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第一节 陶 瓷 陶瓷概述 一、陶瓷定义p76 广义：利用以无机非金属为主要组成的原料制备而成的材料 狭义：以矿物粘土为主要原料或以化合物为原料经粉碎、混炼、成型、烧结等过程制备成的各种无机非金属制品 二、分类 1、依据原料、制备方法、化学组成、产品性质与用途的不同分为：普通陶瓷（定义见p76或p89）和特种陶瓷（定义见p91），特种陶瓷又分为：结构陶瓷和功能陶瓷 2、其他分类方法（见p77-79） 陶瓷制备技术 一、普通陶瓷制备技术 1、原料: 以粘土类（具有可塑性）、石英类（具有瘠性）和长石类（具有熔剂性）为主要原料；另在生产中，常加入碳酸盐类、滑石类、硅灰石类、骨灰等，它们主要起熔剂作用、瘠性作用或调整坯体性能作用 2、工艺流程 二、特种陶瓷制备技术 1、原料：以氧化物、氮化物、硅化物、碳化物等为主要原料 2、工艺流程： 陶瓷材料的物质结构 一、陶瓷材料的键性 陶瓷材料的组成相的结合键：离子键（MgO、Al2O3）、共价键（金刚石、Si3N4）和离子键与共价键的混合键 1、离子键 以离子键结合的晶体称为离子晶体。离子晶体在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有 强度高、硬度高、熔点高、热膨胀系数小等特点。但这样的晶体脆性大，无延展性；固态时绝缘，但熔融态可导电等特点。 2、共价键 以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和饱和性，因而共价键晶体的原子堆积密度较低。 共价键晶体具有强度高、硬度高、熔点高、结构稳定等特点。但它脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态、熔融态时都绝缘。 最硬的金刚石、SiC、Si3N4、BN等材料都属于共价晶体。 二、陶瓷材料的结构 陶瓷材料是一种多相多晶体它是由许多光轴取向各异的晶粒紧密堆积而成。陶瓷材料的结构包括：晶体结构（原子或分子的排列堆积方式）、显微结构（即晶相、玻璃相和气相） 1、晶体相 晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。 陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元。 2、玻璃相 玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。玻璃相的作用是：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。 3、气相（气孔） 陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分残留下来形成气孔。 气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。 4、陶瓷材料的晶体缺陷 ⑴点缺陷 陶瓷材料晶体中存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷称之为点缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷有直接关系。此外，陶瓷材料的烧结、扩散等物理化学过程也与点缺陷有关。 ⑵线缺陷 位错是陶瓷材料晶体中存在线缺陷。陶瓷材料中位错形成所需要的能量较大，因此，不易形成位错。陶瓷材料中位错密度很低 陶瓷材料主要是离子键和共价键。这两种结合键造成位错的可动性降低。当位错滑移时，离子键中同号离子相斥，导致离子键断裂；而共价键的方向性和饱和性，具有确定的键长和键角，位错的滑移也会导致共价键的破断。 ⑶面缺陷p86 陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亚晶界就是陶瓷材料中的面缺陷。 晶粒细化可以提高材料的强度。晶界对金属材料和陶瓷材料强度的提高作用机理是不同的。对金属材料来说，晶界阻碍位错的运动，从而强化了材料；而对陶瓷材料来说，利用晶界两侧晶粒取向的不同来阻止裂纹的扩展，提高强度。 陶瓷基本性质 一、力学性能 1、硬度 陶瓷的硬度很高，多为1000Hv～1500Hv（普通淬火钢的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。★ 2、刚度 刚度是由弹性模量衡量的，弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。弹性模量对组织不敏感， 但结构中存在气孔将降低弹性模量，温度升高也使弹性模量降低 3、强度 陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多倍。 陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。此外，陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强，且有很高的抗氧化性。常用于高温材料。 4、塑性与韧性 陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大