特种陶瓷介绍

第二部分项目第一节特种陶瓷特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。

在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。

一、分类特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。

按照化学组成划分有：氧化物陶瓷氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。

氮化物陶瓷氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。

碳化物陶瓷碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。

硼化物陶瓷硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。

硅化物陶瓷硅化物陶瓷：二硅化钼等。

氟化物陶瓷氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。

硫化物陶瓷硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。

其他还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。

除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。

例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。

此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。

近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。

为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。

⑴晶型转变和稳定化处理高纯ZrO2为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。

ZrO2有三种晶型。

低温为单斜晶系，密度5.65g/cm3。

高温为四方晶系，密度6.10 g/cm3。

更高温度下转变为立方晶系，密度6.27 g/cm3。

其转化关系为：单斜ZrO2四方ZrO2立方ZrO2液体单斜晶与四方晶之间的转变伴随有7％～9％的体积变化。

加热时，单斜晶转变为四方晶，体积收缩；冷却时，四方晶转变为单斜晶，体积膨胀。

随着晶型的转变，亦有热效应产生，如图4.30所示。

由于晶型转变引起体积效应，所以用纯ZrO2就很难制造制件，必须进行晶型稳定化处理。

常用的稳定添加剂有CaO、MgO、Y2O3、CeO2和其他稀土氧化物。

这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近（相差在12％以内），他们在ZrO2中的溶解度很大，可以和ZrO2形成单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。

这种固溶体可以通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。

快冷得到的立方固溶体以后保持稳定，不再发生相变，没有体积变化。

这种ZrO2称为全稳定ZrO2，写为FSZ（Fully Stabilized Zirconia）。

三种最常用的稳定剂Y2O3、CaO、MgO与ZrO2的状态图分别示如图4.31、图4.32、图4.33。

稳定剂的有效加入量：MgO为（16～26）％mol，CaO为（15～29）％mol，Y2O3为（7～40）％mol，CeO2为>13%mol。

稳定剂可以单独使用，也可以混合使用。

用MgO稳定ZrO2时，在冷却至1400ºC以下时，会重新分解为四方ZrO2和MgO，继续冷却至900ºC时，分解出来的ZrO2仍然会向单斜ZrO2转变。

所以MgO稳定的ZrO2不能在900～1400ºC之间长时间加热，否则会失去稳定作用。

图4.31同Fc－C共析相图很相似。

加入不同量的Y2O3可以得到不同组织和性能的ZrO2。

在Y2O3含量（0～5）％mol时，得到可相变的四方相固溶体，这个相在冷却时可以转变为单斜相。

特种陶瓷制备工艺
特种陶瓷制备工艺主要包括以下几个步骤：
1. 材料准备：选择适合特种陶瓷制备的原材料，如氧化铝、氮化硅、氧化锆等，并按照一定的比例混合和研磨，使其成为粉末状。

2. 成型：将粉末状材料通过成型工艺成型，常见的成型方法包括注塑成型、压制成型和挤出成型等。

3. 烧结：将成型后的陶瓷件进行烧结处理，使其在高温下发生化学反应，颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷体。

常见的烧结工艺包括等静压烧结、热等静压烧结和热压烧结等。

4. 加工：对于需要进行后续加工的特种陶瓷制品，还需要进行精加工和表面处理。

常见的加工工艺包括磨削、抛光、切割等。

5. 检测与品质控制：对特种陶瓷制品进行质量检测，包括外观检查、尺寸测量、力学性能测试和化学成分分析等，确保产品符合要求。

6. 涂装和烤漆（可选）：根据产品的需要，进行涂装和烤漆处理，增加陶瓷制品的美观和耐用性。

特种陶瓷制备工艺主要包括材料准备、成型、烧结、加工、检测与品质控制以及涂装和烤漆等环节，不同的特种陶瓷材料和应用领域会有不同的制备工艺。

【例2】已知坯料的化学组成简表1-2-2。

用原料氧化铝(工业纯、未经煅烧)、滑石(未经煅烧)碳酸钙、苏州高岭土培配制,求出其质量百分组成。

【解】设：氧化铝、碳酸钙的纯度为100%；滑石为纯滑石（3MgO・4SiO2・H2O），其理论组成为MgO31.7%，SiO263.5%，H2O4.8%；苏州高岭土为纯高岭土（Al2O3・2SiO2・2H2O），其理论组成为Al2O339.5%，SiO246.5%，H2O14%。

下面根据化学组成计算原料的质量百分含量：①CaCO3的质量＝1/0.5603=1.78②滑石的质量=1.3/0.317=4.10③高岭土的质量=（4.7-由滑石引入的SiO2质量）/0.465=4.51④工业纯的Al2O3质量=93-由高岭土的引入的Al2O3质量=93-4.51×0.395=91.22⑤引入原料的总质量为： M=1.78+4.10+4.51+91.22=101.61⑥配方用原料的质量百分数：CaCO3=（1.78/M）×100﹪=1.75滑石=（4.1/M）×100﹪=4.03高岭土=（4.51/M）×100﹪=4.44工业纯Al2O3=（91.22/M）×100﹪=89.77总计: 99. 99 ﹪提出问题：假使采用煅烧过的氧化铝和滑石进行配料，计算方法相同。

第一章特种陶瓷粉体的物理性能及其制备粉体----就是大量固体粒子的集合系。

它表示物质的一种存在状态。

粉体是气、液、固三相之外的所谓第四相。

粉体由一个一个固体颗粒组成，所以它仍然具有很多固体的属性，例如物质结构，密度等等。

它与固体之间最直观，也最简单的区别在于：当我们用物轻轻触及它时，会表现出固体所不具备的流动性和变形。

第一节特种陶瓷粉体的基本物理性能一、粉体的粒度与粒度分布1．粉体颗粒粉体颗粒----是指在物质的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态基本颗粒。

氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷第二部分项目第一节特种陶瓷特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。

在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过 1360 度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如:电、磁、光、热、声、化学、生物等功能;以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。

一、分类特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们quot繁殖quot得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。

按照化学组成划分有: 氧化物陶瓷氧化物陶瓷:氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。

氮化物陶瓷氮化物陶瓷:氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。

碳化物陶瓷碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化铀等。

硼化物陶瓷硼化物陶瓷:硼化锆、硼化镧等。

硅化物陶瓷硅化物陶瓷:二硅化钼等。

氟化物陶瓷氟化物陶瓷:氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。

硫化物陶瓷硫化物陶瓷:硫化锌、硫化铈还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。

除了主要由一种化合物等。

其他构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。

例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷等等。

此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。

近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。

为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷(即透明陶瓷)，磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。

陶瓷产业分类一、建筑陶瓷建筑陶瓷是陶瓷产业中的一个重要分支，主要用于建筑装饰和建筑材料。

它包括墙砖、地砖、马赛克等，广泛应用于住宅、商业建筑、公共设施等各类建筑中。

建筑陶瓷具有耐磨、耐腐蚀、易清洁等特点，能够提供美观、实用的装饰效果，同时也具备保护墙体、地面的功能。

二、工业陶瓷工业陶瓷是指用于各类工业领域的陶瓷制品。

它具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等特点，适用于机械、电子、化工、冶金等行业。

工业陶瓷广泛应用于轴承、密封件、磨料、电子组件等领域，可以提供稳定的性能和可靠的使用寿命。

三、日用陶瓷日用陶瓷是指用于日常生活中的陶瓷制品，如餐具、茶具、花瓶等。

日用陶瓷既具备实用功能，又能提供美观的外观设计，使人们的生活更加舒适和美好。

随着人们对生活品质的要求不断提高，日用陶瓷的设计和材质也在不断创新，以满足消费者的需求。

四、艺术陶瓷艺术陶瓷是指以陶瓷为材料，通过艺术创作手法制作的艺术品。

它包括陶器、瓷器、雕塑等形式，具有独特的审美价值和艺术表现力。

艺术陶瓷的制作过程需要高超的工艺技术和创作能力，它是陶瓷产业中的高端领域，代表了陶瓷艺术的最高水平。

五、特种陶瓷特种陶瓷是指具有特殊功能和特定用途的陶瓷制品。

它包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，具有良好的绝缘性、耐磨性、耐腐蚀性等特点。

特种陶瓷广泛应用于航空航天、电子、化工、医疗等领域，为现代科技的发展提供了坚实的基础材料。

六、传统陶瓷传统陶瓷是指具有悠久历史和独特工艺的陶瓷制品。

它包括青瓷、白瓷、黑瓷等，代表了中国陶瓷的传统文化。

传统陶瓷制作工艺繁复，需要经过多道工序才能完成，形成了独特的制作风格和艺术特点。

传统陶瓷不仅具有实用功能，还承载了丰富的文化内涵，成为中华民族传统文化的重要组成部分。

七、陶瓷研发与创新陶瓷研发与创新是陶瓷产业发展的重要支撑。

随着科技的进步和社会需求的变化，陶瓷制品在材料、工艺、设计等方面都在不断创新。

陶瓷材料的研发涉及到材料科学、化学、物理等多个学科领域，需要不断探索新的材料组合和制造工艺，以提高产品性能和质量。