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工程材料学第9章 陶瓷材料PPT课件

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《陶瓷材料》课件

《陶瓷材料》课件
《陶瓷材料》PPT课件
欢迎来到本课件《陶瓷材料》。在这篇课件中，我们将深入探讨陶瓷材料的 种类、制备方法、性能以及应用领域。让我们一起开始吧！
简介
什么是陶瓷材料？
陶瓷材料是通过高温烧结制 备而成的一类无机非金属材 料，具有优异的耐高温、耐 腐蚀和绝缘等特点。
常见陶瓷材料有哪些？
常见陶瓷材料包括陶器、瓷 器、磁器等，它们在生活中 扮演着重要的角色。
密度和孔隙率 热膨胀系数 热导率
化学性能
耐腐蚀性能 化学稳定性
机械性能
强度和韧性 硬度
陶瓷的应用领域
• 电子器件 • 航空航天 • 光学仪器 • 器皿与餐具 • 建筑陶瓷
结语
1 陶瓷材料的优缺点
2 未来发展趋势
陶瓷材料具有优异的耐热、 耐腐蚀和机械性能，但也 存在着脆性和加ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ难度大 等缺点。
陶瓷材料在新能源、先进 制造等领域的应用前景广 阔，将持续发展并不断创 新。
3 完。
陶瓷材料的特点和应用 领域
陶瓷材料具有高硬度、良好 的耐磨性和机械性能，被广 泛应用于电子、航空航天、 建筑和医疗等领域。
陶瓷的分类
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
晶体陶瓷
• 根据化学成分分类： • 根据结构分类：
硬质合金
玻璃
陶瓷的制备方法
• 干法 • 液相法 • 气相法 • 溶胶-凝胶法
陶瓷的性能
物理性能

陶瓷材料ppt

陶瓷材料ppt

六.当今世界陶瓷材料发展状况
七.总结
二.陶瓷材料的特性
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、 绝缘、原料丰富、成本低廉等诸多优点而 被人一直关注。现在，陶瓷材料、金属材 料、高分子材料被称为三大主要固体材料。
耐高温
耐磨
耐腐蚀
绝缘
耐腐蚀
正因为陶瓷材料的优良性能，使得其成为当今社 会的极其重要的材料
三.陶瓷材料的应用
3.1 陶瓷材料的功能 陶瓷材料广泛应用的功能：机械功能、电学功能、生物功能、 化学功能、光学功能。 其次随着对陶瓷材料的深入研究，发现了跟多特殊功能，如 核功能、磁性功能、粘结功能、除臭功能等等。
金 属 陶 瓷 刀 具
陶瓷轴承
3.3 电学性能 大多数陶瓷材料有较高的电阻率、较小的介电常数和介 电损耗，因此它可以用作绝缘材料。少数的陶瓷材料可以 用作半导体材料，而且已经成为无线电技术和高新技术领 域不可或缺的材料。有的陶瓷材料还具有超导特性，具有 超导特性的陶瓷已经成为高温超导材料中的重要组成部分。
陶瓷绝缘材料
陶瓷半导体材料
磁悬浮列车上用的超导材料
3.4 生物功能
陶瓷材料的生物功能主要表现在可以修复或替换人体的某 些组织、器官或增强脏器功能的方面。比如人造腔膜、心 脏起搏器用电池板等。另外，有的陶瓷材料还具有人体感 知功能。
生物陶瓷填充用
四.陶瓷材料在机械中的应用
五.我国陶瓷材料的现状
工程材料——陶瓷材料
姓名： 专业：机械工程
一.什么是陶瓷材料
• 陶瓷材料是人类应用最早的材料之一。它 是一种天然或人工合成的粉状化合物，经 过成型或高温烧结，由金属元素和非金属 的无机化合物构成的多相固体材料。
• 1.1常见的陶瓷原料有粘土、石英、钾钠长 石等 。

陶瓷材料的应用PPT课件

陶瓷材料的应用PPT课件
••••••
2021
13
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。
2021
14
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
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
2021
透明陶瓷灯
15
✓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；
(Microstructure)和性能(Properties）之间的关 系。
陶瓷材料学是材料科学与工程的一部分，亦是研究材 料的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能四者 关系与规律的科学；
• 功能材料—以材料独特的物理性能、化学 性能等为基础而形成的一类材 料。
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。
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
胚体密度高 制品密度接近理论密度 不易变形
缺点
设备投资成本高 不易自动化 生产效率不高

陶瓷材料详解PPT课件

陶瓷材料详解PPT课件

90
球墨铸铁
20~40
氮化硅陶瓷
3.5~5
2020年9月28日
23
2. 物理与化学性能
• 熔点高 一般在2000℃以上，故陶瓷高温强度和
高温蠕变抗力优于金属。 • 热胀系数小、热导率低
随气孔率增加，陶瓷的热胀系数、热导 率降低，故多孔或泡沫陶瓷可作绝热材料。
热振性差。能
2020年9月28日
20
（二）陶瓷的性能
1. 力学性能
• 硬度高、耐磨性好;
>1500Hv （ 淬 火 钢 500~800Hv ， 高 聚 物 <20Hv）
• 抗拉强度低，抗压强度较高；
因表面及内部的气孔、微裂纹等缺陷，实 际强度仅为理论强度的1/100~1/200。但抗 压强度高，为抗拉强度的10~40倍。
硅酸盐矿物为主要原料，如粘土、石
英、长石等。主要制品有：日用陶瓷、
建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、
多孔陶瓷。
2020年9月28日
3
特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合 物为主要原料的人工合成化合物。
如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。
日用陶瓷
按用途分类
工程结构陶瓷
工业陶瓷
功能陶瓷
2020年9月28日
红宝石（α-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、 含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光
导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自 控元件的光敏电阻材料。
870℃
1470℃
1713℃
α-石英
α-鳞石英
α-方石英
熔融SiO2
加热 急冷
180~270℃
163℃
573℃
β-石英

工程材料学第9章 陶瓷材料

工程材料学第9章 陶瓷材料

四、陶瓷的典型组织结构
包括三种相：晶体相、玻璃相、 包括三种相：晶体相、玻璃相、气相 1.晶体 1.晶体 晶体相是陶瓷的主要组成相， 晶体相是陶瓷的主要组成相，主要有 硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。 硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。它们 的结构、数量、形态和分布， 的结构、数量、形态和分布，决定陶瓷 的主要性能和应用。 的主要性能和应用。硅酸盐是是陶瓷组 织中重要的晶体相， 织中重要的晶体相，结合为离子键与共 价键的混合键。 价键的混合键。 陶瓷在室温下的组织
（1）原料制备 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。 （2）坯料成形 ） 将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的半成 包括可塑成形（如传统陶瓷） 注浆成形（如形状复杂、 品 。 包括可塑成形 （ 如传统陶瓷 ） ， 注浆成形 （ 如形状复杂 、 精 度要求高的普通陶瓷）和压制成形（如特种陶瓷和金属陶瓷） 度要求高的普通陶瓷）和压制成形（如特种陶瓷和金属陶瓷）。 （3）烧成与烧结 ） 干燥后的坯料加热到高温，进行一系列的物理、 干燥后的坯料加热到高温，进行一系列的物理、化学变化而成瓷 的过程。 烧成是使坯件瓷化的工艺（ 的过程 。 烧成是使坯件瓷化的工艺 （ 1250℃～ 1450℃） ； 烧结是 ℃ ℃ 指烧成的制品开口气孔率极低、而致密度很高的瓷化过程。 指烧成的制品开口气孔率极低、而致密度很高的瓷化过程。 （4） 陶瓷烧结的后处理 ） 表面施釉：是通过高温加热， 表面施釉：是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻璃状物质使 其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异性能的工艺方法。 其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异性能的工艺方法。 （5）陶瓷的加工 ） 为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、 为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确尺寸或去除表面 缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加工方法对其进行处理 工方法对其进行处理。 缺陷等 ， 常利用磨削 、 激光以及超声波等加 工方法对其进行处理 。

《陶瓷材料》PPT课件

《陶瓷材料》PPT课件

硅酸盐结构
结构很复杂，但基 本结构单元为[SiO4]硅氧 四面体，结合键为离子 键、共价键的混合键；
每个氧原子最多只 有被两个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为145°; [SiO4]既可孤立存在，亦可通过共用顶点连接成
链状、平面或三维网状结构，故硅酸盐材料有无机高 聚物之称。
硅酸盐结构特点与结构分类
敲击声
沉浊
清脆
陶瓷分类（2）
按用途分类
结构陶瓷 功能陶瓷 陶瓷耐火材料 玻璃
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、 低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料；
不同形状的特种结构陶瓷件
功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料， 此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。
E E 01 f1p f2p 2
– 式中p为材料气孔率；E0为p=0时的弹性模量； – f1 、 f2 为 由 气 孔 形 状 决 定 的 常 数 。 对 于 球 形 气 孔 ，
f1=1.9 ，f2=0.9。
⑷晶体结构
–。
– 对于多晶材料来说，则可认为E是各向同性的（统计性 的）。
泽，为施釉或无釉制品，基本不吸水。
• 炻器：其性质介于陶器和瓷器之间。断口致密，即使无
釉，也不透过液体和气体，坯体透气性差或无透光性。
陶器和瓷器
性能及特征 吸水性/％
透光性
陶器 一般大于3
不透光
瓷器 一般不大于3
透光
坯体特征
未玻化或玻化程度差、断面 玻化程度高、结构致密、细
粗糙
腻，断面呈石状或贝壳状
建筑陶瓷－地砖
电瓷
广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。

陶瓷材料PPT课件

陶瓷材料PPT课件
生物陶瓷
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程

绪论 陶瓷材料学课件

绪论 陶瓷材料学课件
东汉晚期，陶器步入了瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上 十分重要的里程碑。
汉代瓷器
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绪论
1.1 陶瓷的定义和发展历史

随着科学技术的进步与发展，由瓷器又衍生出许多 种类的陶瓷。
日用陶瓷、工业陶瓷与水泥、玻璃、耐火材料、搪 瓷、磨料制品等统称为硅酸盐制品。人们一般将这 一类陶瓷制品成为传统陶瓷或普通陶瓷。
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绪论
1.1 陶瓷的定义和发展历史

陶瓷既是我国最杰出的科学成就之一，又是中华文明伟大象征之一。 就陶瓷研究历史进程看，陶瓷的发展经历了三次重大飞跃。
陶瓷材料指所有无机非金属材料。是用天然或人 工合成的粉状化合物，经成型和高温烧结而制成 的多晶固体材料。
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绪论
1.1 陶瓷的定义和发展历史

制陶原料——高岭土是江西省景德镇东郊高岭村 所产，景德镇也就成了瓷都。
明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士以 “瓷”（china）作为国名。

2学时 6学时 4学时 4学时 8学时 6学时 5学时 4学时 4学时
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绪论

1.1 陶瓷的定义和发展历史
❖ 早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水率、断面粗 糙无光、不透明，被称为陶器。
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绪论
1.1 陶瓷的定义和发展历史

陶瓷在人类文明史上功不可没。人类最早使用的工 具——石器，可以说就是一种最早的天然陶瓷材料。
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绪论
1.1 陶瓷的定义和发展历史

新石器时代，我们的祖先就会制作陶器。然而陶器仅是一 种含有较多气孔、质地较松的未完全烧结制品。

陶瓷材料基础PPT课件

陶瓷材料基础PPT课件

b. 空位影响电学性能; c. 位错影响光学、力学、电学性能。
陶瓷位错不易运动，因而受力变形小， 脆性高。
离子晶体可有微量塑性变形，共价晶 体位错运动将使材料断裂。
晶粒愈细，强度愈高。
二、玻璃相
来源: 原料中的某些晶体 物质被烧熔化所致。 结构: 近程有序，远程无序。 作用: 粘接，降低烧结温度， 抑制晶粒长大，填充空气， 增加透光性。
陶瓷材料基础
普通陶瓷 以天然硅酸盐(黏土、石英、长石) (传统陶瓷) 为原料, 高温烧结而成。
特种陶瓷 以非硅酸盐类化工原料或人工合成原 (新型陶瓷、料，如氧化物（氧化铝、氧化锆、氧 技术陶瓷、 化钛等）和非氧化物（氮化硅、碳化 精细陶瓷） 硼等）制造。
第一节 陶瓷材料的结构
显微结构: 由晶相、气相、玻璃相构成。
2. 电性能 绝缘性能好。 压电陶瓷: 超声换能器、水声换能器、电声换能 器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、
高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电
光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。
3. 磁性能 4. 光学性能 5.能
金属烤瓷材料
铸造陶瓷材料
写在最后
起决定作用。 1. 晶相的结合键 主要是离子键和共价键, 大 多为混合键。
以离子键为主的: Al2O3、 MgO、ZrO2。 以共价键为主的: SiC、 BN。 键的性质决定了陶瓷具有高熔点、高化学 稳定性、高绝缘性、高脆性。
2. 晶相的晶体结构 主要是氧化物结构和硅酸盐结构 (1) 氧化物结构: 氧离子构成晶格主体，金属离 子存在于间隙中。
硬度低，可塑性好。
层之间以金属离 子连接。
E. 架状结构: 石英、钾长石(K [Si3AlO3]) 膨胀率小。
石英

《陶瓷工程技术》课件

《陶瓷工程技术》课件
磨性。
陶瓷材料的热学性能
热导率
陶瓷材料传导热量的能力，影响材料的热稳 定性。
热膨胀系数
陶瓷材料在温度升高时膨胀的程度，对材料 的尺寸稳定性有影响。
比热容
陶瓷材料吸收或释放热量时温度变化的程度 ，反映了材料的热容量。
熔点
陶瓷材料开始熔化的温度，是衡量材料耐高 温性能的重要指标。

陶瓷材料的电学性能
电阻率
详细描述
古代陶瓷是以手工制作为主，烧成温度较低，品种和性能较为单一。近代陶瓷则开始采用机械化生产，烧成温度 提高，品种和性能得到了拓展。现代陶瓷则进一步结合了新材料技术、信息技术等高科技手段，实现了陶瓷材料 的智能化、绿色化、高效化生产。
陶瓷工程技术的应用领域
总结词
陶瓷工程技术广泛应用于工业、建筑、航空航天、电子等领域，随着其性能的不断优化 和拓展，应用领域也在不断扩大。
化学稳定性
陶瓷材料在各种化学环境下保持性能稳定的 能力，对材料的应用范围有重要影响。
抗氧化性
陶瓷材料在高温下抵抗氧化作用的能力，对 材料的稳定性有影响。
相容性
陶瓷材料与其他材料相互作用的性能，影响 材料的复合使用效果。
04
CATALOGUE
陶瓷工程技术的应用实例
建筑陶瓷的应用
总结词
建筑陶瓷在建筑行业中应用广泛，具 有优异的物理性能和装饰效果。
高强度、高韧性陶瓷材料
通过优化原料配方、采用先进的制备技术，提高陶瓷材料的强度和韧性，使其能够承受更高的温度和 压力，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
功能性陶瓷材料
研究具有特殊功能的陶瓷材料，如压电陶瓷、磁性陶瓷、热敏陶瓷等，拓展其在传感器、电子器件、 通讯等领域的应用。

陶瓷材料简要介绍资料.pptx

陶瓷材料简要介绍资料.pptx

碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷在碳化物陶瓷中应用最广泛。其密度为 3.2×103kg·m-3，弯曲强度和抗压强度分别为200～250MPa 和1000～1500MPa，硬度为莫氏9.2。
特点：热导率高，而热膨胀系数小。 应用：常用于制作加热组件、石墨表面保护层及砂轮和 磨料等。
第41页/共44页
碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、 浇注金属的喉管、热电偶套管、炉 管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密 封圈、拉丝成型模具等。
性能：Al2O3含量越高，性能越好， 氧化铝陶瓷的性能
牌号
85瓷 96瓷 99瓷
Al2O3 （％）
85 96 99
相对 密度 3.45 3.72
3.90
硬度 抗压强 （莫氏） 度Mpa
9
1800
9
2000
9
2500
抗拉强 度Mpa
150 180 250
第26页/共44页
应用
化学稳定性：A12O3陶瓷与大多数熔融金属不发生反映，只 有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫 酸能溶解A12O3，热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用。 可作为耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道 内衬和阀门
P＜PC（左）和P＞PC（右）时压痕
（以PC作为可是压痕产生裂纹的临界负荷）
2024/9/30
19
第20页/共44页
压痕法
K IC
1
Ha 2
H
E
2
5
0.055
• lg8.4
a c
KIC是断裂韧性 φ为一常数，约等于3
HV是维氏硬度
a为压痕对角线长度的一半
c为表面裂纹长度的一半
第21页/共44页

大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)

大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)
金属与金属、金属与非金属、非金属与非 金属都可以组成复合材料。当前主要研究 和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为 基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强 体组成的复合材料。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。

陶瓷材料ppt

陶瓷材料ppt

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。
陶瓷的分类—按性能与用途分类
陶瓷材料的特点
高硬度
高焰点
高化学 稳定性
决定了它具有 良好的耐蚀性
决定了它具有 优异的耐磨性
决定了它具有 杰出的耐热性
陶瓷的性能
特性
力学特性
热特性
电特性
化学特性
陶瓷的性能
1.力学特性：陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬 度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑 性和韧性很差。 2.热特性：陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高 温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是 良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化 时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 3.电特性：大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电 压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较 高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还 能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作 扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具 有半导体的特性，可作整流器。
4.化学特性：陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐 具有良好的抗腐蚀能力。
5.陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、 光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管 等。磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、 Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记 忆元件方面的应用有着广泛的前途。

材料科学概论之陶瓷材料PPT课件

材料科学概论之陶瓷材料PPT课件

化合物
LiF MgO Al2O3 SiO2 Si3N4 SiC
Si
电负性
3.0 2.3 2.0 1.7 1.2 0.7
0
离子键比例 /%
89
73
63
51
30
11
0
共价键比例 /%
11
27
37
49
70
89
100
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
（2）陶瓷材料的显微结构
• 陶瓷材料由晶相、玻璃相、气相组成。 • 晶相是陶瓷材料的主要组成相，决定陶瓷材料的物
功能陶瓷：
利用其电、磁、声、光、催化、生物化学等功 能，其中最主要的是绝缘材料、电介质材料、 压电材料、磁性材料、半导体材料和透光性陶 瓷等电子材料、具有生物化学功能的生物医用 材料、抗菌陶瓷材料等。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
新型陶瓷材料
随着近代科学技术的飞速发展，陶瓷已成为 人类生活和现代化建设中不可缺少的材料之一 。陶瓷的概念也已远远超出古老的传统陶瓷的 范畴。
绝缘陶瓷
介电陶瓷
压电陶瓷
半导体陶瓷
超导陶瓷
磁性陶瓷
光功能陶瓷
机敏陶瓷
智能陶瓷
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
结构陶瓷 氧化物陶瓷 氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 氧化铍
非氧化物陶瓷 氮化物
碳化物陶瓷
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静思笃行 持中秉正
功能陶瓷
装置瓷
高铝瓷
镁质瓷
电容器陶瓷
非铁电电容器陶瓷
反铁电电容器陶瓷
铁电电容器陶瓷
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正

陶瓷材料陶瓷材料简介 ppt课件

陶瓷材料陶瓷材料简介 ppt课件
第四个里程碑
隋唐时期北方白釉瓷的突破
烧结温度达到1300℃以上
铁含量高于1%就是青色，少于1%就是白色
第五个里程碑
宋代到清代彩色釉瓷、彩绘瓷 和雕塑陶瓷的辉煌成就
自东汉晚期，浙江就烧制 透明和单色的青釉瓷，随 后，从透明到呈乳浊状和 呈现各种纹样是在工艺和 艺术上的一次飞跃。
唐代出现的唐三彩是另一 个飞跃；元代以后又有多 种元素被引入彩釉中，这 是又一次飞跃。
材料呈蓝色，是由于它反射（激发跃迁），是由 于其与波长的光由于各种原因被吸收了。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象二：可机械加工
可用标准金属加工工具和设备进行车、铣、刨、磨 、钻、锯 切和攻丝等加工。
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃制备工艺
整体析晶法：
可沿用任何一种玻璃的成形方法，如吹制、压制、拉制、压延、离心浇 注、重力浇注等，适合自动操作和制备形状复杂的制品。（需要加晶核 剂）
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象一：有的微晶玻璃不透明
在光照条件下： 黑色的材料容易吸热 金属材料容易吸热 为什么？
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里 1、转化为晶格振动（晶格热容） 2、将电子激发到高能级（电子热容）。金 属的能级连续，所以各种能量的光子来者不 拒，以至于不透明。 3、反射
③、是玻璃还是陶瓷
为了控制冷却过程中的非均匀形核： 一要提高合金的纯度，减少杂质；二 要采用高纯惰性气体保护，尽量减少 含氧量。
①、玻璃
腓尼基人
生活在今天地中海东岸
Na2CO3·NaHCO3·2H2O
①、玻璃
3000多年前，洲腓尼商船载 着块状的 Na2CO3·NaHCO3·2H2O。 由于海水落潮，商船搁浅了， 于是船员们纷纷登上沙滩。有 的船员还抬来大锅，搬来木柴， 并用几块“天然苏打”作为大 锅的支架，在沙滩（碳酸钙、 二氧化硅）上做饭。
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氧化物的硬度
碳化物的硬度
硼化物的硬度
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3. 强度
晶界使陶瓷实际强度比理论值 低得多（1/1000～1/100）。晶界 上有晶粒间的局部分离或空隙； 晶界上原子间键被拉长, 键强度 被削弱；相同电荷离子的靠近产 生斥力, 会造成裂缝。
陶瓷的晶界结构
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4. 塑性
陶瓷在室温下几乎没有塑性。 陶瓷晶体滑移系很少，位错运动所需切应力很大； 共价键有明显的方向性和饱和性，离子键的同号离 子接近时斥力很大； 在高温慢速加载，特别是组织中存在玻璃相时，陶 瓷也表现出一定的塑性。
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2.玻璃相
玻璃相作用 ① 粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致
密度； ② 降低烧成温度，加快烧结； ③ 阻止晶体转变，抑制其长大； ④ 获得透光性等玻璃特性； ⑤ 不能成为陶瓷的主导相：对陶瓷的机械强度、
介电性能、耐热耐火性等不利。
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玻璃相产生过程 a 熔融液相冷却时在玻璃转变温度粘度增大到一定程度时, 熔
视为金属与陶瓷的复合材料。 陶瓷材料按应用分为: 结构陶瓷材料、功能陶瓷材料。
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三、 工程陶瓷的生产过程
（1）原料制备 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。
（2）坯料成形 将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的半成
品。包括可塑成形（如传统陶瓷），注浆成形（如形状复杂、精度 要求高的普通陶瓷）和压制成形（如特种陶瓷和金属陶瓷）。 （3）烧成与烧结
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5. 韧性
(1) 陶瓷是非常典型的脆性材料 冲击韧性10 kJ/m2以下, 断裂韧性值 很低。
因素也比较多。 ➢ 根据气孔情况，陶瓷分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。 ➢ 除了多孔陶瓷外，气孔的存在对陶瓷的性能不利，降低陶瓷
的强度，造成裂纹的根源。尽量使其含量降低。
●普通陶瓷的气孔率为5%～10%； ●特种陶瓷的在5%以下； ●金属陶瓷则要求低于0.5%。
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五、陶瓷材料的性能
（一）陶瓷的力学性能
为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确尺寸或去除表面 缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加工方法对其进行处理。
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四、陶瓷的典型组织结构
包括三种相：晶体相、玻璃相、气相
1.晶体 晶体相是陶瓷的主要组成相，主要有
硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。它们 的结构、数量、形态和分布，决定陶瓷 的主要性能和应用。硅酸盐是是陶瓷组 织中重要的晶体相，结合为离子键与共 价键的混合键。
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一、陶瓷的概念
传统意义上的陶瓷主要指陶器和瓷器，也包括玻璃、搪 瓷、耐火材料、砖瓦等。这些材料都是用粘土、石灰石、长 石、石英等天然硅酸盐类矿物制成的。因此，传统的陶瓷材 料是指硅酸盐类材科。现今意义上的陶瓷材料已有了巨大变 化，许多新型陶瓷已经远远超出了硅酸盐的范畴，不仅在性 能上有了重大突破，在应用上也已渗透到各个领域。所以， 一般认为，陶瓷材料是指各种无机非金属材料的通称。
陶瓷在室温下的组织
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硅酸盐结构的规律：
①构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体； ② 硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结； ③ Si4+离子通过O2-结合, Si-O-Si的结合键在
氧上的键角接近于145°； ④ 稳定的硅酸盐结构中, 硅氧四面体采取最高
空间维数互相结合； ⑤ 硅氧四面体采取比较紧密的结构连结； ⑥ 同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原子。
硅氧四面体结构
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氧化物
氧化物的结构及特点：
氧离子作紧密立方或紧密六方排列； 金属离子规则地分布在四面体和八面体的间隙之中
岩盐型结构MgO
英石型结构AI2O3
氧化物晶体相
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非氧化合物
●金属碳化物：共价键和金属键之 间的过渡键, 以共价键为主。 ●氮化物：与碳化物相似, 金属性弱 些, 有一定的离子键。 ●硼化物和硅化物：较强的共价健， 连成链、网和骨架，构成独立结 构单元。
干燥后的坯料加热到高温，进行一系列的物理、化学变化而成瓷 的过程。烧成是使坯件瓷化的工艺（1250℃～1450℃）；烧结是指 烧成的制品开口气孔率极低、而致密度很高的瓷化过程。 （4） 陶瓷烧结的后处理 表面施釉：是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻璃状物质使其 表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异性能的工艺方法。 （5）陶瓷的加工
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二、陶瓷的分类
陶瓷的分类
玻璃
玻璃陶瓷 工程陶瓷 （也叫烧结陶瓷）
1. 玻璃 包括光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃等在内的工业玻璃及
建筑玻璃和日用玻璃等无固定熔点的受热软化的非晶态固体材料；
2. 玻璃陶瓷 耐热耐蚀的微晶玻璃、无线电透明微晶玻璃、光学玻 璃陶瓷等；
3. 工程陶瓷 分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，而金属陶瓷通常被
弹性模量对组织不敏感；气孔降低弹性模量；温度升高弹性模量也降低。
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2. 硬度
陶瓷硬度是各类材料中最高的，因其结合键强度高。 ●陶瓷硬度为1000 HV～5000 HV； ●淬火钢为500 HV～800 HV； ●高聚物最硬不超过20 HV。陶瓷的硬度随温度的升高而降低, 但在高温下仍 有较高的数值。
第九章
内容提要 ： 本节介绍陶瓷材料的结构与性能。介绍现今意义上陶瓷
材料的分类，简述工程陶瓷的基本工艺过程，介绍普通陶 瓷（包括日用陶瓷和工业陶瓷）、特种陶瓷（氧化物陶瓷、 碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷）的组成、性能特 点和应用。 学习目标 ： 了解陶瓷材料的结构与性能。熟悉特种陶瓷的性能特点、 改善性能的途径和应用。对其它陶瓷材料作一般了解。
体硬化，转变为玻璃。玻璃物质的粘度随温度而变化。 B 玻璃物质的粘度随温度的变化
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玻璃相结构特点
玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物组成。硅氧四面体组成
不规则的空间网, 形成玻璃的骨架。
石英玻璃和石英晶体结构
钠硅酸盐玻璃的结构示意图
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3. 气相
➢ 气相是陶瓷组织内部残留下来的孔洞 ➢ 形成原因比较复杂，与原料和生产工艺有密切的联系，影响
1. 刚度 陶瓷刚度（由弹性模量衡量）各类材料中最高，因为陶瓷具
有很强的结合键。
各种常见材料的弹性模量和硬度
材料 橡胶 塑料 铝合金 钢 碳化钛 金刚石
弹性模量/MPa 6.9 1380
72300 207000 390000 1171000
硬度/HV 很低 ～17 ～170
300～800 ～3000 6000～10000