第7章功能陶瓷材料
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第7章 聚合物陶瓷化
的多晶纤维, 即Sylramic SiC 纤维 。
Si-Ti-C-O 纤维先驱体 由PTCS(polytitanocarbosilane)制备，其由PCS和钛酸丁脂在二 甲苯溶液中，氮气保护下反应制得。先驱体PTCS中含有Si-OTi键, 熔点为473 K, 数均分子量Mn≈1600 , 再经熔融纺丝,不熔化 处理, 高温烧成可以制成Si-Ti-C-O 纤维。
缺点：先驱体裂解中气孔率高及收缩率大
解决方案： ➢ 对先驱体改性或者直接合成高陶瓷产率的先驱体外 ➢ 在先驱体中加入活性填料或惰性填料
1）制备陶瓷纤维 1975 年，日本Yajima 等通过合成先驱体聚碳硅烷、熔融纺丝、
热氧化交联和高温热解程序制备出力学和高温性能良好的SiC
陶瓷纤维，其商品名为“Nicalon”。开创了有机聚合物先驱
4.2 聚硅氮烷先驱体 聚硅氮烷(polysilazane, PSZ) 是一类分子主链由硅、氮原
子交替排列组成的聚合物。它的主要结构单元为:
它在室温下呈液态，黏度低(14.5×10 -3 Pa·s)，流动性好；含 有Si-H 键、N-H 键、乙烯基等多种活性基团，易交联固化。 可用于制备Si-C-N基纤维、薄膜、纳米粉、块材料、粘结剂 及大尺寸复杂结构的SiC/Si3N4 陶瓷部件。
缺点： ①反应条件较剧烈，聚硅烷所带取代基类型受限，含反应性基 团的单体难以缩聚 ②反应速率难控制，(环状)低聚物较多，分子量分布宽，聚合物 产率较低(<40%) ③使用碱金属，存在一定危险性
改进方法 ： ①通过添加螯合剂或其他催化剂（如正庚烷、二甘醇二甲醚等） 来提高反应选择性，改善产率、分子量及其分布。据报道，在反 应体系中加入金属卤化物(如FeCl2)可得窄分子量分布、提高产率； ②降低反应温度提高产量，改善其分子量分布。如用超声波技术 加热，并选择低沸点溶剂，可有效控制聚合物分子量分布。
Si-Ti-C-O 纤维先驱体 由PTCS(polytitanocarbosilane)制备，其由PCS和钛酸丁脂在二 甲苯溶液中，氮气保护下反应制得。先驱体PTCS中含有Si-OTi键, 熔点为473 K, 数均分子量Mn≈1600 , 再经熔融纺丝,不熔化 处理, 高温烧成可以制成Si-Ti-C-O 纤维。
缺点：先驱体裂解中气孔率高及收缩率大
解决方案： ➢ 对先驱体改性或者直接合成高陶瓷产率的先驱体外 ➢ 在先驱体中加入活性填料或惰性填料
1）制备陶瓷纤维 1975 年，日本Yajima 等通过合成先驱体聚碳硅烷、熔融纺丝、
热氧化交联和高温热解程序制备出力学和高温性能良好的SiC
陶瓷纤维，其商品名为“Nicalon”。开创了有机聚合物先驱
4.2 聚硅氮烷先驱体 聚硅氮烷(polysilazane, PSZ) 是一类分子主链由硅、氮原
子交替排列组成的聚合物。它的主要结构单元为:
它在室温下呈液态，黏度低(14.5×10 -3 Pa·s)，流动性好；含 有Si-H 键、N-H 键、乙烯基等多种活性基团，易交联固化。 可用于制备Si-C-N基纤维、薄膜、纳米粉、块材料、粘结剂 及大尺寸复杂结构的SiC/Si3N4 陶瓷部件。
缺点： ①反应条件较剧烈，聚硅烷所带取代基类型受限，含反应性基 团的单体难以缩聚 ②反应速率难控制，(环状)低聚物较多，分子量分布宽，聚合物 产率较低(<40%) ③使用碱金属，存在一定危险性
改进方法 ： ①通过添加螯合剂或其他催化剂（如正庚烷、二甘醇二甲醚等） 来提高反应选择性，改善产率、分子量及其分布。据报道，在反 应体系中加入金属卤化物(如FeCl2)可得窄分子量分布、提高产率； ②降低反应温度提高产量，改善其分子量分布。如用超声波技术 加热，并选择低沸点溶剂，可有效控制聚合物分子量分布。
功能陶瓷的性质与应用
功能陶瓷的性质与应用功能陶瓷的性质与应用功能陶瓷是一种具有特殊性能和功能的陶瓷材料，广泛应用于多个领域。
它的独特性质使得它在高科技产业中具有重要的地位。
首先，功能陶瓷具有优异的物理性能。
它们通常具有较高的硬度、强度和耐磨性，能够承受较高的温度和压力。
这些性能使得功能陶瓷在航空航天、汽车制造和能源领域中得到广泛应用。
例如，它们可以用于制造飞机发动机部件和汽车发动机零件，以提高其性能和耐久性。
其次，功能陶瓷具有良好的电学和磁学性能。
它们具有较低的电阻率、较高的介电常数和磁导率，可以用于制造电子元件和磁性元件。
功能陶瓷在电子器件、通信设备和计算机领域中起着重要作用。
例如，它们可以用于制造电容器、磁头和传感器，以满足现代科技的需求。
此外，功能陶瓷还具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性。
它们能够抵抗酸、碱、溶剂等腐蚀介质的侵蚀，能够在恶劣环境下长时间稳定工作。
这使得功能陶瓷在化工、医疗和环境保护等领域得到广泛应用。
例如，它们可以用于制造化学反应器、人工关节和废水处理设备，为人们提供更安全和健康的生活环境。
除了上述应用领域，功能陶瓷还广泛应用于光学、光电和生物医学等领域。
它们具有良好的光学透明性、光学非线性和生物相容性，因此在激光器、光纤通信和生物传感器等方面发挥着重要作用。
这些应用推动了功能陶瓷技术的不断发展和创新。
总结起来，功能陶瓷具有独特的性质，广泛应用于各个领域。
它们推动了现代科技的发展，提高了工业生产效率和产品质量，改善了人们的生活品质。
随着科技的不断进步，功能陶瓷的研究和应用前景将更加广阔，为人类创造更多的可能性。
工程材料第二版习题解答
第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。
塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。
疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。
σ为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。
bσ为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。
sδ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。
HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。
（二）填空题1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2 伸长率和断面收缩率，断面收缩率3 摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验， U型缺口试样和V型缺口试样4 洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。
5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。
（三）选择题1 b2 c3 b4 d f a （四）是非题 1 对 2 对 3错 4错（五）综合题 1 最大载荷为2805.021038.5πσ⨯=F b断面收缩率%10010810010⨯-=-=A A A ϕ 2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。
利用虎克定律 320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式 （一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。
（二）填空题1 四，共价键、离子键、金属键、分子键。
2 共价键和分子键，共价键，分子键。
3 强。
4 强。
（三）选择题1 a2 b3 a（四）是非题1 错2 错3 对4 错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。
陶瓷工艺与制品制作作业指导书
陶瓷工艺与制品制作作业指导书第1章陶瓷工艺概述 (3)1.1 陶瓷的定义与分类 (3)1.2 陶瓷工艺发展简史 (4)1.3 陶瓷制品的应用领域 (4)第2章陶瓷原料与配料 (4)2.1 陶瓷原料的种类与特性 (4)2.1.1 粘土 (4)2.1.2 石英 (5)2.1.3 长石 (5)2.1.4 高岭土 (5)2.2 配料计算与工艺要求 (5)2.2.1 配料计算 (5)2.2.2 工艺要求 (5)2.3 原料加工与处理方法 (5)2.3.1 粉碎 (6)2.3.2 筛分 (6)2.3.3 混合 (6)2.3.4 陈腐 (6)2.3.5 塑化 (6)第3章陶瓷坯料制备 (6)3.1 坯料制备工艺流程 (6)3.1.1 原料选择 (6)3.1.2 配料计算 (6)3.1.3 混合磨料 (6)3.1.4 成型 (6)3.1.5 干燥 (7)3.2 混合与磨料工艺 (7)3.2.1 混合 (7)3.2.2 磨料 (7)3.3 塑性与注浆成型 (7)3.3.1 塑性成型 (7)3.3.2 注浆成型 (7)第4章陶瓷成型工艺 (8)4.1 成型方法概述 (8)4.2 模压成型 (8)4.3 挤压成型 (8)4.4 干压成型 (8)第5章陶瓷装饰技术 (9)5.1 陶瓷装饰的种类与特点 (9)5.1.1 釉下彩装饰 (9)5.1.2 釉上彩装饰 (9)5.2 釉下彩装饰 (9)5.2.1 彩料制备 (9)5.2.2 釉下彩绘制 (9)5.2.3 釉料覆盖 (9)5.3 釉上彩装饰 (10)5.3.1 彩料制备 (10)5.3.2 釉上彩绘制 (10)5.3.3 低温烧成 (10)5.4 雕刻与堆贴装饰 (10)5.4.1 雕刻装饰 (10)5.4.2 堆贴装饰 (10)5.4.3 烧成工艺 (10)第6章陶瓷烧成工艺 (10)6.1 烧成过程与原理 (10)6.1.1 干燥 (10)6.1.2 预热 (11)6.1.3 烧成 (11)6.1.4 冷却 (11)6.2 窑炉种类及其特点 (11)6.2.1 隧道窑 (11)6.2.2 辊道窑 (11)6.2.3 梭式窑 (11)6.3 烧成制度的制定与优化 (11)6.3.1 烧成制度的制定 (11)6.3.2 烧成制度的优化 (12)第7章陶瓷釉料制备 (12)7.1 釉料的组成与分类 (12)7.1.1 釉料组成 (12)7.1.2 釉料分类 (12)7.2 釉料制备工艺 (13)7.2.1 原料选择与处理 (13)7.2.2 配制釉浆 (13)7.2.3 釉浆细度控制 (13)7.2.4 釉料施釉 (13)7.3 釉料功能检测与分析 (13)7.3.1 釉料功能检测 (13)7.3.2 釉料分析 (13)7.3.3 釉料质量评价 (13)第8章陶瓷后期处理 (13)8.1 冷加工与热加工 (13)8.1.1 冷加工 (14)8.1.2 热加工 (14)8.2 陶瓷制品的修补与修饰 (14)8.2.2 修饰 (14)8.3 陶瓷制品的质量检测与包装 (15)8.3.1 质量检测 (15)8.3.2 包装 (15)第9章陶瓷制品应用案例 (15)9.1 建筑陶瓷制品 (15)9.1.1 瓷砖 (15)9.1.2 陶瓷马赛克 (15)9.1.3 陶瓷卫浴产品 (15)9.2 电子陶瓷制品 (15)9.2.1 压电器件 (15)9.2.2 多层陶瓷电容器 (16)9.2.3 陶瓷天线 (16)9.3 生物陶瓷制品 (16)9.3.1 人工骨 (16)9.3.2 人工关节 (16)9.3.3 齿科修复材料 (16)9.4 艺术陶瓷制品 (16)9.4.1 陶瓷雕塑 (16)9.4.2 陶瓷绘画 (16)9.4.3 精品陶瓷器皿 (16)第10章陶瓷产业发展与展望 (17)10.1 国内外陶瓷产业发展现状 (17)10.1.1 国内陶瓷产业现状 (17)10.1.2 国外陶瓷产业现状 (17)10.2 陶瓷产业的技术创新 (17)10.2.1 传统陶瓷工艺的改进 (17)10.2.2 新型陶瓷材料的研发 (17)10.2.3 陶瓷设计与工艺的结合 (17)10.3 陶瓷产业的未来发展趋势与挑战 (17)10.3.1 发展趋势 (17)10.3.2 挑战 (18)10.4 陶瓷产业的可持续发展策略 (18)10.4.1 优化产业结构，提高产业集中度 (18)10.4.2 加强技术创新，提高产品质量 (18)10.4.3 推广绿色生产，实现可持续发展 (18)10.4.4 弘扬陶瓷文化，提升品牌影响力 (18)第1章陶瓷工艺概述1.1 陶瓷的定义与分类陶瓷是一种以氧化物、非氧化物及氧化物和非氧化物的混合物为主要成分，经高温烧结而成的非金属无机材料。
第七章功能转换材料
金属棒中，两端温度不同，电子扩散形成的电动势
即汤姆逊电动势。发生在同种金属两端之间。
AB (T1)
Ek
(T )
dT dl
l
0 Ek dl
T2 (T )dT
T1
A
B
回路总电动势：
AB (T1T2 ) AB (T1) AB (T2 )
T2 T1
A (T )dT
T1 T2
B
(T
金属棒 ab ，两端 T1 T2
a
I T1
T1 T2
b
T2
流过电流，棒吸热，电流反向时放热。称为汤姆逊效应。
原因：棒ab存在电动势（汤姆逊电动势）
温度高处（a）电子动能较大， a
向低温处扩散，形成电动势。非 静电力（扩散力）做负功，吸热；
T1
Ek
电流反向时，非静电力做正功，
放热。
E b
T2
还有：硫化镉，鍗化镉，砷化镓
3、光电子发射应用
光电管是利用光电子发射（外光电效应）制成。用 于光控继电器（自动报警器等）、光电光度计（光电 流反应入射光强度）
光电倍增管（非常弱的光照，产生很大电流），在 工程、天文、军事上有重要应用。
电视摄像管
7-4 热电材料
一、热电效应（温差电效应）
用不同导体构成回路，两接头保持温差，则闭合
InAs,InSb,GaAs,GaSb,Ge,Si.
光电探测器（光敏器件），光电导摄像管，固体图 像传感器。 2、结型光电二极管 （1）高速响应的光电探测器
对非结型光电探测器，光电子在外电路中产生光电 流的响应慢。光照停止时，载流子平均寿命内仍存在 光电子，故有延迟光电流产生。
对结型光电二极管，光电子主要产生于结中吸收区内。
金属陶瓷
二、碳化铬基金属陶瓷
粘结Cr 金属陶瓷在高温下有极优异的抗氧化性能。 抗氧化性能 粘结 3C2金属陶瓷在高温下有极优异的抗氧化性能。 608碳化铬合金的抗硫酸腐蚀的能力为 －8不锈钢的 倍， 碳化铬合金的抗硫酸腐蚀的能力为18－ 不锈钢的 不锈钢的200倍 碳化铬合金的抗硫酸腐蚀的能力为 这种合金硬度HRA为88.3，密度为7.0g/cm3，抗弯强度为779MPa。 这种合金硬度 为 ，密度为 抗弯强度为 。 可用作盐水捕鱼杆导圈，抗热盐水腐蚀与磨损的轴承与密封材料， 可用作盐水捕鱼杆导圈，抗热盐水腐蚀与磨损的轴承与密封材料， 量具材料，黄铜挤压模具，高温轴承等。 量具材料，黄铜挤压模具，高温轴承等。
Al2O3－Fe系金属陶瓷 系金属陶瓷
MgO－MgO·Cr2O3－Mo金属陶瓷 － 金属陶瓷 ZrO2－W金属陶瓷 金属陶瓷
7. 3 碳化物基金属陶瓷
过渡族金属的未填满的d层电子与碳化物产生强烈的相互 过渡族金属的未填满的 层电子与碳化物产生强烈的相互 作用，溶解碳化物形成固溶体或者混合型碳化物。 作用，溶解碳化物形成固溶体或者混合型碳化物。 WC基金属陶瓷在硬质合金里广泛应用； 基金属陶瓷在硬质合金里广泛应用； 基金属陶瓷在硬质合金里广泛应用 除WC外，研究得最成熟的是以 为基的材料， 外 研究得最成熟的是以TiC为基的材料，其应用 为基的材料 也最广； 也最广； Cr3C2基金属陶瓷具有高的抗氧化性和良好的抗化学腐蚀 性，可做成气阀、衬套、轴承等化工零件； 可做成气阀、衬套、轴承等化工零件； B3C－不锈钢、B4C－Al金属陶瓷可做成原子反应堆控制棒； 金属陶瓷可做成原子反应堆控制棒； －不锈钢、 － 金属陶瓷可做成原子反应堆控制棒 SiC－Si－UO2金属陶瓷可做成核燃料元件等。 － － 金属陶瓷可做成核燃料元件等。
陶瓷工艺原理_郑州大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
陶瓷工艺原理_郑州大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.陶瓷材料的性能主要由其化学组成决定，与其显微结构关系不大。
参考答案:错误2.陶器的吸水率一般要低于瓷器的吸水率。
参考答案:错误3.陶瓷材料在常温下一般先发生塑性变形然后再发生断裂。
参考答案:错误4.关于陶瓷材料中裂纹产生的原因，下述说法正确的是：参考答案:陶瓷多相体热性质的不同引起裂纹_陶瓷晶体的生长缺陷会导致裂纹的形成_陶瓷材料的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹5.陶瓷材料中玻璃相的组成、数量与坯料的组成密切相关，而受该陶瓷的烧成工艺影响则很小。
参考答案:错误6.陶瓷的显微结构主要由生产工艺决定，与其化学组成关系不大。
参考答案:错误7.采用陶瓷生产工艺，可以制备出高质量的大理石墙地砖。
参考答案:错误8.干燥缺陷是由不均匀收缩引起的内应力造成的。
参考答案:正确9.微波干燥是以微波辐射使生坯内极性强的分子，主要是水分子运动随交变电场的变化而加剧，发生摩擦而转化为热能使生坯干燥的方法。
参考答案:正确10.采用圆形的泥浆搅拌池比采用六角形的搅拌效果好。
参考答案:错误11.注浆成型是指在石膏模的毛细管力作用下，含有一定水分的粘土泥浆脱水硬化、成型的过程。
参考答案:正确12.对于普通陶瓷来说，所含的晶相越多、玻璃相越少，则强度越高。
参考答案:正确13.按照概念和用途，特种陶瓷又可进一步划分为：参考答案:结构陶瓷_功能陶瓷14.为了提高陶瓷坯料的可塑性，加入的最佳矿物原料是：参考答案:膨润土15.下列属于釉中网络形成剂的组分是：参考答案:二氧化硅16.陶瓷工业中常用的长石类型有钾长石、钠长石、钙长石和钡长石。
参考答案:错误17.陶瓷材料的相变增韧主要是利用单斜相ZrO2向四方相ZrO2的转变实现的。
参考答案:错误18.多晶陶瓷材料的强度随晶粒尺寸的增大而升高。
参考答案:错误19.在釉料配方中提高Na2O或CaO的含量可使釉的熔融温度降低。
第7章_热性能
比热（容）：单位质量的物质温度每升高1K所需的热量， 常分定压比热与定容比热
1 dQ cP m dT P 1 dQ cV m dT V
《材料物理学》: 第 7 章 材料的热学性能
定压加热时，材料要对外界作功，所以一般有Cp > Cv，它们间 的关系为：
《材料物理学》: 第 7 章 材料的热学性能
四、无机非金属材料的热容
1、在德拜温度以上，热容为常数或随温度只有微小的变化， Cv变化很小，接近常数3R。 在低温条件下，Cv ∝ T3。 德拜温度可以看作是两者间的转折点。 德拜温度取决于材料的键强度，弹性模量和熔点，对于 不同的材料有不同的数值，通常为熔点的0.2～0.5倍(以绝对 温度计算) 。在高温与低温之间，情况比较复杂， 2、材料的热容是结构不敏感性能，与材料结构的关系不大， 具有一定的加和性，但在相变时，由于热量的不连续变化， 热容也出现了突变(相变有多晶转化，铁电转变，有序无序 转变等)。
《材料物理学》: 第 7 章 材料的热学性能
神六返回舱的防热 飞船返回舱的降温主要通过三种方法：一是吸热式防热， 在返回舱的某些部位，采用导热性能好、熔点高和热容量大 的金属吸热材料来吸收大量的气动热量；二是辐射式防热， 用具有辐射性能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散 发出去；三是烧蚀防热，利用高分子材料在高温加热时表面 部分材料融化、蒸发、升华或分解汽化带走大量热量的方法 散热。 由于飞船重量的限制，防热材料要尽可能轻。神六飞船的 防热材料，按照这一标准从几十种材料中筛选出来，并采用 了蜂窝格的设计，保证了神舟飞船穿上的是轻薄的“防热 衣”。直径２．５米的返回舱表面积为２２．４平方米，目 前使用的防热材料总重量约５００千克。俄罗斯的“联盟” 号飞船直径是２米，表面积是１７平方米，而它的防热材料 重达７００千克。
材料性能学 第七章
第
七 章
2.蠕变断裂机理
材
料 的
等强温度：在某一温度下，晶界强度与晶内强度 相等，这个温度称为等强温度。
强度 晶界
高 温 力 学
性 能
晶界滑动和应力 集中模型 晶界断裂 空位聚集模型
晶内
温度
2014年6月12日星期四
第
七 章
晶界滑动和应力集中模型
拉应力
高应力和低温度下
滑动晶界
材
料 的
材
料 的
高
温 力
学
性 能
2014年6月12日星期四
第
七 章
二、高温下材料的粘性流动性能
材
料 的
粘性变形：在高温下产生的不可逆永久变形称为粘性 流动变形。
高
温 力
学
性 能
2014年6月12日星期四
第
七 章
三、高温硬度
1.在硬度计的工作台上加一套试样加热保温装置。
材
料 的
2.持久硬度
高
温 力
学
材
料 的
高
温 力
学
性 能
2014年6月12日星期四
第
七 章
3、高分子材料的蠕变曲线 高分子材料的粘弹性，决定了其与金属、陶瓷材料 不同的蠕变特征。蠕变曲线如图： 应变 C
材
料 的
D
高
温 力
B
学
性 能
A
时间t
应变滞后
2014年6月12日星期四
第
七 章
第一阶段：AB段，为可逆性变阶段，是普通的弹性 变形。σ=Eε
学
性 能
A
时间t
应变滞后
1-1电子功能与元器件材料与功能材料的分类 共26页
LOGO
黑色金属 有色金属
生铁（灰口铸铁、球磨铸铁、可锻铸铁） 碳钢（低、中碳钢，超高碳钢） 合金钢（不锈钢、工具钢、耐热钢、其它合金钢等） 轻金属（铝、镁、钠等） 重金属（汞、铜、铅、锌、钴锡、锑、银、金等） 稀有金属（锂、铍、钛、钼、钡、铯、银、金、钯等） 半金属（硅、硒、碲、砷等）
陶瓷（结构陶瓷、建筑陶瓷、传统陶瓷）
B：新能源材料（核能）
原子能的理论基础：爱因斯坦的质能方程（1905年）
核能开发阶段E＝：mc2 1.实现人工核反应 表示的质量(m)和能量(E)之间的关系。式中c为光速
1 初2期.人发工现核反中应（子191及9年卢轻瑟福原： α素粒子裂轰击变N）
3.重H 元4e 素N 14 裂 变O 17 及H 1（ 链质 子 式）反应
纳米技术 环保技术
计算机技术
空间技术
8
4. 功能材料的分类
LOGO
热学功能材料（高温耐热材料、燃气轮机、飞机、汽车的高温绝缘材料等）
机械功能材料（质轻、高强度、高硬度材料。例如普通钢抗拉伸强度是 （20-40）kg/mm2 高强度钢为（40-100）kg/mm2，此外， 还有超塑性、抗震材料等)
磁学功能材料（永磁铁、磁流体、即强磁性微粉分布于液相无磁滞现象、
玻璃（普通玻璃、石英玻璃、硼化玻璃、钢化玻璃、铅玻璃等）
水泥
耐火材料（氧化铝、氧化硅、氧化镁、石棉等）
精细陶瓷（金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等）
复合材料
非金属基复合材料（玻璃纤维/树脂、碳纤维/树脂） 金属基复合材料（硼/铝、碳/铝）
合成纤维（锦纶、腈纶、涤纶、丙纶、维纶等） 合成橡胶（丁苯、氯丁、丁腈、聚氨酯、氟橡胶、硅橡胶等） 合成塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚砜等） 合成胶黏剂和涂料（聚氨酯、环氧-丁腈、酚醛-缩醛） 部分液晶（近晶型、项列型、胆甾型）
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常用粘合剂的配方及重量比为：聚乙烯醇15%， 甘油7%，酒精3%，蒸馏水75%；在90℃下搅拌溶化 。
对模压、粘合剂一般是料粉重量的5%，而对轧 膜，则粘合剂要达料粉重量的15～20%。
第7章功能陶瓷材料
5、排塑：
去除成型坯体中的水分、粘合剂的过程称排塑或 排胶，一般采取加温办法。
在 粘 合 剂 中 ， 聚 乙 烯 醇 的 挥 发 温 度 最 高 （ 200 ～ 500℃），为使排塑彻底，要达到合适的排塑温度， 并保温一定时间。
在排塑的升降温中，速度不要太快，一般小于 100℃/h.
第7章功能陶瓷材料
6、烧结：
这一过程是晶体结构形成和扩大的过程，可称为晶 化过程。
在预烧后粉碎成型的坯体中，已经存在着许多细小 的晶粒，在一定的高温下，通过原子的扩散运动实现 材料的晶化过程：
一方面，在晶粒内部自由能较高的区域和晶界处生 成新的晶核，不断长大；
《材料物理导论》
第7章
功能陶瓷材料物理
第7章功能陶瓷材料
前言
材料可以分成三大类，金属、陶瓷、有机高分子。
金属材料的基本特征是：由金属元素原子构成，原子之间 的结合是金属键，含有许多自由电子。
有机高分子材料的基本特征是：主要由碳、氧、氢、硅等 非金属元素原子构成，原子之间的结合主要是共价键，一般 没有自由电子。
完全均匀，粉料颗粒表面积小，化学反应进行困难 ，不但要有较高的温度，而且要有很长的时间。
为了提高陶瓷质量，人们对粉料制备进行了许 多研究，发明了多种制备超细陶瓷粉料的方法。其 中，湿化学法尤其重要。
第7章功能陶瓷材料
1、共沉淀法
共沉淀是指溶液中一种不溶或难溶成分在形成沉淀过程中， 将共存的某些其它组分一起带着沉淀下去的现象。
如果无法知道这些条件，必须借助一系列分析 手段来确定预烧条件，例如可以用差热分析法 （DTA）和热重分析法（TGA）来判断特定的化学 反应是否进行。
第7章功能陶瓷材料
4、粉碎、成型：
将预烧后的材料粉碎是为了成型。成型是按使 用要求将材料做成某种特定形状的坯体。成型根据不 同要求可以采用模压、轧膜等方式。为便于成型，成 型前通常要在粉碎的料中加入某种粘合剂。
家用电器、自动化、交通、医疗、空间技术、能源等
行业。
第7章功能陶瓷材料
§1 功能陶瓷材料的制备方法
一、陶瓷材料制备的一般工艺及要求
大多数陶瓷材料的制备工艺步骤基本相似，一般包括以下步 骤：
配料→混合→预烧→粉碎→成型→排塑→烧结→ →后处理（极化、磁化等）
第7章功能陶瓷材料
1、配料：
根据配方（化学反应的配比）和生产需要的数量计算出 各种原料所需的质量。
共沉淀的原理基于表面吸附、形成混晶、异电核胶态物质相 互作用及包藏等。
吸附共沉淀：特征是主沉淀成分表面积大、吸附力强， 故吸附和富集效率高。
混晶共沉淀：两种金属离子和一种沉淀剂形成的晶形、 晶核相似的晶体，称为混晶。如PbSO4-SrSO4混晶。
第7章功能陶瓷材料
例: PZT粉料的共沉淀法制备
TiCl4和ZrOCl2·8H2O配成溶液 ↓通以氨气
共沉淀生成（Zr,Ti）O2·XH2O 料浆 ↓加水
洗去Cl－
↓NH4NO3 帮助澄清
↓HNO3 Zr和Ti的硝酸盐溶液
↓与Pb(NO3)2 溶液混合 Pb2+Zr4+(NO3)x溶液
有些陶瓷中的某些元素在烧结过程中容易挥发， 对这种情况，要加相应的保护气氛。
第7章功能陶瓷材料
7、后处理： 极化、磁化等后处理是一些专用功能陶瓷烧成后的 必要处理过程，目的是使各晶粒中的某性能尽可能 按同一方向排列，以达到块材整体具有较强的性能。
第7章功能陶瓷材料
二、化学法制备陶瓷粉料 普通陶瓷工艺，由于陶瓷粉料粗，混合不可能
陶瓷材料的基本特征：分子一般是由金属元素和非金属元 素原子形成的化合物分子，原子间的结合主要是离子键，很 多性质介于金属与高分子材料之间。一般人们概念中的陶瓷 是日常用的瓦罐、水缸、沙锅、瓷碗、浴缸、洗脸盆、瓷砖 等。广义来说，陶瓷材料是指其制备过程要经过高温处理的 材料，例如：玻璃、水泥、陶瓷器材、耐火材料、珐琅、研 磨材料和功能陶瓷等。即第7所章功谓能陶的瓷窑材料制品（ceramics）。
用天平称取各原料。 为使后面的化学反应顺利进行，原料的颗粒尽量小些 （不要超过2m，最好为纳米粉），纯度要高。 对于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害杂质。
第7章功能陶瓷材料
2、混合：
通常使用转动球磨机或振动球磨机进行，有用干 法的，也有用湿法的，所用的球大多是玛瑙球。
用球磨法不但可以混合，同时还可以使原料颗粒 进一步被粉碎。
另一方面，由于晶粒表面张力的作用，一部分晶粒 依靠“吞噬”另一部分晶粒而长大，这种长大常通过晶 界的移动实现。
第7章功能陶瓷材料
由于晶粒长大是借助原子扩散来实现的。因此， 烧结温度越高，保温时间越长，晶粒就生长得越 大。烧结温度、升降温速率、保温时间、烧结气 氛对陶瓷产品性能影响极大。
例如：Pb0.9897 Nb0.0206(Zr0.95Ti0.05)0.9794O3
球磨要足够长时间以使各成分原料均匀混合， 最大限度地彼此接触，以利于后面的化学反应。
当然，混合也可以采用其它方法，只要达到各 原料的均匀混合就行。
第7章功能陶瓷材料
3、预烧：
混合好的料进行预烧，目的是让各成分间进行 化学反应，生成目标化合物。
不同。
功能陶瓷：
在近几十年来人们从使用功能角度把陶瓷分为结 构陶瓷和功能陶瓷两大类。
结构陶瓷：指主要具有机械、热功能的陶瓷。
功能陶瓷：指具有电、磁、光等各种非力学方面 功能的陶瓷。
在当今世界，功能陶瓷的发展比结构陶瓷快得多
，两者产值之比约为3：1。功能陶瓷主要用于新发展
起来的先进行业，如：计算机、通信、电视、广播、
烧结温度（℃） 1050 1100 1200 1250 1300
保温时间（h）
66
66 6
平均晶粒直径（μｍ） 2 3
56 7
第7章功能陶瓷材料
烧结中其它要注意的问题：
除烧结温度、保温时间外，烧结气氛是影响材料 结构和性能的重要因素。
有些陶瓷烧结过程要求氧化气氛，应防止出现还 原气氛，故样品中要避免混入有机杂质，坩埚要 保持清洁，以免有机物燃烧形成还原气氛。
对模压、粘合剂一般是料粉重量的5%，而对轧 膜，则粘合剂要达料粉重量的15～20%。
第7章功能陶瓷材料
5、排塑：
去除成型坯体中的水分、粘合剂的过程称排塑或 排胶，一般采取加温办法。
在 粘 合 剂 中 ， 聚 乙 烯 醇 的 挥 发 温 度 最 高 （ 200 ～ 500℃），为使排塑彻底，要达到合适的排塑温度， 并保温一定时间。
在排塑的升降温中，速度不要太快，一般小于 100℃/h.
第7章功能陶瓷材料
6、烧结：
这一过程是晶体结构形成和扩大的过程，可称为晶 化过程。
在预烧后粉碎成型的坯体中，已经存在着许多细小 的晶粒，在一定的高温下，通过原子的扩散运动实现 材料的晶化过程：
一方面，在晶粒内部自由能较高的区域和晶界处生 成新的晶核，不断长大；
《材料物理导论》
第7章
功能陶瓷材料物理
第7章功能陶瓷材料
前言
材料可以分成三大类，金属、陶瓷、有机高分子。
金属材料的基本特征是：由金属元素原子构成，原子之间 的结合是金属键，含有许多自由电子。
有机高分子材料的基本特征是：主要由碳、氧、氢、硅等 非金属元素原子构成，原子之间的结合主要是共价键，一般 没有自由电子。
完全均匀，粉料颗粒表面积小，化学反应进行困难 ，不但要有较高的温度，而且要有很长的时间。
为了提高陶瓷质量，人们对粉料制备进行了许 多研究，发明了多种制备超细陶瓷粉料的方法。其 中，湿化学法尤其重要。
第7章功能陶瓷材料
1、共沉淀法
共沉淀是指溶液中一种不溶或难溶成分在形成沉淀过程中， 将共存的某些其它组分一起带着沉淀下去的现象。
如果无法知道这些条件，必须借助一系列分析 手段来确定预烧条件，例如可以用差热分析法 （DTA）和热重分析法（TGA）来判断特定的化学 反应是否进行。
第7章功能陶瓷材料
4、粉碎、成型：
将预烧后的材料粉碎是为了成型。成型是按使 用要求将材料做成某种特定形状的坯体。成型根据不 同要求可以采用模压、轧膜等方式。为便于成型，成 型前通常要在粉碎的料中加入某种粘合剂。
家用电器、自动化、交通、医疗、空间技术、能源等
行业。
第7章功能陶瓷材料
§1 功能陶瓷材料的制备方法
一、陶瓷材料制备的一般工艺及要求
大多数陶瓷材料的制备工艺步骤基本相似，一般包括以下步 骤：
配料→混合→预烧→粉碎→成型→排塑→烧结→ →后处理（极化、磁化等）
第7章功能陶瓷材料
1、配料：
根据配方（化学反应的配比）和生产需要的数量计算出 各种原料所需的质量。
共沉淀的原理基于表面吸附、形成混晶、异电核胶态物质相 互作用及包藏等。
吸附共沉淀：特征是主沉淀成分表面积大、吸附力强， 故吸附和富集效率高。
混晶共沉淀：两种金属离子和一种沉淀剂形成的晶形、 晶核相似的晶体，称为混晶。如PbSO4-SrSO4混晶。
第7章功能陶瓷材料
例: PZT粉料的共沉淀法制备
TiCl4和ZrOCl2·8H2O配成溶液 ↓通以氨气
共沉淀生成（Zr,Ti）O2·XH2O 料浆 ↓加水
洗去Cl－
↓NH4NO3 帮助澄清
↓HNO3 Zr和Ti的硝酸盐溶液
↓与Pb(NO3)2 溶液混合 Pb2+Zr4+(NO3)x溶液
有些陶瓷中的某些元素在烧结过程中容易挥发， 对这种情况，要加相应的保护气氛。
第7章功能陶瓷材料
7、后处理： 极化、磁化等后处理是一些专用功能陶瓷烧成后的 必要处理过程，目的是使各晶粒中的某性能尽可能 按同一方向排列，以达到块材整体具有较强的性能。
第7章功能陶瓷材料
二、化学法制备陶瓷粉料 普通陶瓷工艺，由于陶瓷粉料粗，混合不可能
陶瓷材料的基本特征：分子一般是由金属元素和非金属元 素原子形成的化合物分子，原子间的结合主要是离子键，很 多性质介于金属与高分子材料之间。一般人们概念中的陶瓷 是日常用的瓦罐、水缸、沙锅、瓷碗、浴缸、洗脸盆、瓷砖 等。广义来说，陶瓷材料是指其制备过程要经过高温处理的 材料，例如：玻璃、水泥、陶瓷器材、耐火材料、珐琅、研 磨材料和功能陶瓷等。即第7所章功谓能陶的瓷窑材料制品（ceramics）。
用天平称取各原料。 为使后面的化学反应顺利进行，原料的颗粒尽量小些 （不要超过2m，最好为纳米粉），纯度要高。 对于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害杂质。
第7章功能陶瓷材料
2、混合：
通常使用转动球磨机或振动球磨机进行，有用干 法的，也有用湿法的，所用的球大多是玛瑙球。
用球磨法不但可以混合，同时还可以使原料颗粒 进一步被粉碎。
另一方面，由于晶粒表面张力的作用，一部分晶粒 依靠“吞噬”另一部分晶粒而长大，这种长大常通过晶 界的移动实现。
第7章功能陶瓷材料
由于晶粒长大是借助原子扩散来实现的。因此， 烧结温度越高，保温时间越长，晶粒就生长得越 大。烧结温度、升降温速率、保温时间、烧结气 氛对陶瓷产品性能影响极大。
例如：Pb0.9897 Nb0.0206(Zr0.95Ti0.05)0.9794O3
球磨要足够长时间以使各成分原料均匀混合， 最大限度地彼此接触，以利于后面的化学反应。
当然，混合也可以采用其它方法，只要达到各 原料的均匀混合就行。
第7章功能陶瓷材料
3、预烧：
混合好的料进行预烧，目的是让各成分间进行 化学反应，生成目标化合物。
不同。
功能陶瓷：
在近几十年来人们从使用功能角度把陶瓷分为结 构陶瓷和功能陶瓷两大类。
结构陶瓷：指主要具有机械、热功能的陶瓷。
功能陶瓷：指具有电、磁、光等各种非力学方面 功能的陶瓷。
在当今世界，功能陶瓷的发展比结构陶瓷快得多
，两者产值之比约为3：1。功能陶瓷主要用于新发展
起来的先进行业，如：计算机、通信、电视、广播、
烧结温度（℃） 1050 1100 1200 1250 1300
保温时间（h）
66
66 6
平均晶粒直径（μｍ） 2 3
56 7
第7章功能陶瓷材料
烧结中其它要注意的问题：
除烧结温度、保温时间外，烧结气氛是影响材料 结构和性能的重要因素。
有些陶瓷烧结过程要求氧化气氛，应防止出现还 原气氛，故样品中要避免混入有机杂质，坩埚要 保持清洁，以免有机物燃烧形成还原气氛。