先进陶瓷材料讲义 ppt课件
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先进陶瓷材料培训课件：结构陶瓷的力学性能、热学性能、抗热震性、陶瓷材料的断裂过程
的关系符合Hall-Petch关系式：
b ＝ o ＋kd-1/2
(1-6)
式中o为无限大单晶的强度，k为系数，d为晶粒直径。从
上式可以看出，细晶组织对提高材料的室温强度有利无害，而
晶界相的性质与厚度、晶粒形状对强度的影响则较为复杂。
温度 陶瓷材料的一个显著特点是高温强度比金属高很多。
当温度T<0.5Tm时，基本保持不变；当温度高于0.5Tm时，才出
高性能结构陶瓷是指具有高强度、高韧性、高硬度、耐 高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先 进的结构陶瓷，已逐步成为航天航空、新能源、电子信息、汽
车、冶金、化工等工业技术领域不可缺少的关键材料。
根据材料的化学组成，高性能结构陶瓷又可分为: 氧化物陶瓷（如Al2O3、ZrO2）、 氮化物陶瓷（如Si3N4、AlN）、 碳化物陶瓷（如SiC、TiC）、 硼化物陶瓷（如TiB2、ZrB2）、 硅化物陶瓷（如MoSi2） 及其他新型结构陶瓷（如Cf/SiC复合材料）。
1.2 高性能陶瓷的基本特性
陶瓷材料的特性主要由其化学键、晶体结构以及晶体缺陷 等决定。从晶体结构看，陶瓷材料的原子间结合力主要为离子 键、共价键或离子–共价混合键。这些化学键不仅结合强度高， 而且还具有方向性。
晶体缺陷（特别是线缺陷和位错）可以在晶体中运动，位 错沿最密排面、最密排方向运动所需的临界切应力很小。这种 位错的大量运动，使晶面产生明显的滑移现象，并产生宏观塑 性变形。
研究结果表明，陶瓷超塑性与金属超塑性的不同点如下： (1) 超塑性陶瓷的应变速率和应力之间既没有金属超塑性那 样的依赖关系，也无单一的 n 值。 (2) 当存在晶间玻璃相时，陶瓷的 n 值几乎随玻璃相增加而 减小；而超塑性金属的n值几乎随初始晶粒尺寸增大而减小。
陶瓷材料简要介绍参考幻灯片
烧结工艺
优点
缺点
反应烧结 烧结时几乎没有收缩， 密度低，强度低，耐
能得到复杂的形状
蚀性差
热压烧结 用较少的助剂就能致密 只能制造简单形状， 化，强度、耐蚀性最好 烧结助剂使高温强度 降低
2020/4/2
37
特点：
（1）硬度高：氮化硅的硬度高，HV=18GPa~21GPa，仅次于金
刚石、立方BN、B4C等少数几种超硬材料。
3.2 弯曲强度
弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种
3P L 2b h2
(MPa)
式中σ为抗弯强度(MPa)， P为加载载荷(N)，L为支点跨距（mm)， b为试样断口处宽度(mm)， 三点弯曲强度测试示意图 h为试样断口处高度(mm)。
3.3 断裂韧性
应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材 料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，常用的方法有 单边切口梁法、压痕法、双扭法和双悬臂梁法。本节只简要介 绍压痕法测定方法。
莫氏硬度：是应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所测试
样的表面而发生划痕，其硬度值并非绝对硬度值，而是按硬
度的顺序表示的值。
莫氏硬度表
分级
代表材料
分级
代表材料 分级 代表材料
1
滑石
2
4
萤石
5
7
石英玻璃
8
石膏 磷灰石 石英
3
方解石
6
正长石
9
黄玉
10
石榴石
11
熔融氧化铝 12
刚玉
13
碳化硅
14
碳化硼
15
金刚石
以BeO陶瓷为基板的10cm*5cm高密度电路
4.2.2 氮化物陶瓷
--新型陶瓷材料PPT课件
金刚石膜SEM形貌 金刚石膜刀具
革新与改革，制品形态也有很
大变化，由过去以块状和粉状
为主向着单晶化、薄膜化、纤维化和复合化方向发展.
-
22
三、新型结构陶瓷材料
㈠ 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
单相Al2O3陶瓷组织
-
单相Al2O3
SEM形貌
23
根据Al2O3含量不同分为 75瓷(含75%Al2O3，又称 刚玉-莫来石瓷)、95瓷和
99瓷，后两者又称刚玉瓷。
氧化铝陶瓷耐高温性能好， 可 使 用 到 1950℃, 。 具 有 良好的电绝缘性能及耐磨 性。微晶刚玉
的硬度极高(仅
次于金刚石).
氧化铝密封环
-
氧化铝耐高温喷嘴
陶瓷。工程结构陶瓷有许多种，但目前
研究最多、并认为最有发展前途的是氮
化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。
陶瓷电容器
利用陶瓷特有的物理性能制造的陶瓷材
料称功能陶瓷。由于它们具有的物理性
能差异往往很大，所以用途很广泛。
-
20
二、新型陶瓷材料的特点
与传统陶瓷材料相比，新型陶瓷材料除原料来源不 同外，还具有以下特点：
美元的先进陶瓷年销售额中,
我国的销售额仅占1％~2％。 我国研制的胶态原位凝固成型的各种陶瓷部件
-
7
一、陶瓷材料的特点及分类
㈠陶瓷材料的特点 1.陶瓷材料的相组成特点
陶瓷材料的基本相及其结 构要比金属复杂得多，它 通常由三种不同的相组成, 即晶相(1)、玻璃相(2)和气相(气孔3)。
晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理
先进陶瓷材料
2先进陶瓷的特点陶瓷材料，从广义上讲，是指除有机和金属材料之外的所有其它材料，即无机非金属材料。
这里将现代的陶瓷材料冠以“先进”（也可称作“精细”、“高技术”等），是为了与传统的陶瓷材料相区别。
原料不同结构不同它们的差别主要体现在：制备工艺不同性能不同原料结构以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用化学和相组成复杂、多样，杂质成份和杂质相众多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，且多气孔使用经人工合成的高质量的粒体作起始材料一般化学和相组成较简单、明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，其显微结构一般均匀而细密制备工艺性能矿物经混合可直接用于湿法成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃到1400℃，烧成后一般不需加工一般限于日用和建筑使用用的高纯度粉体必须添加有机的添加剂才能干法或湿法成型，烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工优异的力学性质特别是高温力学性质和各种光、电、声、磁的功能，在各个工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织、汽车、航天、核工业和军事工业中3先进陶瓷的分类电子陶瓷结构陶瓷先进陶瓷涂层/薄膜复合材料纳米陶瓷问题原料制备难用机械的方法很难得到高纯度的、球状的粉体。
只能用化学的或物理的方法合成,通过合成可得到大多数纳米级的陶瓷粉体。
纳米粉体的团聚给陶瓷烧成带来麻烦在烧结后将引入大量的缺陷和气孔,严重影响烧结体的致密度和它的性能;团聚体亦将加速粉体在烧成过程中的二次重结晶,形成大晶粒,达不到纳米尺寸的要求。
因此,防止和消除粉体团聚是人们充分注意的问题。
问题原料制备难表征难纳米粉体如何表征,如何确认它是高纯的、符合化学式的、球状和无团聚的纳米粉体,因为常规的表征微米粉体的手段和方法往往无能为力或误导,必须探求新的测试方法或几种方法对照分析才能得到所需的表征结果。
（2）先进陶瓷的制备先进陶瓷的制备粉体制备成型烧结和加工。
先进陶瓷材料第二讲 结构陶瓷材料(I)
工艺过程：
金属无机盐 金属有机盐
水解
溶胶
凝胶化 凝胶
煅烧、分散
超微粉体
块体
干燥
陶瓷粉体的制备
基本特点： 均匀性好 纯度高 颗粒较小（凝胶颗粒<0.1µm） 易烧结
是制备纳米粉体的一种常用方法
微乳液法
原理
利用双亲性物 质稳定后得到 的水包油或油 包水型分散系
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
（一）陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
制备科学的内涵及其重要性
可“靠为性了，实陶现瓷具制有备均科匀学性是和必重使需复用的性效”的能（无60缺年代陷美显国微材料结顾构问，委员提会高材
料领域调研报告）
先进陶瓷材料涉及学科
凝合聚成态与物制理备 固态化学
结晶化学
性能 组成与结构
LiCoPO4 粉体的显微形貌
Bi4Ti3O12 粉体的显微形貌
特点： 产物纯度高 结晶状态好 工艺相对简单 适合于产业化
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
沉淀法
基本思路 ：
添加沉淀剂
金属盐溶液
盐或氢氧化物 热分解 氧化物粉末
分离
陶瓷粉体的制备
（1）直接沉淀法 BaTiO3制备 将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在异丙 醇或苯中，加水分解（水解）就能得到 颗粒直径为5-15nm的高纯BaTiO3粉末
胶体化先学进陶瓷材料科学与工程四面体
合成与制备－组成与结构－性能－使用效能
结构陶瓷的制备 原料制备
结构陶瓷材料的制备科学
烧结
坯料制备
后处理
坯体成型
陶瓷粉体的制备
超微粉体的制备方法 结构陶瓷——由晶粒和晶界构成的多晶体 粉体——成型——烧结——多晶体 粉体性质——陶瓷材料性能 粉体制备方法： 固相法 液相法 气相法
金属无机盐 金属有机盐
水解
溶胶
凝胶化 凝胶
煅烧、分散
超微粉体
块体
干燥
陶瓷粉体的制备
基本特点： 均匀性好 纯度高 颗粒较小（凝胶颗粒<0.1µm） 易烧结
是制备纳米粉体的一种常用方法
微乳液法
原理
利用双亲性物 质稳定后得到 的水包油或油 包水型分散系
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
（一）陶瓷粉体的制备
结构陶瓷材料的制备科学
制备科学的内涵及其重要性
可“靠为性了，实陶现瓷具制有备均科匀学性是和必重使需复用的性效”的能（无60缺年代陷美显国微材料结顾构问，委员提会高材
料领域调研报告）
先进陶瓷材料涉及学科
凝合聚成态与物制理备 固态化学
结晶化学
性能 组成与结构
LiCoPO4 粉体的显微形貌
Bi4Ti3O12 粉体的显微形貌
特点： 产物纯度高 结晶状态好 工艺相对简单 适合于产业化
陶瓷粉体的制备
陶瓷粉体的制备
沉淀法
基本思路 ：
添加沉淀剂
金属盐溶液
盐或氢氧化物 热分解 氧化物粉末
分离
陶瓷粉体的制备
（1）直接沉淀法 BaTiO3制备 将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在异丙 醇或苯中，加水分解（水解）就能得到 颗粒直径为5-15nm的高纯BaTiO3粉末
胶体化先学进陶瓷材料科学与工程四面体
合成与制备－组成与结构－性能－使用效能
结构陶瓷的制备 原料制备
结构陶瓷材料的制备科学
烧结
坯料制备
后处理
坯体成型
陶瓷粉体的制备
超微粉体的制备方法 结构陶瓷——由晶粒和晶界构成的多晶体 粉体——成型——烧结——多晶体 粉体性质——陶瓷材料性能 粉体制备方法： 固相法 液相法 气相法
陶瓷材料PPT课件
生物陶瓷
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
材料讲堂：先进陶瓷材料(纯本人制作)(共43张PPT)
正是Si3N4陶瓷具有如此良好的特性，人们常常用它来制造 轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
先进陶瓷材料及进展-第一章概述-PPT课件
系列
材料
特性
用途
纳米陶瓷
纳米氧化物、非氧 化物
超塑性、高韧性
各种高性能 结构零件
低膨胀陶 堇青石、锂辉石、
瓷
钛酸铝
α<2×10-6 ℃-1
耐急冷急热 结构零件
1.2 陶瓷的分类、特性及用途
第一章 概述
表1.4 结构陶瓷的分类、特性和用途(续4,完)
系列
材料
特性
用途
复合 材料
Cf/SiO2、 SiCw/ZrO2
明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士 以“瓷”（china）作为国名。
1.1 陶瓷的定义和发展历史
陶瓷在人类文明史 上功不可没。人类 最早使用的工具—— 石器，可以说就是 一种最早的天然陶 瓷材料。
第一章 概述
1.1 陶瓷的定义和发展历史
第一章 概述
仙人洞旧石器时代遗址
1.1 陶瓷的定义和发展历史
“黏土经成型后高温烧制而得的坚硬的、遇水 不会分散的致密材料”成为陶瓷最早的定义。
1.1 陶瓷的定义和发展历史
第一章 概述
早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水 率、断面粗糙无光、不透明，被称为陶器。
瓷是在陶的制作工艺基础上，对工艺条件和 原料控制更严格、烧制温度更高所得材料。
1.1 陶瓷的定义和发展历史
Mo2B ZrB
WB6
LaB6
1.2 陶瓷的分类、特性及用途
第一章 概述
二 按陶瓷的概念与用途分类
传统陶瓷,又称普通陶瓷。根据其使用领域的 不同，又可分为日用陶瓷、艺术陈设陶瓷、建 筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等。
传统陶瓷以外的广义陶瓷概念中所涉及的陶瓷 材料和制品即为先进陶瓷。
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固态烧结
烧结状态 液相烧结
常压烧结
结
热压烧结
技
热等静压烧结
术
气氛烧结
微波烧结
特殊加热原理 放电等离子烧结 自蔓延烧结
精密加工
陶 瓷 球 阀 磨 削 加 工
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
分析测试
常用仪器
激光粒度仪
差示扫描热分析（DSC）
同步热分析（TGA/DSC） 比表面积分析仪（BET） X射线荧光光谱（XRF） X射线衍射仪 （XRD） 3D激光显微镜 扫描电镜(SEM) 原子力显微镜(AFM) 透射电镜（TEM） X射线光电子能谱（XPS） 拉曼光谱 红外光谱仪
高韧性、高强度、良好的抗冲击性
机床主轴轴承、密封环、模具等
热稳定性、化学稳定性、弹性模量优良
高速磨削道具、防弹装备等
耐腐蚀陶瓷
优良的化学稳定性和耐冲刷性能
化工设备、舰船潜艇密封、金属液体防护、过滤陶瓷等
电子陶瓷 压电、光电、热释电、铁电、绝缘性
电子元器件、超高压绝缘子等
超导陶瓷
超导特性、耐低温
超导光缆、空间、电子、生物等
2003年2月1日
美国“哥伦比亚”号 航天飞机外部燃料箱 表面泡沫材料安装过 程中存在的缺陷，是 造成整起事故的祸首。 “哥伦比亚”号航天 飞机事故调查委员会 去年公布的调查报告 称，外部燃料箱表面 脱落的一块泡沫材料 击中航天飞机热保护 系统，是导致事故发 生的主要原因。
功能陶瓷
电功能陶瓷：
绝缘陶瓷、介电陶瓷、 铁电陶瓷、压电陶瓷、 半导体陶瓷、快离子导 体陶瓷、高温超导陶瓷
敏感陶瓷：
热敏陶瓷、气敏陶瓷、 湿敏陶瓷、压敏陶瓷、 光敏陶瓷
磁功能陶瓷：
软磁铁氧体、硬磁铁氧 体、记忆用铁电体
光功能陶瓷：
透明陶瓷、透明铁电陶 瓷
功能陶瓷
生物及化学功能陶 瓷：
载体用陶瓷、催化用 陶瓷、生物陶瓷
8
先进陶瓷应用性能分析
种类
性能
应用
结构陶瓷
高温陶瓷 高强陶瓷 超硬陶瓷
800℃以上长期使用，超高温短期使用 窑炉器件、柴油机等发动机、航空航天、空间技术等
械 粉 碎 法
坯体成型
成型技术
干法压制成型
干压成型 冷等静压成型
塑性成型
挤压成型 注射成型 热蜡铸成型 扎膜成型
浆料成型
注浆成型 流延成型 凝胶注模成型 原位凝固成型
固体无模成型
熔融沉积成型 三维打印成型 分层实体成型 立体光刻成型 激光选取烧结成型
坯体烧结
坯体烧结 是指把成型坯体转变为致密体的工艺过程。
功能陶瓷：功能陶瓷是具有电、磁、 光、热、化学、生物等特性，且具有相 互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先 进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为 结构陶瓷。
结构陶瓷
（1）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，它们的熔点一般 都在2000摄氏度以上； （2) 碳化物，如SiC、WC、TiC、B4C、ZrC等； （3）氮化物，如Si3N4、BN、AlN、TiN等，氮化物常具有很高的硬度； （4）硼化物，如ZrB2等，硼化物具有很强的抗氧化能力； （5）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中具有很强的抗氧化能力。
先进陶瓷是“采用高度精选或合成 的原料，具有精确控制的化学组成，按 照便于控制的制造技术加工、便于进行 结构设计，并且有优异特性的陶瓷。”
先进陶瓷按照性能和应用可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。
结构陶瓷：是指能作为工程结构材料使 用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高 弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、 抗氧化、抗热震等特性。
住友、村田、东陶
美国
全球第二大先进陶瓷材料生产基地； 国家航空和宇航局对结构陶瓷的大规模
研究与开发； 业内知名企业：格鲁曼、杜邦、赛瑞丹
欧盟
市场份额仅次于日本和美国； 德国、法国在结构陶瓷领域重点研发；
中国
市场份额稳步增长；
我国先进陶瓷产业现状
1） 技术及新产品工程转化极度匮乏 虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料，但绝大部分仍停留在实 验室样品上，有的产品由于成本高及可靠性等问题，市场还不能接受，所 以产品的销售额与发达国家相比相差甚远。
先进陶瓷材料 Advanced ceramic materials
飞雾流雪
目录
先进陶瓷的概念及分类 先进陶瓷国内外研究现状 先进陶瓷的制备工艺及分析表征 以多孔碳化硅结构陶瓷为例
陶 陶瓷
瓷
陶瓷的概念
传统上，陶瓷的概念是指以粘土及 其天然矿物为原料，经过粉碎混合、成 型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品。 亦称为“普通陶瓷”或传统陶瓷。
2）高端粉体制备及分散技术远远落后 我国对陶瓷粉料的制备仍未引起足够的重视，多种陶瓷粉料尚无专业 化生产企业，许多企业不得不“自产自销”。受部分发达国家限制，国内 企业在粉料质量上仍存在较大的波动；同时，粉体的高效分散技术也存在 较大差距。
3）分析测试仪器及制造装备加工技术落后 虽然我国引进了国外先进的工艺装备，像气压烧结炉、热等静压、注 射成型机、流延机等来提高我国的技术装备水平，但因投资大，在经济上 给企业造成了很大压力，从而限制了先进陶瓷的发展。而国内仿制设备因 加工水平差距，可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。
先进陶瓷制备工艺及分析表征
粉体制备 坯体成型 坯体烧结 精密加工 分析测试
粉体制备
气相法
液相法
固相法
活性高 纯度高
粒径小
电 化 等 激 溶乳 溶熔喷 热烧 还机机
阻 加 热 法
学 火 焰 法
离 子 法
光 法
液 法
液 法
-
胶 凝 胶 法
盐 合 成 法
雾 干 燥 法
分 解 法
结 法
原 化 合 法
械 化 学 法
功能陶瓷
光学陶瓷 生物陶瓷
透波性能、透明性、荧光性 与血液、器官良好的生物相容性
基板、天线罩、发光器、陶瓷传感器、激光器件等 陶瓷关节、骨骼、牙齿等
磁性陶瓷
磁导率、矫顽力大、硬度高
微波器件、量子无线电等
储能陶瓷
能量转换与存储特性
热、电、光、氢储能等
物理、化学性能
力学性能
国内外研究发展情况
日本
全球最大先进陶瓷材料生产基地； 功能陶瓷领域垄断国际市场； 业内知名企业：京瓷、东芝、旭硝子、
举例
多孔碳化硅陶瓷制备流程简图
碳化硅、层析氧化铝、石墨原料的微观结构
碳化硅和石墨的TGA-DSC 曲线（10°C/min,空气气氛中）
不同烧结温度（1300-1500°C）相同保温时间（3h）制得的 样品XRD图谱（A代表氧化铝，C代表方石英，M代表莫来石， S代表碳化硅）