材料科学第四章无机非金属材料

1、第四章第四章 无机非金属材料无机非金属材料材料科学概论材料科学概论机电学院机电学院刘艳花刘艳花青花瓷青花瓷本章本章主要内容主要内容结构陶瓷材料结构陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料 无机建筑材料无机建筑材料无机非金属材料概论无机非金属材料概论普通陶瓷材料普通陶瓷材料什么是无机非金属材料？什么是无机非金属材料？金属材料和有机高分子材料以外的固体材金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。料通称为无机非金属材料。主要特性：主要特性：优点优点熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、弹性模量大、强度高。腐蚀、耐磨损、耐氧化、

2、弹性模量大、强度高。缺点缺点塑性和韧性低，一般为脆性材料。塑性和韧性低，一般为脆性材料。4.1 无机非金属材料概论无机非金属材料概论传统陶瓷传统陶瓷 陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃特种陶瓷特种陶瓷 结构陶瓷功能陶瓷无机非金属材料概论无机非金属材料概论无机非金属材料的分类无机非金属材料的分类陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的结合键陶瓷材料的结合键 陶瓷材料组成相的结合键为：陶瓷材料组成相的结合键为：离子键离子键（MgO、Al2O3）共价键共价键（金刚石、（金刚石、Si3N4）离子键与共价键的混合键离子键与共价键的混合键（大部分陶瓷材料）（大部分陶瓷材料）陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的物质结构

3、陶瓷材料的相组成陶瓷材料的相组成 晶体相晶体相 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。体或化合物。 晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。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）、陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。等。 晶体相的结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料晶体相的结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。的特性和应用。硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元硅氧四面体是硅酸

4、盐陶瓷中最基本的结构单元陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成陶瓷材料的相组成 玻璃相玻璃相 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。结构类似于玻璃。玻璃相的作用是：玻璃相的作用是：1.将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材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；料的致密度；2.降低烧成温度，加快烧结过程；降低烧成温度，加快烧结过程；3.阻止晶体转变、抑止晶粒长大。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。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利

5、的。陶瓷材料的相组成陶瓷材料的相组成 气相（气孔）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。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。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。成裂纹的根源。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的晶体缺陷陶瓷材料的晶体缺陷 点缺陷点缺陷 陶瓷材料晶体中存在的陶瓷材料晶体中存在的置换原子置换原

6、子、间隙原子间隙原子和和空位等空位等缺陷称之为点缺陷。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。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。有关。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的晶体缺陷陶瓷材料的晶体缺陷 线缺陷线缺陷 位错位错是陶瓷材料晶体中存在的线缺陷。陶瓷材料中位是陶瓷材料晶体中存在的线缺陷。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。料中位错密度很低。陶瓷材

7、料的物质结构陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的晶体缺陷陶瓷材料的晶体缺陷 面缺陷面缺陷 陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的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和亚晶界晶界就是陶瓷材料中的面缺陷。就是陶瓷材料中的面缺陷。 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。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。扩展，提高强度。陶瓷材料的物

8、质结构陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点力学性能力学性能硬度硬度陶瓷的硬度很高，多为陶瓷的硬度很高，多为1000Hv1500Hv（普通淬火钢的硬度（普通淬火钢的硬度500800Hv）。）。陶瓷陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、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。以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。刚度刚度陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其化学键的键能。弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价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键的键

9、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。模量要高于金属材料。力学性能力学性能陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和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理论强度低100多倍。多倍。陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。强度越高。此外，陶瓷材料一般具有优于金属材此外，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，且有很高的料的

10、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。抗氧化性，常用于高温材料。强度强度陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点力学性能力学性能 塑性与韧性塑性与韧性 陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。点。 陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。就发生断裂。陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径 1、制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷，提高晶体的、制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷，提高晶体的完整性完整性“细、密、匀、纯

11、细、密、匀、纯”；2、在陶瓷表面引入压应力；、在陶瓷表面引入压应力；3、复合强化。、复合强化。陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点力学性能力学性能 热学性能热学性能 熔熔 点点 陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。的熔点。热热 容容 热膨胀热膨胀 陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化学键决定的。一般为学键决定的。一般为105106/K。陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点电学性能电学性能 陶瓷材料是良好的绝缘

12、体，可用于隔电的绝缘材料；陶瓷材料是良好的绝缘体，可用于隔电的绝缘材料；陶瓷还具有介电特性，可作为电器的介质；陶瓷还具有介电特性，可作为电器的介质；陶瓷材料的介电损耗很小，可大量制造高频、高温下陶瓷材料的介电损耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。工作的器件。陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点 陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不透明的。可以通过烧结方法的改变和控制晶粒的透明的。可以通过烧结方法的改变和控制晶粒的大小，制备出透明的氧化物陶瓷。大小，制备出透明的氧化物陶瓷。 部分陶瓷材料具有透光性、导光性、光反射部分陶瓷材料具有透光性、导光性、光反射

13、等功能，可作为透明材料、红外光学材料、光传等功能，可作为透明材料、红外光学材料、光传输材料、激光材料等。输材料、激光材料等。光学性能光学性能 陶瓷材料的性能特点陶瓷材料的性能特点原料配制原料配制 坯料成形坯料成形 制品烧成制品烧成 普通陶瓷材料的生产工艺过程4.2 普通陶瓷材料普通陶瓷材料普通陶瓷材料生产工艺过程普通陶瓷材料生产工艺过程普通陶瓷品种普通陶瓷品种1、日用陶瓷、日用陶瓷2、普通工业陶瓷、普通工业陶瓷1）建筑陶瓷）建筑陶瓷2）卫生陶瓷）卫生陶瓷4）化工陶瓷）化工陶瓷3）电器绝缘陶瓷）电器绝缘陶瓷普通陶瓷材料普通陶瓷材料1、日用陶瓷、日用陶瓷一般应具有良好的白度、光泽度、透光性、热一般

14、应具有良好的白度、光泽度、透光性、热稳定性和强度。稳定性和强度。日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品普通陶瓷材料普通陶瓷材料采用瓷质：采用瓷质：长石质瓷，绢云母质瓷，骨灰质瓷，日用质瓷长石质瓷，绢云母质瓷，骨灰质瓷，日用质瓷日用器皿艺术陶瓷普通陶瓷材料普通陶瓷材料普通陶瓷材料普通陶瓷材料天津瓷房子天津瓷房子 四千多件古瓷器，四百多件汉白玉石四千多件古瓷器，四百多件汉白玉石雕和二十多吨水晶石与玛瑙，近百只瓷猫雕和二十多吨水晶石与玛瑙，近百只瓷猫枕，三百多个年代不等、大小不一的狮子。枕，三百多个年代不等、大小不一的狮子。用掉的瓷片不计其数，没有一片现代瓷，用掉的

15、瓷片不计其数，没有一片现代瓷，其中还不乏钧窑、汝窑等五大名窑的瓷片。其中还不乏钧窑、汝窑等五大名窑的瓷片。 瓷器涵盖了各个历史时期，有晋代青瓷器涵盖了各个历史时期，有晋代青瓷、唐三彩，宋代钧瓷、龙泉瓷，元明青瓷、唐三彩，宋代钧瓷、龙泉瓷，元明青花、清代纷彩等各个时代的精品。花、清代纷彩等各个时代的精品。瓷房子瓷房子价值价值50亿亿 世界三大瓷都：世界三大瓷都： 中国景德镇 日本有田 德国麦森普通陶瓷材料普通陶瓷材料1）建筑陶瓷）建筑陶瓷以黏土为主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷以黏土为主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷粗粗陶瓷：陶瓷：以难熔黏土为主要原料，包括砖、瓦、盆罐等以难熔黏土为主要原料，包

16、括砖、瓦、盆罐等精陶瓷：精陶瓷：以瓷土和高岭土为主要原料，包括釉面砖、以瓷土和高岭土为主要原料，包括釉面砖、 建筑卫生陶瓷等建筑卫生陶瓷等 炻炻(sh )瓷：瓷：以陶土和黏土为主要原料，包括地砖、外以陶土和黏土为主要原料，包括地砖、外墙砖、耐酸陶瓷等墙砖、耐酸陶瓷等普通陶瓷材料普通陶瓷材料2、普通工业陶瓷、普通工业陶瓷2）卫生陶瓷）卫生陶瓷以高岭土为主要原料而制得的用于卫生设施的带釉陶以高岭土为主要原料而制得的用于卫生设施的带釉陶瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。3）电器绝缘陶瓷）电器绝缘陶瓷又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝又称电瓷，是作为隔电、机械

17、支撑及连接用的瓷质绝缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。4）化工陶瓷）化工陶瓷要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、化工、制药、食品等工业。化工、制药、食品等工业。普通陶瓷材料普通陶瓷材料建筑陶瓷卫生陶瓷绝缘瓷瓶普通陶瓷材料普通陶瓷材料结构陶瓷的生产工艺结构陶瓷的生产工艺与普通陶瓷主要有以下区别：1、原料：原料：突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的局限，特种陶瓷一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物等为主要原料；2、制备：制备：突破了传统陶瓷以炉窑为主要烧结设备的界限，广泛采用真空烧结、保

18、护气氛烧结，采用热压、热等静压等手段；3、性质：性质：特种陶瓷具有特殊性质和功能。4.3 结构陶瓷材料结构陶瓷材料结构陶瓷的种类结构陶瓷的种类氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷碳化物结构陶瓷碳化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷结构陶瓷材料结构陶瓷材料氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷特点：特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。度高、高温强度高。Al2O3陶瓷陶瓷ZrO2陶瓷陶瓷BeO陶瓷陶瓷MgO陶瓷陶瓷结构陶瓷材料结构陶瓷材料Al2O3陶瓷陶瓷Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和和SiO2。主晶相为刚玉（主

19、晶相为刚玉（Al2O3），随着），随着SiO2质量百分数质量百分数的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶相的不同，分为刚玉瓷、刚玉莫来石瓷和莫来石瓷。相的不同，分为刚玉瓷、刚玉莫来石瓷和莫来石瓷。Al2O3有三中结晶形态，即有三中结晶形态，即、型。型。型是高型是高温型，而温型，而型是低温型。型是低温型。其中刚玉瓷的性能最佳其中刚玉瓷的性能最佳结构陶瓷材料结构陶瓷材料Al2O3陶瓷的性能及应用陶瓷的性能及应用1、强度高：装置瓷和其它机械构件、强度高：装置瓷和其它机械构件2、硬度高：机械加工磨料、磨具、切削工具等、硬度高：机械加工磨料、磨具、切

20、削工具等3、熔点高、抗腐蚀：耐火材料、炉管、热电偶保护套等、熔点高、抗腐蚀：耐火材料、炉管、热电偶保护套等4、化学稳定性好：坩埚、人体关节、人工骨骼、化学稳定性好：坩埚、人体关节、人工骨骼5、电绝缘性好：基板、火化塞、电路外壳、电绝缘性好：基板、火化塞、电路外壳6、光学性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光、光学性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光 振荡元件等振荡元件等结构陶瓷材料结构陶瓷材料氧化铝陶瓷喷咀 氧化铝陶瓷密封环 氧化铝热电偶套管 结构陶瓷材料结构陶瓷材料ZrO2陶瓷陶瓷ZrO2陶瓷有三种晶型。常温下是单斜晶系，陶瓷有三种晶型。常温下是单斜晶系，1000度以上转变度以上转

21、变为四方晶系，到为四方晶系，到2300度以上又转变成立方晶系。由单斜向四度以上又转变成立方晶系。由单斜向四方的转变是可逆的，并伴随方的转变是可逆的，并伴随7的体积变化，导致陶瓷在烧结的体积变化，导致陶瓷在烧结时容易开裂，为此，要加入适量的稳定剂，如时容易开裂，为此，要加入适量的稳定剂，如Y2O3。ZrO2陶瓷的特点：陶瓷的特点：1. 热导率小，是理想的高温绝热材料；热导率小，是理想的高温绝热材料；2. 化学稳定性好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蚀，可用作特种化学稳定性好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蚀，可用作特种耐火材料；耐火材料；3. 硬度高，可制作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；硬度高，可制

22、作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；4. 强度高、韧性好，可制作发动机构件等。强度高、韧性好，可制作发动机构件等。结构陶瓷材料结构陶瓷材料BeO陶瓷陶瓷BeO晶体无色，属六方晶系，在固态下无晶型转变，结构稳晶体无色，属六方晶系，在固态下无晶型转变，结构稳定。定。BeO陶瓷的特点：陶瓷的特点：导热系数大，线膨胀系数不大，抗热震性高；导热系数大，线膨胀系数不大，抗热震性高；高温电绝缘性好，电导率低，介电常数很高；高温电绝缘性好，电导率低，介电常数很高；室温强度比室温强度比Al2O3的低，但随温度的上升其变化较小，硬度与的低，但随温度的上升其变化较小，硬度与Al2O3差不多；差不多；化学稳定性好

23、，是抵抗炭还原作用最强的一种氧化物；化学稳定性好，是抵抗炭还原作用最强的一种氧化物；BeO在高温下对各种熔渣的抗腐蚀性很强，只受熔碱的侵蚀；在高温下对各种熔渣的抗腐蚀性很强，只受熔碱的侵蚀；BeO还具有消散高能辐射的能力。还具有消散高能辐射的能力。结构陶瓷材料结构陶瓷材料MgO陶瓷陶瓷耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。可以用作冶炼高纯度可以用作冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等金属等金属的坩埚及浇注金属的铸模，也可用作高温热电偶的坩埚及浇注金属的铸模，也可用作高温热电偶保护套及炉衬材料等。保护套及炉衬材料等。结构陶瓷材料结构陶瓷材料碳化物结构陶瓷碳化物结构陶瓷特点：特

24、点：高耐火度、高硬度、高耐磨性。高耐火度、高硬度、高耐磨性。SiC陶瓷有两种晶体结构：陶瓷有两种晶体结构：SiC和和SiC。前者属六方。前者属六方晶系，是高温稳定相；后者属等轴晶系，是低温稳定相。晶系，是高温稳定相；后者属等轴晶系，是低温稳定相。SiC陶瓷的莫氏硬度陶瓷的莫氏硬度13，在，在1400度的高温下仍能保持相当高度的高温下仍能保持相当高的弯曲强度；的弯曲强度；SiC陶瓷有很高的热传导能力，抗蠕变性能好，陶瓷有很高的热传导能力，抗蠕变性能好，对酸性熔体有很强的抵抗力，但不抗强碱。对酸性熔体有很强的抵抗力，但不抗强碱。SiC陶瓷主要用作高温结构材料。如火箭尾喷管的喷嘴，热电陶瓷主要用作高

25、温结构材料。如火箭尾喷管的喷嘴，热电偶套管等高温零件。偶套管等高温零件。结构陶瓷材料结构陶瓷材料碳化硅陶瓷坩埚碳化硅陶瓷密封件结构陶瓷材料结构陶瓷材料氮化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷特点：特点：高耐火度、高硬度、高耐磨性。高耐火度、高硬度、高耐磨性。Si3N4陶瓷是强共价键材料，原子结合力强，属六方晶系。陶瓷是强共价键材料，原子结合力强，属六方晶系。Si3N4陶瓷具有良好的化学稳定性，能抵抗除氢氟酸以外的陶瓷具有良好的化学稳定性，能抵抗除氢氟酸以外的各种酸、碱和熔融金属的侵蚀；具有优异的绝缘性；硬度高，各种酸、碱和熔融金属的侵蚀；具有优异的绝缘性；硬度高，摩擦系数小，是一种优良的耐磨材料；线膨胀系

26、数小，热导摩擦系数小，是一种优良的耐磨材料；线膨胀系数小，热导率高，抗热震性好；室温强度虽然不高，但高温强度较高。率高，抗热震性好；室温强度虽然不高，但高温强度较高。结构陶瓷材料结构陶瓷材料氮化硅陶瓷刀具氮化硅陶瓷滚珠结构陶瓷材料结构陶瓷材料耐火陶瓷耐火陶瓷耐火陶瓷是指耐火度不低于耐火陶瓷是指耐火度不低于15801580的材料。广泛用于冶金及的材料。广泛用于冶金及硅酸盐、化工、机械、动力等用的窑炉、锅炉等加热设备、硅酸盐、化工、机械、动力等用的窑炉、锅炉等加热设备、高温容器以及尖端工业的耐高温材料。高温容器以及尖端工业的耐高温材料。耐火材料的性能指标：耐火材料的性能指标：（1）耐火度：材料在高

27、温下不熔化的性质。）耐火度：材料在高温下不熔化的性质。（2）荷重软化温度：指耐火材料在温度和荷重的作用下抵）荷重软化温度：指耐火材料在温度和荷重的作用下抵抗变形的能力。抗变形的能力。（3）高温体积稳定性：在高温下外形体积及线度保持稳定）高温体积稳定性：在高温下外形体积及线度保持稳定的能力。的能力。（4）抗热震性：在高温下，温度急剧变化不破坏的能力。）抗热震性：在高温下，温度急剧变化不破坏的能力。（5）抗渣性：抵抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。）抗渣性：抵抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。（6）耐真空性：在真空和高温下服役的能力。）耐真空性：在真空和高温下服役的能力。结构陶瓷材料结构陶瓷材料常见耐火砖：常见耐

28、火砖：（1）黏土砖）黏土砖（2）轻质砖）轻质砖（3）半硅砖）半硅砖结构陶瓷材料结构陶瓷材料耐火陶瓷耐火陶瓷（4）硅砖）硅砖（5）高铝砖）高铝砖（6）镁质耐火砖）镁质耐火砖（7）炭砖）炭砖耐火陶瓷耐火陶瓷结构陶瓷材料结构陶瓷材料什么是功能陶瓷什么是功能陶瓷功能陶瓷是指具有电、光、磁以及部分化学功能功能陶瓷是指具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料，其功能的实现主要来自于的多晶无机固体材料，其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等。压电性、铁电性、磁性、生物适应性等。4.4 功能陶瓷材

29、料功能陶瓷材料功能陶瓷的种类功能陶瓷的种类电子陶瓷电子陶瓷超导陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷磁性陶瓷光学陶瓷光学陶瓷生物陶瓷生物陶瓷敏感陶瓷敏感陶瓷功能陶瓷材料功能陶瓷材料电子陶瓷电子陶瓷压电陶瓷压电陶瓷当外力作用于晶体时，发生与应力成比例的介质极化，当外力作用于晶体时，发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这种由于形变而产同时在晶体两端将出现正负电荷，这种由于形变而产生的电效应，称为压电效应。反之，当在晶体上施加生的电效应，称为压电效应。反之，当在晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场成比例的变形或压力，电场引起极化时，将产生与电场成比例的变形或压力，称之为逆压电效应。材料的压电效

30、应取决于晶体结构称之为逆压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料压电陶瓷的应用压电陶瓷的应用1. 压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声仪压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声仪器上的振子，也可用作声转换器；器上的振子，也可用作声转换器；2. 压电陶瓷收到机械应力的作用时，由压电效应发生压电陶瓷收到机械应力的作用时，由压电效应发生的电能可用于煤气灶的点火器和打火机等；的电能可用于煤气灶的点火器和打火机等；3. 压电陶瓷

31、还可用于滤波器等。压电陶瓷还可用于滤波器等。功能陶瓷材料功能陶瓷材料压电陶瓷的种类压电陶瓷的种类压电陶瓷主要有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸钡（压电陶瓷主要有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸钡（PZT）、）、改性改性PZT等。等。电子陶瓷电子陶瓷光电陶瓷光电陶瓷当光电陶瓷受到光照射时，由于能带间的迁移和能带与当光电陶瓷受到光照射时，由于能带间的迁移和能带与能级间的迁移而引起光的吸收现象时，能带内产生自由能级间的迁移而引起光的吸收现象时，能带内产生自由载流子，而使电导率增加，这种现象称为光电导现象。载流子，而使电导率增加，这种现象称为光电导现象。光电陶瓷是具有光电导效应的陶瓷材料光电陶瓷是具有光电导效应的陶瓷材料

32、功能陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料光电陶瓷的种类光电陶瓷的种类 光电陶瓷多用作检测光强度的光敏元件和光电陶瓷多用作检测光强度的光敏元件和作为光传感器的光电导作为光传感器的光电导(PC)模元件。模元件。CdS多晶多晶用作用作X射线到紫外线范围的光检测器射线到紫外线范围的光检测器SnO2和和In2O3用作近紫外线范围的光传感器用作近紫外线范围的光传感器CdS掺掺Cu用作可见光的检测器用作可见光的检测器PbS和和PbTe用作近红外线范围的探测器用作近红外线范围的探测器Au、Zn/Ge用作红外线范围的探测器用作红外线范围的探测器超导陶瓷超导陶瓷1986年超导陶瓷的出现，使超导体的临界温度

33、年超导陶瓷的出现，使超导体的临界温度Tc有了很大有了很大提高。出现了高温超导体。超导陶瓷主要有：提高。出现了高温超导体。超导陶瓷主要有：1、镧系高温超导陶瓷：镧系高温超导陶瓷：以以La2CuO3为代表；为代表；2、钇系高温超导陶瓷钇系高温超导陶瓷：以：以YBa2Cu2Oy为代表；为代表；3、铋系高温超导陶瓷铋系高温超导陶瓷：以：以Bi-Sr-Cu-O为代表；为代表；4、铊系高温超导陶瓷铊系高温超导陶瓷：以：以Ta-Ba-Ca-Cu-O为代表；为代表；功能陶瓷材料功能陶瓷材料超导陶瓷的应用超导陶瓷的应用在在信息领域：信息领域：用作高速转换元件、通信元件和连接电路。用作高速转换元件、通信元件和连接

34、电路。在生物医学领域：在生物医学领域：用于核磁共振断层摄像仪、量子干涉仪、用于核磁共振断层摄像仪、量子干涉仪、 粒子线治疗装置等。粒子线治疗装置等。在交通运输领域：在交通运输领域：完全抗磁体制造的磁悬浮列车、电磁推进完全抗磁体制造的磁悬浮列车、电磁推进 器、飞机和航天飞机发射台等。器、飞机和航天飞机发射台等。在电子能源领域：在电子能源领域：用于超导磁体发电、超导输电、超导储能等用于超导磁体发电、超导输电、超导储能等在宇宙开发、军事领域：在宇宙开发、军事领域：潜艇的无螺旋浆无噪声电磁推进器、潜艇的无螺旋浆无噪声电磁推进器、 超导磁炮等。超导磁炮等。功能陶瓷材料功能陶瓷材料磁性陶瓷磁性陶瓷什么是铁

35、氧体？什么是铁氧体？铁氧体是铁和其他金属的复合氧化物，铁氧体是铁和其他金属的复合氧化物， MO-Fe2O3，M代表一价、二价金属。代表一价、二价金属。铁氧体属半导体，电阻率在铁氧体属半导体，电阻率在1-1010m。由于电阻率高，由于电阻率高，涡流损失小，介质耗损低，故广泛用于高频和微波领域。涡流损失小，介质耗损低，故广泛用于高频和微波领域。磁性陶瓷主要指铁氧体磁性陶瓷主要指铁氧体铁氧体铁氧体软软磁铁氧体磁铁氧体硬硬磁铁氧体磁铁氧体功能陶瓷材料功能陶瓷材料软软磁铁氧体磁铁氧体主要有：尖晶石型的主要有：尖晶石型的Mn-Zn铁氧体、铁氧体、 Ni-Zn铁氧体、铁氧体、Mg-Zn铁氧体、铁氧体、 Li

36、-Zn铁氧体和磁铅石型的甚高频铁氧体和磁铅石型的甚高频铁氧体（铁氧体（Ba3Co2Fe24O41）。）。软软磁铁氧体主要用于无线电电子学和电讯工程等弱电技术磁铁氧体主要用于无线电电子学和电讯工程等弱电技术中，如各种中，如各种电感线圈的磁芯、天线磁芯、变压器磁芯、滤电感线圈的磁芯、天线磁芯、变压器磁芯、滤波器磁芯以及录音与录像磁头波器磁芯以及录音与录像磁头等。等。软软磁铁氧体要求起始磁铁氧体要求起始磁化率高磁化率高，磁导率温度系数小磁导率温度系数小，矫矫顽力小，比损耗因数小顽力小，比损耗因数小。功能陶瓷材料功能陶瓷材料硬磁铁氧体硬磁铁氧体主要有两类：一类是主要有两类：一类是CoFe2O4-Fe2

37、O3； 另一类是另一类是BaO-xFe2O3。硬磁铁氧体可用作永磁体，用于高频磁场领域。由于硬磁铁氧体可用作永磁体，用于高频磁场领域。由于Hc值值大，可制成片状或粉末状，应用在与橡胶和树脂混合制成的大，可制成片状或粉末状，应用在与橡胶和树脂混合制成的复合磁铁上。复合磁铁上。软软磁铁氧体要求具有较大的磁铁氧体要求具有较大的矫顽力矫顽力Hc、较高的剩余磁较高的剩余磁Br和高的最大磁积能（和高的最大磁积能（BH）max。功能陶瓷材料功能陶瓷材料光学陶瓷光学陶瓷光学陶瓷就是能够透光的陶瓷材料。光学陶瓷就是能够透光的陶瓷材料。要求：要求：具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性；具有优良的耐热性、耐风化性、

38、耐膨胀性；除了能透过可见光外，还能透过波长更长或更短的光；除了能透过可见光外，还能透过波长更长或更短的光；光损耗低，能在远距离进行光传播；光损耗低，能在远距离进行光传播；经光的照射，其性质发生可逆或不可逆变化。经光的照射，其性质发生可逆或不可逆变化。功能陶瓷材料功能陶瓷材料光学陶瓷的种类光学陶瓷的种类透明陶瓷透明陶瓷红外光学陶瓷红外光学陶瓷激光陶瓷激光陶瓷氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷功能陶瓷材料功能陶瓷材料氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷Al2O3、 Gd2O3、 CaO、 LiAl5O8、MgO、HfO、BeO等等非氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷GaAs、ZnS、

39、ZnSe、MgF2、CaF2等等功能陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料红外光学陶瓷红外光学陶瓷随着红外技术的发展，出现了很多新型的材料和器件。随着红外技术的发展，出现了很多新型的材料和器件。这些材料包括这些材料包括滤光材料、红外接收材料和红外探测材滤光材料、红外接收材料和红外探测材料料。以往这类材料主要采用单晶或玻璃，最近已开始。以往这类材料主要采用单晶或玻璃，最近已开始使用多晶陶瓷。这样的陶瓷材料就称为使用多晶陶瓷。这样的陶瓷材料就称为红外光学陶瓷红外光学陶瓷。氧化钇氧化钇是一种优良的高温红外材料，主要用于红外导弹的窗是一种优良的高温红外材料，主要用于红外导弹的窗口和整体罩、天线罩

40、、微波基板、绝缘支架、红外发生器管口和整体罩、天线罩、微波基板、绝缘支架、红外发生器管壳、红外透镜和其他高温窗口。壳、红外透镜和其他高温窗口。功能陶瓷材料功能陶瓷材料激光陶瓷激光陶瓷激光陶瓷的实质是具有适当的能级结构，通过激励，使粒子激光陶瓷的实质是具有适当的能级结构，通过激励，使粒子从低能级向高能级跃迁。激光晶体通常包括两部分：组成晶从低能级向高能级跃迁。激光晶体通常包括两部分：组成晶格的称为基质晶体，其主要作用是为激活离子提供适当的晶格的称为基质晶体，其主要作用是为激活离子提供适当的晶格场；另一部分是发光中心，即少量的掺杂离子。格场；另一部分是发光中心，即少量的掺杂离子。几种典型的激光陶瓷

41、材料：几种典型的激光陶瓷材料：1、红宝石激光晶体：、红宝石激光晶体：-Al2O3单晶为基质，掺入单晶为基质，掺入Cr32、钇铝石榴石晶体：掺入钕离子、钇铝石榴石晶体：掺入钕离子功能陶瓷材料功能陶瓷材料红宝石激光器红宝石激光器钇铝石榴石激光晶体钇铝石榴石激光晶体功能陶瓷材料功能陶瓷材料激光陶瓷激光陶瓷生物陶瓷生物陶瓷什么是生物陶瓷？什么是生物陶瓷？用于人体器官替换、修补以及外用于人体器官替换、修补以及外 科矫形的陶瓷材料。科矫形的陶瓷材料。要求：要求：具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，不易腐

42、蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形。和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形。功能陶瓷材料功能陶瓷材料生物陶瓷的种类生物陶瓷的种类1、生物惰性陶瓷、生物惰性陶瓷2、生物活性陶瓷、生物活性陶瓷该该陶瓷的物理、化学性能稳定，在生物体陶瓷的物理、化学性能稳定，在生物体内完全呈惰性状态内完全呈惰性状态具有优异的生物相容性，能与骨形成结合面，具有优异的生物相容性，能与骨形成结合面，结合强度高，稳定性好，参与代谢。结合强度高，稳定性好，参与代谢。功能陶瓷材料功能陶瓷材料生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷1）氧化铝陶瓷：）氧化铝陶瓷：传统的生物陶瓷，稳定性好，纯度高

43、。传统的生物陶瓷，稳定性好，纯度高。 可制成单晶、多晶或多孔材料。可制成单晶、多晶或多孔材料。2）氧化锆陶瓷：）氧化锆陶瓷：生物相容性好，稳定性高，具有更高生物相容性好，稳定性高，具有更高 的断裂韧性和更耐磨。的断裂韧性和更耐磨。3）碳素类陶瓷：）碳素类陶瓷：与血液相容性、抗血栓性好，与人体与血液相容性、抗血栓性好，与人体 组织亲和性好，耐蚀、耐疲劳、量轻。组织亲和性好，耐蚀、耐疲劳、量轻。功能陶瓷材料功能陶瓷材料生物活性陶瓷生物活性陶瓷1、磷酸钙陶瓷：、磷酸钙陶瓷：具有生物降解性，能被人体吸收。具有生物降解性，能被人体吸收。2、生物活性玻璃陶瓷、生物活性玻璃陶瓷3、Na2O-K2O-MgO-

44、CaO-SiO2-P2O5陶瓷陶瓷4、BCG人工骨人工骨功能陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料功能陶瓷材料敏感陶瓷敏感陶瓷1、热敏电阻陶瓷、热敏电阻陶瓷指指某些性能随外界条件（温度、湿度、某些性能随外界条件（温度、湿度、气氛）的变化而发生改变的陶瓷材料气氛）的变化而发生改变的陶瓷材料2、压敏电阻陶瓷、压敏电阻陶瓷3、磁敏电阻陶瓷、磁敏电阻陶瓷4、气敏电阻陶瓷、气敏电阻陶瓷5、湿敏电阻陶瓷、湿敏电阻陶瓷功能陶瓷材料功能陶瓷材料热敏电阻陶瓷热敏电阻陶瓷电阻随温度发生明显变化的陶瓷材料。电阻随温度发生明显变化的陶瓷材料。正正温度系数陶瓷（温度系数陶瓷（PCT）负温度系数陶瓷（负温度系数陶瓷（NCT）临

45、界温度系数陶瓷（临界温度系数陶瓷（CCT）功能陶瓷材料功能陶瓷材料电阻随温度升高而增加的陶瓷材料。电阻随温度升高而增加的陶瓷材料。正正温度系数陶瓷（温度系数陶瓷（PCT）钛酸钡陶瓷或以钛酸钡为主晶相的陶瓷钛酸钡陶瓷或以钛酸钡为主晶相的陶瓷应用应用：1、马达的过热保护、液面深度测量、温度控制和报警、马达的过热保护、液面深度测量、温度控制和报警、非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等。非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等。2、彩色电视机自动消磁、马达启动器、自动开关等；、彩色电视机自动消磁、马达启动器、自动开关等；3、等温发热件、空调加热器等、等温发热件、空调加热器等功能陶瓷

46、材料功能陶瓷材料电阻随温度升高而减小的陶瓷材料。电阻随温度升高而减小的陶瓷材料。负温度系数陶瓷（负温度系数陶瓷（NCT）多为多为尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：MnO-CuO2-O2; Mn-Co-Ni 等。等。功能陶瓷材料功能陶瓷材料压敏电阻陶瓷压敏电阻陶瓷电阻值对外加电压敏感的陶瓷材料。电压电阻值对外加电压敏感的陶瓷材料。电压提高，电阻率下降。提高，电阻率下降。压敏压敏陶瓷有陶瓷有SiC、Si、Ge、ZnO等。以等。以ZnO的性能的性能最优，具有高非线形、大电流和高能量承受能力。最优，具有高非线形、大电流和高能量承受能力。稀土氧化镨为主要添加剂的Zn

47、O压敏陶瓷。应用：应用：微型马达电噪声、彩色显像管放电吸收、继电器节点微型马达电噪声、彩色显像管放电吸收、继电器节点保护、汽车发动机异常输出功率吸收、电火花、稳压元件等。保护、汽车发动机异常输出功率吸收、电火花、稳压元件等。功能陶瓷材料功能陶瓷材料磁敏电阻陶瓷磁敏电阻陶瓷将磁性物理量转化成电信号的陶瓷材料。将磁性物理量转化成电信号的陶瓷材料。应用：应用：可用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等。可用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等。在汽车工业中：在汽车工业中：用于无触点汽车点火开关；用于无触点汽车点火开关；在计算机工业中：在计算机工业中：用于霍尔键盘；用于霍尔键盘；在家用电器和工业上：在家

48、用电器和工业上：用于无刷电机和无触点开关等用于无刷电机和无触点开关等功能陶瓷材料功能陶瓷材料气敏电阻陶瓷气敏电阻陶瓷将气体参量转化成电信号的陶瓷材料。它能将气体参量转化成电信号的陶瓷材料。它能以物理或化学吸附的方式吸附气体分子。以物理或化学吸附的方式吸附气体分子。气敏陶瓷有氧化铁系气敏陶瓷、氧化锌系气敏陶瓷、气敏陶瓷有氧化铁系气敏陶瓷、氧化锌系气敏陶瓷、氧化锡系气敏陶瓷等。氧化锡系气敏陶瓷等。应用：应用：可燃气体和毒气的检测、检漏、报警、监控等。它的可燃气体和毒气的检测、检漏、报警、监控等。它的 灵敏度高，对被测气体以外的气体不敏感。灵敏度高，对被测气体以外的气体不敏感。功能陶瓷材料功能陶瓷材

49、料湿敏电阻陶瓷湿敏电阻陶瓷将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。应用：应用：用于湿度指示、记录、预报、控制和用于湿度指示、记录、预报、控制和 自动化等。自动化等。MgCr2O4TiO2陶瓷陶瓷ZnOCr2O3陶瓷陶瓷ZnCr2O3Fe2O3陶瓷陶瓷功能陶瓷材料功能陶瓷材料4.5 无机建筑材料无机建筑材料水泥水泥什么是水泥？什么是水泥？水泥是一种加入适量水后，成为塑性浆水泥是一种加入适量水后，成为塑性浆体的，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、体的，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝

50、材料水硬性胶凝材料。无机建筑材料无机建筑材料硅酸盐水泥硅酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥火山灰水泥火山灰水泥水泥的种类水泥的种类2. 按其用途和性能可分：按其用途和性能可分：通用水泥通用水泥、专用水泥专用水泥和和特性水泥特性水泥三大类三大类；1. 按其所含的主要水硬性矿物分：按其所含的主要水硬性矿物分：硅酸盐水泥硅酸盐水泥原料：原料：石灰石、黏土、铁粉、煤粉、矿化剂等石灰石、黏土、铁粉、煤粉、矿化剂等CaOAl2O3/SiO2Fe2O3工艺：工艺：配料配料粉磨粉磨成球成球煅烧煅烧粉磨粉磨包装包装无机建筑材料无机建筑材料硅酸盐水泥硅酸盐水泥配料配料粉磨粉磨成球成球煅烧煅烧矿渣矿渣石膏石膏水泥的生料水泥的生料水泥的熟料水泥的熟料13001450度度水泥的熟料水泥的熟料粉煤灰粉煤灰火山灰火山灰普通水泥普通水泥矿渣水泥矿渣水泥粉煤灰