精品课件-材料科学与工程概论-第5章
《材料概论》课件
复合材料的物理性质，如热导率、电导率、磁导 率等，也取决于其组成成分的性质以及它们的组 合方式。
化学性质
复合材料的化学性质取决于其组成成分的性质以 及它们的组合方式。它们通常具有更好的耐腐蚀 性和抗氧化性。
复合材料的用途
航空航天领域 汽车工业 建筑领域
体育用品领域
由于复合材料具有高强度、轻质等特点，广泛应用于制造飞机 和航天器的结构件。
有机高分子材料的用途
塑料
包装材料、建筑材料、家电外壳
橡胶
轮胎、密封圈、减震材料
纤维
纺织品、防护服、绳索
涂料与粘合剂
防腐涂料、家居装修用粘合剂
05
复合材料
复合材料的分类
按基体分类
复合材料可以分为金属基复合材料、树脂基复合材料、陶瓷基复合材 料等。
按增强体分类
复合材料可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料、层叠增强 复合材料等。
材料科学的分类
总结词
材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。
详细描述
根据材料的性质和应用，材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分 子材料和复合材料等。这些类别涵盖了各种常见的材料，如钢铁、陶瓷、塑料 、橡胶等。
材料科学的重要性
总结词
材料科学在科技和工业发展中具有重要 作用，对国民经济和社会发展具有重要 意义。
按应用领域分类
复合材料可以分为航空航天复合材料、汽车复合材料、建筑复合材料 、体育用品复合材料等。
按制备工艺分类
复合材料可以分为热压复合材料、热熔复合材料、液体复合材料等。
复合材料的性质
1 2 3
力学性质
复合材料的力学性质取决于其组成成分的性质以 及它们的组合方式。它们通常具有更高的强度、 刚度和耐疲劳性。
工程材料概论PPT课件
特点
容量小，主要是文本文件
的存储。
驱动器兼容CD光盘，光盘
价低，用量高速增长。
1.44 Mb
多元合金和以ZnS等
CD－RW 为主的陶瓷材料
650 Mb
TbFeCo合金磁光材
MO
料
(磁光盘)
需用专用驱动器，价格高，
局限在广告、图形用户。
650Mb
1.3G
多元合金和以ZnS等 单面单层为4.7驱动器兼容CD－RW和CD
➢工程应用的金属材料，原子间的结合键基本上为金属键，为金
属晶体材料。
➢工业上把金属和其合金分为两大部分
（1）黑色金属 铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金)；
（2）有色金属 黑色金属以外的所有金属及其合金。
h
9
(2)高分子材料
✓高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。
✓它具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝
h
19
陶器与瓷器的发明和使用
瓷器——中国文化的象征
新石器时代(公元前6000年～公元前5000
年)，中华民族的先人们用粘土(主要成分
为SiO2，Al2O3)烧制成陶器。马家窑(甘肃
)文化时期的陶器表面彩绘有条带纹、波
纹和舞蹈纹等，制品有炊具、食具、盛储
器皿等。
中国是最早生产瓷器的国家。
➢东汉时期发明了瓷器。
作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件
或物品的人造物质
1 资源
物质≠材料
材料
的
判据
2 能源
3 环保
4 质量
h
5 经济
4
材料的定义与分类
人类已经发现的材料：“800 ”万种
材料学概论
材料学概论《材料学概论》是2012年化学工业出版社出版的图书，作者是胡珊、李珍。
该书可作为材料及相关专业的教材，同时可作为材料研究人员的参考用书。
[1《材料学概论》共7章。
第1章讲述材料与材料科学研究的内容及任务，材料的类别、性质、应用、发展现状及趋势。
第2～4章分别讲述金属材料、无机非金属材料、高分子材料的基础知识、结构、生产方法、性能特点及应用。
第5章讲述矿物材料基本概念、性能特点，矿物材料的加工及应用。
第6章讲述复合材料的基础知识，增强材料的特性，复合材料的性能特点、生产工艺及应用。
第7章介绍能源、环境、生物、智能、纳米等新型材料的特点、发展及应用。
第1章绪论1 1.1 材料科学与工程1 1.2 材料的分类2 1.3 材料的性能2 1.3.1 力学性能2 1.3.2 电学性能4 1.3.3 热学性能5 1.3.4 化学性能5 1.4 材料的应用6 1.5 材料在人类社会和国民经济发展中的地位与作用8 第2章金属材料11 2.1 概述11 2.1.1 金属材料的基本概念11 2.1.2 金属材料的晶体结构12 2.2 金属及合金的相图16 2.2.1 二元合金相图16 2.2.2 铁碳合金相图24 2.3 金属材料的结晶27 2.3.1 结晶的过程27 2.3.2 结晶的热力学条件28 2.3.3 形核28 2.3.4 晶核的长大33 2.4 金属材料的性能36 2.4.1 物理性能36 2.4.2 化学性能37 2.4.3 力学性能37 2.4.4 工艺性能40 2.5 金属的热处理41 2.5.1 退火和正火422.5.2 淬火及回火42 2.5.3 表面热处理43 2.6 新型金属材料简介43 2.6.1 形状记忆合金44 2.6.2 其他金属功能材料46 第3章无机非金属材料473.1 无机非金属材料概述47 3.1.1 无机非金属材料的概念及分类47 3.1.2 无机非金属材料主要性能及应用47 3.2 陶瓷材料48 3.2.1 陶瓷的概念及分类48 3.2.2 陶瓷的显微结构与性能49 3.2.3 普通陶瓷53 3.2.4 特种陶瓷54 3.2.5 耐火材料61 3.3 玻璃65 3.3.1 玻璃的概念、特点及分类65 3.3.2 玻璃的结构66 3.3.3 玻璃的性质67 3.3.4 普通玻璃69 3.3.5 特种玻璃72 3.4 胶凝材料76 3.4.1 胶凝材料的定义、分类及发展现状76 3.4.2 普通水泥77 3.4.3 特种水泥83 3.4.4 石膏和石灰85 第4章高分子材料87 4.1 概述87 4.1.1 高分子材料的基本概念87 4.1.2 高分子材料的命名87 4.1.3 高分子材料的分类88 4.1.4 聚合反应88 4.1.5 高分子材料的成型加工89 4.1.6 高分子材料的发展现状与趋势90 4.2 高分子的结构与性能91 4.2.1 高分子的结构91 4.2.2 高分子的物理状态94 4.2.3 高分子基本性能及特点95 4.3 常用的高分子材料99 4.3.1 塑料99 4.3.2 橡胶109 4.3.3 纤维114 4.3.4 胶黏剂116 4.3.5 涂料119 4.4 功能高分子120 4.4.1 离子交换树脂121 4.4.2 高吸水性树脂122 4.4.3 感光性高分子123 4.4.4 导电高分子123 第5章矿物材料1255.1 概述125 5.1.1 矿物材料概念125 5.1.2 矿物材料学的特点126 5.1.3 矿物材料分类127 5.1.4 矿物材料的现状与发展趋势127 5.2 矿物材料的加工129 5.2.1 初加工129 5.2.2 深加工130 5.2.3 矿物材料深加工技术发展趋势130 5.2.4 矿物材料制品132 5.3 单晶矿物材料及应用132 5.3.1 金刚石132 5.3.2 石墨134 5.3.3 刚玉136 5.3.4 石英136 5.3.5 高岭石137 5.3.6 蒙脱石138。
《材料科学概论》课件
2 原子结构和元素周期表
通过了解原子的组成和元素周期表，我们可以深入了解材料的基本构成和特性。
3 材料分类和特性
材料可以根据其组成、结构和性能进行分类，不同材料具有各自独特的特性和应用。
材料的加工与性能
1
材料的性能评估方法
2
了解材料性能评估的常用方法，如力学 性能测试、热学性质分析等，以评估材
未来发展趋势
1 材料科学的新挑战
2 人工智能
探讨材料科学在面对新兴技术和需求时所面 临的挑战，如环境友好材料、可持续发展等。
了解人工智能在材料科学中的应用，如材料 设计、加工过程优化等，以推动材料科学的 发展。
学习方法
课程将采用讲座、案例分析和实验等多种教学 方法，帮助学习者全面理解材料科学的概念和 应用。
课程内容
我们将涵盖材料科学的基础知识、加工与性能、 新材料与应用，以及未来发展趋势等内容。
考试评估
学习者将参加期中考试和期末考试，以及完成 课程作业和实验报告，综合评估学习成果。
基础知识
1 材料科学的定义
《材料科学概论》PPT课 件
欢迎来到《材料科学概论》PPT课件！在这个课程中，我们将一起探索材料科 学的世界，了解材料的定义、分类和加工方式，还会探讨材料的性能评估、 新材料与应用，以及材料科学的未来发展趋势。
课程介绍
课程目标
通过本课程，学习者将了解材料科学的基础知 识，培养对材料的分类和性能评估的认知，以 及掌握材料加工方法。
料的可行性和应用潜力。
材料的加工方法
学习不同的材料加工方法，包括冶金和 塑料加工，了解其原理和实际应用。
新材料和的材料研究进展，如纳米材料、新能源材 料等，了解它们带来的革新和应用领域。
《材料概论第》PPT课件
• Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding).
• Atomic level Arrangement of atoms in materials for the same atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond.
Tin
210 thousand
Molybdenum Titanium W Uranium Silver Gold Platinum
121 thousand 95 thousand 43 thousand 39 thousand 14 thousand 1.9 thousand 270 ton
2020/12/21
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2020/12/21
精选ppt
7
1.1 材料科学与工程的发展史
芳纶纤维
Ceramics 10,000 BC 5,000 BC 1,000 BC
2020/12/21
DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
8
2020/12/21
DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
•Bauxite
101 million
•Coal
4,573 million
•Iron ore
943 million
•Cement
1121 million
材料科学与工程概论
材料科学与工程概论第一章绪论第一节元素、物质、材料第二节材料对人类文明进步的意义2.1 材料与人类的日常生活2.2 材料与新技术革命2.3 材料与国防现代化第三节怎样得到新材料第四节材料科学与工程基本要素第二章材料的微观世界第一节固体原子间相互作用和材料分类1.1 元素周期表及电负性1.2 原子结合能与结合力1.3 化学键1.4 材料分类第二节固体中原子的排列2.1 晶体结构2.2 准晶、非晶、液晶结构2.3 晶体缺陷第三节相与组织3.1 相与组织3.2 相的分类3.3 相图3.4 Fe-C 二元相图第四节固体中的电子4.1 单个原子的电子分布4.2 晶体中的电子4.3 导体、半导体和绝缘体第三章材料的组织结构与性能的关系第一节结构材料1.1 材料在承载时发生的变化1.2 金属材料1.3 无机非金属材料1.4 有机高分子材料1.5 复合材料第二节功能材料2.1 功能材料性能简介2.2 电性能与微观结构的关系2.3 光性能与微观结构的关系2.4 磁性能与微观结构的关系1.1 材料工艺的重要第四章材料工艺第一节材料工艺的重要性1.2 材料工艺的创新途径1.1 材料工艺的重要1.3 材料工艺的经济性、稳定性和环境兼容性第二节生产工艺2.1 金属材料2.2 陶瓷材料2.3 高分子材料2.4 单晶材料第三节加工工艺3.1 金属加工工艺3.2 塑料和橡胶的加工工艺3.3 复合材料的加工工艺第四节材料工艺性能的表征4.1 直接实验法4.2 相关法第五节新工艺新技术5.1 表面改性5.2 金属雾化喷射沉积5.3 金属半固态加工5.4 自蔓延合成技术第五章零件失效分析与选材原则第一节产品、工程的质量与材料第二节失效分析及其重要性第三节选材原则与方法3.2 选材方法第四节零件失效分析4.1 失效过程和产生失效原因的特点4.2 失效分析的正确思路4.3 断裂失效4.4 磨损失效4.5 环境介质作用下的失效4.6 金属失效的预防3.1 选材原则。
材料概论绪论课件
铝合金等。
材料的复合化
01
02
03
04
金属基复合材料
利用金属与非金属材料的复合 ，获得具有优异性能的复合材
料。
陶瓷基复合材料
利用陶瓷与非金属材料的复合 ，提高陶瓷材料的韧性和抗冲
击性能。
高分子基复合材料
利用高分子与无机非金属材料 的复合，获得具有优异性能的
高分子复合材料。
纳米复合材料
利用纳米技术与高分子、陶瓷 、金属等材料的复合，获得具
有纳米尺度的复合材料。
生物材料的发展
生物相容性材料
研究开发与生物体相容的 材料，用于医疗器械、人 工器官等领域。
生物降解材料
研究开发能够在生物体内 降解的材料，用于药物载 体、手术缝合线等领域。
生物活性材料
研究开发具有生物活性的 材料，如生物活性玻璃、 生物活性陶瓷等。
材料科学的分类
总结词
材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分 子材料和复合材料等。
详细描述
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主组成的材料 ，具有导电、导热等优良性能，广泛应用于工业、建筑 和日常生活中。无机非金属材料是指以非金属元素或以 非金属元素为主组成的固体无机材料，如陶瓷、玻璃、 水泥等，具有耐高温、耐腐蚀等特性。高分子材料是由 大量分子链组成的材料，如塑料、橡胶、纤维等，具有 质轻、绝缘等特性。复合材料是由两种或多种材料组成 的新型材料，通过复合可以获得单一材料所不具备的性 能。
材料的回收与再利用
资源节约
通过材料的回收与再利用，可以减少对新资源的 需求，从而节约资源，降低开采对环境的影响。
减少污染
回收与再利用可以减少废物的产生，从而降低对 环境的污染。
第5章新材料技术
中储量丰富、成本低，并且可以拉制出
大尺寸的完整单晶，使之成为目前电子 第一台晶体管收音机
信息工业领域的主要半导体材料
仅包含4只锗晶体管
• 砷化镓由于电子运动速度快、电子激发 后释放能量以发光形式进行等特点，很 可能成为继硅之后第二种最重要的半导 体电子材料，制成的晶体管可以制造出 速度更快、功能更强的计算机（10倍）
• 纳米颗粒型材料：也称纳米粉末，一般 指粒度在100nm以下的粉末或颗粒。由 于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等 原因，它具有不同于常规固体的新特性。
• 纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米 的超微颗粒在高压力下压制成型，或再 经一定热处理工序后所生成的致密型固 体材料。
氧化锌晶体
几种典型的纳米材料
强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、防
辐射玻璃等。
防弹玻璃
• 光导纤维：纯度极高的玻璃纤维制 成使现代通信技术发生了革命性的 转变，并且在医疗、遥感、遥测等 领域也得到越来越广泛的应用。
• 光纤通信具有传输距离远、保密性 由光导纤维构成的光缆 好、抗干扰等优点，一条电缆就可
以传输几百万路电话；可传输高强
度的激光 ；制作光纤传感器
• 增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、 高聚物、金属、天然纤维、织物、晶 体等；基体包括高聚体（树脂）基、 金属基、陶瓷基、碳基等
• 树脂基复合材料用于建筑、造船、车 辆、化工容器、生活用品等
• 金属基复合材料是宇航、航空技术的 理想材料
碳基复合材料
耐磨陶瓷复合材料膨胀节
树脂基复合材料
5.4 复合材料
防辐射高铅玻璃 光导纤维工艺品
5.3 新型无机发展起来的 重要信息材料，通过近几十年来的研究 工作，半导体材料种类不断更新，应用 领域不断扩展，成为信息技术发展的基 础。
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第5章 无机非金属材料
5.1 陶瓷材料 5.2 水 泥 和 玻 璃 5.3 矿物材料简介
1
第5章 无机非金属材料
5.1 陶 瓷 材 料 5.1.1 概述
1．陶瓷的概念 陶瓷(Ceramics)是一类历史悠久的无机非金属材料。陶 瓷在国际上并没有统一的定义。
2
第5章 无机非金属材料
11
第5章 无机非金属材料
2．陶瓷的性能 1) 高弹性模量、高硬度 陶瓷主要以离子键和共价键结合，其弹性模量和硬度在 各类材料中是最高的。
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第5章 无机非金属材料
2) 低抗拉强度和较高抗压强 由于陶瓷材料结合键的结合力很高，因此具有很高的理 论强度，但其微观结构又具有复杂性和不均匀性(原料粉碎、 混合和烧结成型过程中产生的杂质、气孔及各种缺陷的影 响)，则容易产生裂纹，致使陶瓷材料的实际抗拉强度值(约 为E/1000～E/100或更低)远低于理论值(约为E/10～E/5)， 比金属的要低得多。
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第5章 无机非金属材料
3) 塑性、韧性低，脆性大 由于陶瓷材料的滑移系非常少，同时共价键又有明显的 方向性和饱和性、而离子键的同性离子接近时排斥力很大， 所以在陶瓷材料受到外载荷时不发生塑性变形而直接断裂， 即在低应力下脆断。
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第5章 无机非金属材料
4) 优良的高温性能和低抗热振性 陶瓷的熔点远高于金属，因而具有优于金属的高温 强度。
4
第5章 无机非金属材料
3．陶瓷的分类 陶瓷制品是多种多样的。从微细的单晶晶须、细小的磁 芯和衬底基板到几吨重的耐火炉炉衬材料，从严格控制组成 的单相制品到多相多组分制品，以及从无气孔而透明的各类 晶体到轻质绝缘的泡沫制品(多孔陶瓷)等，由于其品种如此 之多、范围如此之广，目前对陶瓷尚无统一的分类方法。
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第5章 无机非金属材料
4．施釉 施釉是指通过高温方式，在陶瓷生坯上或烧好的瓷件上 烧附一层近似玻璃态的物质，使其表面具有光亮、美观、致 密、绝缘、不吸水、不透水及化学稳定性好等优异性能的一 种工艺方法。
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第5章 无机非金属材料
5．烧成或烧结 烧成通常是指在高温下粉粒集合体(坯体)表面积减少、 气孔率降低、致密度提高、颗粒间接触面积增大以及机械强 度提高的过程。干燥后的陶瓷坯体必须经过高温烧成，才能 获得坚固的外形并达到所要求性能。
表 5-1 常用的陶瓷粉体及其合成原料
化学试剂 煅烧氧化铝、氯化铝、硫酸铝氨、氢氧化铝、有机氯盐(醇盐) 氧氯化锆、硫酸锆、硝酸锆、有机锆盐(如醇盐、醋酸盐) 氯化钇、有机钇盐(如醇盐) 碳酸钡、草酸钡、硝酸钡、氧化钛、钛酸盐、有机钡(钛)盐(如醇盐) 煅烧氧化镁、氧化镁、有机镁盐 相关组分氧化物、草酸盐、硝酸盐、有机盐(醇盐、柠檬酸盐等) 氧化物、硝酸盐、有机盐等
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第5章 无机非金属材料
目前，应用较多的方法主要有以下几种。 1) 热压烧结 2) 气氛烧结 3) 反应烧结 4) 热等静压烧结 5) 等离子体烧结 6) 微波烧结
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第5章 无机非金属材料
6．陶瓷的加工与表面改性 1) 陶瓷的加工 传统陶瓷在烧成后一般不需要加工，但烧结后的特种陶 瓷制件，在形状、尺寸、表面状态等方面一般难以满足使用 要求。
7
第5章 无机非金属材料
图5-1 硅酸盐的基本结构单元
8
第5章 无机非金属材料
图5-2 链状连接[SiO4]源自面体结构9第5章 无机非金属材料
2) 玻璃相 玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷材料中SiO2在烧结处 于熔化状态后冷却时原子不能规则排列形成的非晶态玻璃相。
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第5章 无机非金属材料
3) 气相 气相是陶瓷中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或气孔，常以孤立状态分布在 玻璃相中，或以细小气孔分布在晶界和晶内，是陶瓷生产工 艺中不可避免地形成而保留下来的。
2．陶瓷的原料 大多数传统陶瓷的主要原料有黏土、石英和长石。黏土 是细颗粒的含水硅酸盐，如高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、 蒙脱土(Al2O3·4SiO2·nH2O)等，它们具有层状的晶体结构， 属于可塑性原料。
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第5章 无机非金属材料
陶瓷材料 氧化铝 氧化锆 氧化钇 钛酸钡 氧化镁
锆钛酸铅(PZT、PLZT) 锰锌铁氧体
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第5章 无机非金属材料
5) 热性能 热性能包括熔点、比热容、热膨胀系数、热导率等与温 度有关的物理性能。
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第5章 无机非金属材料
6) 电性能与绝缘性好 大多数陶瓷具有很高的电阻率、很低的介电常数和介电 损耗，因此可以作为绝缘材料。
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第5章 无机非金属材料
7) 化学稳定性 从陶瓷的晶体结构看，金属正离子被周围氧负离子所包 围，屏蔽于其紧密排列的间隙之中，很难再与周围的氧发生 反应，甚至在1000℃以上的高温下也是如此，所以陶瓷具有 很好的耐火性或不燃烧性。
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第5章 无机非金属材料
2．陶瓷坯体的成型 陶瓷成型是将配制成的浆料、可塑泥团、半干粉料，经 适当的方法和设备制成一定形状、体积和强度的块体的过程。 陶瓷的成型方法很多，按坯料含水量的多少可分为三种：粉 料成型法、塑性料团成型法、注浆成型法。
21
第5章 无机非金属材料
3．陶瓷坯体的干燥与排塑 成型后的坯件含有较多的水分，强度不是很高，而且成 型体中含有一定量的有机添加剂和溶剂。
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第5章 无机非金属材料
5.1.3 陶瓷的制备工艺 1．陶瓷坯料的制备 1) 传统陶瓷坯料的制备 陶瓷坯料是指陶瓷原料经过配料和加工后得到的多成分
混合物，一般指成型前按照要求配制好的供成型的物料。
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第5章 无机非金属材料
2) 特种陶瓷坯料的制备 特种陶瓷在性能方面有着相对较高的要求，因而其原料 采用高纯的化学试剂合成陶瓷粉末，以满足特种陶瓷原料高 纯度的要求。
5
第5章 无机非金属材料
5.1.2 陶瓷的结构与性能 1．陶瓷的结构 陶瓷是由金属元素和非金属元素的化合物组成，主要成
分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、Na2O、PbO等。
6
第5章 无机非金属材料
1) 晶体相 晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，而且是多相多晶体， 又分为主晶相、次生相和第三相等。