中科大材料科学课件14陶瓷材料应用与制程

第十四章陶瓷材料应用与制程（Applicationsandprocessingofceramics）分类

由应用分类由制程分类

玻璃容器、窗、镜片、光纤玻璃非晶硅石70%SiO2-Na2O-CaO透明，易制造

玻璃性质单位质量体积（specificvolume）玻璃转换温度（glasstransitiontemperature，Tg）fictivetemperature黏性与温度

1.熔点：黏度10Pa-s

2.工作（working）点：黏度103

Pa-s3.软化（softening）点：黏度106

Pa-s

4.退火（annealing）点：黏度1012

Pa-s

5.应变（strain）点：黏度3x1013Pa-s大多成形于工作点与软化点间成份影响

玻璃成形SiO2+Na2CO3

（苏打灰）+CaCO3

（石灰）透明：均匀、无孔洞压制，吹制，抽制，纤维成形

热处理退火：消除或降低内应力玻璃回火（tempering）：刻意引入表面压应力大门玻璃、汽车挡风玻璃、眼镜

玻璃陶瓷（glass-ceramic）去玻璃质化（devitirfication）细晶玻璃：玻璃陶瓷成核剂（nucleatingagent）：TiO2低膨胀系数，高机械强度，高导热性

容易制造，几乎无孔洞康宁玻璃（corningware），Pyroceram，Cercor，Vision透明或不透明烘烤器皿、餐具抗热震，高机械强度，高导热性电绝缘物、印刷电路板、建筑护层、热交换机与冷冻机

黏土产品结构黏土产品：砖瓦、地砖、下水道管线白色器皿（whiteware）：焙烧后变白瓷器（porcelain）、陶器（pottery）、餐具、精致瓷器（china）、卫生器具

黏土特性水塑性（hydroplasticity）：加水后呈塑性在广阔温度范围内熔合（fuse）或熔化层状铝硅酸盐类与水分子结合

各种成份与结构、杂质高岭土（kaolinite）；景德镇Al2Si2O5(OH)4Al2(OH)42+各层：离子键层间：VanderWaals键加水后水分子介于层间，呈塑性

黏土成份

燧石（flint）：磨细石英，填充料（filler），低成本，较坚硬，化学惰性，高熔点助熔剂（flux）：长石（feldspar），低熔点长石：铝硅酸盐类，含K+、Na+、Ca2+瓷器：50%黏土，25%石英，25%长石

制作技巧制粉

成形（shaping）技巧水塑性成形（hydroplasticforming）

挤制（extrusion）砖瓦、地砖、管线真空环境：增加密度模具（die）：中空（hollow）

泥浆铸造泥浆（slip）：悬浮黏土及/或（and/or）其他非塑性材料水浆液泥浆：高比重、流动性、可倾倒铸造速率、无气泡、低干缩、高强度卫生用具、艺品、科研用品（陶瓷管）

干燥与焙烧干燥：除去水份焙烧：增加密度与强度生胚（green）

耐火材料耐高温、绝热砖块、炉内衬耐火黏土（fireclay）、硅石、基本及特殊耐火材料成份：粗（grog）、细（fine）颗粒

孔洞

耐磨料耐磨耗、硬度轫性、耐高温钻石、SiC、WC、Al2O3、硅石砂磨轮、镀膜、颗粒

粉末压制电、磁陶瓷压制粉末：混合粗、细颗粒单轴、均压、热压，烧结（sintering）带状铸造：基板、多层陶瓷电容

水泥无机水泥（cement）、灰泥（plaster）、石灰（lime）糊状（paste）、凝结（set）、硬化与玻璃状黏结相相似

室温锻烧（calcination）：加热产生物理与化学反应

炉渣（clinker）磨成细粉，加入石膏（gypsum）减缓凝结过程波特兰（Portland）水泥：水硬水泥（hydrauliccement）水合（hydrationreaction）凝结、硬化为水合作用混凝土（concrete）与灰泥（mortar）：黏结砂与碎石

先进（advanced）陶瓷功能（functional）陶瓷：电、磁、光、热热引擎、涡轮机、陶瓷装甲、电子封装、切削工具能量转换、储存、产生

热引擎汽车内燃机、陶瓷引擎模组、阀、衬里、活塞、陶瓷涡轮机转轮等喷气机

高温、减重Si3N4、SiC、ZrO2耐磨耗：ZrO2镀膜脆性，增加轫性

陶瓷装甲单位重量：高度有效Al2O3、B4C、SiC、TiB2电子封装绝缘、低介电系数、导热

Al2O3：导热性较差高纯度、单纯晶体结构陶瓷材料BN、SiC、AlNAlN导热较Al2O3高十倍膨胀系数与Si相近

压电陶瓷材料电能转机械能交流电压：机械振动超音波震荡器、声纳（sonar）、熔焊机音波：扬声器、高音喇叭、蜂鸣器

机械能转电能压力波、打火机、瓦斯炉点火元件电能转机械能转电能滤波器

电光陶瓷PZT+La2O3：PLZT透光陶瓷（98%）控制极化相位

电场控制透光率相机快门（shutter）滤光片、影像储存元件、显示元件、护目镜

陶瓷感测器半导体及化学特性压力、温度、光、声、气体、湿度湿度侦测控制（电阻）：烘干机、微波炉、烤箱、工业烘干设备