4先进陶瓷材料第一章

先进陶瓷材料及应用一、课程说明课程编号：060609Z10课程名称(中/英文)：先进陶瓷材料及应用/Advanced Ceramics and applications 课程类别：学科专业课程学时/学分: 64/4先修课程：大学物理、物理化学、工科化学、材料科学基础适应专业：材料科学与工程（国际班）教材、教学参考书：(1) 张金升、王美婷、许凤秀编著，先进陶瓷导论，北京，化学工业出版社，2006二、课程设置的目的意义通过本课程的学习，了解掌握先进陶瓷材料的物理性能的基本概念、基本原理及应用等，学生将能够理解性能与材料的组成、结构的关系及各性能之间的关联与变化规律，让学生为正确地选择和使用材料、改善材料性能、设计与探索优质新材料提供理论基础。

三、课程的基本要求知识：本课程教学内容包括陶瓷材料的类别、性能特点、结构特征、应用与发展，通过学习能对先进陶瓷材料及其应用具有较全面的了解。

能力：通过本课程的学习，了解掌握无机非金属材料的力、光、电、磁、热等各种物理性能的基本概念、基本原理，学生将能够理解性能与材料的组成、结构的关系及各性能之间的关联与变化规律，让学生为正确地选择和使用材料、改善材料性能、设计与探索优质新材料提供理论基础。

素质：建立性能－结构－工艺密切关联的观念，通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立材料设计制备到应用的思维模式，提升理解工程管理与经济决策的基本素质。

提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。

四、教学内容、重点难点及教学设计基本内容：主要涉及先进陶瓷材料的基本内涵、发展历程、陶瓷结构与陶瓷特性；具体介绍结构陶瓷、电容器陶瓷、铁电压电陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、导电陶瓷、半导体陶瓷敏感陶瓷以及陶瓷纤维陶瓷基复合材料；先进陶瓷在高新技术中的应用等。

教学过程中，包含学生分组进行课外研究性学习、设计课题的设计与研究方案，并开展课堂汇报和课堂讨论。

具体教学教学中的重点难点及教学设计见下表：五、实践教学内容和基本要求无六、考核式及成绩评定教学过程中采取讲授、讨论、分析、作业等相结合的方式进行，注重过程考核，考核方式包括：作业、讨论、辩论、课内互动、课外阅读等；过程考核占总七、大纲主撰人：大纲审核人：。

2先进陶瓷的特点陶瓷材料，从广义上讲，是指除有机和金属材料之外的所有其它材料，即无机非金属材料。

这里将现代的陶瓷材料冠以“先进”（也可称作“精细”、“高技术”等），是为了与传统的陶瓷材料相区别。

原料不同结构不同它们的差别主要体现在：制备工艺不同性能不同原料结构以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用化学和相组成复杂、多样，杂质成份和杂质相众多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，且多气孔使用经人工合成的高质量的粒体作起始材料一般化学和相组成较简单、明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，其显微结构一般均匀而细密制备工艺性能矿物经混合可直接用于湿法成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃到1400℃，烧成后一般不需加工一般限于日用和建筑使用用的高纯度粉体必须添加有机的添加剂才能干法或湿法成型，烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工优异的力学性质特别是高温力学性质和各种光、电、声、磁的功能，在各个工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织、汽车、航天、核工业和军事工业中3先进陶瓷的分类电子陶瓷结构陶瓷先进陶瓷涂层/薄膜复合材料纳米陶瓷问题原料制备难用机械的方法很难得到高纯度的、球状的粉体。

只能用化学的或物理的方法合成,通过合成可得到大多数纳米级的陶瓷粉体。

纳米粉体的团聚给陶瓷烧成带来麻烦在烧结后将引入大量的缺陷和气孔,严重影响烧结体的致密度和它的性能;团聚体亦将加速粉体在烧成过程中的二次重结晶,形成大晶粒,达不到纳米尺寸的要求。

因此,防止和消除粉体团聚是人们充分注意的问题。

问题原料制备难表征难纳米粉体如何表征,如何确认它是高纯的、符合化学式的、球状和无团聚的纳米粉体,因为常规的表征微米粉体的手段和方法往往无能为力或误导,必须探求新的测试方法或几种方法对照分析才能得到所需的表征结果。

（2）先进陶瓷的制备先进陶瓷的制备粉体制备成型烧结和加工。

先进陶瓷材料先进陶瓷材料是指具有优异性能和广泛应用前景的陶瓷材料，它们在材料科学领域发挥着重要作用。

与传统陶瓷材料相比，先进陶瓷材料具有更高的强度、硬度、耐磨性、耐高温性、化学稳定性和绝缘性。

它们被广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械、能源等领域，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。

先进陶瓷材料主要包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。

这些材料具有优异的高温性能和耐磨性，因此在航空航天领域得到广泛应用。

例如，氮化硅陶瓷被用作航空发动机零部件的高温结构材料，氧化锆陶瓷被用作航天器热结构材料，氧化铝陶瓷被用作航空航天器的绝缘材料。

在汽车制造领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

碳化硅陶瓷被用作汽车发动机零部件的高温结构材料，氧化铝陶瓷被用作汽车刹车片的耐磨材料，氮化硅陶瓷被用作汽车发动机气门的耐磨材料。

这些材料的应用大大提高了汽车的性能和可靠性。

在电子领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

氧化铝陶瓷被用作集成电路基板的绝缘材料，氮化硅陶瓷被用作电子封装材料，碳化硅陶瓷被用作电子散热材料。

这些材料的应用使电子产品具有更高的性能和可靠性。

在医疗器械领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

氧化锆陶瓷被用作人工关节的材料，氮化硅陶瓷被用作牙科修复材料，碳化硅陶瓷被用作医疗器械的耐磨材料。

这些材料的应用使医疗器械具有更好的生物相容性和耐用性。

在能源领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

氮化硅陶瓷被用作核能领域的结构材料，氧化铝陶瓷被用作火电厂的绝缘材料，碳化硅陶瓷被用作太阳能电池的基板材料。

这些材料的应用使能源设备具有更高的安全性和稳定性。

总的来说，先进陶瓷材料以其优异的性能和广泛的应用前景，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。

随着科学技术的不断进步，先进陶瓷材料将会有更广泛的应用领域和更多的创新发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。

Contents陶瓷概述二、 陶瓷材料的发展历程三、结构陶瓷与功能陶瓷四、陶瓷原料准备与配料计算五、先进陶瓷粉体制备六、先进陶瓷成型工艺先进陶瓷烧结方法陶瓷的研究进程分为三个阶段:东汉晚期，人们利用青瓷梅子青釉：枫叶尊白瓷狮面铺首炉三大突破凡是釉里含铜，烧出来就呈现绿色。

青瓷梅子青釉：枫叶尊白瓷狮面铺首炉20世纪初，陶瓷研究进入第二个阶段——先进陶年代中期以后，通过工艺上的改进，制备出晶粒3.1 传统陶瓷:传统陶瓷:所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原粘土矿物－高岭石 石英钾长石属于粘土矿物，其化学组成为Al4[Si钾长石粘土矿物－高岭石 石英建筑卫生瓷艺术瓷绝缘子先进陶瓷上可分为两大类：ZrO2、BeO高熔点氧化物陶瓷，目前已知的有主要用途高纯ZrO2以三种同质异形体存在，即氧化锆单斜、四方和立方的单胞21170 ℃2370 ℃ 2715 ℃单斜m-ZrO2⇔四方t-ZrO2 ⇔立方c-ZrO2⇔liq-ZrO2 950℃2370℃常温下，ZrO2只能是单斜相，当用锆盐煅烧，达到830℃时，ZrO2开始向四方相转变，至1170℃时，完全转变为四方相，温度升至2370℃时转变为立方相。

当温度降低时，逐步转化为四方相，到室温时，变为稳定的单斜相。

21170 ℃2370 ℃ 2715 ℃单斜m-ZrO2⇔四方t-ZrO2 ⇔立方c-ZrO2⇔liq-ZrO2 950℃2370℃m-ZrO2→t-ZrO2 T=~1170 ℃m-ZrO2←t-ZrO2 T=~950 ℃z相变表现出大的热滞后现象，纯ZrO2正向加热m→t转变在1170 ℃左右发生，而反向降温时t→m相变在950 ℃发生。

z相变是以声速进行的，它总是在一瞬间完成。

ZrO2的晶型转化：1170 ℃2370 ℃ 2715 ℃单斜m-ZrO2⇔四方t-ZrO2 ⇔立方c-ZrO2⇔liq-ZrO2 950℃2370℃z相变过程伴随一定的体积变化，纯ZrO2加热时，由ｍ→ｔ相变，会产生5%的体积收缩；烧结冷却时，将发生由ｔ→ｍ相变，伴随产生约 8％的体积膨胀。

先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指具有优异性能和广泛应用前景的陶瓷材料。

与传统陶瓷材料相比，先进陶瓷材料具有较高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，同时具有良好的导电性、导热性和光学性能。

它们广泛应用于各个领域，例如电子、半导体、能源、医疗和航天航空等。

先进陶瓷材料的研究和应用在当代科技发展中具有重要意义。

首先，先进陶瓷材料在电子和半导体行业中发挥着重要作用。

例如，先进陶瓷材料在微电子和集成电路中用作绝缘体、介质、电容器和薄膜材料。

它们具有良好的电绝缘性、导电性和热稳定性，能够保护电子元件不受外部环境的影响，提高电子设备的性能和可靠性。

其次，先进陶瓷材料在能源行业中具有广泛应用。

例如，高温超导陶瓷材料能够在极低温度下实现电阻的彻底消除，对于能源输送和存储具有重要意义。

先进陶瓷材料还可以用于固体氧化物燃料电池，能够高效转化化学能为电能，提供清洁和可再生能源。

此外，先进陶瓷材料在医疗领域中也发挥着重要作用。

例如，生物活性玻璃可用于骨修复和人工关节等医疗器械。

先进陶瓷材料具有良好的生物相容性和生物活性，能够促进组织再生和医疗器械的持久性能。

最后，先进陶瓷材料在航天航空领域中也得到广泛应用。

例如，先进陶瓷材料可以用于制造发动机喷嘴和航天器耐高温热保护
材料。

先进陶瓷材料具有较高的熔点和耐高温性能，能够在极端环境下保持稳定性并提供优异的性能。

总之，先进陶瓷材料具有广泛的应用前景和重要的科技意义。

通过不断的研究和发展，我们可以进一步提高陶瓷材料的性能和应用范围，推动科技创新和产业升级。