《先进陶瓷材料及进展》概述

1、先进陶瓷材料及进展尹奇异第一章概述教学基本要求了解陶瓷的定义和发展历史。掌握陶瓷的分类、特性及用途。理解陶瓷的特点。了解先进陶瓷的发展前景。 1.0 教学基本要求 第一章 概 述 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述约50万年前，人类学会了用火，慢慢知道黏土成型经火烧制后可变成坚硬耐用的器物。“黏土经成型后高温烧制而得的坚硬的、遇水不会分散的致密材料”成为陶瓷最早的定义。早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水率、断面粗糙无光、不透明，被称为陶器。瓷是在陶的制作工艺基础上，对工艺条件和原料控制更严格、烧制温度更高所得材料。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述汉代柿蒂云纹红陶器汉代盾

2、牌武士佣汉代陶器男欢女爱汉代陶狗 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述景德镇陶器 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述希腊陶器 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述制陶原料高岭土是江西省景德镇东郊高岭村所产，景德镇也就成了瓷都。明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士以“瓷”（china）作为国名。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述陶瓷在人类文明史上功不可没。人类最早使用的工具石器，可以说就是一种最早的天然陶瓷材料。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述仙人洞旧石器时代遗址 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述石 斧 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章

3、概述陶瓷既是我国最杰出的科学成就之一，又是中华文明伟大象征之一。就陶瓷研究历史进程看，可简单概括为三个发展阶段，如图1-1所示。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述陶器釉的发明瓷器(传统陶瓷)高温技术的发展高铝土黏土和瓷土应用原料纯化工艺与理论的发展显微结构分析的进步性能研究的深入先进陶瓷(微米级)纳米陶瓷无损评估的成就相邻学科的推动图1-1 陶瓷研究发展的三个阶段 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述新石器时代，我们的祖先就会制作陶器。然而陶器仅是一种含有较多气孔、质地较松的未完全烧结制品。东汉晚期，陶器步入了瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上十分重要的里程碑。 1.1 陶瓷的定义

4、和发展历史 第一章 概述汉代瓷器 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述随着科学技术的进步与发展，由瓷器又衍生出许多种类的陶瓷。日用陶瓷、工业陶瓷与水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等统称为硅酸盐制品。人们一般将这一类陶瓷制品成为传统陶瓷或普通陶瓷。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述20世纪以来，特别是第二次世界大战之后，随着宇宙开发、原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，陶瓷研究的发展则从传统陶瓷跃入第二阶段先进陶瓷阶段。先进陶瓷（Advanced Ceramics）是为了有别于传统陶瓷而言的。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述先进陶瓷是在传统硅酸盐陶瓷的基础上，吸

5、收了相邻学科的先进技术而发展起来的一门综合而又相对独立的学科。这一阶段先进陶瓷被称为微米级先进陶瓷。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述小影霸显示卡使用先进纳米陶瓷风扇 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述20世纪90年代，陶瓷的研究进入了第三个阶段纳米陶瓷阶段。所谓纳米陶瓷，是指显微结构中物相具有纳米（nm）级尺度的陶瓷材料，它包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在纳米量级的尺度上。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述TiO2陶瓷薄膜AFM照片 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述纳米陶瓷是当前陶瓷材料研究中的一个十分重要发展趋向，它将促使陶

6、瓷材料从工艺到理论、从性能到应用提高到一个崭新阶段。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述一 按化学成分分类氧化物陶瓷。碳化物陶瓷。氮化物陶瓷。硼化物陶瓷。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述氧化物SiO2MgOMgAl2O4BeOTiO2V2O5B2O3MgOAl2O3Y2O5Al2O3CaOZrO23Al2O32SiO2Cr2O3CeO2ZrSiO4CaSiO3PbZrTiO3BaTiO3碳化物WCB4CTiCZrCHfCTaCBe2CUCVCNbCMo2CMoC表1.1 陶瓷按化学成分分类表 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述氮化物Si3N4TiNBNAlNC3

7、N4ZrNVNTaNNbNScN硼化物TiB2ZrB2Mo2BWB6LaB6HfBWBZrB表1.1 陶瓷按化学成分分类表(续,完) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述二 按陶瓷的概念与用途分类传统陶瓷,又称普通陶瓷。根据其使用领域的不同，又可分为日用陶瓷、艺术陈设陶瓷、建筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等。传统陶瓷以外的广义陶瓷概念中所涉及的陶瓷材料和制品即为先进陶瓷。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述中国传统的陶瓷建筑构件 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述先进陶瓷(结构陶瓷与功能陶瓷) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述生产工序传统陶瓷先进陶瓷原料

8、天然矿物原料（黏土、长石、石英等）人工精制合成原料（氧化物和非氧化物两大类）成型可塑、注浆、压制压制、热压铸、注射、轧膜、流延、等静压为主表1.2 传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较(续1) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述生产工序传统陶瓷先进陶瓷烧成温度在1300以下，燃料以煤、油、气为主结构陶瓷常需1600，功能陶瓷需精确控制温度，以电、气、油加热为主加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和抛光等用途日用、艺术陈设、建筑卫生、化学化工、电瓷结构陶瓷、功能陶瓷表1.2 传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较(续2,完) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述三 传统陶瓷的分类传统陶瓷按所用原

9、料及坯体致密度分为两大类：陶器和瓷器。根据性能和特征的差别，陶器和瓷器可分成几个小类，具体分类见表1-3。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述汉代陶器景德镇陶器 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述瓷 器类别陶器瓷器粗陶器普通陶器精陶器炻器普通瓷细瓷器特征坯体未烧结，粗松多孔，吸水性大，有色，不施釉坯体未烧结，粗松多孔，但较土器致密，有色，施釉或不施釉坯体未烧结或只部分烧结，有孔隙，一般呈白色，施釉烧结，致密，接近瓷器，多呈色，施釉或不施釉，不受酸侵蚀介于精陶器和瓷器，仍有一定吸水率完全烧结，有半透明性，致密，贝壳状，色白，施釉，

10、耐酸碱表1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续1) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别陶器瓷器粗陶普通陶精陶器炻器普通瓷细瓷器使用原料易熔黏土可塑性高的难熔黏土、石英、熟料等可塑性高的难熔黏土、石英、熟料等可塑性高的难熔黏土、石英、熟料等高岭土、瓷石、可塑性高的难熔黏土、石英、长石等高岭土、瓷石、可塑性高的难熔黏土、石英、长石等表1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续2) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别陶器瓷器粗陶普通陶精陶器炻器普通瓷细瓷器烧成温度/85011009001200素烧11001300釉烧10001200120013001250

11、132013201450125013201120125012001300表1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续3) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别陶器瓷器粗陶器普通陶精陶炻器普通瓷细瓷颜色黄色,红色,青色,黑色黄色红色灰色白色浅色乳黄,浅褐,灰,紫白色白色表1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续4) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别陶器瓷器粗陶普通陶精陶炻器普通瓷细瓷吸水率/%151512310.5表1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续5) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别陶器瓷器粗陶器普通陶精陶器炻器普通瓷细

12、瓷器用途砖,瓦,盆,罐日用器皿, 美术陶,紫砂陶日用器皿, 建筑制品日用器皿, 艺术瓷,电瓷,化学瓷表1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类(续6,完) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述四 先进陶瓷的分类、特性及用途先进陶瓷按其特性和用途,可分为两大类:结构陶瓷和功能陶瓷。所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。其分类、特性及用途见表1-4。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述半导体精密结构陶瓷 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述陶 瓷 椅 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述系列材料特性用途氧化物Al2O3 ,SiO2 ,MgO,ZrO2

13、 ,BeO ,莫来石等高强度,高硬度,高韧性,高导热性,耐磨性各种受力构件,汽车,车床,机床零件,拉丝模具,刀具,测量工具,研磨介质表1.4 结构陶瓷的分类、特性和用途(续1) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述系列材料特性用途非氧化物碳化物SiC,B4C,TiC等耐高温,超硬性,抗热震,抗氧化汽车发动机零件,燃气轮机叶片,高温润滑材料,耐磨材料,耐火材料氮化物Si3N4,BN,AlN等硅化物MoSi2,TiSi2等硼化物TiB2,ZrB2等表1.4 结构陶瓷的分类、特性和用途(续2) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述系列材料特性用途纳米陶瓷纳米氧化物、非氧化物超塑性、高韧性各种高性能结构零件低膨胀陶瓷堇青石、锂辉石、钛酸铝1300高强高韧表1.7 传统陶瓷与先进陶瓷的对比 1.3 陶瓷的特点 第一章 概述信息、能源、新材料被誉为当代科学技术的三大支柱。先进陶瓷作为一种新材料，以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会中将发挥显著的作用。 1.4 先进陶瓷的发展前景 第一章 概述随着世界科技的不断进步，可以预见，先进陶