功能陶瓷材料.ppt

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1、第五章功能陶瓷材料材料学院王琳15.1陶瓷材料与功能陶瓷5.1.1、陶瓷材料的发展概况5.1.2、功能陶瓷的定义、范围和分类5.1.3、功能陶瓷的性能与工艺特征5.1.4、功能陶瓷的应用和展望5.1.5、制备陶瓷材料的原料25.1.1陶瓷材料的发展概况陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌，它是中华文明的伟大象征之一，在我国的文化和发展史上占有极其重要的地位。3陶瓷的研究进程分为三个阶段新石器时代先进陶瓷阶段纳米陶瓷阶段4新石器时代远在几干年前

2、的新石器时代，我们的祖先就已经用天然黏土作原料，塑造成各种器皿，再在火堆中烧成坚硬的可重复使用的陶器，由于烧成温度较低，陶器仅是一种含有较多气孔、质地疏松的未完全烧成制品。5以后大约在2000年前的东汉晚期，人们利用含铝较高的天然瓷土为原料，加上釉的发明，以及高温合成技术的不断改进，使陶瓷步入瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上意义重大的里程碑。釉：以石英、长石、硼砂、黏土等为原料制成的东西，涂在瓷器、陶器外面，烧制后发出玻璃光泽，可增加陶瓷的机械强度和绝缘性能。6陶瓷都是以黏土为主要原料与其他天然矿物原料经粉碎混炼—成形一煅烧等过程

3、制成的。如常见的日用陶瓷、建筑陶瓷、电瓷等传统陶瓷。由于陶瓷的主要原料取之于自然界的硅酸盐矿物(如黏土、长石、石英等)，所以可归为硅酸盐类材料和制品。从原始瓷器的出现到近代的传统陶瓷，这一阶段持续了四千余年。7先进陶瓷阶段20世纪以来，随着人类对宇宙的探索、原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，从性质、品种到质量等方面，对陶瓷材料均提出越来越高的要求。从而，促使陶瓷材料发展成为一系列具有特殊功能的无机非金属材料。8如氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等各种高温和功能陶瓷。这时，陶瓷研究进入第二个阶段——先进陶瓷阶段。9先进陶瓷（Ad

4、vancedceramics）又称现代陶瓷，是为了有别于传统陶瓷而言的。先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(FineCeramics)、新型陶瓷(NewCeramics)、特种陶瓷(SpecialCeramics)和高技术陶瓷(High-Tech.Ceramics)等。10在先进陶瓷阶段，陶瓷制备技术飞速发展。在成形方面，有等静压成形、热压注成形、注射成形、离心注浆成形、压力注浆成形等成形方法；在烧结方面，则有热压烧结、热等静压烧结、反应烧结、快速烧结、微波烧结、自蔓延烧结等。11在先进陶瓷阶段，采用的原料已不再使用或很少使用黏土等传统

5、原料，而已扩大到化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料，组成范围也延伸到无机非金属材料范围。此时可认为，广义的陶瓷概念已是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称。12纳米陶瓷阶段到20世纪90年代，陶瓷研究已进入第三个阶段--纳米陶瓷阶段。所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相就有纳米级尺度的陶瓷材料。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。135.1.2功能陶瓷的定义、范围和分类从性能上可把先进陶瓷分为结构陶瓷(Structralceramics)和功能陶瓷(Funct

6、ionalCeramics)两大类。14结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷)，特别适于高温下应用的则称为高温结构陶瓷。功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。功能陶瓷的特点品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、技术高、更新快。15通过对复杂多元氧化物系统的化学、物理及组成、结构、性能和使用效能间相互关系的研究，已陆续发现了一大批具有优异性能或特殊功能的功能陶瓷，并可借助于离子置换、掺杂等方法调节、优化其性

7、能，功能陶瓷材料研究已开始从经验式的探索逐步走向按所需性能来进行材料设计。165.1.3、功能陶瓷的性能与工艺特征陶瓷功能的实现，主要取决于它所具有的各种性能，而在某一类性能范围中，又必须针对具体应用，去改善、提高某种有效的性能，以获得有某种功能的陶瓷材料。17一般来说，要从性能的改进来改善陶瓷材料的功能，需从以下两个方面入手：①通过改变外界条件，即改变工艺条件以改善和提高陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。②从材料的组成上直接调节、优化其内在的品质，包括采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂质，使不同相在微观级复合，进

8、而形成不同性质的晶界层等。18一般工艺条件是指原料的物理化学性质和状态、加工成型方法和条件、烧成制度和烧结状态，以及成品的加工方法和条件等。无论是改变组成还是改变工艺，最终都是通过材料微观结构的变化，才能体现出宏观的功能变化。19因此，要想达到自控设计材料，或者