陶瓷材料学：第一章 绪论

陶瓷材料学几个问题概念：你所理解的陶瓷是什么样的？1用途：这些陶瓷的主要用途是什么？2几个问题性能：陶瓷应用的性能要求是什么？3结构：是什么决定了陶瓷材料的性能？4陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。目录1.绪论2.陶瓷材料的晶体结构4.陶瓷材料的平衡相图与显微组织3.非晶态与玻璃结构5.陶瓷材料的烧结6.陶瓷材料的脆性与增韧8.陶瓷材料的高温蠕变及热震性7.陶瓷材料的断裂力学9.先进结构陶瓷第二篇：陶瓷材料的结构、相图与烧结第一篇：绪论第三篇：陶瓷材料的机械性能第四篇：先进陶瓷材料及应用2学时6学时4学时8学时8学时6学时6学时2学时6学时参考书目《陶瓷学（下册：陶瓷材料）》作者:[联邦德国]H·萨尔满H·舒尔兹著黄照柏译

出版日期:1989年8月第1版《陶瓷材料概论（上、下册）》作者:W.D.金格里等著陈皇钧译

出版日期:1995年5月第1版《陶瓷材料的强韧化》作者:穆柏春等著

出版日期:2002年07月第1版

《陶瓷材料断裂力学·陶瓷材料断裂力学＝Fracturemechanicsofceramics》作者:龚江宏

出版日期:2001年

《陶瓷材料性能导论》作者:[波]R.帕姆普奇

出版日期:1984年6月第1版

《陶瓷材料力学性能导论》

作者:[美]格林著龚江宏译

出版日期:2003年11月第1版

《结构陶瓷材料及其应用》作者:张玉军张伟儒等编

出版日期:2005年03月第1版

《材料科学及测试技术丛书

陶瓷材料的力学性能》作者:张清纯

出版日期:1987年12月第1版

主题词:陶瓷-力学性能试验

力学性能试验-陶瓷CompanyLogo绪论陶瓷的概念1陶瓷材料的发展历史陶瓷材料的分类及用途23陶瓷材料的特点4CompanyLogo绪论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。陶器的制作1.1陶瓷的概念绪论汉代柿蒂云纹红陶器汉代盾牌武士佣汉代陶马古希腊陶器1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论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陶瓷的概念CompanyLogo绪论1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论瓷器的生产过程1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论景德镇陶瓷1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制备、成型、烧结坯料制备通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团。1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论成型将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。烧结生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论（1）作胎原料不同：陶器一般用粘土，少数也用瓷土，而瓷器是用瓷石或瓷土作胎，因原料不同，其成分有所差异。（2）胎色：陶器制胎原料中含铁量较高，一般呈红色、褐色或灰色，且不透明；瓷器胎色为白色，具透明或半透明性。（3）釉的种类：陶器一般表面不施或施低温釉，其助熔剂为氧化铅。秦汉时就大量烧制这类铅釉陶，唐代的三彩、宋代的低温颜色釉、明代的五彩和清代的粉彩均属此类。瓷器表面施有高温釉，主要有石灰釉和石灰一碱釉两种。（4）烧成温度：因制胎材料的关系，陶器的烧制温度一般在700～1000℃，瓷器烧制温度一般在1200℃以上。（5）总气孔率：普通陶器总气孔率为12.5％～38％；精陶为12％～30％；细炻器（原始瓷）为4％～8％；硬质瓷为2％～6％。（6）吸水率：这是陶瓷烧结度和瓷化程度的重要标志，普通陶器吸水率都在8％以上，细炻器为0.5％～12％，瓷器为0～0.5％。陶与瓷的主要区别1.1陶瓷的概念CompanyLogo绪论1.1陶瓷的概念陶瓷是经过原料制备与合成、成型、烧结、后加工等工艺过程而制得的一类无机非金属材料，从结构上看，陶瓷制品是由结晶物质、玻璃物质和气孔所构成的复杂系统。传统上，“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。CompanyLogo绪论1.1陶瓷的概念德国陶瓷协会：“陶瓷是化学工业或化学生产工艺的一个分支，包括陶瓷材料和器物的制造或进一步加工成陶瓷制品(元件)。陶瓷材料属于无机非金属材料，最少含30％结晶体。一般是在室温中将原料成型，通过800℃以上的高温处理，以获得这种材料的典型性质。有时也在高温下成型，甚至可经过熔化及析晶等过程。”美国和日本等国：Ceramics是包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材料的通称，不仅指陶瓷，还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。CompanyLogo绪论1.2陶瓷材料的发展历史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。绪论新石器时代，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。汉代瓷器1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论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。1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论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。先进陶瓷是为了有别于传统陶瓷而言的。1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论先进陶瓷是在传统硅酸盐陶瓷的基础上，吸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。这一阶段先进陶瓷被称为微米级先进陶瓷1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论20世纪90年代，陶瓷研究进入了第三个阶段—纳米陶瓷阶段。小影霸（纳米陶瓷风扇）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，它将促使陶瓷材料从工艺到理论、从性能到应用提高到一个崭新阶段。纳米陶瓷菜刀纳米陶瓷轴承1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论TiO2陶瓷薄膜AFM照片1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论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，陶瓷的发展经历了三次重大飞跃。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1.2陶瓷材料的发展历史CompanyLogo绪论氧化物SiO2MgOMgAl2O4BeOTiO2V2O5B2O3MgO·Al2O3Y2O5Al2O3CaOZrO23Al2O3·2SiO2Cr2O3CeO2ZrSiO4CaSiO3PbZrTiO3BaTiO3碳化物WCB4CTiCZrCHfCTaCBe2CUCVCNbCMo2CMoC1.3陶瓷的分类及用途1.3.1按化学成分分类氮化物Si3N4TiNBNAlNC3N4ZrNVNTaNNbNScN硼化物TiB2ZrB2Mo2BWB6LaB6HfBWBZrB主要作为添加剂或第二相CompanyLogo绪论1.3.2按陶瓷的概念及用途分类传统陶瓷,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。中国传统的陶瓷建筑构件先进陶瓷(结构陶瓷与功能陶瓷)1.3陶瓷的分类及用途CompanyLogo绪论生产工序传统陶瓷先进陶瓷原料天然矿物原料（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1.3.2按陶瓷的概念及用途分类烧成温度在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1.3陶瓷的分类及用途CompanyLogo绪论1.3.2按陶瓷的概念及用途分类陶瓷传统陶瓷先进陶瓷陶器：粗陶器、普通陶、精陶器瓷器：炽器、普通瓷、细瓷器结构陶瓷：作结构材料，制造结构零部件，主要使

用其力学性能：强度、硬度、耐高温性（高温强度、抗热震、耐烧蚀性）等。功能陶瓷：作功能器件，制造功能器件，主要使用其物理性能：电、磁、热、光、生物性能等。按所用原料及坯体致密度划分1.3陶瓷的分类及用途CompanyLogo绪论高硬度，决定了它具有优异的耐磨性。高熔点，决定了它具有杰出的耐热性。高化学稳定性，决定了它具有良好的耐蚀性。致命弱点——脆性，限制了特性发挥和应用。1.4.1陶瓷材料的性能特点金属键离子键共价键没有方向性具有很好的塑性变形性能具有很强的方向性和很高的结合能1.4陶瓷材料的特点CompanyLogo绪