致 形成三维网络结构，最终经过干燥和热处理得到所需 的陶瓷材料。溶胶-凝胶法可以制备出高纯度、高均匀 性的陶瓷材料，但需要严格控制制备过程中的温度、 浓度等参数。
除污染物和杂质。
催化剂载体
陶瓷基体复合材料可作为催化剂 载体，用于废气处理和工业废水 处理等领域，能够有效降低污染
物排放和提高处理效率。
热能回收
陶瓷基体复合材料具有高热导率 和耐高温性能，可用于制造高效 热能回收装置，将工业余热转化 为可利用的能源，实现能源的循
环利用。
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CATALOGUE
陶瓷基体复合材料的研究展望
界面优化
改善陶瓷基体与增强相之 间的界面结合强度，提高 复合材料的整体性能。
工艺参数优化
通过调整制备工艺参数， 如温度、压力、时间等， 优化陶瓷基体复合材料的 组织结构和性能。
应用领域的拓展
航空航天领域
利用陶瓷基体复合材料的高温性能和轻量化特点，拓展其在航空 航天领域的应用。
能源领域
利用陶瓷基体复合材料的优异热稳定性和耐腐蚀性，拓展其在能 源领域的应用，如燃气轮机、核反应堆等。
能源
用于制造燃气轮机叶片、核反 应堆的屏蔽层等。
化工
用于制造耐腐蚀、高温的管道 、反应器等。
陶瓷基体复合材料的发展历程
20世纪40年代
玻璃纤维增强陶瓷基复合材料的出现，主要 用于航空航天领域。
20世纪70年代