无极非金属材料

无机非金属材料制备技术杨建锋yang155@

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料、碳材料，每一种新型材料的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。

半导体材料计算机技术；耐高温、高强度特殊结构材料宇航工业低损耗的光导纤维现代的光通讯；陶瓷牙,人工骨-->生物替换有机高分子材料丰富多彩的生活。第一章绪论

§1前言

一．

材料制备方法（技术）的重要性1.

制备技术是材料研究与使用的基础(1)

一般意义上的材料：

按化学组成和特性分无机非金属材料

传统无机非金属材料

新型无机非金属材料

金属材料有机高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维材料的几种分类方法按用途分结构材料：利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。生活中的无机非金属材料⑴玻璃、水泥、陶瓷⑸金刚石钻头⑶手表上的“19钻”(人造红宝石轴承的数目)，陶瓷手表⑷玻璃刀（金刚石），陶瓷刀⑵石英钟表⑺煤气炉中的电子打火⑹彩电（荧光材料）⑻海底电缆（光导纤维）⑼电脑的CPU（单晶硅）手机触摸屏、计算机芯片、LED-蓝光⑽隐形飞机（特殊光学材料）(压电陶瓷)一般无机非金属材料具有

耐高温、高硬度和抗腐蚀等优良工程性能，其主要缺点是抗拉强度低、韧性差。

现代科学技术的发展，要求材料具有强度高、耐腐蚀、耐高温和其他一些特殊性能，这大大促进了无机非金属材料的发展，氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等许多具有特殊性能的新型材料，广泛应用于建筑、冶金、机械及尖端科技领域。新型无机非金属材料的特征（1）耐高温、强度高

（2）具有电学性质

（3）具有光学性质

（4）具有生物功能

结构材料——高温结构陶瓷(1)氧化铝陶瓷性

能用

途熔点高坩埚、高温炉管硬度大刚玉球磨机透明、耐高温备注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400℃）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。高温结构材料与金属材料的性能比较耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品(2)氮化硅陶瓷

氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。

制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。Si3N4基陶瓷球轴承沙漠车氮化硅陶瓷部件为什么使用陶瓷做发动机？陶瓷的特点耐高温难磨损热导率低强度高和金属相比，使用陶瓷可以制作轻量、热损失小的发动机。陶瓷发动机的热效率金属发动机陶瓷发动机燃料能量燃料能量实际使用的部分衬垫气门顶杆活塞环实际使用的部分一种燃气轮机的剖面图在一个金属盘上装有氮化硅叶片燃气轮机转子轮滑鞋上的氮化硅陶瓷轴承具有创纪录的性能和长寿命氮化硅陶瓷轴承球和其他耐磨部件(3)氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、(4)人造宝石氧化锆陶瓷碳化硅陶瓷人造宝石

红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。

1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。现在，已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。红宝石和蓝宝石及人造宝石美国西屋公司的陶瓷过滤系统(2)光导纤维的用途：

除了用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。(1)是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的“基石”功能材料——光导纤维（光纤）光导纤维光学纤维胃镜现代通信用光缆用光导纤维做手术，不用开刀(3)光纤光缆与普通电缆比较陶瓷超导导线和试验电力传输线功能材料——超导体压电陶瓷电子陶瓷的性能中最具奇异的是材料的压电性。压电陶瓷能够在压力和电流之间转换。如果在压电陶瓷上施加压力，即使是呼吸或者讲话，陶瓷也会放出电流，这种性能可以用在麦克风，水下声音探测器，压力或震动检测传感器等。另一方面，如果施加一个电压，压电陶瓷就会改变形状，或者给接触的物体施加一个压力，或者产生震动。这个特性可以用在石英表，超声波清洗，医用超声成像，以及其他许多重要的产品。各种压电陶瓷部件压电陶瓷声纳20世纪十大发明卫星---反射镜、-航天飞机---隔热瓦原子弹--燃料块因特网--光导纤维电视--荧光粉个人电脑--芯片防弹材料、导弹导引头、--超高音速飞行器(2).材料生产过程中的各种废弃物、以及材料死亡后的再循环。

各种材料生产过程中产生着大量的固体废弃物，对人类生存所依赖的资源、环境都造成了巨大的破坏，堆积如山的废矿渣、各种冶炼炉渣、能源生产过程产生的粉煤灰、煤矸石。人类在材料使用过程中所产生的材料残骸也是对环境越来越大的威胁，例如材料的各种腐蚀产物，以及白色污染。

(3).研制、开发、使用、以及过程中的与环境和资源的关系，势必受到极大的关注。

2.新材料的发现与发展依赖于材料制备技术（方法）的发展。想法的实现：C纳米管、超高温、难烧结材料等。例如纳米材料的发展，虽然早在1959年美国著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼就提出设想：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间并能移动原子，那么这将给科学带来什么！”，但真正意义上的原子移动直到90年代通过扫描隧道电子显微镜才得以实现。

3.制备技术对材料性能有至关重要的作用，是技术而不是理论制约了材料性能的提高。4.工艺制备技术是材料推向市场的决定性因素。

二．材料制备技术的研究现状――文献与教科书的缺乏1．一个产品的成功由质量来衡量，而并不是由其制造过程的精确过完美性来体现。即使原来对制造工艺的构想很完美，只要材料性能达不到要求，工艺思路就会被否定。2．专利制度对制造技术的保护：在追求最终目标的方面不甚成功的人总是愿意接受自己的经验，而已经达到目的的人则使用专利保护，或保持沉默。3．实际工艺过程因素的复杂性与结果的分散性，使得局部因素或偶然因素会影响对工艺过程系统的研究。4．

实际工艺技术在生产中的是通过技术诀窍KnowHow来体现的。§2材料制造过程概述

一.

工艺过程、显微结构与材料性能之间的关系

显微结构外在

工艺性能应用成分内在1．

成分决定了材料的固有性能，也称作化合物特性，包括晶体结构、热膨胀系数、弹性模量、折射率和磁性晶体的各向异性。2．

材料的外在性能3．

显微结构：工艺路线的改变使显微结构发生变化，从而影响了材料的性能，这些性能是可以改变的，如力学性能（强度、断裂韧性）介电常数、磁性能等。4．

工艺路线：也受成分、材料固有性能以及预期显微结构的影响。二.

无机非金属材料主要工艺1．分类（1）.粉末烧结方法(PowderProcess)制造结晶质的陶瓷最一般使用的工艺。在熔点的1/2-3/4的温度下就可以获得致密的烧结体。容易获得化学的，物理上的均质性可以制作细微颗粒（<10um）的烧结体。

不容易实现相对密度100%由于一定伴随收缩，为获得最终形状必需加工为获得再现性，必须对各种工艺进行控制。(2).熔融方法

2.粉末烧结方法的主要工艺阶段(1)

原料制备阶段(2)

部件坯体成型(3)

致密化烧结(4)

后加工三.

主要工艺过程的特征参数

1．原材料制备过程的特征参数(1).化学特征参数：化学计量、纯度、杂质(2).晶体学特征参数：非反应相、第二相(3).形态学特征参数：原料颗粒团聚程度、颗粒尺寸、形态分布、粉料比表面积(4).原料的堆积特性：堆积性、流动性、热效应三.

主要工艺过程的特征参数

2．部件坯体成型阶段的主要特征工艺阶段

(1).密度特征参数：密度、气孔率(2).干燥性能参数：裂纹、收缩(3).均匀性特征参数：密度分布、粘结剂分布、孔隙尺寸分布，添加剂分布。3．

坯体致密化(1).烧结方法烧结的定义：成型粉末加热到一定温度开始收缩，低于物质熔点温度以下致密、坚硬烧结体的过程。烧结的分类：固相烧结，液相烧结，加压烧结(2).烧结过程的主要特征工艺参数：密度特征参数：实际密度、相对密度，致密化速率晶粒特性：晶粒尺寸、分布和晶粒生长速率C.

气孔特性：气孔率、大小、分布D.

第二相特性：总量、分布、尺寸、界面或晶内特性E.

化学特性：成分偏析、液相、气氛和炉内污染、F.

烧结尺寸特性：收缩率、收缩均匀性4．

材料加工阶段的主要特征(1).几何特性：几何精度(2).机械特性：表面光洁度、加工缺陷(3).结构稳定性：加工诱发相变或裂纹四.

结论(1).工艺制造过程的定义：为获得一定要求的产品而进行的机械、工具、方法、材料和人员的任何组合(2).工艺技术控制定义：为达到目的而建立制定的标准（公开的标准、内部的标准、过程的控制）第二章固相法制备陶瓷粉体粉料物体的特性对于无机非金属材料的后续制备工艺(成型、烧结等)以及陶瓷微观结构的关系相当密切，影响到陶瓷制品的宏观物理性能。粉体的合成制备对于整个陶瓷材料的生产过程十分重要。

§2.1无机粉体的基本参数与表述

陶瓷材料用的原料，根据其来源可以分为天然矿物原料和人工合成原料。

矿物原料的组成由其矿物生成过程的天然条件决定，氧、硅、铝三种元素占地壳中元素总量的90%，因此自然界所蕴藏的矿物类型中最主要的是硅酸盐和铝硅酸盐。根据成分与结构，用作陶瓷工业的天然矿物原料主要分为黏土类、长石类和石英类原料，这些黏土矿物的化学、矿物与物理特性变化范围很大，但共同的特点是它们结晶态的层状结构。

黏土是一种含水铝硅酸盐矿，它是由地壳中含长石类岩石经过长期风化与地质作用而生成的。当它与水混合时，产生可塑性，利用这种可塑性可作为制品成型工艺的基础。高岭石[Al2(Si2O5(OH)4)]粘土分类按成因可分为：一次粘土是原生粘土，二次粘土是原生粘土经过自然动力条件转移后再行沉积的。按可塑性分类可分为可塑性强的软质粘土与可塑性差的硬质粘土。按粘土中的矿物组成分类可分为高岭石类、伊利石类、蒙脱石类、叶蜡石类、水铝英石类粘土等。高岭石类粘土有高岭石、多水高岭石(也叫埃洛石)、地(迪)开石和珍珠陶土。膨润土外观至白色、粉红色、淡黄色，主要由蒙脱石构成的粘土，本身能吸附大量的水，吸水后体积可膨胀5一16倍乃至30倍，呈胶泥状，具有很强的结合力。主要用作坯体增塑剂和釉浆悬浮剂。不宜多用。蜡石和叶蜡石，主成分也是硅酸盐，呈致密状，性质接近粘土。蜡石广泛用于精陶。瓷石。我国南方产瓷区所用的瓷石属于伊利石类粘土，本身含有制瓷的各种成分，并具有制瓷工艺与烧成所需的性质。白色、米黄色、青色的均有。如祁门瓷石、山东焦宝石等。粘土所以能够作为原料和水后制成各种形状的陶瓷制品，良好的结合性和可塑性是它最突出的性能。它还能使坯体具有必要的干燥强度，使坯体加工和周转中较少破损，这也是各种陶瓷制品工艺制作的前提条件。粘土的收缩、比重、烧结性和另外的—些性能，在用于生产时，都要经过试验，以便掌握使用。石英是自然界中构成地壳的主要成分。部分以硅酸盐化合物状态存在，构成各种矿物岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体。虽然它们的化学成分相同，均为SiO2，但由于造岩成矿条件不同，有多种状态和同质异形体；最纯的石英晶体称为水晶。石英是地球上分布很广的矿物，仅次于长石，是花岗岩、片麻岩和砂岩等许多岩石的主要矿物成分。晶质类石英以水晶为代表，有一石英、石英、鳞石英和方石英。隐晶质石英有玉器、玛璃、碧玉和燧石：非晶质类石英有蛋白石和硅华。工业用的石英为一石英，是低温石英，膨胀系数小，传热性差，不导电。石英是没有粘性的颗粒松散的原料，称作瘠性原料，或者叫作非可塑性原料。在坯体中的作用，烧成前它在对泥料可塑性起调剂作用，防止过粘，并能在干燥时降低收缩，缩短干燥时间和防止坯体的变形。在烧成时，由于石英的加热膨胀可以起到部分抵消坯料烧成中的收缩。而且当玻璃质大量出现时，石英又起到了陶瓷器的骨架作用，能够防止坯体烧成中发生弯曲变形。同时又能使瓷器具有较好的机械强度和提高耐酸腐蚀的性能，并可以使瓷器的透光度、白度有所增加，提高陶瓷的外观质量。长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料。是地壳上分布广泛的造岩矿物。它呈架状硅酸盐结构，化学成分为不含水的碱金属与碱土金属铝硅酸盐，主要是钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐，钠长石，Na[AlSi3O8]或Na2O.A12O3.6SiO2；钾长石，K[AlSi3O8]或K2O.A12O3.6SiO2；钙长石，Ca[Al2Si2O8]或CaO.A12O3.2SiO2；钡长石，Ba[Al2Si2O8]或BaO.A12O3.2SiO2。长石的熔点在1100—1300℃之间，化学稳定性好，在与石英及铝硅酸盐共熔时有助熔作用，冷却后的长石熔体，以透明玻璃体状态成为存在于瓷体中的基质，增加制品的透明度，提高光泽度，改善了瓷器的外观质量与使用效能。常被用于制造玻璃及陶瓷坯釉的助熔剂，并可降低烧成温度。除了传统陶瓷以外和电瓷，在各种具有特殊性能要求的陶瓷制备工艺中很少将其作为主要原材料使用。人工合成原料是通过各种物理和化学方法制备的陶瓷粉料，其化学成分、纯度和其它性能都可以人工进行设计，以满足各种特殊陶瓷材料工艺性能和使用性能的要求。陶瓷原材料（粉料）一般可以从化学和物理状态两个方面来进行评价。经常把表征陶瓷原材料(粉料)的参数分为化学特征参数、晶体学特征参数、形态学特征参数和堆积特征参数。

(1).化学特征参数：化学计量、杂质，纯度(2).晶体学特征参数：非反应相、第二相(3).形态学特征参数：原料颗粒团聚程度、颗粒尺寸、形态分布、粉料比表面积(4).原料的堆积特性：堆积性、流动性、热效应工业陶瓷原料的粉碎，细小的原料颗粒尺寸具有大的表面自由能，（1）可以改善原料的成型性能，（2）提高坯体密度，提高成型时的颗粒填充率（3）促进烧结过程中反应原料的均匀化，（4）有利于提高陶瓷材料的烧结推动力降低烧成温度。（5）提高陶瓷材料的强度

陶瓷原材料粉体颗粒是指在物质结构不改变的情况下，分散或细化得到的基本固体颗粒，一般指没有堆积、絮联等结构的最小单元，即一次颗粒。对于单一球形颗粒，其直径即为粒径。对于不规则颗粒，等效粒径。陶瓷粉体颗粒系统所包含的颗粒尺寸一般都存在一个分布范围，其分布范围越窄，分散的程度越小、集中度越高。

几种颗粒直径的定义体积直径被定义为具有相同体积的颗粒直径，一般是将其看作“等价圆球直径”。体积直径的计算公式为V=/6dV3

表面直径的计算公式为S=dS2

斯托克斯直径是指在层流区内的自由降落直径。自由降落直径是指一个形状不规则的颗粒在介质中沉降的，如果它的最终沉降速度和一个等密度球体在相似条件下的最终沉降速度相同时的球体直径。

除上述三种表征外，还有筛分直径和投影面直径。

Feret径：与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离称为Feret径颗粒投影的几种粒径表达方式

Martin径：在一定方向上将颗粒投影面积分为两等份的粒径定方向最大直径：在—定方向上颗粒投影的最大长度，投影面积相当径：与颗粒投影面积相等圆的直径，又称作当量径平均直径颗粒的分布特征包括颗粒数、长度、面积和体积。大小不同的颗粒所组成的物系可由另一个与该物系有两个且只有两个相同特征的颗粒大小均匀的物系代表。对这两个相同的特征而言，后一物系的颗粒大小即为前者的平均值。除平均直径外，常用于描述颗粒分布的参数还有“众数”直径、“中性”径和d50等。个数、长度平均直径XNL=XdN/dN长度、平面平均直径XLS=X2dN/XdN”众数”直径是指颗粒出现最多的值，即相对百分率曲线上最高峰值，数学上可称其为最概然粒径．物理学上可称其为最可几粒径；

d50是指“众数”直径的半高宽。

“中位”径是指在累积百分比曲线上占颗粒尺寸为50％的数值，它将相对百分率称线一分为二；粒径测试方法

(1)

电镜观察法首先将粒子制成悬浮液并滴在带碳膜的铜网上，待悬浮液中的载液乙醇挥发后，放入样品台，拍摄有代表性的数码电镜像若干张。选取A、B、C三组粒子群进行拍摄，然后在每张照片中随机选取并测量50颗粒子粒径，由公式计算得出平均粒径。(2)

X－射线衍射宽法（谢乐公式）联系晶粒大小D与衍射线宽度β的谢乐公式为：式中DHKL：晶粒在（HKL）面法线方向的平均厚度λ：所用X射线的波长θHKL：（HKL）衍射的布拉格角：（HKL）衍射的线宽度，或积分宽度，或其他定义K：常数，与谢乐公式的推导方法以及β的定义有关，其值在1左右。在β定义为半高宽，DHKL定义为HKL面族法线方向的平均厚度时，K值为0.89。材料中的晶粒大小并不完全一样，故所得实为不同大小晶粒的平均值。又由于晶粒不是球形，在不同方向其厚度不同，即由不同衍射线求得的D是不同。一般求取数个（如n个）不同方向（即不同衍射）的晶粒厚度，据此可以估计晶粒的外形。求他们的平均值，所得为不同方向厚度的平均值D，即为晶粒大小.。激光散射法：采用全量程米氏散射理论，用电磁波光照射物质，物质内的电子被激发后向外放出新的电磁波。充分考虑到被测颗粒和分散介质的折射率等光学性质，根据大小不同的颗粒在各角度上散射光强的变化反演出颗粒群的粒度分布数据。

沉降法一种常用的测定超微粉粒径的方法，对于粒径处于纳米量级的情况不适用。该技术以颗粒在各种流体中的沉降末速度不同的现象为基础、即以斯托克斯(Stockes)定律为依据，所得粒径称为斯托克斯直径。

根据颗粒的沉降速度来测试粒度分布的。但直接测量颗粒的沉降速度是很困难。在实际应用过程中是通过测量不同时刻透过悬浮液光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度的。光强的变化率与粒径之间的关系－比尔定律：定律来描述。

设在T1、T2、T3、……Ti时刻测得一系列的光强值I1<I2<I3……<Ii，这些光强值对应的颗粒粒径为D1>D2>D3>……>Di，将这些光强值和粒径值代入式，再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。设在T1、T2、T3、……Ti时刻测得一系列的光强值I1<I2<I3……<Ii，这些光强值对应的颗粒粒径为

D1>D2>D3>……>Di，将这些光强值和粒径值代入式(5)，再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。设在T1、T2、T3、……Ti时刻测得一系列的光强值I1<I2<I3……<Ii，这些光强值对应的颗粒粒径为

D1>D2>D3>……>Di，将这些光强值和粒径值代入式(5)，再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。设在T1、T2、T3、……Ti时刻测得一系列的光强值I1<I2<I3……<Ii，这些光强值对应的颗粒粒径为

D1>D2>D3>……>Di，将这些光强值和粒径值代入式(5)，再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。设在T1、T2、T3、……Ti时刻测得一系列的光强值I1<I2<I3……<Ii，这些光强值对应的颗粒粒径为

D1>D2>D3>……>Di，将这些光强值和粒径值代入式(5)，再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。设在T1、T2、T3、……Ti时刻测得一系列的光强值I1<I2<I3……<Ii，这些光强值对应的颗粒粒径为

D1>D2>D3>……>Di，将这些光强值和粒径值代入式(5)，再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。比表面积：指每克物质的表面积，用于评价粉体材料的活性、吸附、催化等多种性能的重要物理属性。应用气体吸附法测量材料或催化剂的比表面积。基于表面物理吸附的相关理论为基础，以Nelsen和Eggertsen提出的连续流动法为结构，从而测定出固体的比表面积。以氦气作为载气，氮气为吸附气体，二者按4:1的比例通入样品管，当样品管浸入液氮时，在低温作用下，混合气中的氮气被样品物理吸附，直至吸附饱和，在随后的样品管及样品在升温的过程中，样品吸附的氮气全部解析出来，此时混合气体中氮气的比例将发生变化。§2.2无机粉体的传统制备方法

陶瓷所用粉体的制备一般有机械方法和化学方法。

以机械力使原料减小粒度的方法在陶瓷工业中得到广泛的应用。采用机械方法把粗大颗粒减小为微细粉粒的过程称为粉碎(comminution)

。粉碎过程包含：破碎、磨碎和研磨。在物料的破碎过程中会发生机械运动能量与化学能量的相互转换，称作机械力化学。固体颗粒在机械能的作用下，因形变、缺陷和解离等引起物质在结构、物理－化学性质以及化学反应性等方面的变化。在机械粉碎过程中，由于机械力化学作用导致粉体表面活性增强的机理主要表现在以下2个方面：一，粉料颗粒在机械力作用下粉碎生成新表面，粒度减小，比表面积增大，粉体表面自由能增大，活性增强。粉料尖角、棱边处的表面能量高，所以常被称作活化位或活化中心。二，粉料颗粒在机械力作用下，表面层发生晶格畸变，贮存能量，从而使表面层能量升高，活化能降低，活性增强。根据采用设备的不同，机械粉碎所采用的破碎力包括压碎、冲击、研磨、劈碎，以及刨削等几种，一般的粉碎机都具有一种或两种破碎功能。传统陶瓷一般采用低成本的粉体加工方法，对于传统的粘土基陶瓷，常用颚式破碎机、旋转破碎机或锥形破碎机．使得粗大尺寸的矿物原料减小至0.1—1mm左右。在研磨过程中，粉粒在与其他粉粒或研磨介质的相互接触区域受到机械应力(压缩力、撞击力或剪切力)．导致弹性和非弹性形变．

当应力超过颗粒的极限强度后，断裂成多个颗粒。供给粉粒的机械能不仅用于形成新表面，而且在颗粒中产生其他物理变化，诸如颗粒内的非弹性形变、温度升高，以及格点重排。颗粒的化学特性也会改变、特别是表面化学特性，这在长时间研磨或在强烈研磨条件时更有可能。

常用破碎设备的工作原理(a)颚式破碎机；(b)回旋破碎机；(c)轧辊破碎机；(d)轮碾机；(e)锤式破碎机；(f)球磨机；(g)气流粉碎机；(h)盘式粉碎机各种粉碎设备新型陶瓷对粉体特性有更多要求。一般而言，使用粒度小于0.1mm的原料，只需考虑进一步的细化研磨。可采用球磨(ballmills)、高压辊磨(highcompressionrollermills)．以及气流磨(jetmills)或流能磨(fluidenergymills)。气流磨的粉碎过程都没有使用研磨介质，而引入圆球或圆棒作为介质的研磨会在介质与颗被之间产生压缩、撞击和剪切摩擦作用。

棒磨不适合微细粉体的产生，而球磨可获得低至几分之一微米大小的粉体，球磨机是最广泛使用的细碎设备。使用它细磨原料时，即可以起良好研磨作用，也可以有良好的混合作用。

为了防止研磨过程中杂质的混入，球磨内衬与研磨体可以采用陶瓷，也可以采用聚合物，如聚氨酯作为球磨筒内衬，采用与球磨粉料相同和成分接近的陶瓷作为研磨体。间歇式湿球磨几乎是陶瓷工业或实验室最常采用的球磨设备，湿球磨所得到的粉料粒度可达几个微米。采用湿球磨对原料颗粒表面的裂缝有劈裂作用，能防止原料结团，粉碎效率高于干球磨，制备得到的可塑性泥料质量优于干球磨，也有利于提高除铁效率，减少粉尘污染等。但与其它设备相比，间歇式湿球磨动力消耗大，同时粉碎效率依然很低。球磨是一个复杂过程，不容易进行严格的理论分析。这种研磨的效率取决于多个因素．包括磨机参数(直径、转速、介质数量)、研磨介质特性(尺寸、硬度、形状)，以及待磨粉粒性质。通常，低速球磨采用大球，传递给粉粒的机械能为势能形式；而高速球磨使用小球，提供给粉粒的能量为动能形式。对于给定尺寸的研磨介质应采用尽可能高密度的材料，高密度的介质往往价格成本较高。研磨介质的大小值得重视。

小尺寸介质一般比大尺寸介质好．

但磨球也不能太小，应能提供足够的机械能使得颗粒能发生断裂破碎。对于给定体积，球的数量反比于半径的立方，假如研磨效率依赖于球与粉之间的接触点的数目，而该数目又依赖于球的表面积，则研磨效率反比于球的半径。研磨效率也与颗粒尺寸有关。颗粒尺寸越小则效率越低；随着研磨过程的进展，粉料尺寸越来越小．

达到lum左右时研磨尺寸的进一步减小变得越来越困难，从而趋近实际研磨的极限尺寸。该极限与多个因素有关，随着颗粒尺寸的减小、粉粒团聚的趋势增大，形成粉碎与团聚两个过程的物理平衡；另一个因素在于随着颗粒尺寸的减小，发生粉碎的概率变小；另外，在颗粒内存在缺陷的概率也随颗粒尺寸变小而降低．也就是说细颗粒显得比较硬