第一章 陶瓷材料的制备 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。
1 2
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。

Al2O3、ZrO2
燃烧室喷嘴：SiC,BeO 电炉发热体：ZrO,SiC
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３.其它物理、化学性能： i：高电阻：良好的绝缘体。
半导体陶瓷、压电陶瓷等。
ii：特殊光学性能：
固体激光材料：红宝石；
光导纤维：玻璃纤维。 iii：磁性陶瓷：又名铁氧体， 由Fe2O3和Mn、Zn的氧化物组成。 iv：高的化学稳定性：抗氧化，1000℃高温下不氧化。
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3、碳化物陶瓷： 包括：碳化硅、碳化铈、碳化钼、碳化铌、碳化钛、 碳化钨、
碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化铪等。
特点：具有很高的熔点、硬度和耐磨性 缺点：耐高温氧化能力差，脆性极大
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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
性能
用途
耐酸碱容器 绝缘电磁
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二、特种陶瓷：
采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、 ZrO2、SiC、Si3N4、BN），经配料、成型、烧 结而制得。
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1、氧化物陶瓷：
氧化铝陶瓷:以Al2O3为主要成分， 75 瓷（ 75% Al2O3 ）又称刚玉 - 莫来石瓷； 95 瓷
氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如
耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切 削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花 塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。
氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环
氧化铝陶瓷坩埚
氧化铝陶瓷转心球阀
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❖ 概况
❖ 一.陶瓷的工艺过程 ❖ 二.陶瓷的结构 ❖ 三.陶瓷材料的性能
特点
❖ 四.陶瓷材料及其应 用
1.陶瓷的工艺过程
1、原料的制备 （1）生产陶瓷的三种主要原料
1.粘土（40～60％）：含水铝硅酸盐，主要化学成分为SiO2、 Al2O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。
2.石英（20～30％）：化学组成为SiO2，是一种耐热性、抗蚀 性、高硬度的物质，是陶瓷制品的骨架。
2.结构类型
结构类型
含孤立、成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐结构 岛状： （如镁橄榄石Mg2SiO4）
链状：
由大量的硅氧四面体通过共顶连结而形成的一维 结构（石棉)
层状：
由大量的、底面在同一平面上的硅氧四面体通过在该平 面上共顶连接而形成的具有六角对称的无限二维结构（ 高岭石、云母）
骨架状：
送往成型
2、坯料的成型
1.定义
❖
在配制好的陶瓷原料中加入水或其他成型助剂（粘合剂
），使其有一定塑性，然后通过某种方法使其成为具有一定
形状的坯体的工艺过程。
❖ 2.成型方法
❖
①挤压成型法：在坯料中加入水或增塑剂，捏练成塑性
泥料，然后用手工、挤压或机加工成型。
②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型，常用于制造形 状复杂，精度要求不高的日用陶瓷和建筑陶瓷。
③压制成型：在粉料中加入少量水分和增塑、剂，然后在 金属模具中加较高压力成型，主要用于特种陶瓷和金属陶瓷 。
3、制品的烧成或烧结
1.定义： 成型的坯料，经过高温烧成或烧结才能获得陶瓷的特性。
烧成的制品开口率较高，致密度较低。当烧成湿开口气孔率 接近于零，获得高致密度的瓷化过程成为烧结。 2.烧成（或烧结）四阶段 ①蒸发期（室温～300℃）

特种陶瓷
日用陶瓷
(包括艺术 陈列陶瓷)
建筑卫 生陶瓷
化工陶瓷
电瓷 化学瓷 及其它 结构陶瓷 功能陶瓷
工业用陶瓷
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。
五、烧结原理与工艺
(一) 概念
烧结是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减 小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。
陶瓷烧结示意图
(a)颗粒间的松散接触；(b)颗粒间形成颈部； (c)晶界向小晶粒方向移动并逐渐消失，晶粒逐渐长大； (d)颗粒互相堆积形成多晶聚合体
(一) 概念
陶瓷的烧结类型可以分 固相烧结、液相烧结。
Tm A
T3 T2 T1
Tm B
烧结过程示意相图
陶瓷的烧结过程一般分 为五个阶段：
(1)低温阶段（室温至 300℃左右）
(2)中温阶段（亦称分解 氧化阶段，300 至 950C）
(3)高温阶段（950C至 烧成温度）
(4)保温阶段
(5)冷却阶段
（二）几种常用烧结方法
１）热压烧结
２）热等静压
最后，随着现代科学技术的飞速发展，使得具有优良性能的特 种陶瓷得到了广泛应用。
二、陶瓷原料
➢粘土类原料 ➢石英类原料 ➢长石类原料 ➢其他矿物原料 （瓷石，叶腊石，高铝质矿物原料，
碱土硅酸盐类原料，碳酸盐类）
➢新型陶瓷原料（氧化物原料，碳化物类原料，氮化物原料）
1.粘土类原料 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。 粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石

纳米陶瓷材料的应
04
用领域
航空航天领域
飞机发动机部件
纳米陶瓷材料具有优异的耐高温 性能，可用于制造飞机发动机的 部件，如涡轮叶片、燃烧室等。
轻量化结构材料
纳米陶瓷材料具有较低的密度和良 好的力学性能，可用于制造轻量化 的结构材料，如飞机框架、机身等 。
隐身材料
纳米陶瓷材料可以吸收电磁波，用 于制造隐身材料，如隐形飞机的外 壳、雷达吸收层等。
抗疲劳性
由于其纳米级的结构，使 得陶瓷材料在承受反复应 力时具有更高的抗疲劳性 。
热学性能
高热导率
纳米陶瓷材料具有很高的热导率 ，使其在高温环境下保持稳定的 热性能。
抗热冲击
由于其微小的热容量，使得纳米 陶瓷材料在经历快速温度变化时 不易破裂。
光学性能
透明性
某些纳米陶瓷材料具有优秀的透明性 ，可与玻璃相媲美。
汽车工业领域
发动机部件
纳米陶瓷材料可用于制造汽车发 动机的部件，如活塞、气缸套、
涡轮增压器等。
轻量化结构材料
纳米陶瓷材料可用于制造轻量化 的汽车结构材料，如刹车片、离
合器片等。
耐磨材料
纳米陶瓷材料具有较好的耐磨性 能，可用于制造汽车零部件，如
轴承、齿轮等。
能源领域
燃料电池
纳米陶瓷材料可以作为燃料电池的隔膜材料，提 高燃料电池的性能和寿命。
拓展应用领域及市场
总结词
纳米陶瓷材料具有广泛的应用前景，需要拓 展新的应用领域和市场。
详细描述
纳米陶瓷材料具有优异的物理、化学和机械 性能，使其在许多领域具有潜在的应用价值 。未来需要加强研究和开发，发掘新的应用 领域和市场，并推动纳米陶瓷材料的商业化 应用。
加强基础研究及理论探索

（3）韧性和脆性
陶瓷材料是非常典型的脆性材料，这是其致命的弱点和障碍。
改善陶瓷的韧性？
①
通过晶须或纤维增韧；
②
异相弥散强化增韧；
③
相变增韧；
④
显微结构增韧（纳米化等）；
⑤ 表面强化增韧（表面微氢化技术、激光Βιβλιοθήκη 面处理、离子注 入 表面改性等技术），
⑥ 复合增韧（将两者或两者以上的增韧机理结合在一起）。
简单来说，陶瓷材料就是除金属、高聚物以外的无机 非金属材料的通称。
2、陶瓷材料的发展
陶器
高铝质粘土和瓷土的
应用、釉的发明、高 温技术的发展
瓷器 （传统陶瓷）
原料纯化、陶瓷工艺
的发展、陶瓷理论的 发展
先进陶瓷 （微米级）
纳米陶瓷
显微结构分析的进步、 性能研究的深入、无损 评估的成就、相邻学科 的推动
相 、 气相 三部分组成。
三、选择题
下列关于陶瓷中玻璃相作用的说法，不 正确的一项是（）
答：陶瓷的组织不如金属纯，存在很多的缺陷，尤其是晶界，其破坏作
用比在金属中更大：晶界上存在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，可能造成显微裂纹。
提高陶瓷强度的措施？ 增大陶瓷的致密度，减少缺陷，降低和消除晶界的不良作用。
陶瓷材料的抗拉强度很低，抗弯强度较高，抗压强度更高。
通用硬质合金
是在成分中添加TaC或NbC来取代部分TiC。常用代号 有YW1、YW2。
（2）硬质合金的应用
硬质合金有着广泛的应用：切削刀具、冷作模具、量具和 耐磨零件等。
三、钢结硬质合金
1. 钢结硬质合金是以一种或几种碳化物（WC、 TiC）等为硬化相，以合金钢粉末为粘结剂， 经配料、压型、烧结而成。

气敏传感器
稀土功能陶瓷材料的表面活性和 气敏性能使其在气体传感器中具 有广泛应用。
储氢材料
稀土功能陶瓷材料的孔结构和特 殊吸附性能使其成为理想的储氢 材料。
生物医学材料
稀土功能陶瓷材料的生物相容性 和药物传输性能使其在生物医学 领域具有潜在应用。
市场前景
1 全球市场概览
稀土功能陶瓷材料市场正在迅速增长，预计 未来几年将保持良好发展态势。
2 发展趋势与前景
随着新技术的不断涌现和应用领域的扩大， 稀土功能陶瓷材料有望在未来发展中发挥更 大的作用。
总结
稀土功能陶瓷材料具有独特的特点和广泛的应用领域，但也存在一些挑战。 未来发展的重点将是提高材料性能和拓宽应用领域。
制备方法
1 热处理制备法
通过高温烧结和热处理将稀土氧化物与其他 化合物反应得到陶瓷材料。
2 溶胶-凝胶法
通过溶胶和凝胶的形成过程控制陶瓷材料的 结构和性能。
3 液相制备法
通过液相反应得到稀土功能陶瓷材料。
4 物理-化学合成法
结合物理和化学方法制备稀土功能陶瓷材料。
性能表征
1
结构表征
使用X射线衍射和扫描电子显微镜等技术分析稀土功能陶瓷材料的结构。
稀土功能陶瓷材料-课件
欢迎来到稀土功能陶瓷材料的课件！在本课件中，我们将了解稀土功能陶瓷 材料的特点、制备方法、性能表征、应用领域和市场前景。
概述
稀土功能陶瓷材料是一类具有特殊功能和优异性能的材料。它们具有高温稳 定性、电学性能、机械性能等特点，广泛应用于储能器件、光伏电池、气敏 传感器、储氢材料和生物医学材料等领域。
2
物理性质表征
通过测量热膨胀系数、热导率和电阻率等参数来评估稀土功能陶瓷材料的物理性 能。

3
按基体分：
金属基复合材料MMC
复合材料
有机材料基复合材料
无机非金属基复合材料
木质基复合材料
聚合物基复合材料PMC
橡胶基 树脂基
水泥或混凝土基复合材料
热塑性树脂 热固性树脂
陶瓷基复合材料CMC
4
按增加体分：
复合材料
颗粒状分散复合材料 纤维状分散复合材料
分散强化复合材料
片晶增强复合材料
颗粒增强复合材料
单向纤维强化复合材料
连续纤维复合材料
非编织纤维层 二维、三维编织纤维层
不连续纤维复合材料
短纤维
随机排列 定向排列
晶须
随机排列
定向排列 5
按性能分：
聚合物基复合材料 金属基复合材料 无机非金属基复合材料 功能基复合材料 纳米基复合材料 梯度基复合材料
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复合材料在21世纪中应起的作用
对信息技术提供服务：信息获得、处 理、储存、传输和执行
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莫来石 （3Al2O3·2SiO2~2Al2O3·SiO2), 一般1550～1600℃烧成，纯的莫来石 要在1750 ℃左右才能烧成。
尖晶石（AR2O4，A代表二价元素离子， R代表三价元素），典型的有镁铝尖晶 石。
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基体材料 — 非氧化物陶瓷
指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物 和硅化物等。自然界比较少，需要人工合 成，是先进陶瓷特别是金属陶瓷的主要成 分和晶相，主要由共价键结合而成，也有 一定的金属键成分。
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纳米复合材料
纳米效应—表面及界面效应、量子尺寸效应、宏观 量子隧道效应等，这些效应使纳米复合材料不仅有 优良的力学性质而且会产生光学、排线性光学、光 化学和电学的功能作用。 （1）有机—无机纳米复合材料 将无机纳米粒子引入有机聚合物——电磁流变液 （2）无机——无机纳米复合材料

唐宋元明清时期的陶瓷艺术
总结词
唐宋元明清时期的发展
详细描述
唐宋时期，中国陶瓷进入了一个繁荣发展的阶段。唐三彩、青瓷、白瓷等品种丰富，工艺精湛。宋代 则以汝窑、官窑、哥窑等名窑为代表，追求釉色之美。元明清时期，陶瓷发展更加多元化，如元代的 青花瓷、明清时期的五彩瓷和珐琅彩等。
唐宋元明清时期的陶瓷艺术
近现代陶瓷的变革与创新
总结词
近现代的变革与创新
详细描述
近现代以来，随着社会经济的发展和人们审美的变化，中国陶瓷也在不断变革和创新。 新型材料和技术的运用，使得陶瓷制作更加多样化和个性化。同时，一些传统工艺和特
色品种也得到了保护和传承。
近现代陶瓷的变革与创新
总结词
现代应用与价值
VS
详细描述
现代的中国陶瓷不仅仅是一种艺术品，更 在建筑、家居、礼品等领域有着广泛的应 用。它不仅具有观赏价值，还有实用价值 和收藏价值。一些珍贵的古董陶瓷更是成 为收藏家竞相追逐的宝贝。
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中国陶瓷的市场现状与未来发展
中国陶瓷的国内外市场分析
国内市场
中国陶瓷在国内市场拥有悠久的历史和广泛的受众，国内消费者对陶瓷产品有着深厚的文化认同和情感依恋。随 着国内经济的持续增长和消费者需求的升级，国内市场对高品质、个性化、创意性的陶瓷产品需求不断攀升，为 产业发展提供了广阔的空间。
国外市场
白瓷
总结词
白瓷是中国陶瓷的另一经典品种，以其洁白如玉、细腻 透明的质地而闻名。
详细描述
白瓷以瓷土中的高岭土为主要成分，经过高温烧制后呈 现出洁白如玉的色泽。其质地细腻、透明度高，给人以 清新脱俗的感觉。白瓷的烧制技术难度较高，需要严格 控制烧制温度和气氛，因此品质优良的白瓷价值较高。 其造型也十分丰富，常见的有杯、碗、盘、瓶等。

4、凝胶注模成型 、 原位凝固成型 坯体固化过程中没有收缩且原位固化保证陶瓷坯体的均匀 性
（三）干燥与排塑
热空气干燥 电热干燥 辐射干燥 （高频、微波、红外）
干燥
排除粘合剂，为烧成创造条件 排塑 是坯体获得一定的机械强度 避免粘合剂在烧成时的还原作用
（四）烧成 • 陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总和 • 减少成型体中气孔，增强颗粒间结合，提高机械 强度
固相反应法 溶出法
（二）成型
成型
干法成型
干压成型
等静压成型
湿法成型
注浆成型
热铸压成型
挤压成型
轧膜成型
注射成型
原位凝固成型
快速无模成型
1、等静压成型 、 • 利用液体或气体能够均匀的向各个方向传递压力的特性来 实现均匀受压成型
粉料装入弹性模具
放入具有液体或气体的高压容器中
用泵加压
压制成与模具相像的坯体
陶瓷
传统（普通）陶瓷
现代（先进）陶瓷
建筑砖瓦、日 用器皿、卫生 用具、美术装 饰制品等
结构陶瓷
功能陶瓷
高强度、硬度、弹性模量 耐高温、磨损 抗氧化、腐蚀
具有电磁、 光、声、超 导、化学、 生物学特性
传统陶瓷与现代陶瓷的主要区别
区别点 原料 成分 成型 烧成 传统陶瓷
天然矿物原料 主要有粘土、长石、石英的产地决 定 注浆、可塑成型为主 温度一般1350以下，燃料以煤、油、 气为主
1、烧成步骤
保温阶段
升温阶段
冷却阶段
2、烧成过程影响因素
3、烧成方法
烧 成 方 法
常 压 烧 成
热 压 烧 结
热 等 静 压 烧 结
反 应 热 压 烧 结