材料结构的思考题.ppt

第四章 无机非金属材料,第一节 陶瓷概述 第二节 普通陶瓷材料 第三节 结构陶瓷材料 第四节 功能陶瓷材料 第五节 无机建筑材料,陶瓷的分类,按其原料的来源不同可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（先进陶瓷）。 普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为原料（粘土、长石、石英），经过原料加工、成型、烧结而成，因此又叫硅酸盐陶瓷。 特种陶瓷是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。,陶瓷的种类,普通陶瓷,普通陶瓷是用黏土（Al2O32SiO2H2O）、长石（K2OAl2O36SiO2；Na2OAl2O36SiO2）、石英（SiO2）为原料 组织：主晶相 莫来石25-30% ， 次晶相 SiO2 ； 玻璃相 35-60% 气相 1-3% 这类陶瓷质地坚硬，不会氧化生锈、不导电，能耐1200高温，加工成型性好，成本低廉。 缺点是强度较低，高温下玻璃相易软化。 这类材料可应用于制作工作温度低于200的耐蚀器皿和容器、管道、电瓷绝缘子等。,普通陶瓷的生产工艺过程,原料配制：黏土、石英、长石 黏土 含水的铝硅酸盐（ Al2O32SiO2H2O ），是瓷坯中Al2O3的主要来源，也是烧成莫来石（3Al2O32SiO2）的主要来源。 加水混合后，有很好的塑性，赋予坯料塑变或注浆成型的能力,原料配制,石英普通结晶状的二氧化硅SiO2矿石 作用： 1、与黏土中的Al2O3形成莫来石。 2、残余石英构成坯体的骨架。 3、在烧成中与长石等易融物形成玻璃相，增加液相的黏度，减少制品的变形。 长石架状硅酸盐结构的矿物的总称 钠长石（ Na2OAl2O36SiO2 ），钾长石（ K2OAl2O36SiO2 ），钙长石（ CaOAl2O32SiO2 ），钡长石（ BaOAl2O32SiO2 ） 作用：1、熔融的长石能溶解一部分黏土分解物和部分石英，形成玻璃相，促进成瓷反应，降低烧成温度助熔作用； 2、冷却后以长石为主的低共熔体以玻璃态存在于制品中，构成陶瓷的玻璃基质,硅酸盐结构简介,硅酸盐的基本结构单元是SiO4四面体，硅原子位于氧原子四面体间隙中 每一个氧最多只能被两个SiO4四面体所共有 SiO4四面体可以是互相孤立的在结构中存在，也可以是通过共顶点互相连接 Si-O-Si的结合键形成一折线，145,硅酸盐结构简介,按SiO4四面体在空间的组合情况 （1）含有有限硅氧团的硅酸盐（岛状硅酸盐） （2）链状硅酸盐 （3）层状硅酸盐 （4）骨架状硅酸盐,含有有限硅氧团的硅酸盐（岛状硅酸盐）,镁橄榄石Mg2SiO4、锆英石ZrSiO4等,链状硅酸盐,链状硅酸盐,顽火辉石（Mg2Si2O6），硅灰石（Ca3Si3O9）等,层状硅酸盐,粘土高岭土Al2(OH)4/Si2O5、滑石Mg3(OH)2/Si4O10、绢云母等,层状硅酸盐,层状硅酸盐,骨架状硅酸盐,硅石（SiO2），长石等,原料配制,其他原料 氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）：提高强度和耐碱能力 氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）：提高强度和抗热震性 碳化硅（SiC）：提高导热性和强度,原料挑选、粉碎 精洗（去掉杂质）配料（保证制品性能）混合、磨细（达到一定粒度）配制成可塑泥料、粉料或浆料,球磨,科研,生产,坯料成形,可塑成形法 在坯料中加水或塑化剂，捏练成可塑泥料，经手工、挤压或机械加工成形 注浆成形法 适用于形状复杂、不规则、薄而体积大且尺寸要求不严的制品，如花瓶、茶壶、手柄等 模压成形法 用压力将干粉料在模型中压城致密坯体，适用于形状简单的小型坯体,干燥、脱水（控制坯料水分） 炼坯、陈腐（去除空气）上釉等工艺,注浆成形法,模压成形法,生坯的干燥,成形后的坯体仅为半成品（生坯，green），其后还要经过干燥、上釉等工艺才可进行烧成,制品烧结（sintering）,烧成（烧结） 通过在高温下一系列的物理化学变化，去除坯体内所含溶剂、黏结剂、塑化剂等，减少坯体中的气孔，增强颗粒间的结合强度 阶段一蒸发阶段（室温300C） 排除坯体中的残余水分，使坯体完全干燥，收缩减小，强度增大纯物理过程,制品烧结（sintering）,阶段二氧化物分解和晶型转化阶段（300950C） 发生较复杂的物理化学变化： 黏土等矿物中结构水的排除； 有机物、无机物的氧化； 碳酸盐、硫化物等的分解； 石英晶型转变（石英石英）,石英晶型转变,制品烧结（sintering）,阶段三玻化成瓷期（950C烧成温度） 上述氧化分解反应继续进行； 各种液相形成，同时，各组成物逐渐熔解： 长石形成玻璃体液相； 溶解部分Al2O3和SiO2，生成二次莫来石； 原石英被溶解成残留小块，晶体被液相黏结，成瓷 偏高岭石转化为尖晶石型新结构： 尖晶石型新结构转化为莫来石：,制品烧结（sintering）,阶段四冷却阶段（烧成温度室温） 原长石区域析出或长大成粗大针状二次莫来石，但数量不多； 液相黏度大，不发生结晶，而在750350C之间转化为固态玻璃 室温组织：点状的一次莫来石，针状二次莫来石，块状残留石英，小黑洞气孔,制品的烧成（sintering）,点状的一次莫来石，针状二次莫来石，块状残留石英，小黑洞气孔,原料作用,黏土,长石,石英,一次莫来石,二次莫来石,熔融液相,残留石英骨架,晶体相,玻璃液相,普通陶瓷,性能特点：质地坚硬，不氧化生锈、耐腐蚀、能耐一定高温； 成型性好，成本低。 强度低，绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。 应用： 生活中常用的各类陶瓷制品；电瓷绝缘子，耐酸、碱的