第9章陶瓷材料.ppt

* 第 九 章 陶 瓷 材 料 9.1陶瓷材料概论 9.2陶瓷的晶体结构 9.2.1离子晶体的结构规则 9.2.2陶瓷的晶体结构 9.3陶瓷的晶体缺陷 9.3.1点缺陷 9.3.2位错 9.4陶瓷材料的相图 9.4.1 SiO2-Al2O3相图 9.4.2 CaO-SiO2-Al2O3三元相图 9.5陶瓷材料的变形 9.5.1陶瓷晶体的塑性变形 9.5.2非晶体陶瓷的变形 9.5.3陶瓷增韧 陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品，是多晶、多相（晶相、玻璃相、和气相）的聚集体。它是一种无机非金属材料，种类繁多，在生活上，在工业上应用都非常广泛。它具有耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、多功能等多种优异性能。传统上陶瓷是陶器与瓷器的总称。后来发展到泛指整个硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等。在工业上，为适应航天、能源、电子等新技术的要求，在传统陶瓷的基础上，用无机非金属物质为原料，经过粉碎、配制、成型和高温烧结制得大量新型无机材料，如功能陶瓷、特种玻璃、特种涂层等。 9.1陶瓷材料概论 材料科学基础 第九章 9.2陶 瓷 的 晶 体 结 构 传统陶瓷的典型组织结构由晶体相、玻璃相和气相组成，其中晶体相是组成陶瓷的基本相，也称主晶相。它往往决定着陶瓷的力学、物理、化学性能。 陶瓷和金属类似，具有晶体结构，但与金属不同的是其结构中并没有大量的自由电子。这是因为陶瓷是以离子键或共价键为主的离子晶体（如MgO, Al2O3等）或共价晶体（SiC, Si3N4等）。氧化物结构和硅酸盐结构是陶瓷晶体中最重要的两类结构。它们的共同特点是：1、结合键主要是离子键，或含有一定比例的共价键。2、有确定的成分，可以用准确的分子式表示。3、具有典型的非金属性质等。 材料科学基础 第九章 9.2.1离子晶体的结构规则 1、负离子配位多面体规则（Pauling第一规则） 2、电价规则（Pauling第二规则） 3、负离子配位多面体共用顶、棱和面的规则（Pauling第三规则） 4、不同种类正离子配位多面体间连接规则（Pauling第四规则） 5、节约规则（Pauling第五规则） 材料科学基础 第九章 9.2.2典型的陶瓷晶体结构 离子晶体按其化学组成分为二元化合物和多元化合物。其中二元化合物中介绍AB型，AB2型和A2B3型化合物；多元化合物中主要讨论ABO3型和AB2O4型。 1. AB型化合物结构 1）、CsCl结构 2)、NaCl结构 3)、立方ZnS结构 4)、六方ZnS结构 材料科学基础 第九章 CsCl结构 六方ZnS结构 NaCl结构 立方ZnS结构 材料科学基础 第九章 2、AB2型化合物结构 1)、萤石（CaF2）结构 萤石结构属于立方晶系，具有面心立方点阵，其中正离子（Ca+）处在立方体的顶角和各面心位置，构成面心立方结构，负离子（F―）占据所有的四面体间隙，构成了[FCa4]四面体见图2-7（c），配位数为4。若F―作简单立方堆积，Ca+填于半数的立方体间隙中，则构成[CaF8]立方体，故Ca+的配位数为8，立方体之间共棱连接。 材料科学基础 第九章 2)、TiO2（金红石）结构 材料科学基础 第九章 3)、β–方石英（方晶石结构） 材料科学基础 第九章 1. 钙钛矿型结构（CaTiO3） 材料科学基础 第九章 方解石（CaCO3）型结构 材料科学基础 第九章 尖晶石（MgAl2O4）结构 材料科学基础 第九章 3、 硅酸盐的晶体结构 硅酸盐晶体是构成地壳的主要矿物，是一种丰产、廉价的陶瓷材料。例如普通水泥就是人们最熟悉的硅酸盐。硅酸盐的成分复杂，结构形式多样。 硅酸盐的结构主要由三部分组成，一部分是由硅和氧按不同比例组成的各种负离子团，称为硅氧骨干，这是硅酸盐的基本结构单元，另外两部分为硅氧骨干以外的正离子和负离子。 材料科学基础 第九章 硅酸盐的晶体结构的基本特点可归纳如下 ： 1、硅酸盐的基本结构单元是[SiO4]4–四面体，硅原子位于氧原子四面体的间隙中 2、按电价规则，每个O2-最多只能为两个[SiO4]4–所共有。 3、按鲍林第三规则，[SiO4]4–四面体中未饱和的氧离子和金属正离子结合后，可以相互独立地在结构中存在，或者可以通过共用四面体顶点彼此连接成单链、