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主要原料：
粘土（它是以高岭土结构Al2O3· 2SiO2· 2H2O为基础的矿物，是 多种含水的铝硅酸盐的混合体）、 石英（无水SiO2或硅酸盐）、 长石（助熔剂原料，是碱金属或碱土金属的无水铝硅酸盐矿物， 如钾长石K2O· Al2O3· 6SiO2、钠长石Na2O· Al2O3· 6SiO2）
对性能的有利影响：提高吸振性，使陶瓷密度减小
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玻璃相的主要作用
• 玻璃相是一种非晶态低熔物
• 在瓷坯体中起粘结作用，即把分散的结晶 相粘结在一起 • 降低烧成温度，抑制晶体长大，阻止多晶 转变 • 填充气孔空隙，促使坯体致密化。
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气相（气孔）
• 气孔分为开口气孔和闭口气孔，在坯料烧成前大部分是开 口气孔，在烧成过程中开口气孔消失或转变为闭口气孔， 气孔率下降。 • 还使陶瓷材料导热率下降、介电损耗增大、抗电击穿强度 降低 • 是应力集中的地方，并且有可能直接成为裂纹，这将使材 料强度大大降低 • 气相还可使光线散射而降低陶瓷透明度
立方ZnS
六方ZnS
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• （2）AB2型结构
• 萤石结构，CaF2,结构属于立方晶系，阳离子位于 立方面心的节点位置上，阴离子则位于立方体内8 个小立方体的中心。阳离子的配位数位8，而阴离 子的的配位数为4。
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• （3）A2B3型结构 刚玉型结构，属于三方晶系。阴离子按六方紧
密堆积排列，而阳离子填充于 2/3 的八面体空隙，因 此阳离子的分布必须有一定的规律，其原则就是在同 一层和层与层之间，阳离子之间的距离应保持最远， 这是符合于鲍林规则的。
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玻璃的结构
• 1.晶子学说 玻璃是由无数晶子组成，晶子是带有晶格 变形的有序排列小区域，他们分散在无定形中， 并且从晶子到无定形的过渡是逐步完成的。 意义：玻璃结构的微观不均匀性和近程有序现 象。
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• 1.无规则网络学说 玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形 成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶 体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期 性。 意义：解释玻璃的各向同性、内部性质的均匀性、 成分变化是其性能变化的连续性等现象
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3.3 先进结构陶瓷
• 碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、 浇注金属的喉管、热电偶套管、 炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵 的密封圈、拉丝成型模具等。
SiC陶瓷件
SiC陶瓷件
SiC轴承
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功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶 瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。
电子绝缘件
氧化锆陶瓷光学导管
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• 1）AB型结构
• NaCl型结构，其化学式为NaCl，晶体结构为立方晶系。氯 化钠是一种立方面心格子。其中阴离子按立方最紧密方式 堆积，阳离子填充于全部的八面体空隙中，阴、阳离子的 配位数都为6。
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闪锌矿型结构，如立方ZnS，为立方晶系,ZnS是面 心立方格子，阴离子位于立方面心格子的节点位置， 而阳离子交错分布于立方体内的1/8小立方体的中 心。阳离子的配位数是4，阴离子的配位数也是4。
配位数小的那些阳离子特别倾向于共角连接。 例：岛状镁橄榄石（Mg2SiO4）
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5、鲍林第五规则 —— 节约规则 在一个晶体结构中，本质不同的结构组元 的种类倾向于最少数目。 不同尺寸的离子和多面体很难有效地堆积 在一起
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2.3.2.3 几种典型的晶体结构
(1) CsCl型 (2) NaCl型 (3) 立方ZNS(闪锌矿)型： (4) 六方ZNS(纤锌矿)型： (1) CaF2(萤石型) (2) TiO2(金红石)型 (3)β－SiO2(方晶石.方石英)型 (1)赤铜矿结构 (2)反萤石结构（K2O）
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2.3.3
硅酸盐的晶体结构
• 硅酸盐的结构组成：都是由硅氧四面体作为骨 架组成。 硅酸盐晶体的结构特点： (1)构成的基本结构单元是由Si和O组成的[SiO4]4 -四面体。 (2)每个O最多只能为两个[SiO4]4-四面体所 (3)[SiO4]四面体可以独立地在结构中存在，也可 以通过[SiO4]4-共用四面体顶点连接 (4)[SiO4]4-中Si－O－Si结合键不是一条直线,呈 145º 夹角。
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组群状结构
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2.3.4 同质多晶现象（掌握）
1、概念 同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热 力学条件下，结晶成为两种以上结构不同的晶体的 现象。
由此而产生的化学组成相同、结构不同的晶体
称为变体。 类质同晶：化学组成相似的不同化合物，具有 相同晶体结构的现象。
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例如：
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3.配位数：最邻近的异号离子数 • 配位多面体：晶体中最邻近的配位原子所组成的 多面体。
氧离子
硅离子
铝离子
硅氧四面体和铝氧八面体
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4.离子堆积
• 离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按 其自身大小居于相应负离子空隙（负离子配位多 面体）。 • 其堆积方式主要有立方最密堆积、六方最密堆积、 立方体心密堆积和四面体堆积等
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玻璃的生成条件及性质（了解）
• 玻璃的生成条件 • 黏度：表征流体中两流体层相对位移时，内摩擦 力大小的性能参数 黏度——重要条件 冷却条件——外部因素
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玻璃的种类
• 无机玻璃 P94表2－37 结构玻璃 功能玻璃 玻璃陶瓷：由玻璃相基体和大量弥散的微小晶体 金属玻璃：金属元素，原子无规则排列成玻璃态
黏土矿物－高岭石
钾长石
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石英
陶瓷材料的制备工艺
原料配置
→
坯料成型 → 烧结 → 成品
成型的目的是将坯料加工成一定形状和尺寸 的半成品，使坯料具有必要的强度和致密度，具 体成型方法有可塑成型、注浆成型和压制成型三 种； 干燥后的坯料进行高温烧结的目的是通过一系 列的物理化学变化，使坯件瓷化并获得所要求的 性能。
石墨
金刚石
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2、多晶转变 根据多晶转变前后晶体结构变化和转变速度 的情况不同，分为：
位移性转变：质点间位移、键长、键角的调整，
转变 速度快（高低温型转变）。
在金属材料中，位移型相变称为马氏体相变。这种相变是 非扩散型的，只要通过母相结构的剪切就可以得到新相
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重建型转变：旧键的破坏，新键的形成，转变速 度慢。
材料科学基础
2.3
陶 瓷 的 晶 体 结 构
主讲 徐敏虹
什么是陶？什么是瓷？
• 陶器是用粘土（陶土）成型晾干后，用火烧出来 的，是泥与火的结晶。早期陶器的烧制温度较低， 《 一般在600—800℃左右。
彩 陶 旋 涡 纹 瓮（ 》马
家 窑 文 化 ）
《彩陶鱼纹盆》
2
什么是陶？什么是瓷？
• 瓷器是用瓷土烧制的器皿，是中国古代的一项伟大发明， 烧结温度提高到1200℃以上。
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Байду номын сангаас
陶瓷的组成
1.结晶相：主要组成相，由离 子键或共价键结合而成，决定 陶瓷的性能：高熔点、高耐热 性、高化学稳定性、高绝缘性、 高脆性。
2 玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结 在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶 粒长大和填充气孔。 3 气相：气孔（5％－10％）。
对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿强度降 低，绝缘性能降低。
正离子电荷数 Z 静电键强度S＝ ＝ 正离子配位数 n
负离子电荷数 Z＝ Si
i
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3、鲍林第三规则 —— 多面体共顶、共棱、共面规则 在配位结构中，两个阴离子多面体以共棱， 特别是共面方式存在时，结构的稳定性便降低。
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4、鲍林第四规则 —— 不同配位多面体连接规则
在一个含有不同阳离子的晶体中，电价高而
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涂彩釉
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2.3.2 离子的晶体结构
离子晶体有关概念 • 1.离子晶体：由正、负离子通过离子键按一定方 式堆积起来而形成的。陶瓷大多数属于离子晶体。 • 2.离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平 衡距离。对离子晶体，通常认为晶体中相邻的正 负离子中心之间的距离作为正负离子半径之和， 即R0=R++R－ 。 离子半径大小的一般规律P70。
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1、鲍林第一规则 —— 配位多面体规则 在离子晶体中，围绕每一阳离子，形成一个 阴离子配位多面体，阴阳离子的间距决定于它们
的半径之和，阳离子的配位数则取决于它们的半
径之比。 如：NaCl6，氯八面体
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2、鲍林第二规则 —— 静电价规则
在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子的电
价等于或近似等于相邻正离子分配给他的静电键强度的 总和。
在金属材料中，位移型相变称为马氏体相变。这种相变是 非扩散型的，只要通过母相结构的剪切就可以得到新相
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2.3.5 晶态与玻璃结构
与晶体在三维空间有序的排列不同，非晶是长 程无序的。即在较大距离上结构无周期性，但近 程(几个Å内)结构是有序的。 无机非晶态：无机玻璃、凝胶、非晶态半导体、 无定形碳以及合金玻璃。 玻璃：具有玻璃转换点的非晶态固体。 短程有序，长程无序
质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料
Si3N4轴承
不同形状的特种结构陶瓷件
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3.3 先进结构陶瓷
单相Al2O3陶瓷组织
• ⑴ 氧化铝陶瓷
• 氧 化 铝 陶 瓷 以 Al2O3 为 主 要
成分 , 含有少量 SiO2 的陶瓷，
又称高铝陶瓷。
Al2O3密封、气动 陶瓷配件 Al2O3化工、耐磨陶 瓷配件
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4.层状硅酸盐：由[SiO4]4-四面体某个面在平面 内以共用顶点的方式连接成六角对称的二维结 构,多为二节单层。当活性氧与其它负离子一起 与金属正离子组成八面体层,就与四面体构成双 层结构。 滑石，白云母 5.骨架状硅酸盐：由[SiO4]4-四面体连成无限六 元环状,层中未饱合和交替指向上或向下,把这 样的层叠置起来使两个为一个公共氧所代替。 石英