特种陶瓷介绍
合集下载
特种陶瓷简介
10.2.1.1 氧化铝陶瓷
• 是以α－Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其Al2O3含量一般 在75-99％之间，并习惯以配料中Al2O3含量分类。 Al2O3含量在75％左右为“75瓷”，含量在85％为“85 瓷”，含量在95％的为“95瓷”，含量在99％的为“99 瓷”。 • 氧化物陶瓷用途最广的是氧化铝。它是唯一以单晶形式 广泛使用的氧化物陶瓷。然而以多晶氧化铝的用途占压 倒多数。以质量计算氧化铝基材料的主要市场为：
（4）气氛烧结
• 对在空气中很难烧结的制品，为防止其氧化，可在炉膛内通入一
定量的某种气体，在这种特定气氛下进行烧结称为气氛烧结。
（5）反应烧结
• 通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，使坯体质量增加，空 隙减少，并烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的一种烧结工艺。
（6）化学气相沉积法
• 将准备在其表面沉积一层瓷质薄膜的物质置于真空室中，加热至 一定温度后，然后将欲被覆涂料的气态化合物通过加热载体的表面。
一般不需要加工
炊具、餐具、陈设品
10.1 特种陶瓷工艺特点 10.2 高温结构陶瓷简介
10.3 发展中的特种陶瓷
10.1特种陶瓷工艺特点
• 主要从粉体制备、成型和烧结三方面来简述其工艺特点。
10.1.1粉体制备
制取方法有两大类：
机械破碎法，只占从属地位，不作介绍
物理化学法：通常包括固相法、液相法、气相法。
（3）流延法成型
• 将准备好的粉料内加粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂，然后进行混合，再将 料浆放入流延机料斗中，料浆从料斗下部流至流延机薄膜载体（传送带）上。 用刮刀控制厚度，再经红外线加热等方法烘干，得到膜坯，连同载体一起卷 轴待用。
料浆 刮刀 剥离成型薄膜 干燥炉
特种陶瓷
相关应用
热敏陶瓷，电阻率明显随温度变化的一类功能陶瓷。 在工作温度范围内，零功率电阻随温度变化而变化的陶 瓷材料。主要用于制作热敏电阻器、温度传感器、加热 器以及限流元件等。
谢谢 大家的观赏
特种陶瓷
传 统 陶 瓷
特种陶瓷与传统陶瓷的区别
二、结构陶瓷简介
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用 的陶瓷。是陶瓷材料的重要分支，约占整个陶 瓷市场的25％左右。结构陶瓷以耐高温、高强 度、超硬度、耐磨、抗腐蚀等机械力学性能为 主要特征，因此在冶金、宇航、能源、机械、 光学等领域有重要的应用。在这些应用领域用 非金属代替金属是总的趋势。结构陶瓷大致分 为氧化物系、非氧化物系和结构用的陶瓷基复 合材料。
一、特种陶瓷简介 二、结构陶瓷简介 三、功能陶瓷简介
一、特种陶瓷简介
陶瓷已经是人类生活和现代化建设中不可缺少的 材料之一。 具有高强、耐温、耐腐蚀特性或具有各种敏感特 性的陶瓷材料，由于其制作工艺、化学组成、显微结 构及特性不同于传统陶瓷，而又被称为特种陶瓷。 特种陶瓷又叫先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、 高技术陶瓷、精细陶瓷等。 习惯上将特种陶瓷分为两大类，即结构陶瓷和功能 陶瓷。
相关应用
氮化硅陶瓷，是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质， 密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，它不与其 他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。而且它还能 抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热， 也不会碎裂。正是氮化硅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。
相关应用
压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶 瓷材料，属于无机非金属材料。压电陶瓷利用其材料在机械 应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化导 致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作 ，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水 声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴 频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件 引燃引爆装置和压电陀螺等。
特种陶瓷
特种陶瓷复习资料第一章特种陶瓷的定义：采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料——特种陶瓷。
这类陶瓷又称为先进陶瓷或精细陶瓷。
分类：按化学成分：氧化物和非氧化物陶瓷按功能分：结构陶瓷和功能陶瓷结构陶瓷：利用力学和热学性能应用于制造发动机，切削工具和轴承等领域功能陶瓷：利用电光磁声化学等功能性，应用于检测，控制，以及生物医学领域等。
按性能：工程陶瓷，热功能，电功能，磁学功能，光学功能，化学功能，放射性功能，声学功能，生物医学功能。
第三章弹性模量的定义：在工程意义上，弹性模量是表征材料对弹性变形的抵抗能力。
在应力应变关系意义上，弹性模量代表着单位应力作用下原子间距的变化率。
陶瓷材料弹性模量的特点比金属大得多；压缩时比拉伸时大（金属相等）1 抗弯强度定义：材料抵抗抗弯曲不断裂的能力。
测试方法：三点弯曲 ：四点弯曲断裂韧性K 1C 的定义和测定方法断裂韧性:表征材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标K 1C —裂纹尖端的临界应力强度因子. 3 断裂韧性K 1C 的测定方法硬度的概念：硬度是材料抵抗外来异物压入时产生永久变形的能力 ()232/3t PL b ωσ=()232/3t PL b ωσ=()232/3t PL b ωσ=()232/3t PL b ωσ=影响因素表面原子或离子填充密度；弹性模量、强度、裂纹的方向、塑性变形程度等。
疲劳断裂在交变负荷产生的交变应力作用下，材料内部显微组织发生变化，最后导致的断裂。
称为疲劳断裂这样的变化过程称为材料的疲劳（或交变应力损伤）热学性质包括：热容量，热导率，热膨胀、耐热冲击性能等性质；3.4 陶瓷的增强和增韧1.细晶强化增韧2.晶界增强增韧3.相变增强增韧4.复合增强增韧1.2.晶界增强增韧原理通过改变晶相组成和烧结后的热处理，使晶界玻璃相结晶成高强度的晶界相来提高强度改变晶相组成• 3.相变增韧原理•利用晶态不同变体发生晶型转变时产生的体积变化使材料内部形成应力场，当材料断裂时，应力的释放阻止裂纹的扩张，只有增加外力做功，才能使裂纹继续扩展，于是材料的强度和韧性都得到了提高。
特种陶瓷的相关介绍
特种陶瓷的相关介绍特种陶瓷是指在传统陶瓷基础上，通过改变原始的成分配比、成形工艺、烧成工艺等，制成性能优异、用途广泛、具有特殊需求的陶瓷材料。
下面将对特种陶瓷的种类、应用领域和制造工艺等进行介绍。
特种陶瓷的种类1.电子陶瓷：以氧化铝、氧化铝质玻璃、石英等为原料，制成用于半导体器件包装、介质等的电子陶瓷。
2.结构陶瓷：以氧化锆、氧化铝、碳化硅等为原料，经过加压模压、注射成型后，高温烧制而成的具有高强度、抗磨损性、耐腐蚀性等性能的结构陶瓷。
3.生物陶瓷：以氧化锆、氧化铝、磷酸三钙等为原料，经过特殊制造工艺后，制成用于人工关节、牙科医疗和植入式医疗等领域的生物陶瓷。
4.热媒体陶瓷：以氧化铝、氧化锆等为原料，经过特殊工艺处理，制成用于高温传热的热媒体陶瓷。
5.摩擦材料陶瓷：以氧化铝、氮化硅、氧化锆等为原料，经过特殊烧制工艺，制成用于汽车、飞机、铁路等领域摩擦材料的陶瓷。
特种陶瓷的应用领域1.电子领域：用于电容器、介质、射频器件、振荡器、陶瓷滤波器、压电陶瓷、声波陶瓷等领域。
2.医疗领域：用于人工关节、人牙种植体、口腔修复等领域的生物陶瓷。
3.环保领域：用于重金属和有害气体的吸附、污水处理、空气净化等领域的陶瓷。
4.新能源领域：用于氢能源技术、太阳能电池等领域的氧化锆陶瓷。
5.机械领域：用于轴承、密封、磨损件等机械领域的结构陶瓷。
特种陶瓷的制造工艺特种陶瓷的制造过程包括原料选取、配料、成型、烧结等多个工艺环节。
原料选取是关键环节，不同种类的特种陶瓷要选取不同的原料。
例如，生物陶瓷需要选用生物相容性好、生物安全性高的原料，并采用特殊的工艺进行处理，保证最终陶瓷的生物可接受性。
配料是根据要求的化学组成比配制粉末混合物的重要环节，粉末混合方法有湿法和干法两种。
成型是将混合后的陶瓷粉末通过模具成型的环节，通常包括压制、注射成型、挤出成型和印制等多种成型方式。
烧结是将成型后的陶瓷样品放入特殊的烧结设备中加热处理的环节，经过高温烧结，使得陶瓷颗粒结合更紧密、密度更高，从而得到更高的强度和硬度。
特种陶瓷总结
优点： 缺点：
脆性差
高硬度，耐磨 高熔点，耐高温 高强度 高化学稳定性 比重小，约为金属1/3
原因：
化学键差异造成的。 金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好 陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合能大，很难塑性形 变，脆性大，裂纹敏感性强
第一章 粉体性能及制备
特种陶瓷粉体要求
1） 化学成分纯度高，均匀性好 2） 相组成均匀，准确 3） 粒度小于1um，粒度分布范围窄 4） 颗粒形状为球形式自形晶形 5） 团聚程度低 6） 粉体流动性好
绪
论
2、特种陶瓷分类
⑴ 结构陶瓷
以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性 能为主要特征。
⑵ 功能陶瓷
以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征， 在通信电子、自动控制、集成电路、计算机、信息处理等方面 的应用日益普及。
⑶ 陶瓷基复合材料
陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突 然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。
对于固定体 系E是固定的
吸 附 层
扩 散 层
可通过塑化 剂或者解凝 剂调整
当粒子和介质固定时，ζ和扩散层厚度成正比； 而ζ电位的增高，可提高团粒间的斥力，有助于克服范德华力和和 布朗运动，获得良好的悬浮性。
以Al203为例， Al203用盐酸处理后，在粒子表面生成三氯化铝 (AlCl3)，三氯化铝立即水解，生成AlCl2+和AlCl2+离子，犹如Al203 粒子表面吸附了一层阳离子，使其成为一个带正电荷的胶粒，然后 胶粒吸附OH－而形成一个庞大的胶团。
相变增韧对多晶转变有什么要求？
相变增韧的多晶转变要求 ①高温相转变为低温相的体积膨胀要大 ②多晶转变可以通过改变晶体粒度、加入稳定 剂或增加压力等手段使之在室温下不能进行 ③相变速度要快 ④晶体本身要有高强度 ZrO2由四方相到单斜相的变化属于马氏体相变， 满足上述条件，因此不仅用在本身，也在其他 陶瓷有明显的效果。
脆性差
高硬度，耐磨 高熔点，耐高温 高强度 高化学稳定性 比重小，约为金属1/3
原因：
化学键差异造成的。 金属：金属键，没有方向性，塑性变形性能好 陶瓷：离子键和共价键，方向性强，结合能大，很难塑性形 变，脆性大，裂纹敏感性强
第一章 粉体性能及制备
特种陶瓷粉体要求
1） 化学成分纯度高，均匀性好 2） 相组成均匀，准确 3） 粒度小于1um，粒度分布范围窄 4） 颗粒形状为球形式自形晶形 5） 团聚程度低 6） 粉体流动性好
绪
论
2、特种陶瓷分类
⑴ 结构陶瓷
以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性 能为主要特征。
⑵ 功能陶瓷
以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征， 在通信电子、自动控制、集成电路、计算机、信息处理等方面 的应用日益普及。
⑶ 陶瓷基复合材料
陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突 然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。
对于固定体 系E是固定的
吸 附 层
扩 散 层
可通过塑化 剂或者解凝 剂调整
当粒子和介质固定时，ζ和扩散层厚度成正比； 而ζ电位的增高，可提高团粒间的斥力，有助于克服范德华力和和 布朗运动，获得良好的悬浮性。
以Al203为例， Al203用盐酸处理后，在粒子表面生成三氯化铝 (AlCl3)，三氯化铝立即水解，生成AlCl2+和AlCl2+离子，犹如Al203 粒子表面吸附了一层阳离子，使其成为一个带正电荷的胶粒，然后 胶粒吸附OH－而形成一个庞大的胶团。
相变增韧对多晶转变有什么要求？
相变增韧的多晶转变要求 ①高温相转变为低温相的体积膨胀要大 ②多晶转变可以通过改变晶体粒度、加入稳定 剂或增加压力等手段使之在室温下不能进行 ③相变速度要快 ④晶体本身要有高强度 ZrO2由四方相到单斜相的变化属于马氏体相变， 满足上述条件，因此不仅用在本身，也在其他 陶瓷有明显的效果。
特种陶瓷
2.特种陶瓷材料的分类：
特种陶瓷
结构陶瓷
功能陶瓷
生物陶瓷
3.各种陶瓷的特点及功能
结构陶瓷：具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、 耐腐蚀等特性。 功能陶瓷：具有导电、半导性、绝缘、透光、光电、 电光、声光、磁光等性能。 生物陶瓷：具有医疗(人工关节. 骨、牙齿等)和催 化等功能。 特种陶瓷在现代工业技术,特别是在高新技术领域 中的地位日趋重要。
为保护政要，各国不惜高价在其座驾上安装高 性能防弹玻璃。去年8月，奥巴马成为总统候选
轻型透明装甲的另一应用是爆炸物（EOD）处理 行动。虽然有拆弹机器人的加入，但驻阿美军拆 弹部队还是要经常零距离面对简易路边爆炸装置。
人后，美国特工处便订制了大批被称为“透明
装甲”的新型防弹玻璃，它由4层不同透明物质 复合组成，能抵御化学物、火焰和多重枪击， 在就职典礼上成为保护奥巴马最重要的装备。
这在反映驻伊美军战争生活的美国大片《拆弹部
队》中不止一次出现。在他们所使用的防爆面甲 中，透明层压板占据了很大一部分重量。
轻型陶瓷复合装甲:装甲车辆的发展趋势是轻型化,即在保证攻击和防
护能力的前提下显著减小自重,以提高机动能力。
俄罗斯的罗斯托克”BTR-90装甲车车体用高硬度装甲钢制造，全焊接装甲结构，内有
无机非金属材料 ------------特种陶瓷
1.概述
特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、 高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷。突破了传统陶 瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、 氮化物、硅化物等为主要原料, 有时还可以与金属进 行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工 艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为 现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二 十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断现， 在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的 地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一 世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。
无机非金属材料工学 特种陶瓷
敏感陶瓷
材料的电学性能随热，湿，气，光，力等外 界条件的变化而产生敏感效应的陶瓷，统称为 敏感陶瓷（Sensitive Ceramics）
敏感陶瓷之一
热敏陶瓷 利用半导体陶瓷的电阻值对温度的敏感特性制成的一种对温度
敏感的器件，区热敏电阻器或热敏元件，它是温度传感器的一
种。根据热敏电阻器的电阻——温度特性，热敏半导体陶瓷可 分为负温度系数（NTC）热敏陶瓷、正温度系数（PTC）热敏
无机非金属材料工学
特种陶瓷
特 种 陶瓷
特种陶瓷是指采用高度精选的材料。具 有能精准控制的化学组成，按照便于控制 的制造加工技术，便于进行结构设计，并 具有优异特性的陶瓷
特 种 陶瓷与普通陶瓷的区别
特种陶瓷
原料以氧化物，氮化物，
普通陶瓷
以黏土为主要原料
硅化物，硼化物，碳化物为
主要原料 成分由人工配比，纯化物 相同类型的普通陶瓷由于 黏土的产地不同在结构和质 有较大差异
热释电陶瓷
热释电现象是一种自然现象，也是晶体的一种物理效应。晶体 受热温度升高，由于温度的变化，导致自发极化的变化，在晶体
的一定方向上产生表面电荷，这种现象称为热释电效应。
晶体中存在热释电效应的前提是：首先具有自发极化，即晶体 结构的某些方向的正、负电荷重心不重合（存在固有电矩）。二 是有温度的变化，即热释电效应是反映材料在温度变化的状态下 的性能。经过改性的PZT陶瓷，有良好的热释电性能，目前已制 成单个探测矩阵，在红外探测和热成像系统中得到应用。
氧化物陶瓷之一
氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷通常是指α-Al2O3含量为70%以上的氧化铝陶瓷。氧
化铝陶瓷的主晶相是刚玉（α-Al2O3）晶相。
氧化铝含量高，陶瓷的烧成温度也高。随着氧化铝的含量增加， 陶瓷具有的机械强度也提高；介电常数和比电阻提高，介电损
特种陶瓷
四、氧化铝陶瓷的低温烧结
由于氧化铝熔点高达2050℃，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高，从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，减少窑炉和窑具损耗，从而降低生产成本。
预烧方法不同、添加物不同、气氛不同，预烧质量也不一样。工业中预烧氧化铝时，通常要加入适量添加物，如 、 、 等，加入量一般为0.3%～3%，添加物可以降低预烧温度、促进晶型转化、排除Na2O等杂质。硼酸盐除碱效果好，氟化物可促进晶型转变，且收缩大、活性好。还原气氛也有利于排除Na2O等杂质。
预烧质量还与预烧温度有关：预烧温度偏低，则不能完全转变成 -Al2O3且电性能降低；若温度过高，粉料烧结， -Al2O3晶粒异常长大、硬度高，不易粉碎，且烧结活性低，制品难以烧结，不利于形成均匀的结构。一般情况下，Al2O3粉体煅烧温度控制在1400～1450℃。
湿化学法制备的Al2O3粉体粒径可达到纳米级，粒径分布范围窄，化学纯度高，晶体缺陷多。因此化学法粉体的表面能与活性比机械法粉体要高得多。采用这种超细Al2O3粉体作原料不仅能明显降低氧化铝瓷的烧结温度（可降150℃—300℃），而且可以获得微晶高强的高铝瓷材料。
4.2通过瓷料配方设计掺杂降低瓷体烧结温度
物料
-Al2O3
苏州土
CaCO３
BaCO３
烧骨石
ZrO2、CeO2、La2O3
Wt%
91
3
1.5
0.5
2
2
3.采用特殊烧成工艺降低瓷体烧结温度
采用热压烧结工艺，在对坯体加热的同时进行加压，那么烧结不仅是通过扩散传质来完成，此时塑性流动起了重要作用，坯体的烧结温度将比常压烧结低很多，因此热压烧结是降低Al２O３陶瓷烧结温度的重要技术之一。目前热压烧结法中有压力烧结法和高温等静压烧结法（ＨＩＰ）二种。ＨＩＰ法可使坯体受到各向同性的压力，陶瓷的显微结构比压力烧结法更加均匀。就氧化铝瓷而言，如果常压下普通烧结必须烧至1800℃以上的高温，热压20ＭＰａ烧结，在1000℃左右的较低温度下就已致密化了。热压烧结技术不仅显著降低氧化铝瓷的烧结温度，而且能较好地抑制晶粒长大，能够获得致密的微晶高强的氧化铝陶瓷，特别适合透明氧化铝陶瓷和微晶刚玉瓷的烧结。此外，由于氧化铝的烧结过程与阴离子的扩散速率有关，而还原气氛有利于阴离子空位的增加，可促进烧结的进行。因此，真空烧结、氢气气氛烧结等是实现氧化铝瓷低温烧结的有效辅助手段。
由于氧化铝熔点高达2050℃，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高，从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，减少窑炉和窑具损耗，从而降低生产成本。
预烧方法不同、添加物不同、气氛不同，预烧质量也不一样。工业中预烧氧化铝时，通常要加入适量添加物，如 、 、 等，加入量一般为0.3%～3%，添加物可以降低预烧温度、促进晶型转化、排除Na2O等杂质。硼酸盐除碱效果好，氟化物可促进晶型转变，且收缩大、活性好。还原气氛也有利于排除Na2O等杂质。
预烧质量还与预烧温度有关：预烧温度偏低，则不能完全转变成 -Al2O3且电性能降低；若温度过高，粉料烧结， -Al2O3晶粒异常长大、硬度高，不易粉碎，且烧结活性低，制品难以烧结，不利于形成均匀的结构。一般情况下，Al2O3粉体煅烧温度控制在1400～1450℃。
湿化学法制备的Al2O3粉体粒径可达到纳米级，粒径分布范围窄，化学纯度高，晶体缺陷多。因此化学法粉体的表面能与活性比机械法粉体要高得多。采用这种超细Al2O3粉体作原料不仅能明显降低氧化铝瓷的烧结温度（可降150℃—300℃），而且可以获得微晶高强的高铝瓷材料。
4.2通过瓷料配方设计掺杂降低瓷体烧结温度
物料
-Al2O3
苏州土
CaCO３
BaCO３
烧骨石
ZrO2、CeO2、La2O3
Wt%
91
3
1.5
0.5
2
2
3.采用特殊烧成工艺降低瓷体烧结温度
采用热压烧结工艺，在对坯体加热的同时进行加压，那么烧结不仅是通过扩散传质来完成，此时塑性流动起了重要作用，坯体的烧结温度将比常压烧结低很多，因此热压烧结是降低Al２O３陶瓷烧结温度的重要技术之一。目前热压烧结法中有压力烧结法和高温等静压烧结法（ＨＩＰ）二种。ＨＩＰ法可使坯体受到各向同性的压力，陶瓷的显微结构比压力烧结法更加均匀。就氧化铝瓷而言，如果常压下普通烧结必须烧至1800℃以上的高温，热压20ＭＰａ烧结，在1000℃左右的较低温度下就已致密化了。热压烧结技术不仅显著降低氧化铝瓷的烧结温度，而且能较好地抑制晶粒长大，能够获得致密的微晶高强的氧化铝陶瓷，特别适合透明氧化铝陶瓷和微晶刚玉瓷的烧结。此外，由于氧化铝的烧结过程与阴离子的扩散速率有关，而还原气氛有利于阴离子空位的增加，可促进烧结的进行。因此，真空烧结、氢气气氛烧结等是实现氧化铝瓷低温烧结的有效辅助手段。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纯ZrO2为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般 含有HfO2，不易分离。 ZrO2 ：密度5. 6g/Cm ３ ， 熔点2715℃ 。二氧化锆具有熔点和沸点高、硬度 大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优 良性质。
特种陶瓷介绍
二氧化锆有3种晶型，属多晶相转化的氧化物。 稳时定四的方低 晶温 相相(t -为Z单rO斜2)晶逐结渐构形(成m，- Z直r至O22)3，70高℃于只10存0在0℃四 方相，高于2370℃至熔点温度 在冷却过程中则体积膨胀。因此在使用时为使其不发 生体积变化，必须进行晶型稳定化处理。常用的稳定 剂有Y2O3，CaO，MgO，CeO2和其它稀上氧化物。 这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近(相差在12%以 内)，它们在ZrO2中的溶解度很大，可以和ZrO2形成 单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。这种固溶 体可以通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。 快冷得到的立方固溶体保持稳定，不再发生相变，没 有体积变化，这种ZrO2称为全稳定ZrO2写为 FSZ(Fully Stabilized Zirconia)。
特种陶瓷介绍
2.2 功能陶瓷
所谓功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超 导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的 一类陶瓷。由于这类陶瓷材料拥有许多优异的特 殊性能，因而受到了人们的普遍关注和重视。在 功能材料中，陶瓷也占有十分重要的地位。功能 陶瓷占整个特种陶瓷产量的80%，而且每年以 20%的速度增长。功能陶瓷己在能源开发、空间 技术、电子技术、生物技术、环境科学等领域得 到了广泛的应用。
▪ 功能陶瓷的品种繁多，性能各异，因而应用领域十分广 泛，在现代人的生活中随处可见。
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
3 应用举例
3.1 氧化锆陶瓷
3.1.1 氧化锆性能介绍
3.1.1.1 物理性质
锆在地壳中的储量为0. 025%，超过Cu，Zn， Sn，Ni，Pb等金属的储量，资源丰富。自然界中 锆以锆英石、斜锆石和它们的变体形态出现。
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
1 前言
人类进入21世纪，信息、能源、材料被誉为科 学的三大支柱。材料是人类生产和生活的物质基础， 是人类进步与人类文明的标志。随着空间技术、光 电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术 的出现、发展，要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、 耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。 传统材料难以满足要求，开发和有效利用高性能材 料己经成为材料利学发展的必然趋势。目前，在新 材料世界里，陶瓷材料已与金属材料、有机材料并 称为现代三大材料。由于陶瓷材料具有高强度、高 硬度、耐腐蚀、耐高温等特征，使之成为新材料的 发展中心，受到广泛关注。
特种陶瓷介绍
功能陶瓷大致可分为电子陶瓷（包括电绝缘、电介质、 铁电、压电、热释电、敏感、导电、超导、磁性等陶瓷）、 透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔 陶瓷。功能陶瓷的分类、特性和用途见下表2-1、2-2、2-3、 2-4。
功能陶瓷与传统的陶瓷相比在原料及工艺等方面有很大 的区别，是知识和技术密集刑产品。功能材料之所以具有 卓越的功能及特性，不仅与材料的化学组成有关，而且很 大程度上决定于其微观结构。功能材料的开发首先依赖于 新材料的发现和人工合成。在功能陶瓷材料重大发现中， 人们先后发现了氧化物导体，固体电解质，压电与非线性 光学材料，铁氧体与记忆材料，太阳能电池，高温氧化物 超导体等。随着电子产品向轻薄短小、多功能、高可靠性 和高密度表面、高集成化的发展，功能材料也有着不断的 发展。
特种陶瓷介绍
高性能特种陶瓷在许多方而都突破了传统陶瓷的 概念和范畴，是陶瓷发展史上的一次革命性的变化。
特种陶瓷(special ceramics)又叫精细陶瓷(fine ceramics)、先进陶瓷( advanced ceramics)、现 代陶瓷( modern ceramics)、高技术陶瓷( high technology ceramics)或高性能陶瓷( high performance ceramic)。一般认为，特种陶瓷是 “采用高度精选的原材料，具有精确控制的化学组成， 按照便于控制的制造技术加工成的，便于进行结构 设计，并具有优异特性的陶瓷”它的出现与现代工业 和高技术密切相关。近20年来由于冶金、汽车、能 源、生物、航天、通信等领域的发展对新材料的需 要，陶瓷材料在国内外已经逐步形成了一个新兴的 产业。
特种陶瓷介绍
结构陶瓷
陶瓷轴承
蜂窝陶瓷蓄热体
陶瓷坩埚 (耐热堇青石陶瓷)
特种陶瓷介绍
电子陶瓷
防雷击保护器件－陶瓷气 体放电管
光源陶瓷（插座）
特种陶瓷介绍
2.1 结构陶瓷
所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料 使用的陶瓷。是陶瓷材料的重要分支，约占整 个陶瓷市场的25％左右。结构陶瓷以耐高温、 高强度、超硬度、耐磨、抗腐蚀等机械力学性 能为主要特征，因此在冶金、宇航、能源、机 械、光学等领域有重要的应用。在这些应用领 域用非金属代替金属是总的趋势。结构陶瓷大 致分为氧化物系、非氧化物系和结构用的陶瓷 基复合材料。其分类、特性和应用见下表1。
特种陶瓷介绍
2 分类及应用
高性能陶瓷可以分为结构陶瓷和功能陶瓷 两大类。结构陶瓷是以利用力学和热学性能为 主的材料，又可称为高温结构陶瓷；功能陶瓷 是以利用电、磁、光、铁电、压电等性能及其 耦合为主的材料。随着利学技术的发展，新材 料的不断出现，结构陶瓷与功能陶瓷的界限也 逐渐淡化，有些材料同时具备优越的结构性能 与优良的功能。从材料体系来分可以分为：机 械材料、电磁材料、半导体材料、光学材料、 热学材料、生物化学材料。
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
结构陶瓷应用主要有：
切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部 件、发动机部件、热交换器、生物部件和 装甲等。
结构陶瓷主要材料有：
氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）、 二氧化锆（ZrO2）、碳化硼（B4C）、 二硼化钛（TiB2)、氧化铝（A1203）、 和赛隆（Sialon)等。
特种陶瓷介绍
二氧化锆有3种晶型，属多晶相转化的氧化物。 稳时定四的方低 晶温 相相(t -为Z单rO斜2)晶逐结渐构形(成m，- Z直r至O22)3，70高℃于只10存0在0℃四 方相，高于2370℃至熔点温度 在冷却过程中则体积膨胀。因此在使用时为使其不发 生体积变化，必须进行晶型稳定化处理。常用的稳定 剂有Y2O3，CaO，MgO，CeO2和其它稀上氧化物。 这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近(相差在12%以 内)，它们在ZrO2中的溶解度很大，可以和ZrO2形成 单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。这种固溶 体可以通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。 快冷得到的立方固溶体保持稳定，不再发生相变，没 有体积变化，这种ZrO2称为全稳定ZrO2写为 FSZ(Fully Stabilized Zirconia)。
特种陶瓷介绍
2.2 功能陶瓷
所谓功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超 导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的 一类陶瓷。由于这类陶瓷材料拥有许多优异的特 殊性能，因而受到了人们的普遍关注和重视。在 功能材料中，陶瓷也占有十分重要的地位。功能 陶瓷占整个特种陶瓷产量的80%，而且每年以 20%的速度增长。功能陶瓷己在能源开发、空间 技术、电子技术、生物技术、环境科学等领域得 到了广泛的应用。
▪ 功能陶瓷的品种繁多，性能各异，因而应用领域十分广 泛，在现代人的生活中随处可见。
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
3 应用举例
3.1 氧化锆陶瓷
3.1.1 氧化锆性能介绍
3.1.1.1 物理性质
锆在地壳中的储量为0. 025%，超过Cu，Zn， Sn，Ni，Pb等金属的储量，资源丰富。自然界中 锆以锆英石、斜锆石和它们的变体形态出现。
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
1 前言
人类进入21世纪，信息、能源、材料被誉为科 学的三大支柱。材料是人类生产和生活的物质基础， 是人类进步与人类文明的标志。随着空间技术、光 电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术 的出现、发展，要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、 耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。 传统材料难以满足要求，开发和有效利用高性能材 料己经成为材料利学发展的必然趋势。目前，在新 材料世界里，陶瓷材料已与金属材料、有机材料并 称为现代三大材料。由于陶瓷材料具有高强度、高 硬度、耐腐蚀、耐高温等特征，使之成为新材料的 发展中心，受到广泛关注。
特种陶瓷介绍
功能陶瓷大致可分为电子陶瓷（包括电绝缘、电介质、 铁电、压电、热释电、敏感、导电、超导、磁性等陶瓷）、 透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔 陶瓷。功能陶瓷的分类、特性和用途见下表2-1、2-2、2-3、 2-4。
功能陶瓷与传统的陶瓷相比在原料及工艺等方面有很大 的区别，是知识和技术密集刑产品。功能材料之所以具有 卓越的功能及特性，不仅与材料的化学组成有关，而且很 大程度上决定于其微观结构。功能材料的开发首先依赖于 新材料的发现和人工合成。在功能陶瓷材料重大发现中， 人们先后发现了氧化物导体，固体电解质，压电与非线性 光学材料，铁氧体与记忆材料，太阳能电池，高温氧化物 超导体等。随着电子产品向轻薄短小、多功能、高可靠性 和高密度表面、高集成化的发展，功能材料也有着不断的 发展。
特种陶瓷介绍
高性能特种陶瓷在许多方而都突破了传统陶瓷的 概念和范畴，是陶瓷发展史上的一次革命性的变化。
特种陶瓷(special ceramics)又叫精细陶瓷(fine ceramics)、先进陶瓷( advanced ceramics)、现 代陶瓷( modern ceramics)、高技术陶瓷( high technology ceramics)或高性能陶瓷( high performance ceramic)。一般认为，特种陶瓷是 “采用高度精选的原材料，具有精确控制的化学组成， 按照便于控制的制造技术加工成的，便于进行结构 设计，并具有优异特性的陶瓷”它的出现与现代工业 和高技术密切相关。近20年来由于冶金、汽车、能 源、生物、航天、通信等领域的发展对新材料的需 要，陶瓷材料在国内外已经逐步形成了一个新兴的 产业。
特种陶瓷介绍
结构陶瓷
陶瓷轴承
蜂窝陶瓷蓄热体
陶瓷坩埚 (耐热堇青石陶瓷)
特种陶瓷介绍
电子陶瓷
防雷击保护器件－陶瓷气 体放电管
光源陶瓷（插座）
特种陶瓷介绍
2.1 结构陶瓷
所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料 使用的陶瓷。是陶瓷材料的重要分支，约占整 个陶瓷市场的25％左右。结构陶瓷以耐高温、 高强度、超硬度、耐磨、抗腐蚀等机械力学性 能为主要特征，因此在冶金、宇航、能源、机 械、光学等领域有重要的应用。在这些应用领 域用非金属代替金属是总的趋势。结构陶瓷大 致分为氧化物系、非氧化物系和结构用的陶瓷 基复合材料。其分类、特性和应用见下表1。
特种陶瓷介绍
2 分类及应用
高性能陶瓷可以分为结构陶瓷和功能陶瓷 两大类。结构陶瓷是以利用力学和热学性能为 主的材料，又可称为高温结构陶瓷；功能陶瓷 是以利用电、磁、光、铁电、压电等性能及其 耦合为主的材料。随着利学技术的发展，新材 料的不断出现，结构陶瓷与功能陶瓷的界限也 逐渐淡化，有些材料同时具备优越的结构性能 与优良的功能。从材料体系来分可以分为：机 械材料、电磁材料、半导体材料、光学材料、 热学材料、生物化学材料。
特种陶瓷介绍
特种陶瓷介绍
结构陶瓷应用主要有：
切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部 件、发动机部件、热交换器、生物部件和 装甲等。
结构陶瓷主要材料有：
氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）、 二氧化锆（ZrO2）、碳化硼（B4C）、 二硼化钛（TiB2)、氧化铝（A1203）、 和赛隆（Sialon)等。