陶瓷材料学习.pptx

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1、第一节第一节 概述概述一、陶瓷材料的特点一、陶瓷材料的特点 l1、陶瓷材料的相组、陶瓷材料的相组成特点成特点l陶瓷材料通常由三陶瓷材料通常由三种不同的相组成，种不同的相组成，即即晶相晶相(1)、玻璃相玻璃相(2)和和气相气相(3)气孔气孔。第1页/共74页l晶相晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。理化学性质的主要是晶相。主要是某些固溶体或化合主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。晶体相又分特性和应用。晶体相又分为主晶相、次晶相和第三为主晶相

2、、次晶相和第三相。陶瓷中晶体相主要有相。陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（盐等）、氧化物（MgOMgO、Al2O3Al2O3）、非氧化物（）、非氧化物（SiCSiC，Si3N4Si3N4）等。）等。第2页/共74页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。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。l玻璃相玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。第3页/共74页气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成

3、裂纹的根源。气相气相是在工艺过程是在工艺过程中形成并保留下来中形成并保留下来的的。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。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。第4页/共74页2、陶瓷材料的结合键特点、陶瓷材料的结合键特点陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键化物等，因而其结合键以离子键(如如Al2O3)、共价键、共价键(如如Si3N4)及两者的混合键为主。及两者的混合键为主。共价键离子键第5页/共74页3、陶瓷材料的晶体缺陷、陶瓷材料的晶体缺陷此外，陶瓷材

4、料的烧结、此外，陶瓷材料的烧结、扩散等物理、化学过程扩散等物理、化学过程也与点缺陷有关。也与点缺陷有关。陶瓷材料晶体中存在的置换原陶瓷材料晶体中存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷称子、间隙原子和空位等缺陷称之为点缺陷。陶瓷材料的很多之为点缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷有直接性质如导电性与点缺陷有直接关系。关系。点缺陷点缺陷第6页/共74页线缺陷线缺陷陶瓷的晶体缺陷陶瓷的晶体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。瓷

5、材料中位错密度很低。第7页/共74页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晶界和和亚晶界亚晶界就陶瓷材料中的面缺陷。就陶瓷材料中的面缺陷。陶瓷的晶体缺陷陶瓷的晶体缺陷第8页/共74页4、陶瓷材料的性能特点、陶瓷材料的性能特点 陶瓷材料具有高熔点、高硬陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐高温、度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。耐氧化、耐腐蚀等特性。陶瓷材料还具有密度小、弹陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高性模量大、耐磨损、强度高等特点。等特点。功能陶瓷还具有电、光、磁功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。

6、等特殊性能。韧韧性性陶陶瓷瓷硬硬度度压压痕痕脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹第9页/共74页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:制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷，提高陶瓷的完整性；在陶瓷表面引入压应力，可提高其强度；复合强化第10页/共74页5、陶瓷材料的工艺特点、陶瓷材料的工艺特点陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型和高温陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在的烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在的问题是其存在一定的气

7、孔率。问题是其存在一定的气孔率。Al2O3粉末的烧结组织ZrO2陶瓷中的气孔第11页/共74页二、陶瓷材料的分类二、陶瓷材料的分类1、按化学成分分类、按化学成分分类 可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷氧化物陶瓷、碳化物陶瓷碳化物陶瓷、氮化物陶氮化物陶瓷瓷及及其它化合物陶瓷其它化合物陶瓷。导电玻璃玻璃幕墙第12页/共74页2、按使用的原材料分类、按使用的原材料分类 可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为普通陶瓷普通陶瓷和和特种陶瓷特种陶瓷。l普通陶瓷普通陶瓷以天然的岩石、以天然的岩石、矿石、黏土等材料作原料。矿石、黏土等材料作原料。l特种陶瓷特种陶瓷采用人工合成的采用人工合成的材料作原料。材料

8、作原料。l3、按性能和用途分类、按性能和用途分类 l可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为结构陶结构陶瓷瓷和和功能陶瓷功能陶瓷两类。两类。陶瓷零件第13页/共74页第二节第二节 常用工业陶瓷常用工业陶瓷 一、普通陶瓷一、普通陶瓷 普通陶瓷是用粘土普通陶瓷是用粘土(Al2O32SiO22H2O)、长石、长石(K2OAl2O36SiO2，Na2OAl2O36SiO2)和石英和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。其组织中主晶相为莫来石其组织中主晶相为莫来石(3Al2O32SiO2)，占，占2530%，玻璃相占，玻璃相占3560%，气相占，气相占13%。第14页/

9、共74页普通陶瓷加工成型性好，普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。成本低，产量大。除日用陶瓷、瓷器外，除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。建筑、纺织等工业部门。景景德德镇镇瓷瓷器器绝缘子第15页/共74页二、新型结构陶瓷二、新型结构陶瓷 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷以以Al2O3为为主主要要成成分分,含含有有少少量量SiO2的的陶陶瓷瓷，又又称称高高铝铝陶瓷。陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、气动陶瓷配件单相单相AlAl2 2OO3 3陶瓷组织陶瓷组织第16页/共74页根根据据Al2O3含含量量不不同同分分为为75瓷

10、瓷(含含75%Al2O3，又又称称刚玉刚玉-莫来石瓷莫来石瓷)、95瓷和瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。瓷，后两者又称刚玉瓷。氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷耐耐高高温温性性能能好好，可可使使用用到到1950,。具具有有良良好好的的电电绝绝缘缘性性能能及及耐耐磨磨性性。微微晶晶刚刚玉玉的的硬硬度度极极高高(仅次于金刚石仅次于金刚石).95瓷纺织件99瓷纺织件氧化铝耐高温喷嘴第17页/共74页氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷坩埚氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切削热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃刀具、金属拔丝

11、模，内燃机的火花塞，火箭、导弹机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。的导流罩及轴承等。第18页/共74页 氮化硅（氮化硅（Si3N4）陶瓷）陶瓷氮化硅是由氮化硅是由Si3N4四面体组成的共四面体组成的共 价键固体。价键固体。氮化硅的制备与烧结工艺氮化硅的制备与烧结工艺工业硅直接氮化：工业硅直接氮化：3Si+2N2Si3N4二氧化硅还原氮化：二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO烧结工艺烧结工艺优点优点 缺点缺点 反应烧结反应烧结 烧结时几乎没有收缩，能得烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状到复杂的形状 密度低，强度低，耐蚀性密度低，强度低，耐蚀性差差 热压烧结热压烧结

12、用较少的助剂就能致密化，用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好强度、耐蚀性最好 只能制造简单形状，烧结只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低助剂使高温强度降低 第19页/共74页 性能特点及应用性能特点及应用氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.10.2；热膨胀系数；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。l热压烧结氮化硅热压烧结氮化硅用于形状简单、用于形状简单、精度要求不高的精度要求不高的零件，如切削刀零件，如切削

13、刀具、高温轴承等。具、高温轴承等。Si3N4轴承轴承第20页/共74页反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。件，如机械密封环等。汽轮机转子叶片气阀等零件第21页/共74页 碳化硅（碳化硅（SiC）陶瓷）陶瓷碳化硅是通过键能很高碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。的共价键结合的晶体。碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至加焦碳直接加热至高温还原而成：高温还原而成：SiO2+3CSiC+2CO。l碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层

14、薄氧化膜，因此很难烧结，需添碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。常压烧结碳化硅第22页/共74页碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。氧化铍陶瓷。SiC密封件第23页/共74页碳化硅陶瓷用于制造火箭喷碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉片

15、及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。丝成型模具等。SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC轴承第24页/共74页 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷氧化锆的晶型转变：立方相氧化锆的晶型转变：立方相 四方相四方相 单斜相。四方相单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。制品开裂。ZrO2氧氧化化锆锆单单相相陶陶瓷瓷第25页/共74页在氧化锆中加入某些氧化物在氧化锆中加入某些氧化物(如如CaO、MgO、Y2O3等等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆种结构的氧化锆称为

16、完全稳定氧化锆(FSZ)，其力学，其力学性能低，抗热冲击性差。性能低，抗热冲击性差。ZrOZrO2 2陶瓷陶瓷耐火件耐火件l减少加入的氧化物数量，减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方相的使部分氧化物以四方相的形式存在。由于这种材料形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆稳定，只使一部分氧化锆稳定，所以称部分稳定氧化锆所以称部分稳定氧化锆(PSZ)。第26页/共74页氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大

17、幅度提高陶的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。瓷材料的韧性。部分稳定氧化锆组织第27页/共74页部分稳定氧化锆的导热率低，部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。等。部分稳定氧化锆制品部分稳定氧化锆制品第28页/共74页氧化锆制品氧化锆制品氧化

18、锆油泵氧化柱塞氧化锆拉线轮氧化锆球阀部分稳定氧化锆喷涂层增韧氧化锆导轮芯轴第29页/共74页第三节 功能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，其功能的实现主要功能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、来自于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、生物适应性导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等。等。第30页/共74页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

19、感陶瓷敏感陶瓷第31页/共74页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，称为生的电效应，称为压电效应压电效应。反之，当在晶体上施加。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

20、，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第32页/共74页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。压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对钛酸钡和压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对钛酸钡和钛酸铅，当温度高于居里温度钛酸铅，当温度高于居里温度Tc时，为立方晶体，具有时，为立方晶体，具有对称性，无压电效应；低于对称性，无压电效应；低于Tc时，为四方晶体，具有非时，为四方晶体，具有非对称性，有压电效应。对称性，有压电效应。第33页/共74页

21、功能陶瓷材料压电陶瓷的应用压电陶瓷的应用压电陶瓷的有点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化压电陶瓷的有点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化方向，添加不同成分，可改变压电特性。方向，添加不同成分，可改变压电特性。压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声聘仪器上压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声聘仪器上的振子；也可用作声转换器。但压电陶瓷收到机械应力的的振子；也可用作声转换器。但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；压电陶瓷还可用于滤波器等。打火机等；压电陶瓷还可用于滤波器等。第34页/共74

22、页功能陶瓷材料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利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检测从波长利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检测从波长很短的很短的X射线到波上很长的紫外线的光敏元件主要是烧结射线到波上很长的紫外线的光敏元件主

23、要是烧结GdS多多晶；如果在晶；如果在GdS中添加中添加Cu杂质，可以用作检测可见光的光敏元件杂质，可以用作检测可见光的光敏元件第35页/共74页功能陶瓷材料超导陶瓷超导陶瓷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

24、导陶瓷铊系高温超导陶瓷：以：以Ta-Ba-Ca-Cu-O为代表；为代表；第36页/共74页功能陶瓷材料超导陶瓷的应用超导陶瓷的应用在信息领域：在信息领域：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、飞机航天飞机发射台等。器、飞机航天飞机发射台等。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

25、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。第37页/共74页功能陶瓷材料磁性陶瓷磁性陶瓷什么是铁氧体？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

26、氧体铁氧体铁氧体软磁铁氧体软磁铁氧体硬磁铁氧体硬磁铁氧体第38页/共74页功能陶瓷材料软磁铁氧体软磁铁氧体主要有：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-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）。）。软磁铁氧体主要用于无线电电子学和电讯工程等弱点技术软磁铁氧体主要用于无线电电子学和电讯工程等弱点技术中，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。软磁铁氧体要

27、求起始软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。第39页/共74页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-Fe2O3；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。软磁铁氧体要求具有较大的软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

28、高的最大磁积能（和高的最大磁积能（BH）max。第40页/共74页功能陶瓷材料光学陶瓷光学陶瓷什么是光学陶瓷？什么是光学陶瓷？能够透光的陶瓷材料。能够透光的陶瓷材料。要求：具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性；除了要求：具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性；除了能透过可见光外，还能够波长更长或波长更短的光；光能透过可见光外，还能够波长更长或波长更短的光；光损耗低，能在远距离进行光传播；经光的照射，其性质损耗低，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。发生可逆或不可逆变化。第41页/共74页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

29、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第42页/共74页功能陶瓷材料陶瓷材料怎样才能透明？陶瓷材料怎样才能透明？在各向同性晶体构成的多晶体中，晶界不产生散射，但不在各向同性晶体构成的多晶体中，晶界不产生散射，但不存在气孔等缺陷时，是透明的；在各向异性的晶体中，光存在气孔等缺陷时，是透明的；在各向异性的晶体中，光从一个晶粒向邻近的晶粒入射时，由于双折射现象而产生从一个晶粒向邻近的晶粒入射时，由于双折射现象而产生散射，是不透明的。若要得到透明多晶体，双折射必须很散射，是不透明的。若要得到透明多晶体，双折射必须很小。小。制造透明陶瓷的关键：消除气孔和控制晶粒异常长大

30、！第43页/共74页功能陶瓷材料消除气孔和控制晶粒异常长大的常用方法：1。添加微量或少量的添加剂。添加微量或少量的添加剂2。改变烧结气氛。改变烧结气氛3。改变原料。改变原料4。采用先进的烧结技术。采用先进的烧结技术第44页/共74页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、ZnSe、MgF2、CaF2等等第45页/共74页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

31、括滤光材料、红外接受材料和红外探测材滤光材料、红外接受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。红外光学陶瓷的种类见书红外光学陶瓷的种类见书P86P86表表4 41 1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、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。第46页

32、/共74页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。掺钕的钇铝石榴石晶体。

33、掺钕的钇铝石榴石晶体。第47页/共74页功能陶瓷材料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：具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易要求：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，耐磨且有一定的氧化，不易腐蚀变质，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，易于润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形等。成形等。第48页/共74页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

34、陶瓷该陶瓷的物理、化学性能稳定，在生物体该陶瓷的物理、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。第49页/共74页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。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）

35、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。第50页/共74页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-CaO-SiO2-P2O5陶瓷陶瓷4。BCG人工骨头人工骨头第51页/共74页功能陶瓷材料敏感陶瓷敏感陶瓷1。热敏电阻陶瓷。热敏电阻陶瓷指某些性能随外界条件（温度、湿度、指某些性能随外界条件（温度、湿度、气氛）的变化而发生改变的

36、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。湿敏电阻陶瓷第52页/共74页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。正温度系数陶瓷（正温度系数陶瓷（PCT）负温度系数陶瓷（负温度系数陶瓷（PCT）临界温度系数陶瓷（临界温度系数陶瓷（PCT）第53页/共74页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。正温度系数陶瓷（正温度系数陶瓷（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

37、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、空调加热器等第54页/共74页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）多为尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：多为尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：MnO-CuO2-O2

38、;Mn-Co-Ni 等。等。第55页/共74页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。压敏陶瓷有压敏陶瓷有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ZnO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

39、件等。第56页/共74页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第57页/共74页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

40、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。第58页/共74页功能陶瓷材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。MgCr

41、2O4TiO2陶瓷陶瓷ZnOCr2O3陶瓷陶瓷ZnCr2O3Fe2O3陶瓷陶瓷第59页/共74页传统日用、建筑材料普通陶瓷普通陶瓷水泥水泥玻璃玻璃耐火材料耐火材料第60页/共74页第四节 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材料水硬性胶凝材料。水泥的种类水泥的种类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第

42、61页/共74页传统日用、建筑材料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CaOAl2O3SiO2Fe2O3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第62页/共74页传统日用、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水泥粉煤灰水泥火山灰水泥火山灰水泥第63页/共74页传统日用、建筑材料硅酸盐水泥的主要矿物成分硅酸盐水泥的主要矿物成分硅酸三钙

43、硅酸三钙 3CaOSiO2，C3S硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2，C2S铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3，C3A铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3，C4AF第64页/共74页传统日用、建筑材料硅酸盐水泥的主要矿物成分对水泥性能的影响硅酸盐水泥的主要矿物成分对水泥性能的影响提高提高C3S可以提高水泥的强度，得到高强水泥可以提高水泥的强度，得到高强水泥提高提高C3A，C3S，可以得到快硬水泥，可以得到快硬水泥降低降低C3A和和C3S，提高，提高C2S，可以得到中低热，可以得到中低热水泥水泥提高提高C4AF，降，降C3A，可以得到道路水泥，可以得到道路水泥第65页/共74页传

44、统日用、建筑材料衡量水泥性质和质量的指标衡量水泥性质和质量的指标密度密度容重容重细度细度需水性需水性凝结时间凝结时间安定性安定性强度强度标号标号水化热水化热第66页/共74页传统日用、建筑材料玻璃玻璃什么是玻璃？什么是玻璃？凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度逐渐凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度逐渐增加而具有固体性质与一定结构特征的增加而具有固体性质与一定结构特征的非晶态非晶态物质，都称为物质，都称为玻璃。玻璃。玻璃的种类玻璃的种类钠钙玻璃钠钙玻璃铅玻璃铅玻璃硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃石英玻璃石英玻璃钢化玻璃钢化玻璃微晶玻璃微晶玻璃 彩色玻璃彩色玻璃变色玻璃变色玻璃磨光玻璃磨光玻璃磨砂玻璃磨砂玻璃压

45、花玻璃压花玻璃夹层玻璃夹层玻璃第67页/共74页第68页/共74页第69页/共74页传统日用、建筑材料玻璃的性质玻璃的性质力学性质力学性质理论强度高，实际强度低。抗压强度高，抗拉强度低。理论强度高，实际强度低。抗压强度高，抗拉强度低。硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。物理性质物理性质高度透明，具有很重要的光学性质。能透可见光和红外线。高度透明，具有很重要的光学性质。能透可见光和红外线。化学性质化学性质化学性质稳定。抗酸腐蚀，但不抗碱。化学性质稳定。抗酸腐蚀，但不抗碱。第70页/共74页传统日用、建筑材料玻璃的生产方法玻璃的生产方法压制成形压制成形吹制成形吹制成形拉制成形拉制成形加工纤维加工纤维第

46、71页/共74页传统日用、建筑材料耐火材料耐火材料什么是耐火材料？什么是耐火材料？耐火度不低于耐火度不低于1580度的材料。广泛度的材料。广泛应用于冶金、硅酸盐、化工、机械等领域的窑炉以及高温容应用于冶金、硅酸盐、化工、机械等领域的窑炉以及高温容器的耐高温材料。器的耐高温材料。常见的耐火材料常见的耐火材料黏土砖黏土砖轻质砖轻质砖半硅砖半硅砖高铝砖高铝砖镁砖镁砖碳砖碳砖耐火砖耐火砖耐火纤维耐火纤维耐火混凝土耐火混凝土第72页/共74页传统日用、建筑材料耐火材料的性能指标耐火材料的性能指标耐火度耐火度材料在高温下不熔化的性质。材料在高温下不熔化的性质。荷重软化温度荷重软化温度指耐火材料在温度和荷重的作用下抵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。高温体积稳定性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。在高温下外形体积及线度保持稳定的能力。抗热震性抗热震性抗渣性抗渣性在高温下，温度急剧变化不破坏的能力。在高温下，温度急剧变化不破坏的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。耐真空性耐真空性在真空和高温下服役的能力。在真空和高温下服役的能力。第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页