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陶瓷概述 （Introduction to ceramic materials）
一、陶瓷简介 二、陶瓷的结构 三、普通陶瓷 四、特种陶瓷 五、陶瓷的性能
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一、陶瓷简介
1.陶瓷的定义 以粘土、长石、石英为主要原料， 经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。
广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固 体材料。
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气相 陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程
中发生物理、化学作用所生成的空隙。 气孔对陶瓷的性能是不利的，它降低材
料的强度，是造成裂纹的根源。
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二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔
植骨用多孔陶瓷
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三、普通陶瓷 (traditional ceramics)
普通陶瓷
以天然硅酸盐(粘土、石英、长石)为 原料烧成的制品。
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（二）陶瓷的热学性能
熔点
陶瓷由离子键和共价键结合，具有较高 的熔点。
热膨胀
陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由于晶体 结构和化学键决定的。一般为10-5~10-6/K。
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（三）陶瓷的电学和光学性能
电学性能
陶瓷是良好的绝缘体，具有介电特性， 介电损耗很小。
光学性能
陶瓷由于晶界和气孔的存在一般不透 明。通过改变烧结方法和控制晶粒的 大小，可制备出透明氧化物陶瓷。
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晶体相 陶瓷材料最主要的组成相 主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧 化物
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玻璃相 玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列的组
成部分，其结构类似于玻璃。
积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材 料的致密度；降低烧结温度；阻止晶型转变、 抑制晶粒长大。
不利影响：降低陶瓷强度和耐热性能。
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云母玻璃陶瓷中的玻璃相
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氧化铝坩埚
透明氧化铝
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SiC陶瓷
性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、 抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱
应用：高温结构材料 发动机、喷管等。
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碳化硅陶瓷轴承
碳化硅耐腐蚀潜水泵
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2.功能陶瓷 功能陶瓷的种类 光学陶瓷 光纤 激光晶体材料 生物陶瓷 人工关节 口腔陶瓷
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光学陶瓷
粉体
成型
坯体
烧结
陶瓷
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2.发展概况 陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。
china：陶瓷；中国 china: 昌南镇
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我国是陶瓷生产大国，日用陶瓷、建卫陶 瓷产量均为世界第一，占世界产量的2/3。
我国又是陶瓷出口大国，2009年出口金额 为56.78亿美元，出口170多个国家。
出口额占世界整个行业的40%，其中佛山 占60%。
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1.结构陶瓷 结构陶瓷的种类 氧化物结构陶瓷 Al2O3 ZrO2 碳化物结构陶瓷 SiC C 氮化物结构陶瓷 Si3N4
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氧化物结构陶瓷 特点： 化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温 度高、高温强度高。
氧化铝 氧化锆
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Al2O3陶瓷的性能特点及应用
强度高、硬度高： 机械加工磨料、磨具 熔点高、抗腐蚀： 耐火材料 优良的化学稳定性： 坩埚 人体关节 优良的光学特性： 透光材料 纳蒸汽灯管
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先进陶瓷材料
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3.主要化学组成（质量%）
SiO2 65～75
Al2O3 7～30
R2O+RO 4～33
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4.陶瓷的结构 陶瓷材料的结合键
离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。 MgO、Al2O3、ZrO2
共价晶体-以共价键结合的晶体。 金刚石、SiC、Si3N4、BN
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陶瓷材料的相组成 陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、 玻璃相、气相组成。
普通陶瓷 的分类
日用瓷 建卫瓷
工业瓷
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1.日用瓷
餐具瓷
茶具瓷 15
2.建卫瓷
内墙砖-建滤1板7
陶吧
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四、特种陶瓷 (advanced ceramics)
特种陶瓷
以非硅酸盐类化合物或人工合成化 合物为原料烧成的制品。
特种陶瓷 的分类
结构陶瓷 功能陶瓷
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(一) 力学性能
强度特点： 压缩强度远高于拉伸强度。
表 长石烤瓷材料主要机械性能
机械性能
数值范围
压缩强度(MPa)
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拉伸强度(MPa)
34.6
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(一) 力学性能 塑性和韧性 陶瓷的塑性和韧性较低，无塑性变形，脆性断裂 -陶瓷最大的弱点。 断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的微裂纹， 在受到外应力时快速扩展。
光纤
激光晶体2材7 料
生物陶瓷
人工关节
口腔陶瓷
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五、陶瓷材料的性能 (一) 力学性能 硬度 陶瓷的硬度很高-1000Hv~1500Hv
（普通淬火钢-500~800Hv）。 刚度 陶瓷的刚度很高-刚度反映其化学键能
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(一) 力学性能
强度 理论强度高-离子键和共价键 实际强度要较理论强度低-组织的不均匀性，内 部杂质和各种缺陷 晶粒越细，强度越高。 高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属 材料-常用于高温材料