陶瓷系列-1-微观结构与力学性能
陶瓷材料的力学性能
第九章陶瓷材料的力学性能§9-1 陶瓷材料概况陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。
金属：金属键高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键）陶瓷：离子键和共价键。
普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。
工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。
工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。
硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。
常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。
一、陶瓷材料的结构和显微组织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。
可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。
如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂（种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。
（可通过热处理改善材料的力学性能）§9-2 陶瓷材料的力学性能强度（高温、低温、室温）韧性、硬度、断裂韧度、疲劳等。
一、陶瓷材料的弹性变形、塑性变形与断裂（图9-23）（1）弹性A）弹性模量大是金属材料的2倍以上。
∵共价键结构有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。
晶体结构复杂，滑移系很少，位错运动困难。
B）弹性模量呈方向性；压缩模量高于拉伸弹性模量结构不均匀性；缺陷C）气孔率↑，弹性模量↓（2）塑性变形a）室温下，绝大多数陶瓷材料塑性变形极小。
b）1000℃以上，大多数陶瓷材料可发生塑性变形（主滑移系运动）c）陶瓷的超塑性超细等轴晶，第二相弥散分布，晶粒间存在无定形相。
1250℃，3.5×10-2 S-1应变速率ε=400%。
利用陶瓷的超塑性，可以对陶瓷进行超塑加工（包括扩散焊接）（3）断裂以各种缺陷（表面或内部）为裂纹源裂纹扩展，瞬时脆断。
缺陷的存在是概率性的。
用韦伯分布函数表示材料断裂]dv F m v m )'()(exp 1)(0σσςσσ⎰⎢⎣⎡--= F(σ)—断裂概率m —韦伯模数σ0—特征应力，该应力下断裂概率为0.632σ’、 σ—试样内部的应力及它们的最大值二、陶瓷材料强度和硬度陶瓷的实际强度比其理论值小1~2个数量级。
陶瓷材料显微结构与性能
1陶瓷烧结过程中影响气孔形成的因素有哪些？(1)煅烧温度过低、时间过低 (2)煅烧是时原料中的水碳酸盐、硫酸盐的分解或有机物的氧化 (3) 煅烧时炉内气氛的扩散 (4) 煅烧时温度过高，升温过快或窑内气氛不合适等。
夏炎2.影响陶瓷显微结构的因素有哪些？参考答案：(1) 原料组成、粒度、配比、混料工艺等(2) 成型方式、成型条件、制品形状等(3)干燥制度（干燥方式、温度制度、气氛条件、压力条件等）(4) 烧成制度（烧成方式、窑炉结构、温度制度、气氛条件、压力条件等）3. 提高陶瓷材料强度及减轻其脆性有哪些途径？参考答案：a.制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷。
例如，采用热等静压烧结制成的Si3N4气孔率极低，其强度接近理论值。
b.在陶瓷表面引入压应力可提高材料的强度。
钢化玻璃是成功应用这一方法的典型例子。
c.消除表面缺陷，可有效地提高材料的实际强度。
d.复合强化。
采用碳纤维、SiC纤维制成陶瓷/陶瓷复合材料，可有效地改善材料的强韧性。
e.ZrO2与增韧。
ZrO2对陶瓷的强韧化的贡献有四种机理（相变增韧、微裂纹增韧、裂纹偏转增韧、表面残余应力增韧）罗念4.影响氧化锆相变增韧的因素是什么？简单叙述氮化硅陶瓷具有的性能及常用的烧结方法。
①晶粒大小。
当晶粒尺寸大于临界尺寸易于相变。
若晶粒尺寸太小，相变也就难以进行。
②添加剂及其含量使用不同的添加剂， t-ZrO2的可转变最佳晶粒大小、范围也不同。
③晶粒取向。
晶粒取向的不同而影响相变导致增韧的机制。
氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐化学溶液和熔体的腐蚀、高电绝缘体、低热膨胀和优良抗热冲击、抗机械冲击等性能。
烧结方法：反应烧结氮化硅、无压烧结氮化硅、重烧结氮化硅、气氛加压氮化硅和热压烧结氮化硅。
——李成5.气孔对功能陶瓷性能的影响及降低功能陶瓷中的气孔量的措施？气孔均可使磁感应强度、弹性模量、抗折强度、磁导率、电击穿强度下降，对畴运动造成钉扎作用，影响了铁电铁磁性。
陶瓷的力学性能
陶瓷的力学性能陶瓷材料的化学健大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，同一般的金属相比，其晶体结构复杂而表面能小。
因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。
因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素，不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。
本节主要讨论弹性、硬度、强度、韧性及其组织结构因素、环境因素的影响。
一．弹性性能1.弹性和弹性模量陶瓷材料为脆性材料，在室温下承载时几乎不能产生塑性变形，而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。
因此，其弹性性质就显得尤为重要。
与其他固体材料一样。
陶瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。
陶瓷的弹性变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。
弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。
表11.3给出一些陶瓷在室温下的弹性模量。
2.温度对弹性模量的影响由于原子间距和结合力随温度的变化而变化，所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。
原子间距增大，由成j变为d，(见图11.2)而该处曲线的斜率变缓，即弹性模量降低。
因此，固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。
图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。
一般来说，热膨胀系数小的物质，往往具有较高的弹性模量。
3.弹性模量与熔点的关系物质熔点的高低反映其原子间结合力的大小。
一般来说，弹性模量与熔点成正比例关系。
不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧化物＜氯化物＜硼化挪＜碳化物。
泊松比也是描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。
表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。
可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松比都小于金属材制的泊松比。
4.弹性模量与材料致密度的关系陶瓷材料的致密度对其弹性模量影响很大。
图11.5给出AL2O3陶瓷的弹性模量随气孔率的变化及某些理论计算值的比较。
Fros指出弹性模量与气孔率之间将会指数关系E=E0exp(-BP)式中B--常数。
陶瓷材料力学性能.
微裂纹增韧
• 引起微裂纹的原因： • 相变体积膨胀产生微裂纹； • 由于温度变化基体相与分散相之间热膨胀系数不 同引发微裂纹； • 还可能是材料原来已经存在的微裂纹。
第六节 陶瓷材料的疲劳
• 一、陶瓷材料的疲劳类型
• 陶瓷材料的疲劳，除在循环载荷作用下存 在机械疲劳效应外，其含义要比金属材料 的要广。 • 静态疲劳：在静载荷作用下，陶瓷承载能 力随着时间延长而下降的断裂现象； • 动态疲劳：恒加载速率下，陶瓷承载能力 随着时间延长而下降的断裂现象。
第一节 陶瓷材料的结构
• 陶瓷材料的组成与结合键
负电性所体现的是一个原于吸住电子的能力，元素的负电性与其在 周期表中的位置有关，大约当负电性差∆X<0.4～0.5时，对形成固溶 体有利，当∆X增大时，则形成化合物的倾向增大。
• 陶瓷材料的显微结构
• 陶瓷材料由晶相、玻璃相和气孔组成。 • 如果玻璃相分布于主晶相界面，在高温下陶瓷材 料的强度下降，易于产生塑性变形。 • 气孔率增大，陶瓷材料的致密度降低，强度及硬 度下降。
结束
陶瓷材料疲劳特性评价
• 一般来讲，金属随着屈服强度增大，△Kth下降不多， 但KIC值显著降低，所以△Kth/KIC值增大。这表明随 材料屈服强度增加，其疲劳裂纹难以萌生，陶瓷材料 的△Kth /KIC值比金属大得多，说明陶瓷更难产生疲 劳裂纹。 • 陶瓷材料在室温及大气中也会产生应力腐蚀断裂，其 应力腐蚀门槛值KISCC与KIC的比值较钢低，陶瓷材料 的KISCC/KIC值比△Kth/KIC值大，所以陶瓷材料的应力 腐蚀开裂比疲劳更难产生。 • KISCC：应力腐蚀门槛值，应力腐蚀临界应力场强度 因子，是指试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断 裂的最大应力场强度因子。
陶瓷的显微结构及性能
2.3 瓷器的性质
衡量日用细瓷的质量分为外观质量和内在质量
外观质量 白度 透光度 釉面光泽度 尺寸规格及 装饰等 内在质量 热稳定性：经受从200℃到20℃水中急冷一次未裂。 致密度 机械强度 硬度 坯釉结合性 产品表面铅溶出量等 一般要求在60－70％，高白瓷＞80 ％ 一般细瓷透光度为 Ir 为2-20％ 高级细瓷光泽度≥114度
2.3.4 铅溶出量
1、概念
含铅的釉料、彩料在酸液作用下可溶性铅会溶出来。 由于铅元素及其氧化物对人体健康有害（对儿童影响大，血液/升 ≤12.7mg），中国高级日用瓷产品质量标准中规定“与食物接触的表面，画 面铅溶出量不得超过百万分之七”。
2.测定方法
（ 1 ）样品的浸泡：按要求取样和处理后，在4％的醋酸溶液中，在22±2℃ 温度浸泡24小时±10分钟； （2）测定浸泡液体积，准确至2％； （3）测定浸泡液中铅的溶出量。
长石瓷瓷胎的显微结构： 莫来石、残余石英晶体、玻璃相、气孔。
原 料 配 比
粘土 40-60％ 长石 20-30％ 石英 20-30％
1250-1400℃
玻璃 40-60％
莫来石 20-30％
相 残余石英 20-30 组 成 ％
少量气孔
长石瓷显微结构形成过程
• <1000℃
650℃ Al2 O3 2SiO2 2H 2 O 550 ~ Al2 O3 2SiO2＋2H 2 O
高岭石
偏高岭石
950℃ 3( Al2O3 2SiO2 ) 3Al2O3 2SiO2＋4SiO2
偏高岭石
（一次）莫来石
无定形石英
℃ SiO2 573 SiO2
ΔV＝+0.82％
陶瓷材料的力学性能
当温度进一步升高时（C区）。二维滑移系 开动，位错塞积群中的一部分位错产生的交叉滑 移随温度的升高而变得活跃，由此而产生的对位 错塞积群前端应力的松弛作用就越发明显。所以 在此区域内，断裂应力有随温度的升高而上升的 趋势。
图11－10给出的是陶瓷材料的强度随温度变 化关系的一般趋势。并非对所有的陶瓷材料都符 合很好，也并非对所有陶瓷材料A、B、C三个区 都出现。
因此了解陶瓷的性能特点及其控制因素，不论 是对研究开发，还是使用、设计都是十分重要的。
1 陶瓷材料的弹性性能
• 1.1 陶瓷材料的弹性模量 • 1.2 弹性模量的影响因素 • 1.3 复合材料的弹性模量 • 1.4 单晶体陶瓷弹性模量的各向异性
1.1 陶瓷材料的弹性模量
陶瓷材料为脆性材料，在室温下承载时几乎不 能产生塑性变形，而在弹性变形范围内就产生断裂 破坏，因此，其弹性性质就显得尤为重要。与其他 固体材料一样，陶瓷的弹性变形可用虎克定律来描 述。
1.2 弹性模量的影响因素
• 1 温度对弹性的影响 • 2 弹性模量与熔点的关系 • 3 弹性模量与材料致密度的关系
1 温度对弹性的影响
• 由于原子间距及结合力随温度的变化而变化，所以弹性模量 对温度变化很敏感。当温度升高时，原子间距增大，由d0变为 dt(如图11-1),而dt处曲线的斜率变缓,即弹性模量降低。
111陶瓷材料的弹性性能112陶瓷材料的强度及其影响因素113陶瓷材料的断裂韧性与热抗震性第十一章陶瓷材料的力学性能陶瓷材料的化学键大都为离子键和共价键键合牢固并有明显的方向性同一般的金属相比其晶体结构复杂而表面能小因此它的强度硬度弹性模量耐磨性耐蚀性及耐热性比金属优越但塑性韧性可加工性抗热震性及使用可靠性却不如金属
E 100kTm （11－1） Va
陶瓷材料的力学性能
式中，p为气孔率，σ0为p＝0时的强度，α为 常数，其值在4－7之间，许多试验数据与此式接近 。
根据上式可推断出当p＝10％时，陶瓷的强度 就下降到无气孔时的一半。陶瓷的气孔率约为 3％，陶器的气孔率约为10％－15％。当材料成分 相同，气孔率的不同将引起强度的显著差异。
图11－8示出AL2O3陶瓷的弯曲强度与气孔率之 间的关系。可以看出，试验与理论值符合较好。
由上述可知，为了获得高强度，应制备接近理 论密度的无气孔陶瓷材料。
图8 Al2O3的强度与气孔率的关系
2 晶体尺寸对强度的影响
陶瓷材料的强度与晶粒尺寸的关系与金属有类 似的规律，也符合Hall－Petch关系式
1.2 弹性模量的影响因素
• 1 温度对弹性的影响 • 2 弹性模量与熔点的关系 • 3 弹性模量与材料致密度的关系
1 温度对弹性的影响
• 由于原子间距及结合力随温度的变化而变化，所以弹性模量 对温度变化很敏感。当温度升高时，原子间距增大，由d0变为 dt(如图11-1),而dt处曲线的斜率变缓,即弹性模量降低。
3 晶界相的性质于厚度、晶粒形状对强度的影 响
• 陶瓷材料的烧结大都要加入助烧剂，因此形成 一定量的低熔点晶界相而促进致密化。晶界相的成 分、性质及数量（厚度）对强度有显著影响。晶界 相最好能起裂纹过界扩展并松弛裂纹尖端应立场的 作用。
• 晶界玻璃相的存在对强度是不利的，所以应通 过热处理使其晶化。对单相多晶陶瓷材料，晶粒形 成最好为均匀的等轴晶粒，这样承载时变形均匀而 不易引起应力集中，从而使强度得到充分发挥。
综上所述，高强度单相多晶陶瓷的显 微组织应符合如下要求：
①晶粒尺寸小，晶体缺陷少； ②晶粒尺寸均匀、等轴，不易在晶界处引起应 力集中； ③晶界相含量适当，并尽量减少脆性玻璃相含 量，应能阻止晶内裂纹过界扩展，并能松弛裂纹 尖端应力集中； ④减小气孔率，使其尽量接近理论密度。
陶瓷的显微结构及性能课件
生物陶瓷 生物陶瓷具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在生物医疗 领域有广泛应用，如人工关节、牙齿等。
环保与可持续发展
1 2 3
降低能耗 陶瓷产业是高能耗产业，通过技术进步和产业升 级，降低陶瓷产业的能耗，有利于环境保护和可 持续发展。
陶瓷在医疗领域中用于制造人工关节、牙 科材料等，如人工关节置换材料、牙齿修 复材料等。
CHAPTER 02
陶瓷的显微结构
陶瓷的晶体结构
01
02
03
晶体结构定义
陶瓷的晶体结构是指陶瓷 内部质点的排列方式，包 括原子、分子的位置和排 列顺序。
晶体结构的分类
根据原子排列的规律性， 陶瓷的晶体结构可分为晶 体和玻璃相两大类。
原料处理
对原料进行破碎、混合、干燥等处 理，以保证其均匀性和稳定性。
成型工 艺
塑性成型
利用黏土的可塑性，通过压滤、 挤压、注浆等工艺成型。
干压成型
将粉末状原料在模具中加压成型， 适用于形状复杂的陶瓷部件。
热压成型
在加热条件下加压成型，适用于 热塑性陶瓷材料。
烧成工艺
烧成温度
控制烧成温度，以实现陶瓷的完全烧结和性能优化。
晶体结构的稳定性
晶体结构的稳定性决定了 陶瓷的力学性能、热学性 能和化学稳定性等。
陶瓷的显微组织
显微组织的定义
陶瓷的显微组织是指陶瓷中晶粒的大 小、形状、分布和晶界特征等。
显微组织与性能关系
陶瓷的显微组织对其力学性能、热学 性能、电学性能和磁学性能等均有影 响。
显微组织的影响因素
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氧化铝陶瓷
通过以下方法可改善氧化铝的透光性： 提高密度，以减少气孔；
限制气孔的尺寸，使其不与透过光干涉；
限制晶粒尺寸（减少晶粒尺寸），从而提高均匀性。 提高材料的纯度，以减少玻璃相和杂质相。
具体措施：采用高纯、细的Al2O3粉为原料(一般用硫酸铝氨 热分解法生产的高纯Al2O3粉体为原料)，掺杂MgO(0.5wt%),在 氢气氛下烧结。
二、结构陶瓷
结构陶瓷具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、耐冲 刷、抗氧化、耐烧蚀、高温下蠕变小等优异性 能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任 的严酷工作环境，因而广泛应用于能源、航空 航天、机械、汽车、冶金、化工、电子等领域。
通常根据结构陶瓷的使用领域和组分来对其进行分类:
机械陶瓷
使用领域
热机陶瓷
②氮化物陶瓷
氮化物陶瓷材料：室温和高温强度高、硬度高、 耐磨蚀性和良好的抗热冲击及机械冲击性能，被材料 科学界认为是结构陶瓷领域中综合性能优良，最有希 望代替镍基合金在高科技、高温领域中获得广泛应用 的一种新材料。 氮化物陶瓷的缺点是抗氧化能力差。
氮化铝陶瓷
氮化铝发现于1842年，最初用于固氮剂及冶炼铝及 铝合金的耐火材料。由于氮化铝陶瓷具有高热导率 （理论热导率320W/m·K），与硅相匹配的热膨胀系 数，无毒、密度低、比强度高的特点，近年来，氮 化铝陶瓷作为新一代信息材料受到了广泛的关注， 成为微电子工业中电路基板和封装的最理想材料。
MgO作为助烧剂的作用机制
MgO的作用与其加入量有关：
当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（<0.3wt%）时， 固溶反应：
2MgO →2MgAl '+2O0x+V0••
生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结
当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应：
MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石) 尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al 2O3主晶相的 晶界上，阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于 晶界移动过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。 气孔在晶界上通过晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果 还可以细化晶粒。
原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分 Na2O·CaO·6SiO2
②、陶瓷
公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶 器。用陶土烧制的器皿叫陶器，用瓷土烧制的器皿 叫瓷器。陶瓷则是陶器，炻器和瓷器的总称。
②、陶瓷
黏土
②、陶瓷
高岭土
高岭土（即观音土）是富含高岭石这一矿物的土壤的 名称，而高岭石的主要成分是Al203·2Si02·2H20
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
3、α- Al2O3单晶体是良好的对红外线、可见光透明的材料。但 是以α - Al2O3为主晶相的多晶陶瓷通常并非如此。原因是材料 中存在尺度与红外线、可见光波长相当的缺陷（如玻璃相、气 孔、杂质相等）、晶界，引起透入光被不断地被散射、反射、 折射、干涉甚至被吸收，最后基本被消耗在材料内部。
（3）晶格震动谐振性高
氮化铝陶瓷
在电子工业方面的应用：
氮化铝具有高的热导率、低的介电常数、绝缘以及与硅 相接近的热膨胀系数等特点，使其在电子工业中的应用日益 受到重视。过去的基片材料采用Al2O3，而AlN的热导率是 Al2O3的5～10倍，更适合大规模集成电路要求。BeO材料虽具 有优异的热导性能，但其剧毒性限制了它的工业中的广泛应 用。金刚石虽导热性能优良，但其价格昂贵，不宜用作基片 材料。在目前的非金属导热材料中， AlN陶瓷的综合性能良 好，非常适用于电子工业。
烧结气氛
气氛对99瓷烧结的影响(1650 ℃烧结)
还原气氛或原子尺寸小的气氛对烧结更有利。还原气氛的 影响机理是增加了氧空位，促进了扩散过程。 又有实验表明，氨分解气氛、氢气氛会加速晶粒的异常长大， 故建议最好的气氛为氩气或空气。 这些实验结果有些矛盾，说明实际情况有些复杂。如果没有 晶粒的异常长大，可以认为采用还原气氛烧结还是有利的。
③、是玻璃还是陶瓷
玻璃的微晶学说
1921 年 列别捷夫 在研究硅酸盐玻璃时发 现，玻璃加热到573℃时其折射率发生急 剧变化，而石英正好在573℃发生αβ型 的转变。在此基础上他提出玻璃是高分 散的晶子的集合体，后经瓦连柯夫等人 逐步完善。
微晶的尺度在2nm左右
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃炉具面板
材料呈蓝色，是由于它反射（激发跃迁），是由 于其与波长的光由于各种原因被吸收了。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象二：可机械加工
可用标准金属加工工具和设备进行车、铣、刨、磨 、钻、锯 切和攻丝等加工。
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃制备工艺
整体析晶法： 可沿用任何一种玻璃的成形方法，如吹制、压制、拉制、压延、离心浇 注、重力浇注等，适合自动操作和制备形状复杂的制品。（需要加晶核 剂） 烧结法： 配料→熔制→淬冷→粉碎→成形→烧结。 烧结法是通过淬冷后的细小颗粒的界面和表面晶化而形成微晶玻璃， 不必使用晶核剂。（利用缺陷成核）
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
红宝石：主要成分是氧化铝(Al₂O₃)。红色来自铬(Cr)， 主要为Cr2O3，含量一般0.1～3%，最高者达4%
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射）
主要成分是氧化铝（Al₂O₃）。 蓝色是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致。蓝宝石的 颜色，可以有粉红、黄、绿、白、 甚至在同一颗石有多种颜色
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃的应用
一般机械工程的应用：轴承、泵、阀门、管道；热交换 器；窑炉建筑，建筑，高温密封剂，深水容器。 电力工程及电子技术中的应用：微晶玻璃与金属焊接、高 温绝缘、预臵电路、微电子技术基片、电容器； 照明及光学应用：灯泡、激光器件、望远镜镜坯 航天工程：雷达天线罩、透红外性、飞机机翼热保护层 核工程：原子反应堆控制棒材料、反应堆用密封剂、放射 性废物处理； 医学及相关领域：人造牙齿，牙科修补材料，磷酸盐微晶 玻璃人工骨
应力诱导相变增韧
氧化锆陶瓷
氧化锆陶瓷
微裂纹增韧机制：微裂纹弥散分布于陶瓷基体上。这些裂纹是由 四方氧化锆颗粒转变为单斜氧化锆颗粒时体积膨胀所致。
当有一个大裂纹扩展通过时，大裂纹前端的微小裂纹也产生扩展， 化解掉外力做的功。
微裂纹增韧只增加韧性，对强度有损害；应力诱发相变增 韧，既增加韧性也增加强度。
②、陶瓷
地壳中元素含量
②、陶瓷
黏土的主要成分
②、陶瓷
②、陶瓷
1） 晶粒 是陶瓷材料的主要组成相
①硅酸盐 硅酸盐是传统陶瓷的主要晶相。
② 氧化物 氧化物是大多数典型陶瓷，特别是特种陶瓷的主要组 成和晶体相。最重要的氧化物晶体相有AO、AO2、A2O3、 ABO3和AB2O4等（A、B表示阳离子）。 ③非氧化物 是指不含氧的金属碳化物、氮化物、硅化物及硼化 物等，它们是新型陶瓷,特别是金属陶瓷的主要晶相和晶体相。主 要由高键能的共价键结合，但也有离子键和金属键。
③、是玻璃还是陶瓷
反常现象一：有的微晶玻璃不透明 在光照条件下： 黑色的材料容易吸热 金属材料容易吸热 为什么？
③、是玻璃还是陶瓷
透不过的光去了哪里（透射、反射、散射） 1、转化为晶格振动（晶格热容） 2、将电子激发到高能级（电子热容）。金 属的能级连续，所以各种能量的光子来者不 拒，以至于不透明。
氧化锆陶瓷
氧化锆具有一定的韧性，使该材料机械性能大幅提 高，尤其是室温韧性非常优异，因此作为热机、耐 磨机械部件受到广泛的关注； 此外，利用氧化锆的 离子导电特性，还开发了氧化锆在氧传感器、燃料 电池及发热元件等方面的应用。
氧化锆陶瓷
1、离子键具有方向性 2、位错运动会产生畴界
氧化锆陶瓷
晶粒内或晶粒间 界上发生的裂纹 都局限在一个晶 粒的尺寸内，因 此，晶粒尺寸越 大，材料的强度 越低。 晶粒尺寸对材料强度的影响
透明微晶玻璃
③、是玻璃还是陶瓷
微晶玻璃与陶瓷区别：
玻璃微晶化过程中产生的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生 相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而 陶瓷中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以 外，大部分是在制备陶瓷是通过组分直接引入的。
微晶玻璃与玻璃的区别：
微晶玻璃是微晶体（ 晶粒尺寸为0.1-0.5um）和残余玻璃相 组成的复合材料，而玻璃则是非晶态固体。微晶玻璃可以是 透明的或非透明的，而玻璃一般是透光率各异的透明体。
纯铜398 W/m.K
氮化铝陶瓷
氮化铝（AlN）是一种人造材料，在自然界中并不存在。 强度极大的共价键使得氮化铝具备高熔点，且凭借共价键之 共振声子传递热能，使得氮化铝同时具备高热传导特性。 氮化铝为少数热导率高的非金属固体，因其符合：
（1）原子键强（反例：气体导热性差）
（2）晶体结构简单；
Al2O3
添加SiO2作为助烧剂，在1600度形成液相，有利于烧结
与氧化铝形成液相的物质及出现液相的最低温度
形成液相的物质 BeO CaO CeO2 MgO ThO2 TiO2 出现液相的最低温度(oC) 1900 1400 1750 1930 1750 1720
ZrO2
1700
氧化铝陶瓷
以Al2O3为主成分。
氧化锆晶体结构及相变特性
氧化锆存在三种稳定的多型体：单斜相（m-ZrO2 ）、立方 相（c-ZrO2 ）和四方相（t -Z 应力诱发相变
氧化锆中四方相向单斜 相的转变可通过应力诱 发产生。当受到外力作 用时，这种相变将吸收 能量而使裂纹尖端的应 力场松弛，增加裂纹扩 展阻力，从而大幅度提 高陶瓷材料的韧性。
氧化铝陶瓷为结构陶瓷中典型材料。通常应用于需要承受 机械应力的结果用零件，尤其是利用其高熔点、高硬度、耐 腐蚀、电绝缘性好等特性，作为苛刻条件下使用的结构件。