无机非金属材料导论3章陶瓷

新型陶瓷
品种 绝缘材料
铁电和压电材料 磁性材料
导体陶瓷 半导体陶瓷
光学材料
高温结构陶瓷 超硬材料 人工晶体 生物陶瓷 无机复合材料
品种示例
氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃 和微晶玻璃等
钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等
锰—锌、镍—锌、锰—镁、锂—锰等铁氧体、磁记录 和磁泡材料等 钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等
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传统陶瓷
品种 水泥等胶凝材料 陶瓷 耐火材料 玻璃 搪瓷 铸石 研磨材料 多孔材料 碳素材料 非金属矿
品种示例 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等 粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等 硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等 硅酸盐 钢片、铸铁、铝和铜胎等 辉绿岩、玄武岩、铸石等 氧化锆、氧化铝、碳化硅等 硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等 石墨、焦炭和各种碳素制品等 粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石 等
钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金 属元素氧化物系材料等 钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石 英系或多组分玻璃的光导纤维等 高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物
碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等
铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等
长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等
第三章 陶瓷
陶瓷是由粉状原料成形后在高温作用下硬化而 形成的制品，是多晶、多相的聚集体。
陶瓷材料是无机非金属材料中的一个重要部分， 具有耐高温、耐腐蚀、高强度、多功能等性能。
随着现代科技的发展，出现了许多性能优良的新型 陶瓷。
3.1 陶瓷的分类及制备工艺 一、陶瓷材料的分类 二、陶瓷材料的制备工艺 3.2 陶瓷的组织结构与性能 一、陶瓷的组织结构 二、陶瓷的性能
（5） H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。
2.粘土的矿物组成 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。
粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类 （包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。
高岭石
叶腊石
伊利石
a．高岭石类（Kaolinite） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石
(二）粘土的组成
粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组 成和颗粒组成。
1、粘土的化学组成(key point)
主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 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。
风化残积型粘土（一次粘土）矿床一般SiO2含量高， 而A12O3含量低。
玻璃幕墙 导电玻璃
2、按性能和用途分类 可将陶瓷材料分为结构陶
瓷和功能陶瓷两类。
陶瓷零 件
3、按习惯分 （或原料） 可将陶瓷材料分为传统陶瓷和新型陶瓷两类。 A.传统陶瓷 又称为普通陶瓷，主要是指硅酸盐陶瓷材料，
因其中占主导地位的化学组成氧化硅是以黏土 矿物原料引入的，所以也称为黏土陶瓷。 B.新型陶瓷 又称为特种陶瓷，指一些具有特殊物理或化学 性能和特殊功能的陶瓷。
陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料
传统陶瓷烧制工艺：
3.1.2 陶瓷的制备工艺
陶瓷的制备工艺比较复杂，但基本工艺包括： 原材料的制备、坯料的成型、坯料的干燥和制 品的烧成等4大步骤。
粉末制备
预处理
成型
烧结
热成型
加工
成品
1.原料的制备
传统的陶瓷所用的原料大部分为天然原料。开采后， 一般要经过筛选、风选、淘洗、研磨以及磁选等， 分离出适当颗粒度的所需矿物组分。
（三）粘土在陶瓷生产中的作用
1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。 2.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 3.粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。 4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。 5.粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体 的主要来源。
（1）天然原料-石英类原料
（一）石英矿石的类型
二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60％。含二氧化硅的 矿物种类很多，一部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿 物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体， 其中结晶态二氧化硅统称为 石英。由于经历的地质作用及成矿条 件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。
a.水晶 b.脉石英 c.砂岩 d.石英岩 e.石英砂
3.3 传统陶瓷材料 一、不致密陶瓷材料 二、致密陶瓷材料 三、传统陶瓷的用途 3.4 新型陶瓷 一、氧化物陶瓷 二、非氧化物陶瓷 三、氮化物陶瓷
3.1 陶瓷的分类及制备工艺
一、陶瓷材料的分类 1、按化学成分分类 可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶
瓷及其它化合物陶瓷。
是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。
b．蒙脱石类 蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要
组成矿物的粘土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色 或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。
c ．伊利石类 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的 中间产物。 组成成分与白云母相似，但伊利石比正常的白云母多SiO2和H2O而少K2O。 与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。
化学组成在一定程度上反映其工艺性质。
（1）SiO2 ：若以石英状态存在的SiO2多时，粘土可塑性降低，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。
（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。
特种陶瓷，需要特种原料，天然原料难以满足要求， 需要人工合成。
（1）天然原料-粘土类原料
粘土（clay）是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合 体，其矿物粒径一般小于2 µm，主要由粘土矿物以及其它一些杂质矿物组 成。
（一）粘土的成因：
1. 风化残积型
2. 热液蚀变型 3. 沉积型黏土矿床