特种陶瓷工艺学1(PPT47页)
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陶瓷工艺学1绪论、 第一章 原料 PPT课件
湖南醴陵
所产的瓷器有日用瓷与陈设瓷，薄胎注浆，瓷质洁 白，装饰的主要特色是釉下五彩，闻名中外。另除有釉上 贴花和喷花等外，1958年还试制成功一种感光晒花的新 装饰法。建国以后，这个地区的瓷器在技术方面不断革新 创造，生产发展很快，已成为全国重要的瓷区之一。
广东石湾陶器
相传有八百多年的历史。以人物、鸟兽等雕塑陈列品为主。釉色丰富， 刻画细腻，形象生动，别具风格。此外还有大量的日用陶器。建国后， 还首创了“结晶釉”
3.1陶瓷研究的发展历程
陶器
高铝质、粘土和 瓷土的应用 釉的发明
原料纯化 陶瓷工艺的发展 陶瓷理论的发展
陶器 传统陶瓷
先进陶瓷 微米级
纳米陶瓷
高温技术
显微结构 分析的进步 性能研究的深入 无损评估的成就 相邻科学的推动
3.2陶瓷在现代化建设中的作用
•
除用于日常生活中外，陶瓷作为结构和功能材料广泛
用于科学技术和工农生产领域的重要性，对此人们仍没有
• 唐代：远销日本、印度、波斯、埃及。 • 宋代：远销50余国，远至欧洲。 • 明代：郑和七次下西洋，将中国瓷器输送至世界各国，与
世界各国在文化、经济、贸易、政治上建立了联系。 • 中国瓷器在国外有：“白如玉，明如镜，薄如纸，声如磬”
的美誉，被外国人视为奇珍异宝。 • 十七世纪以后，各国竞相仿造，并逐渐创立自己的风格。 • 中国瓷器为人类文化的进步所做出的重大贡献，是值得我
由于其高温下的缺点，在陶瓷 生产中多不采用
钡长石 熔点高（1710℃），熔融温度 普通瓷制品不选用 范围较窄
1.2.3 长石类原料在陶瓷生产中的作用
1）长石是熔剂型原料，可降低烧成温度，减少燃料消耗。 高温下熔化后能填充坯体的孔隙，熔解粘土及石英类
特种陶瓷工艺学PPT课件
① 一般造粒法
团粒质量较差，大小不一，体积密度小
② 加压造粒法
体积密度较大
③ 喷雾造粒法
质量好，产量大，可连续生产
④ 冻结造粒法
组成均匀，反应性与烧结性良好，主要用于实验
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
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特种陶瓷 成型
悬浮问题
为了方便注浆成型，对塑性差、不利于悬浮的瘠性物料， 一般通过表面改性，通常通过在表面吸附活性物质来实现悬浮 的目的。
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特种陶瓷 成型
注浆成型 空心注浆
注浆过程操作实例
第20页/共43页
实心注浆
特种陶瓷 成型
离心注浆
压力注浆
① 缩短吸浆时间 ② 减少坯体干燥时的收缩量 ③ 降低坯体脱模后的残留水分
第21页/共43页
特种陶瓷 成型
热压铸成型
主要是利用石蜡料浆加热融化后具有流动性和可塑性，冷却 后能在金属模中凝固成一定形状这一特点来完成的。和注浆成 型相比，要多了排蜡这一工序。
第30页/共43页
第31页/共43页
特种陶瓷 成型
模压具内部后，通过单向或双向加 压，将粉料压制成所需形状。 工艺要求：
注意加压速度和保压时间
干压成型特点工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行 自动化生产。此外，坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高， 电性能好。但生产大型坯体时有困难，而且模具磨损大、加工复杂、 成本高，其次加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩 不均，会产生开裂、分层等现象。
体中某些成分发生还原作用 对制品性能的影响：
塑化剂挥发时会产生一定的气泡，可能 影响坯体性质。
团粒质量较差，大小不一，体积密度小
② 加压造粒法
体积密度较大
③ 喷雾造粒法
质量好，产量大，可连续生产
④ 冻结造粒法
组成均匀，反应性与烧结性良好，主要用于实验
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
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特种陶瓷 成型
悬浮问题
为了方便注浆成型，对塑性差、不利于悬浮的瘠性物料， 一般通过表面改性，通常通过在表面吸附活性物质来实现悬浮 的目的。
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特种陶瓷 成型
注浆成型 空心注浆
注浆过程操作实例
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实心注浆
特种陶瓷 成型
离心注浆
压力注浆
① 缩短吸浆时间 ② 减少坯体干燥时的收缩量 ③ 降低坯体脱模后的残留水分
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特种陶瓷 成型
热压铸成型
主要是利用石蜡料浆加热融化后具有流动性和可塑性，冷却 后能在金属模中凝固成一定形状这一特点来完成的。和注浆成 型相比，要多了排蜡这一工序。
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特种陶瓷 成型
模压具内部后，通过单向或双向加 压，将粉料压制成所需形状。 工艺要求：
注意加压速度和保压时间
干压成型特点工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行 自动化生产。此外，坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高， 电性能好。但生产大型坯体时有困难，而且模具磨损大、加工复杂、 成本高，其次加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩 不均，会产生开裂、分层等现象。
体中某些成分发生还原作用 对制品性能的影响：
塑化剂挥发时会产生一定的气泡，可能 影响坯体性质。
特种陶瓷课件
结构陶瓷常需1600 ℃左右高温烧结， 功能陶瓷需精确控制烧成温度，燃料 以电、气、油为主
常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光
性能 用途
以外观效果为主，较低力学性能和热性 以内在质量为主，常呈现耐温、耐腐
能
蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、
敏感、生物性能
餐具、陈设品和墙地砖、卫生洁具
主要用于宇航、能源、冶金、机械、 交通、家电、化工、环保等行业
第一章 绪论 陶瓷的概念与分类
2 陶瓷的分类
陶瓷
按概念分 按用途分
传统陶瓷
特种陶瓷
粗陶
精陶
瓦 罐 盆 砖、陶管
美术陶瓷 釉面砖
细瓷
日用细瓷 高频高压 装置瓷
结构陶瓷
功能陶瓷
日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、艺术陶瓷、实验室用陶瓷、工业陶瓷
按坯体的物理性能分类
按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分 类，是较为科学的一种分类方法。按陶瓷坯体的结构不同和 所标志的坯体致密度的不同，把所有陶瓷制品分为两大类： 陶器和瓷器。
参考书： 1.《先进陶瓷的现代制备技术》，王树海等编著，化学工业出版社，
2007年 2.《陶瓷工艺》，理查德.J.布鲁克主编，科学出版社，1999年 3.《特种陶瓷工艺学》，李世普主编，武汉理工大学出版社，1993年 4. 《特种陶瓷工艺与性能》，毕见明等编著，哈尔滨工业
大学出版社，2008年；
5.《无机材料工艺学》，宋晓岚等编著，冶金工业出版社，2007年
陶瓷的概念与分类
1. 陶瓷的概念
是陶器、炻器、瓷器等粘 土制品的统称
传统陶瓷：是指由硅酸盐矿物原料经细碎、混合、成型、 烧成、彩绘等工序而获得的具有坚硬结构的硅酸盐制品。
常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光
性能 用途
以外观效果为主，较低力学性能和热性 以内在质量为主，常呈现耐温、耐腐
能
蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、
敏感、生物性能
餐具、陈设品和墙地砖、卫生洁具
主要用于宇航、能源、冶金、机械、 交通、家电、化工、环保等行业
第一章 绪论 陶瓷的概念与分类
2 陶瓷的分类
陶瓷
按概念分 按用途分
传统陶瓷
特种陶瓷
粗陶
精陶
瓦 罐 盆 砖、陶管
美术陶瓷 釉面砖
细瓷
日用细瓷 高频高压 装置瓷
结构陶瓷
功能陶瓷
日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、艺术陶瓷、实验室用陶瓷、工业陶瓷
按坯体的物理性能分类
按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分 类，是较为科学的一种分类方法。按陶瓷坯体的结构不同和 所标志的坯体致密度的不同，把所有陶瓷制品分为两大类： 陶器和瓷器。
参考书： 1.《先进陶瓷的现代制备技术》，王树海等编著，化学工业出版社，
2007年 2.《陶瓷工艺》，理查德.J.布鲁克主编，科学出版社，1999年 3.《特种陶瓷工艺学》，李世普主编，武汉理工大学出版社，1993年 4. 《特种陶瓷工艺与性能》，毕见明等编著，哈尔滨工业
大学出版社，2008年；
5.《无机材料工艺学》，宋晓岚等编著，冶金工业出版社，2007年
陶瓷的概念与分类
1. 陶瓷的概念
是陶器、炻器、瓷器等粘 土制品的统称
传统陶瓷：是指由硅酸盐矿物原料经细碎、混合、成型、 烧成、彩绘等工序而获得的具有坚硬结构的硅酸盐制品。
特种陶瓷工艺学-加工
② 特点：
（1）加工速度快、无噪声，能实现各种复杂面型 的高精度的加工目的。
（2）可以进行微区加工，也可以进行选择性加工 （3）因此其热影响区很小 （4）大气中进行，便于大工件加工 （5）数控机床机器人连接起来构成各种加工系统。 （6）难保证重复精度和表面粗糙度；设备复杂昂 贵，加工成本高。
一、陶瓷材料的切削加工特点 （1）陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，对于一般工程陶瓷的切削，只有超
硬刀具材料才能够胜任 （2）陶瓷材料是典型的硬脆材料 （3）陶瓷材料的切削特性由于材料种类、制备工艺不同而有很大差别
二、陶瓷材料的切削加工 （1）选择切削性能优良的新型切削刀具 （2）选择合适的刀具几何参数 （3）切削用量的选择 （4）设计的专用夹具、缓冲震动、施冷却润滑
3
分类方式
机械
化学 光化学 电化学
电学 光学
陶瓷材料的加工方法
磨料加工 刀具加工
加工方法
磨削
固结磨料加工
珩磨 超精加工
纱布砂纸加工
研磨
悬浮磨料加工
超声波加工 抛光
滚筒抛光
切削加工 切割
蚀刻 化学研磨 化学抛光
光刻
电解研磨 电解抛光
电火花加工 电子束加工 离子束加工 等离子体加工
激光加工
4
一、 陶瓷的切削加工（cutting）
5
二、 陶瓷的机械磨削加工
1、磨削加工机理（grinding） ① 材料脆性剥离是通过空隙和裂纹的形成 或延展、剥落及碎裂等方式来完成的 ② 在晶粒去除过程中，材料是以整个晶粒 从工件表面上脱落的方式被去除的。 ③ 陶瓷和金属的磨削过程模型如右图。金 属材料依靠剪切作用产生带状或接近带状 的切屑，而磨削陶瓷时，材料内部先产生 裂纹，随着应力的增加，间断裂纹的逐渐 增大，连接，从而形成局部剥落。
（1）加工速度快、无噪声，能实现各种复杂面型 的高精度的加工目的。
（2）可以进行微区加工，也可以进行选择性加工 （3）因此其热影响区很小 （4）大气中进行，便于大工件加工 （5）数控机床机器人连接起来构成各种加工系统。 （6）难保证重复精度和表面粗糙度；设备复杂昂 贵，加工成本高。
一、陶瓷材料的切削加工特点 （1）陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，对于一般工程陶瓷的切削，只有超
硬刀具材料才能够胜任 （2）陶瓷材料是典型的硬脆材料 （3）陶瓷材料的切削特性由于材料种类、制备工艺不同而有很大差别
二、陶瓷材料的切削加工 （1）选择切削性能优良的新型切削刀具 （2）选择合适的刀具几何参数 （3）切削用量的选择 （4）设计的专用夹具、缓冲震动、施冷却润滑
3
分类方式
机械
化学 光化学 电化学
电学 光学
陶瓷材料的加工方法
磨料加工 刀具加工
加工方法
磨削
固结磨料加工
珩磨 超精加工
纱布砂纸加工
研磨
悬浮磨料加工
超声波加工 抛光
滚筒抛光
切削加工 切割
蚀刻 化学研磨 化学抛光
光刻
电解研磨 电解抛光
电火花加工 电子束加工 离子束加工 等离子体加工
激光加工
4
一、 陶瓷的切削加工（cutting）
5
二、 陶瓷的机械磨削加工
1、磨削加工机理（grinding） ① 材料脆性剥离是通过空隙和裂纹的形成 或延展、剥落及碎裂等方式来完成的 ② 在晶粒去除过程中，材料是以整个晶粒 从工件表面上脱落的方式被去除的。 ③ 陶瓷和金属的磨削过程模型如右图。金 属材料依靠剪切作用产生带状或接近带状 的切屑，而磨削陶瓷时，材料内部先产生 裂纹，随着应力的增加，间断裂纹的逐渐 增大，连接，从而形成局部剥落。
陶瓷工艺学第一章原料ppt课件
热液蚀变型黏土： A12O3 含量高，
量黄铁矿、明矾石等含硫杂质。
S. iO2含量低，钛和碱金属含量低，但含少14
.
15
化学组成在一定程度上反映其工艺性质。
（1）SiO2 ：若以游离石英状态存在的SiO2多时，黏土可塑性降低， 但是干燥后烧成收缩小。
（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。 （3）Fe2O3＜1％ ，TiO2 ＜0.5％ ：瓷制品呈白色，含量过高，颜色 变深，还影响电绝缘性。
随着地质条件不同，含有少量的碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属 氧化物CaO、MgO，以及着色氧化物Fe2O3、TiO2等。
结晶水一般不进行直接测定，而以“灼烧减量”的形式测定：除了结晶 水外，还包括碳酸盐的分解和有机物的分解、挥发等。
风化残积型黏土：一般SiO2含量高，A12O3含量低，铁含量高于钛，富 含游离石英及未风化的残余长石，化学组成和矿物组成很不稳定。
.
9
长石及绢云母通过风化作用转化为高岭石的反应：
风化生成的基本产物是Al2Si2O5(OH)4，称为高岭石，主要由高岭石组成 的黏土就是高岭土。此外，还有可溶性的K2CO3、难溶性的CaCO3以及 游离的SiO2。
母岩不同，风化与蚀变条件不同，常形成不同类型的黏土矿物。
蒙脱石类黏土：由火山熔岩或凝灰岩在碱性环境中经热液蚀变形成
黏土是自然界产出的多种矿物混合体，普遍存在于各种类型的沉积岩 中，占沉积岩矿物组成的40%以上
各种富含铝硅酸盐的岩石，如长石、伟晶花岗岩、斑岩、片麻岩等， 经过漫长地质年代的风化或热液蚀变作用，均可形成黏土。
经风化或蚀变作用而生成黏土的岩石统称为黏土的母岩。
母岩经风化作用而形成的黏土产于地表或不太深的风化壳以下，而经 热液蚀变作用而形成的黏土常产于地壳较深处。
精选特种陶瓷工艺学1PPT47页
*
特种陶瓷 粉体制备
*
特种陶瓷 粉体制备
（2）PVD（蒸发－凝聚法）
① 激光加热法
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
*
特种陶瓷 粉体制备
机械粉碎法
物理化学法
应用机械力将粗颗粒粉碎获得细粉，不易获得粒径在1μm以下的超细颗粒，且容易引入杂质
在离子、原子、分子水平上通过反应、成核和生长制成粒子的方法，纯度、粒度可以控制，均匀性好，颗粒微细，并可以实现在分子级水平上的复合，均化。
粉体填充特性是粉末成型的基础
*
等大球的不规则填充 实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙率0.363即36.3％，致密度为63.7％。
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
异直径球的填充 在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加紧密的填充。
70℃
*
*
特种陶瓷 粉体制备
（3）醇盐水解法
以金红石TiO2为例
（4）溶胶－凝胶法
将金属、有机或者无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理得到氧化物和其他化合物固体的办法。它具有纯度高、化学均匀性好、可容纳不溶性或者不沉淀性组分、掺杂分布均匀等诸多优点。
*
醇盐水解法
溶胶－凝胶法
*
球磨方式
球磨方式有湿法和干法两种。
*
特种陶瓷 粉体制备
(2) 振动球磨
*
煅烧氧化铝瓷料
加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率
*
特种陶瓷 粉体制备
(3) 搅动球磨
助磨剂可减轻更细粒子的团聚现象
*
特种陶瓷 粉体制备
(4) 气流球磨
污染小，但粉末使用前要排除吸附的气体
特种陶瓷 粉体制备
*
特种陶瓷 粉体制备
（2）PVD（蒸发－凝聚法）
① 激光加热法
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
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特种陶瓷 粉体制备
机械粉碎法
物理化学法
应用机械力将粗颗粒粉碎获得细粉，不易获得粒径在1μm以下的超细颗粒，且容易引入杂质
在离子、原子、分子水平上通过反应、成核和生长制成粒子的方法，纯度、粒度可以控制，均匀性好，颗粒微细，并可以实现在分子级水平上的复合，均化。
粉体填充特性是粉末成型的基础
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等大球的不规则填充 实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙率0.363即36.3％，致密度为63.7％。
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
异直径球的填充 在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加紧密的填充。
70℃
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特种陶瓷 粉体制备
（3）醇盐水解法
以金红石TiO2为例
（4）溶胶－凝胶法
将金属、有机或者无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理得到氧化物和其他化合物固体的办法。它具有纯度高、化学均匀性好、可容纳不溶性或者不沉淀性组分、掺杂分布均匀等诸多优点。
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醇盐水解法
溶胶－凝胶法
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球磨方式
球磨方式有湿法和干法两种。
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特种陶瓷 粉体制备
(2) 振动球磨
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煅烧氧化铝瓷料
加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率
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特种陶瓷 粉体制备
(3) 搅动球磨
助磨剂可减轻更细粒子的团聚现象
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特种陶瓷 粉体制备
(4) 气流球磨
污染小，但粉末使用前要排除吸附的气体
特种陶瓷成型与烧结方法PPT精选文档
2
2 原料的混合 对特种陶瓷来说，通常采用细粉来进行配料混
合，不需要再进行磨细。就均匀混合要求来说， 必须重视几点：
（1）加料的次序
➢ 微量的添加物主要用于材料的改性或促进烧结 ➢ 用量很少的原料就夹在两种用量较多的原料中间，
可以防止其粘在球磨筒的筒壁上，或粘在研磨体 上，造成坯料混合不均匀，以至于使制品性能受 到影响。
特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量
成型方法
结合剂
结合剂用量（wt%）
干压法
聚乙烯醇缩丁醛等 1-5
浇注法
丙烯基树脂类
1-3
挤压法
甲基纤维素等
5-15
注射法
聚丙烯等
10-25
等静压法
聚羧酸胺等
0-3
14
结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活 性剂等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料 的组合。选择结合剂，要考虑以下因素： ➢结合剂能被粉料润湿是必要条件（考虑粉料的临 界表面张力或表面自由能与结合剂的表面张力）
5.
瘠性物料的悬浮
特种陶瓷的坯料一般为瘠性物料，不易于悬浮。为
了达到悬浮和便于注浆成型，必须采取
一定的措施。特种陶瓷所用瘠性物料大
致可以分为两类：一类与酸不起作用，
另一类与酸起作用。因此，根据不同情
况采用不同方法。不溶于酸中的可以通
过有机表面活性物质的吸附，使其悬浮
。 12
用盐酸处理Al2O3后，在 Al2O3粒子表面生成AlCl3， AlCl3立即水解.
18
颗粒级配和造粒
➢ 坯料的颗粒级配和造粒恰当，堆集密度比较高 。随着压力增大，坯料将改变外形，相互滑动， 间隙被填充减少，逐步加大接触，相互贴紧。由 于颗粒之间进一步靠近，使胶体分子与颗粒之间 的作用力加强，因而坯体具有一定的机械强度。
特种陶瓷工艺学
一：一次颗粒与二次颗粒的概念？形成二次颗粒团聚的原因是什么？表示粒度颗粒群的都有哪些？所谓粉体颗粒，是指物体的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态基本颗粒。
这种基本颗粒，一般是指没有堆积、絮联等结构的最小单元即一次颗粒。
在实际应用的粉体原料中，往往都是在一定程度上团聚的颗粒，即所谓的二次颗粒。
形成二次颗粒的原因，不外乎以下五种（1）：分子间的范德华力，（2）：颗粒间的静电引力，（3）吸附水分的毛细管力，（4）颗粒间的磁引力，（5）颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。
通常认为：一次颗粒直接与物质的本质两联系，而二次颗粒则往往是作为研究和应用工作中的一种对颗粒的物态描述指标。
颗粒群粒度的表示方法：等体积球相当径，等面积球相当径，等沉降速度相当径，显微镜下测得的颗粒径。
粉体的填充特性：1.等大球的致密填充：最基本的致密排列有两种，立方密堆和六方密堆2.等大球的不规则填充3.异直径球的填充4.加压压密填充二：特种陶瓷的制备方法？粉碎法：机械粉碎合成法：固相法制备粉末（化学合成法，热分解反应法，氧化物还原法）液相法【沉淀法（直接沉淀法）（均匀沉淀法）（共沉淀法）（醇盐水解法）（特殊的沉淀法，溶胶凝胶和凝胶沉淀）】溶剂蒸发法（冰冻干燥法）（喷雾干燥法）（喷雾热分解）气相法。
三：等静压成型的特点？1：可以成行一般方法不能生产的形状复杂、大件及细而长的制品，而且成型质量高；2：可以不断增加操作难度而比较方便地提高成型压力，而且压力效果比其他干法好；3：由于柸体各向受压里均匀，其密度高而且均匀，烧成收缩小，因而不易变形；4：模具制作方便、寿命长、因而不易变形；5可以少用或不用粘结剂。
四：陶瓷烧结过程中的烧制方式有哪些种以及它们的机理？蒸发和凝聚、扩散、粘滞流动与塑性流动、溶解和沉淀。
蒸发和凝聚机理：在高温下具有较高蒸气压的陶瓷系统、在烧结过程中，由于颗粒之间表面曲率的差异，造成各部分的蒸汽压不同，物质从蒸汽压较高的凸面蒸发，通过气相传递，在蒸汽压较低的凹面处凝聚，这样使颗粒间的接触面积增加，颗粒和形状改变，导致胚体逐步致密化。
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加压压密填充
压力的作用可以减少颗粒相互作用，附着力的影响，使粉体密度更大。
15
特种陶瓷 粉体性能
粉体填充特性
影响因素
1）颗粒大小的影响 当颗粒的粒径不大时，粒径越小，填充越疏松；如果粒径变大，大
到超过临界粒径Dc (大约20um)时，则粒径对填充率的影响并不大。 2）颗粒形状和凝聚的影响
在填充中，若颗粒的形状逐渐偏离球状，并且直到板状、棒状等不规 则形状，那么，可以预料，填充操作比较困难，填充结构越来越疏松， 空隙率越来越变大。
说明
（1）用不同方法测得的粒径可能相较大的区别。 （2）一般测得是二次粒径，并不仅仅是一次粒径，显微镜的方法才有可能将 其分析。
8
特种陶瓷 粉体性能
筛分径
—————————————————————————————
目数
20 42 60 80 100 150 170 200 250 325
—————————————————————————————
10
11
特种陶瓷 粉体性能
粉体粒度分布
单分散体系
多分散体系
（1）频率分布 任意粒度的颗粒占总颗粒
ห้องสมุดไป่ตู้数的个数或者质量百分比
（2）累积分布 某一粒径以下的颗粒占
总颗粒数的个数或者质量百
分比
粒径／μm
<20 20～25 25～30 30～35 35～40 40～15
>45
频率分布／％
质量
个数
分数
百分数
6.5
表面能和表面状态
粉体颗粒表面原子与内 部原子不同，处于能量过 剩状态，这种“过剩能量” 就称为粉体颗粒的表面能。 颗粒粒径越小，表面原子 的比例越大，表面能就成 为粉体粒子的附着与凝聚 的重要作用。
Cu粉
13
特种陶瓷 粉体性能
粉体填充特性
粉体填充特性是粉末成型的基础
等大球的致密填充
配位数12， 致密度74.05%
片状 塑性金属机械研磨，水雾化
多角形
机械粉碎
颗粒形状 树枝状 多孔海绵状 碟状 不规则形
粉末生产方法
水溶液电解
金属氧化物还原
金属旋涡研磨
水雾化，机械粉碎， 化学沉淀
5
特种陶瓷 粉体性能
粉体粒度（粒径）
凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为该 粉体的粒度。
粉体粒径大小影响粉体性质，如最敏感的比表面积、可压 缩性、流动性。
特种陶瓷工艺学
学 院：材料科学与工程
1
特种陶瓷 生产工艺
特种陶瓷粉体性能及其制备技术 特种陶瓷的成型 方法
2
特种陶瓷 粉体性能
粉体
作为物质的一种存在状态，粉体不同于气体、液体，也不完全同于 固体；它是大量固体粒子的集合体，具有很多固体的属性，如物质结构， 密度等等；颗粒间存在宏观空隙，颗粒间结合力较弱；同时它具有固体 所不具有的流动性。
⑴ 等体积球相当径 ⑵ 等面积球相当径 ⑶ 等沉降速度相当径 ⑷ 显微镜下测得的颗粒径
7
特种陶瓷 粉体性能
球当量直径
① 等表面积（球）相当径 ② 等体积（球）相当径 ③ 等比表面积（球）相当径 ④ 等沉降速度（球）相当径 ( Stokes径）
筛分径
当颗粒通过筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的算术或几 何平均值称为筛分径
(1) 立方密堆
{111} ABCABCABC排列
(2) 六方密堆
{0001} ABABABABAB排列
14
特种陶瓷 粉体性能
粉体填充特性
等大球的不规则填充
实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙 率0.363即36.3％，致密度为63.7％。
异直径球的填充
在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加 紧密的填充。
4
特种陶瓷 粉体性能
粉体颗粒形状
颗粒形状直接影响粉体的许多特性， 如比表面积、流动性、磁性、固着力、 填充性、研磨特性和化学活性等。根据 不同的使用目的，对颗粒形状有不同的 要求。
颗粒形状因粉末生产方法不同而不同
颗粒形状与粉末生产方法的关系
颗粒形状
粉末生产方法
球形
气相沉积，液相沉积
近球形
气体雾化，置换(溶液)
粒径/mm .833 .351 .246 .175 .147 .104 .080 .074 .061 .043
—————————————————————————————
金刚石粒度
粒度号 30/35 35/40 40/45 45/50 50/60 60/70 70/80 80/100 100/120 120/140 140/170 170/200 200/230 230/270 270/325 325/400
粉体颗粒
一次颗粒：
单颗粒，分开并独立存在的最小 实体，可以是单晶，但普遍为多晶
二次颗粒：
一次颗粒间的自发团聚
3
特种陶瓷 粉体性能
粉体团聚
团聚原因：
（a）分子间的范德华力 （b）颗粒间的静电引力 （c）吸附水分的毛细管力 （d）颗粒间磁引力 （f）颗粒表面不光滑造成的机械纠缠力
颗粒越小，团聚越严重，而对纳米 粉来说，如何解决或减轻粉体团聚现象 也是很大的难题
30.8
86.4
30.6
83.7
13.6
94.O
16.3
92.5
6.0
97.6
75
100.0
2.1
12100.0
特种陶瓷 粉体性能
粉体表面特征
粉体性能上与块体物质有很大的区别，重要原 因就是两者表面状态不一样。随着颗粒细化，粉 体表面问题将成为颗粒学的首要问题。这也是目 前纳米科学成为热点的主要原因。
19.5
15.8
25.6
23.2
24.1
23.9
17.2
14.3
7.6
8.8
3.6
7.5
2.4
累积分布／％
质量分数
个数百分数
大于该 粒径范围
小于该 粒径范围
大于该 粒径范围
小于该 粒径范围
100.O
6.5
100.0
19.5
93.5
22.3
80.5
45.1
77.7
45.5
54.9
69.2
54.5
69.4
尺寸(μ) 600～500 500～425 425～355 355～300 300～250 250～212 212～180 180～150 150～125 125～106 106～90
90～75 75～63 63～53 53～45 45～38
9
特种陶瓷 粉体性能
显微镜下测得的颗粒径
① Feret径 ② Martin径 （等分面积） ③投影面积相当径 ④定方向最大径 ⑤投影周长相当径
粉体粒度决定应用范畴，是粉体诸物性中最重要的特性
如： 土木、水利所用粉体 1cm以上
冶金、食品：
40μm-1cm
纳米粉体：
nm量级
特种陶瓷粉体，一般粒径在0.05μm～40μm
6
特种陶瓷 粉体性能
粉体粒度（粒径）
球状颗粒粒度可以用直径表示，多边形可以用边长，但粉 体颗粒通常不是很规则的。
粒径表示方法：
压力的作用可以减少颗粒相互作用，附着力的影响，使粉体密度更大。
15
特种陶瓷 粉体性能
粉体填充特性
影响因素
1）颗粒大小的影响 当颗粒的粒径不大时，粒径越小，填充越疏松；如果粒径变大，大
到超过临界粒径Dc (大约20um)时，则粒径对填充率的影响并不大。 2）颗粒形状和凝聚的影响
在填充中，若颗粒的形状逐渐偏离球状，并且直到板状、棒状等不规 则形状，那么，可以预料，填充操作比较困难，填充结构越来越疏松， 空隙率越来越变大。
说明
（1）用不同方法测得的粒径可能相较大的区别。 （2）一般测得是二次粒径，并不仅仅是一次粒径，显微镜的方法才有可能将 其分析。
8
特种陶瓷 粉体性能
筛分径
—————————————————————————————
目数
20 42 60 80 100 150 170 200 250 325
—————————————————————————————
10
11
特种陶瓷 粉体性能
粉体粒度分布
单分散体系
多分散体系
（1）频率分布 任意粒度的颗粒占总颗粒
ห้องสมุดไป่ตู้数的个数或者质量百分比
（2）累积分布 某一粒径以下的颗粒占
总颗粒数的个数或者质量百
分比
粒径／μm
<20 20～25 25～30 30～35 35～40 40～15
>45
频率分布／％
质量
个数
分数
百分数
6.5
表面能和表面状态
粉体颗粒表面原子与内 部原子不同，处于能量过 剩状态，这种“过剩能量” 就称为粉体颗粒的表面能。 颗粒粒径越小，表面原子 的比例越大，表面能就成 为粉体粒子的附着与凝聚 的重要作用。
Cu粉
13
特种陶瓷 粉体性能
粉体填充特性
粉体填充特性是粉末成型的基础
等大球的致密填充
配位数12， 致密度74.05%
片状 塑性金属机械研磨，水雾化
多角形
机械粉碎
颗粒形状 树枝状 多孔海绵状 碟状 不规则形
粉末生产方法
水溶液电解
金属氧化物还原
金属旋涡研磨
水雾化，机械粉碎， 化学沉淀
5
特种陶瓷 粉体性能
粉体粒度（粒径）
凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为该 粉体的粒度。
粉体粒径大小影响粉体性质，如最敏感的比表面积、可压 缩性、流动性。
特种陶瓷工艺学
学 院：材料科学与工程
1
特种陶瓷 生产工艺
特种陶瓷粉体性能及其制备技术 特种陶瓷的成型 方法
2
特种陶瓷 粉体性能
粉体
作为物质的一种存在状态，粉体不同于气体、液体，也不完全同于 固体；它是大量固体粒子的集合体，具有很多固体的属性，如物质结构， 密度等等；颗粒间存在宏观空隙，颗粒间结合力较弱；同时它具有固体 所不具有的流动性。
⑴ 等体积球相当径 ⑵ 等面积球相当径 ⑶ 等沉降速度相当径 ⑷ 显微镜下测得的颗粒径
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特种陶瓷 粉体性能
球当量直径
① 等表面积（球）相当径 ② 等体积（球）相当径 ③ 等比表面积（球）相当径 ④ 等沉降速度（球）相当径 ( Stokes径）
筛分径
当颗粒通过筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的算术或几 何平均值称为筛分径
(1) 立方密堆
{111} ABCABCABC排列
(2) 六方密堆
{0001} ABABABABAB排列
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特种陶瓷 粉体性能
粉体填充特性
等大球的不规则填充
实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙 率0.363即36.3％，致密度为63.7％。
异直径球的填充
在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加 紧密的填充。
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特种陶瓷 粉体性能
粉体颗粒形状
颗粒形状直接影响粉体的许多特性， 如比表面积、流动性、磁性、固着力、 填充性、研磨特性和化学活性等。根据 不同的使用目的，对颗粒形状有不同的 要求。
颗粒形状因粉末生产方法不同而不同
颗粒形状与粉末生产方法的关系
颗粒形状
粉末生产方法
球形
气相沉积，液相沉积
近球形
气体雾化，置换(溶液)
粒径/mm .833 .351 .246 .175 .147 .104 .080 .074 .061 .043
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金刚石粒度
粒度号 30/35 35/40 40/45 45/50 50/60 60/70 70/80 80/100 100/120 120/140 140/170 170/200 200/230 230/270 270/325 325/400
粉体颗粒
一次颗粒：
单颗粒，分开并独立存在的最小 实体，可以是单晶，但普遍为多晶
二次颗粒：
一次颗粒间的自发团聚
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特种陶瓷 粉体性能
粉体团聚
团聚原因：
（a）分子间的范德华力 （b）颗粒间的静电引力 （c）吸附水分的毛细管力 （d）颗粒间磁引力 （f）颗粒表面不光滑造成的机械纠缠力
颗粒越小，团聚越严重，而对纳米 粉来说，如何解决或减轻粉体团聚现象 也是很大的难题
30.8
86.4
30.6
83.7
13.6
94.O
16.3
92.5
6.0
97.6
75
100.0
2.1
12100.0
特种陶瓷 粉体性能
粉体表面特征
粉体性能上与块体物质有很大的区别，重要原 因就是两者表面状态不一样。随着颗粒细化，粉 体表面问题将成为颗粒学的首要问题。这也是目 前纳米科学成为热点的主要原因。
19.5
15.8
25.6
23.2
24.1
23.9
17.2
14.3
7.6
8.8
3.6
7.5
2.4
累积分布／％
质量分数
个数百分数
大于该 粒径范围
小于该 粒径范围
大于该 粒径范围
小于该 粒径范围
100.O
6.5
100.0
19.5
93.5
22.3
80.5
45.1
77.7
45.5
54.9
69.2
54.5
69.4
尺寸(μ) 600～500 500～425 425～355 355～300 300～250 250～212 212～180 180～150 150～125 125～106 106～90
90～75 75～63 63～53 53～45 45～38
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特种陶瓷 粉体性能
显微镜下测得的颗粒径
① Feret径 ② Martin径 （等分面积） ③投影面积相当径 ④定方向最大径 ⑤投影周长相当径
粉体粒度决定应用范畴，是粉体诸物性中最重要的特性
如： 土木、水利所用粉体 1cm以上
冶金、食品：
40μm-1cm
纳米粉体：
nm量级
特种陶瓷粉体，一般粒径在0.05μm～40μm
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特种陶瓷 粉体性能
粉体粒度（粒径）
球状颗粒粒度可以用直径表示，多边形可以用边长，但粉 体颗粒通常不是很规则的。
粒径表示方法：