第5章陶瓷材料-清华大学-工程材料

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1、“十五”国家级规划教材工程材料第3版配套课件第第5 5章章第5 5章 陶瓷材料 内容提要： 简述工程陶瓷的基本工艺过程，简述工程陶瓷的基本工艺过程，一般一般介绍普介绍普通陶瓷（日用陶瓷、工业陶瓷）的应用。通陶瓷（日用陶瓷、工业陶瓷）的应用。 简要阐述简要阐述特种陶瓷（氧化物、碳化物、硼化特种陶瓷（氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等陶瓷）的组成、性能特点和应用。物、氮化物等陶瓷）的组成、性能特点和应用。 学习目标： 熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和应用。和应用。 对其它陶瓷材料作一般了解。对其它陶瓷材料作一般了解。 1. 1. 玻璃玻璃 包括光学玻璃、

2、电工玻璃、仪表玻璃等包括光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃等在内的工业玻璃及建筑玻璃和日用玻璃等无在内的工业玻璃及建筑玻璃和日用玻璃等无固定熔点的受热软化的非晶态固体材料；固定熔点的受热软化的非晶态固体材料； 2. 2. 玻璃陶瓷玻璃陶瓷 耐热耐蚀的微晶玻璃、无线电透明微晶耐热耐蚀的微晶玻璃、无线电透明微晶玻璃、光学玻璃陶瓷等；玻璃、光学玻璃陶瓷等；玻璃制品玻璃制品 耐热陶瓷耐热陶瓷 3. 3. 工程陶瓷工程陶瓷 一般分为一般分为普通陶瓷普通陶瓷和和特种陶瓷特种陶瓷两大类。两大类。 按应用分为按应用分为结构陶瓷材料结构陶瓷材料与与功能陶瓷材料。功能陶瓷材料。 概述概述 陶瓷材料：陶瓷材料：各种无机非

3、金属材料的通称。包括：各种无机非金属材料的通称。包括： 陶瓷的生产过程陶瓷的生产过程 （1 1）原料制备）原料制备 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。磨细得到坯料。 （2 2）坯料成形）坯料成形 将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的半成品。包括可塑成形、机械强度和致密度的半成品。包括可塑成形、注浆成形、压制成形。注浆成形、压制成形。 （3 3）烧成与烧结）烧成与烧结 干燥后的坯料加热到高温，进行一系列干燥后的坯料加热到高温，进行一系列的物理、化学变化而成瓷的过程。的物理、化学变化而成瓷的过程。 烧

4、成是使坯件瓷化的工艺（烧成是使坯件瓷化的工艺（1250125014501450）；）； 烧结是指烧成的制品开口气孔率极低、烧结是指烧成的制品开口气孔率极低、致密度很高的瓷化过程。致密度很高的瓷化过程。5.1.1 5.1.1 普通日用陶瓷普通日用陶瓷 一、普通日用陶瓷的用途和特点 用粘土、石灰石、长石、石英等天然硅用粘土、石灰石、长石、石英等天然硅酸盐类矿物制成。制造日用器皿和瓷器。酸盐类矿物制成。制造日用器皿和瓷器。 一般具有良好的光泽度、透明度，热稳一般具有良好的光泽度、透明度，热稳定性和机械强度较高。定性和机械强度较高。 日用器皿日用器皿 艺术陶瓷艺术陶瓷5.1 5.1 普通陶瓷普通陶瓷

5、二、常用普通日用陶瓷 （1 1）长石质瓷）长石质瓷 国内外常用的日用瓷，作国内外常用的日用瓷，作一般工业瓷制品。一般工业瓷制品。 （2 2）绢云母质瓷）绢云母质瓷 我国的传统日用瓷。我国的传统日用瓷。 （3 3）骨质瓷）骨质瓷 主要作高级日用瓷制品。主要作高级日用瓷制品。 （4 4）滑石质瓷）滑石质瓷 综合性能好的新型高质瓷。综合性能好的新型高质瓷。 （5 5）高石英质日用瓷）高石英质日用瓷 我国研制成功，我国研制成功，石石英含量英含量 40%40%，瓷质细腻、色调柔和、透光度，瓷质细腻、色调柔和、透光度好、机械强度和热稳定性好。好、机械强度和热稳定性好。5.1.2 5.1.2 普通工业陶瓷普

6、通工业陶瓷 一、建筑卫生瓷 用于装饰板、卫生间装置及器具等，用于装饰板、卫生间装置及器具等，通常尺寸较大，要求强度和热稳定性好。通常尺寸较大，要求强度和热稳定性好。 建筑陶瓷建筑陶瓷 卫生陶瓷卫生陶瓷 二、化学化工瓷 用于化工、制药、食品等工业及实验室中用于化工、制药、食品等工业及实验室中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿等。的管道设备、耐蚀容器及实验器皿等。 通常要求耐各种化学介质腐蚀的能力要强。通常要求耐各种化学介质腐蚀的能力要强。 三、电工瓷 主要指电器绝缘用瓷，主要指电器绝缘用瓷，也叫高压陶瓷。也叫高压陶瓷。 要求机械性能高、介电要求机械性能高、介电性能和热稳定性好。性能和热稳定性好。 绝

7、缘瓷瓶绝缘瓷瓶 改善工业陶瓷性能的方法：改善工业陶瓷性能的方法： 加入加入MgOMgO、ZnOZnO、BaOBaO、CrCr2 2O O3 3等或增加莫来石等或增加莫来石晶体相，提高机械强度和耐碱抗力；晶体相，提高机械强度和耐碱抗力； 加入加入AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2等提高强度和热稳定性；等提高强度和热稳定性； 加入滑石或镁砂降低热膨胀系数；加入滑石或镁砂降低热膨胀系数； 加入加入SiCSiC提高导热性和强度。提高导热性和强度。 5.25.2 特种陶瓷特种陶瓷 老师提示：老师提示：重点内容重点内容 特种陶瓷特种陶瓷也叫现代陶瓷、精细陶瓷。也叫现代陶瓷、精细陶瓷。 特种陶瓷

8、特种陶瓷包括包括特种结构陶瓷特种结构陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷两大类，如压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶两大类，如压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶瓷等。瓷、高温陶瓷等。 按陶瓷的主要组成分：按陶瓷的主要组成分： 氧化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷、硼化物陶瓷、 氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。 5.2.1 5.2.1 氧化物陶瓷氧化物陶瓷 一、氧化铝（刚玉）陶瓷 氧化铝的结构是氧化铝的结构是O O-2-2排成密排六方结构，排成密排六方结构，AlAl+3+3占据间隙位置。占据间隙位置。 根据含杂质的多少根据含杂质的多少, , 氧化氧化铝呈红色铝呈红色( (如红宝石如红宝石) )或

9、蓝色或蓝色( (如蓝宝石如蓝宝石) )； 实际生产中实际生产中, , 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷按按AlAl2 2O O3 3含量可分为含量可分为7575、9595和和9999等几种。等几种。氧化铝结构氧化铝结构 氧化铝氧化铝 熔点达熔点达2050 2050 ，抗氧化性好。，抗氧化性好。 AlAl2 2O O3 3粉末压制成形、高温烧结后得到。粉末压制成形、高温烧结后得到。 广泛用于耐火材料：广泛用于耐火材料： 耐火砖、高压器皿、坩埚、电炉炉管、耐火砖、高压器皿、坩埚、电炉炉管、热电偶套管。热电偶套管。 氧化铝热电偶套管氧化铝热电偶套管 微晶氧化铝微晶氧化铝（微晶刚玉）（微晶刚玉） 硬度极高（硬度莫

10、氏硬度极高（硬度莫氏9 9），红硬性达），红硬性达12001200，可作切削淬火钢刀具、金属拔丝模等。可作切削淬火钢刀具、金属拔丝模等。 很高的电阻率和低的导热率，是很好的电绝缘很高的电阻率和低的导热率，是很好的电绝缘材料和绝热材料。材料和绝热材料。 强度和耐热强度均较高（是普通陶瓷的强度和耐热强度均较高（是普通陶瓷的5 5倍），倍），是很好的高温结构材料，如可作内燃机火花塞、空是很好的高温结构材料，如可作内燃机火花塞、空压机泵零件等。压机泵零件等。 单晶体氧化铝单晶体氧化铝 可做蓝宝石激光器；可做蓝宝石激光器； 氧化铝陶瓷应用实例：氧化铝陶瓷应用实例： 氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷密封环 氧化