第十章陶瓷合成与制备(一)课稿.ppt

无机非金属材料的基本属性 化学健主要是离子键、共价健以及它们的混合键； 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感； 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； 耐化学腐蚀性好； 耐磨损。 陶瓷研究的发展历程 结构陶瓷——主要利用其热、机械、化学功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构材料。 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。 陶瓷材料的结构特点 (1) 陶瓷材料的组成与结合键 陶瓷是金属和非金属元素组成的化合物。当含有一 种以上的化合物时，其晶体结构可能变得非常复杂。 陶瓷晶体是以离子键和共价键为主要结合键，一般为 两种以上的不同键合的混合形式。 陶瓷材料离子键和共价键的混合比 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，决定陶瓷材料的物理化学特性。 玻璃相是非晶态低熔点固体相，起粘结晶相，填充气孔，降低烧结温度等作用。 气相和气孔是陶瓷材料在制备过程中不可避免留下的。气孔率增大，陶瓷材料的致密度降低，强度和硬度下降。 传统陶瓷——以粘土（塑性组分），长石（熔剂组分），石英（惰性组分）等天然矿物为原料，经粉碎、混合、磨细、成型、干燥、烧成等工序制成的产品。 特种陶瓷——以人工合成化合物为原料制备，用于技术和工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、动力、生物、航天航空和其它高新技术领域。 晶相 晶界 玻璃相 气孔 晶相、玻璃相和气孔的分布情况 （形状、大小、数量等） 晶粒取向 晶粒均匀度 晶界性质 杂质分布 晶相是功能陶瓷材料的基本组成 主晶相的性能就是材料的性能 主晶相的大小、数量、均匀程度及晶粒的取向等是决定材料的性能重要因素 复相多晶陶瓷显微组织 复合陶瓷显微组织 晶界 晶界是无序的非晶态结构，由于缺陷较多，晶界内的扩散要比晶粒内大得多 晶界是物质迁移和空位迁移的重要通道－－城市交通中的街道的作用 相邻晶粒的边界，是多晶材料的主要组成部份，对材料的性能有显著的影响 由于晶界有这样的特性，可以用扩散的方法把加入物的离子或气氛中的离子取道晶界而渗入瓷坯，获得新的材料或元件，如晶界层电容器等 玻璃相 玻璃相是一种低熔物，在达到烧成温度前即熔融 玻璃相的作用： （1）起粘结作用； （2）降低烧结温度； （3）阻止多晶转变和抑制晶粒生长； 玻璃相的来源： （1）混入瓷料中的微量杂质； （2）助烧结 气 孔 陶瓷材料一般含有5～10％左右的残余气孔 气孔是烧结过程中残留在晶粒中间的，由于它们离晶界较远，扩散途径长而难以排除 气孔的存在，对烧结不利，不仅影响材料的机械强度，也影响材料的热学性能、光学性能和介电性能等 降低材料中气孔率的方法 通过某种加入物生成第二相来抑制晶粒的长大，使残余气孔从晶界易于排除 通过气氛烧结 封闭在气孔中的气体如氧通常能通过溶解和扩散过程，从封闭的气孔中溢出； 但对于氮气，由于它的溶解度低，不易从封闭的气孔逸出； 为了使这些气体易于排除，在氧气氛或高真空中烧结比较有利 显微结构对材料性能的影响 组织结构的均匀性 晶粒大小 晶界 加入物 气孔率或瓷坯密度 玻璃相 组织结构的均匀性对材料性能的影响 均匀性的极限是 各晶粒化学组成相同 各相物理性质相同 气孔率为零 晶粒大小相近 总之，组织结构对材料性能的影响是多方面的。我们只有在生产实践和科学试验中，不断总结经验，才能逐步充实这方由的知识，并使之完善起来，为进一步控制生产提供依据 原料的预烧 在不同的温度下，很多原料的结晶状态或结构不同，晶型结构相互转变时常伴随体积效应，对烧成有不利的影响，通常采取将这类原料进行锻烧的方法解决。 通过锻烧可促进晶型转化，获得具有优良电性能的晶型，改变材料结构，改善工艺性能，减少陶瓷样品最终烧结时的收缩率，保证产品质量，提高和保证功能陶瓷材料的性能 粘 土 粘土是多种微细的矿物的混合体，其矿物的粒径多数小于2μm，主要是由粘土矿物和其他矿物组成的并且具有一定特性的（其中主要是可塑性）土状岩石。 主要化学组成：SiO2，Al2O3，少量K2O，Na2O CaO，MgO：为碳酸盐杂质矿物（方解石，菱镁矿）在高温下分解的产物，起熔剂作用，能降低陶瓷烧成温度。 有害杂质：Fe2O3，TiO2，烧成时产生膨胀的缺陷，影响瓷体的电绝缘性，并使瓷体染色。