高美珍 材料科学与工程导论-7
材料科学与工程导论及总结
材料科学与工程导论及总结内容：学习材料学的基本知识；主要涉及到各种材料的组成、结构、性能、应用以及它们之间的关系。
目的：材料类专业的入门课及专业基础课之一。
了解材料的基本知识，逐步扩大材料的专业知识面，培养分析和解决有关材料问题的初步能力。
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料……2、材料的地位和作用材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。
材料、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。
材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、• • •、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
(有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用σs表示。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
短纤维增韧机理
短纤维增韧复合材料的制备工艺比长纤维的简 便。通常是将长纤维剪断，再与基体粉体材料 混合、热压制得。在热压时，短纤维沿压力方 向择优取向，产生性能上的各向异性。当短纤 维的质量分数适当时，复合材料的断裂功显著 提高，从而使断裂韧性得到提高。
材料科学与工程学导论
材料科学与工程学导论
复合材料的界面
纤维增强金属基复合材料界面的类型 I。纤维与基体互不反应、互不溶解的界面。 II。纤维与基体不反应、但相互溶解的界面。 III。纤维与基体反应形成界面反应层。
材料科学与工程学导论
复合材料的界面
界面结合的类型
I。机械结合：借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的
机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。
良好的高温性能
增强纤维的熔点都很高，并且在高温下仍具有较
高的强度
材料科学与工程学导论
纤维增强复合材料的纤维种类
纤维增强复合材料中主要的新型纤维与晶须有：
碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝 纤维以及碳化硅晶须、氧化铝晶须等。
这些纤维与晶须的主要特点是：
密度低、强度高、弹性模量高、线膨胀系数小等 特点。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf＋εmVm。 1/Ec = Vf/Ef＋Vm/Em。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp＋ρmVm。
材料科学与工程学导论
金属基复合材料
颗粒增强金属基复合材料
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论材料科学与工程导论1 本课程的基本概念：材料科学虽然是一门基础科学，但是它涉及到诸如本课程的基本概念：表面物理学、表面化学、金属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质学等多个学科的理论；同时也与信息科学、生命科学、深海和深空科学等现代科学技术紧密相连。
1.1材料与人类文明一、材料与人类文明发展（历史贡献）--石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代……陶器（china） 1.陶器出現是人类跨入新石器时代的重要标志之一，2.据目前已知的考古资料，中国的陶器制作至少已8000年以上的历史。
青铜：第一种合金1.青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。
2.史学上所称的“青铜时代”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。
3.到春秋战国時期，齐国工匠总结科技经验写成的《考工记》一书中，提出了「金有六齐」，这是世界科技史上最早的冶铜经验总结。
二、材料与人类现代文明－－材料是发展高科技的先导和基石（一）支撑人类现代文明大厦的四大支柱技术1.材料科学与技术2.生物科学与技术3.能源科学与技术4.信息科学与技术* 其中材料是基础！材料的应用：计算机与材料；飞机和材料;复合科学材料能源。
（二）新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。
1.主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料；2.嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料；3.Si半导体材料为代表的太阳能电池材料；4.铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。
1.2材料科学概论化学成分不同的材料其性能也不相同。
但对于同一成分的材料，通过不同的加工工艺也可以使其性能发生极大的变化。
*可见，除化学成分外，材料内部的结构和组织状态也是决定材料性能的重要因素。
*材料科学与工程（ MSE ）四要素:材料的合成与制备;成分与组织结构;材料特性;服役行为与使用寿命。
材料科学与工程学导论—第三章—结构材料
结构材料
不锈钢中合金元素的作用
钢铁材料
合金钢
4。加入合金元素Mo、Cu等：提高钢在非氧化性酸中的 耐腐蚀能力。 5。加入合金元素Ti、Nb等：能优先同C形成稳定的碳化 物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫Cr，提高钢的耐腐 蚀性。
6。加入合金元素Mn、N等：部分替代Ni以获得奥氏体
组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。
将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随 炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。
结构材料
碳钢的常规热处理
温
钢铁材料
碳钢
正火
将钢件加热到AC3 和Acm以上30－50 度，保持适当时间 正火 淬火 后，在空气中冷却， 得到珠光体类组织的 热处理工艺。
度
时
间
在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组 织，提高强度，改善韧性。
铝及铝合金
时效强化
l Cu在Al中的固溶度随温
α
400
温度/℃
200
5.7 α＋θ（Al2Cu） GP区固溶线
度降低而降低。500℃时 将有4％的Cu固溶在Al
中，将含4％的Al冷却到
室温，绝大部分的Cu将 以GP区和过渡相等形式
4 6
2
Cu/%
析出。
结构材料
合金元素的作用
温 度
有色金属材料
铝及铝合金
结构材料
牌号及用途
钢铁材料
碳钢
铸 钢
铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量
分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。
主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的
零件，如齿轮、联轴器等。
高美珍 材料科学与工程导论-27
21.3光与固体相互作用
光由一种介质进入另一种介质（例如，由
空气进入固体物质）发生几种现象。一部
分光穿透介质(Transmission)；一部分光被
吸收(Absorption)；还有一部分光在两种介
质的界面被反射(Reflection)。入射到固体介
质光表IA、面反的射光光束I的R的强强度度Io等之于和透：射光IT、吸收
第二十一章光学特性
➢ Why does the sky appear blue? ➢ How many miles of optical fibers have been
installed worldwide to date? ➢ What does the acronym LASER stand for? ➢ What is a ruby laser made from? ➢ Dose the operation of a fluorescent tube light
从量子力学的角度解释电磁辐射更为简单。
从量子力学角度出发，辐射不是由波动组成，
而是由一组能量组成。这些能量称为光子
(Photon)，光子的能量是量子化的或者只能
具有特定值。
E h hc
(21.3)
这里h是普适的常数，称为普朗克(Planck)常 数，h=6.63×10-34 J-s。因此光子的能量与辐 射的频率成正比，或者与波长成反比。
图21.1
图21.2
在真空中，所有的电磁辐射以相同的速度传
播，这一速度称为光速，大小为3×108 m/s 。
光速c与真空电导率0和真空磁导率0有关：
c 1
(21.1)
0 0
此外，电磁辐射的频率和波长是速度的函
材料科学与工程导论
无机非金属材料的磁学性能
磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物，通常称为铁氧体 亚铁磁性
高分子材料的磁学性能 1、大多数体系为抗磁性材料 2、顺磁性仅存在于两类有机物 含有过渡金属 含有属于定域态或较少离域的未成对电子 （不饱和键、自由基等）
材料科学与工程的内涵
组成要素： 成分 结构 合成加工 使用效能
是各学科综合发展的必然结果
固体物理、无机有机化学、物理化学
物质结构 和性质
冶金学、金属学陶瓷学、高分子学
材料的制备 结构与性能
金属材料、高分子材料与陶瓷材料之间的共性规律
材 料 科 学
材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料 对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
韧性表征和意义
断裂韧性：抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力。 断裂：裂纹产生，扩展超过临界尺寸，失稳快速扩展断裂。
KI 应力场强因子 KIC 临界应力场强因子 裂纹扩展的临界状态对应的场强因子，代表材料的断裂韧性。
KI 应力场强因子 外加应力
决定电导率的基本参数 parameters 载流子类型 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density----n, 个/m3 载流子迁移率 electron mobility
导电聚合物的应用
理想情况下，导电聚合物具有金属导电性，且重量轻、易加工、材料来源广等特点 。 用作电极、电磁波屏蔽、抗静电材料等 半导体器件和发光器件方面得应用 聚合物电池、电致变色显示器、 电化学传感器、场效应管、 聚合物发光二极管（LED）
本文档后面有精心整理的常用PPT编辑图标，以提高工作效率
高美珍 材料科学与工程导论-3z
结 构 就 是 Na 离 子 格 子
与Cl离子格子在空间错
位1/2（a+b+c), 穿插构
成 。 NaCl 、 MgO 、
MnO 、 LiF 、 FeO 具 有
这种结构。
整理课件
♪ 氯化铯结构
基胞如图所示。两种 离子的配位数都是8， 阴离子占据立方体角 位，阳离子占据体心 位。CsCl 不属于体心 立方结构，而是简单 立 方 结 构 。 CsCl 、 CsBr 、 CsI 、 TiCl 、 NH4Cl 等 具 有 这 种 结 构。
整理课件
表12-2各种rC/rA 比值下的配位数 和最近邻几何。
整理课件
表12-3陶瓷中常见的 配位数为6的几种阴、 阳离子的离子半径
整理课件
例题12-1 证明配位数为3时，最小的阳/阴离子 半径比值为0.155.
证明：阳离子半径为rC，阴离子半径为rA， 那么
整理课件
AP rA
AOrA rC
整理课件
7、陶瓷密度计算
类似3.5节金属密度计算方法，可以计算陶 瓷的理论密度，计算公式如下：
n'(
AC
AA)
VCNA
（12-1）
其中，n’=一个基胞内化学式单位的个数
AC=化学式单位内所有阳离子的原子量之和 AA=化学式单位内所有阴离子的原子量之和 VC=基胞体积 NA=阿伏加德罗常数，6.0231023O的晶体结构类型。
解：首先，FeO是一种AX型化合物。 其次，由表13.3可知阳离子和阴离子半径比
为： rFe2 0.077nm0.550 rO2 0.140nm
这一比值在0.414和0.732之间，由表 13.2可知Fe2+离子的相关数为6。既然阳离 子和阴离子数目相同， 可以预测其结构一 定是岩盐结构。
材料科学与工程导论 第1章 材料与社会(2)
1.2.1 材料与人类文明
新材料时代 1900 —：
20世纪90年代后，现代复合材料、各种新材料层出不 穷，并得到快速发展，标志着人类已进入新材料时代。
新材料使新技术得以产生和应用，而新技术又促进了 新工业的出现和发展。
1.2.1 材料与人类文明
从人类利用材料的历史中可以清楚地看到：每一种重要 新材料的发现和应用，都会把人类支配自然的能力提高到一 个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都将引起生产 技术的重大变革，甚至引发一场世界性的技术革命，大大加 速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大的变 革，把人类物质文明推向前进。
1.2.1 材料与人类文明
400,000 BC — 4,500 BC 石器时代 (Stone Age) 人类主要以石头、骨 头、木制作简单的工具。
燧石：神奇的石头
1.2.1 材料与人类文明
陶器(Pottery)
• 陶器的出现是人类跨 入新石器时代的重要 标志之一
• 据考古资料，中国陶 器制作历史至少有 8000年以上
1950，制出第1只硅晶体管。 1952，用直拉法培育硅单晶成功。 1953，用无坩埚区域熔化法拉制单晶。 1955，采用Zn还原SiCl4法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求 1956，氢还原SiHCl3法。 1960，用氢还原SiHCl3法进行工业生产，已具规模。 硅整流器、硅闸流管问世，促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的 首位。 1960年代，硅外延生长单晶技术和硅平面工艺。 硅晶体管制造技术趋于成熟，集成电路迅速发展。 1980年代初，全世界多晶硅产量达2500吨。
突目面具 铸于商代晚期，高64.5cm，宽
138cm，眼球柱状外突长达13.5cm
1.2.1 材料与人类文明 司母戊鼎
材料科学与工程导论（双语）Chater_8（可编辑）
材料科学与工程导论(双语)Chater_8INTRODUCTION TO MATERIALSSCIENCE AND ENGINEERING国家级双语教学示范课程ISSUES TO ADDRESSCHAPTER 9BIOMATERIALS/NANOMATERIALS/SMART MATERIALS What are biomaterials What is nano What are smart materials Applications of smart materialsAn Interdisciplinary FieldBioengineersMaterial ScientistsImmunologistsChemistsBiologistsSurgeons.9.1 BiomaterialsA Little History on BiomaterialsRomans, Chinese, and Aztecs used gold indentistry over 2000 years ago, Cu not good Ivory & wood teethAsepticsurgery 1860 ListerBone plates 1900, joints 1930Turn of the century, synthetic plastics came intouseWWII, shards of PMMA unintentionally gotlodged into eyes of aviatorsParachute cloth used for vascular prosthesis1960- Polyethylene and stainless steel beingused for hip implantsWhat’s a biomaterial?1980 - Passive and inert point of viewAny substance or drugs, of synthetic or naturalorigin, which can be used for any period aloneor as part of a system and that increases orreplaces any tissue, organ or function of thebody.1990 ? Active point of viewNon-living material used in a medical deviceand designed to interact with biologicalsystems.Classification of BiomaterialsFirst generation: INERT Do not trigger any reaction in the host: neitherrejected nor recognition “ do not bring anygood result”Second generation: BIOACTIVE Ensure a more stable performance in a longtime or for the period you wantThird generation: BIODEGRADABLE It can be chemically degraded or decomposedby natural effectors weather, soil bacteria,plants, animalsMean Features for Medical ApplicationsBIOFUNCTIONALITY Playing a specific function in physical andmechanical termsBIOCOMPATIBILITY Concept that refers to a set of properties that amaterial must have to be used safely in abiological organism The ability of a material to perform with an appropriate host response in a specificapplication Host response: the reaction of a living system to the presence of a material.What is a biocompatible material?1 Synthetic or natural material used in intimatecontact with living tissue it can be implanted,partially implanted or totally external.2 Biocompatible materials are intended tointerface with biological system to EVALUATE,TREAT, AUGMENT or REPLACE any tissue,organ or function of the body A biocompatible device must be fabricated frommaterials that will not elicit an adverse biologicalresponse.Biocompatible material features1 Absence of carcinogenicity 致癌性 the abilityor tendency to produce cancer2 Absence of immunogenicity 致免疫性absence of a recognition of an external factorwhich could create rejection3 Absence of teratogenicity 致畸性 ability tocause birth defects4 Absence of toxicityWhat’s a bi odegradable implant Once implanted, should maintain its mechanical properties until it is no longerneeded and then be absorbed and excretedby the body, leaving no trace Biodegradable implants are designed to overcome the disadvantages of permanentmetal-based devices.BiomaterialsPolymeric biomaterialsBioceramicsMetallic biomaterialsBiocompositeBiologically based derived biomaterials Polymeric Biomaterials: Adv. & Disadv.聚甲基丙烯酸甲酯，俗称“有机玻璃”。
高美珍 材料科学与工程导论(2)
Ic
I0
expV(E ) B
19-26
其中，I0和B是常数， VE是发射极和基极之 间的电压。
ppt课件
13
18.23
ppt课件
14
金属氧化物半导体场效应晶体管
(MOSFET)
一类MOSFET由两个p型半导体小岛组成， 这两个小岛是在n型硅基底内形成的，横 截面如图18.24所示。这两个岛由一个很 窄的p型沟道连通，这些岛之间有适当的 金属连接（源极Source和漏极Drain）， 通过硅的氧化，表面形成一层二氧化硅
7
击穿的方式有两种：
齐纳击穿---Zener breakdown：在高掺杂浓度 的情况下，势垒区宽度很小，反向电压较大
时，价电子脱离共价键束缚，破坏了势垒区 内共价键结构，产生电子-空穴对，致使电 流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。
雪崩击穿---Avalanche breakdown：当反向电 压较大时，外加电场使少子漂移速度加快，
整流过程示意图为图18.21。由图可见，一 个交流电经过这样一个p-n结之后变成直流 电，因此称为整流二极管（Rectifer diodes）。 反向偏压时，热激发产生的电子-空穴的复 合造成leakage current。反向偏压非常大时， 会导致二极管击穿（breakdown)。
ppt课件
6
ppt课件
从而与共价键中价电子相碰撞，把价电子撞 出共价键，产生电子-空穴对。新产生电子空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流 子雪崩式地增加，这种击穿称为雪崩击穿。
ppt课件
8
ppt课件
9
晶体管（Transistors）
晶体管具有两种类型功能。第一，可以放大 电信号。其次，在计算机中可以用于开关元 件，处理和存储信息。晶体管的两种主要类 型是结（或双模态）晶体管（BJT）和金属 氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。 结晶体管（Bipolar Junction Transistors） 结晶体管由两个p－n结背靠背构成，或者为
- 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)。
例如，已知某瓷料化学组成的质量百分比 为：Al2O3:93.0%; MgO:1.3%; CaO:1.0%; SiO2:4.7%。使用的原料是：工业氧化铝、 生滑石、CaCO3和苏州土，求合成上述瓷 料所需的配料比。
设：工业氧化铝的纯度为100%； CaCO3的 纯度为100%；苏州土为纯高岭石，组成为： Al2O3:39.5%; SiO2:46.5%; H2O:14.0%；滑 石化学组成：MgO:31.7%; SiO2:63.5%; H2O:4.8%。
煅烧，作用主要有：原料的晶型发生转 变以避免物料在烧结过程中产生晶型转 变而使瓷体产生裂纹，例如滑石；第二， 利用晶型转变产生的内应力和煅烧过程 中产生的热应力使原料进一步细化；第 三，在煅烧过程中除去物料中的有害杂 质。
粉料的制备：球磨、振动磨、行星磨、 砂磨、气流粉碎、化工方法（固相法、 液相法、气相法）
石英价廉，质硬，化学稳定性高，主要作 为填充材料（瘠性原料）使用。在高温处 理时由于石英的熔点很高，因此不发生 变化。然而，石英一旦熔化就形成玻璃。
助熔剂，具有较低的熔点,与粘土混合后， 高温下熔融后可以溶解部分石英和高岭石 分解物，起高温胶结作用。长石是一类最 常见的助熔剂，它们是一族含有K+、Na+、 Ca2+离子的铝硅酸盐。
从生产过程来看，其制备过程大体分为备 料、成型、干燥和烧结四大部分。陶瓷制 备的一般过程如图5-8所示。
一、备料
要使所制备的陶瓷具有预想的力学性能和 物理化学性能，必须保证陶瓷具有特定的 化学组成、相组成和特定的微观结构。其 中化学组成是特定相组成和微观结构的前 提和保证。为了使陶瓷具有特定的化学组 分，需要不同的原料按照一定的配比进行 搭配。
现代陶瓷生产中，越来越多地使用高纯、 超细甚至纳米级化学试剂为原料。
粘土除了价格低廉之外，另一个优点是容 易成型。按照一定比例将粘土和水混合后， 就具有很好塑性，成型之后，经过干燥除 潮，再进行高温烧结提高机械强度。
大多数粘土制品分为两类：结构陶和白瓷。
结构陶包括：砖、瓦、下水管道等
高温烧结后，陶瓷变白成为白瓷。这类陶 瓷包括：瓷器、陶器、餐具、卫生陶等。 很多的白瓷制品中除了粘土之外，还含有 一些非塑性成分，这些非塑性成分会影响 陶瓷制备过程中干燥和烧结的温度，而且 也会影响最终件的特性。
3、滑石
滑石属单斜晶系，常呈片状或粒状，质软有 滑感，化学式为：Mg3Si4O10(OH)2，化学组 成为：MgO, 31.82%; SiO2, 63.44%; H2O, 4.74%, 常含有少量Fe, Al等化合物杂质。
片状滑石原料制成的胚料，挤压成型时容易 发生定向排列，烧成时各向异性收缩造成瓷 体开裂，即使用于干压成型也容易造成胚件 层裂。所以常采用1350~1380 C煅烧的方法 破坏滑石的层状结构。
胚料---是原料经过粉碎和适当的加工后， 满足成型工艺要求的均匀混合物。
粘土基陶瓷
陶瓷原料有天然矿物原料和化工原料两类。
天然矿物原料价格低廉，自然界储量丰富， 开采后常不需要分类就可以直接使用，缺 点是含杂质较多。天然原料一般分为可塑 性矿物原料和非塑性矿物原料。可塑性矿 物原料有粘土、膨润土等粘土类矿物。非 塑性矿物原料又称为脊性物质或骨料。
化工原料多为化工厂生产的金属和非金属 氧化物、碳酸盐等，其纯度和物理特性由 生产过程控制。
13.6 可塑性矿物原料的特性
1、粘土
陶瓷中，粘土矿物有两个重要的作用：1) 加水后变得可塑，达到水塑性状态；这 个特性对于成型操作非常重要。2) 粘土 在很宽的温区内熔化，因此在烧结过程 中，不需要完全熔化就可以制备致密、 强化的陶瓷件。
粘2(AS土li2OO的232)和主H2硅要O）石矿，(物Si属组O2于成)构铝是成矽高，酸岭含盐石有，（化由A学l氧2O结化3晶铝水。 实Mg际O粘, F土e2O矿3,物T中iO含2和有一少定量量K有2O机, N物a等2O杂，质Ca，O, 构成复杂，成分多变，晶体结构多样，依照 其特征可以分为高岭石、孟脱石、伊利石、 蒙皂石、蛭石、粘土级云母、海绿石、绿泥 石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物， 此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石 （凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英 石等。粘土类矿物是陶瓷生产中使用最多的 一类原料。
13.14 高 岭石的晶 体结构
2、膨润土
膨润土属于微晶高岭石型矿物，其化学式为： Al2Si4O10(OH)2nH2O，其中n为不定值。常 含有K、Fe、Ca化合物杂质。膨润土的特点 之一是具有很强的吸水特性，吸水后体积膨 胀10~30倍；特点之二是具有很强的可塑性， 3%的膨润土可以替带10%的粘土。缺点是干 燥收缩大，含有杂质多。
表5-1是几种主要粘土类矿物原料的化学 成分
粘土矿物质的结构相当复杂，但是最普 遍的特点是具有层状结构。最常见的粘 土矿是具有所谓的高岭石结构的高岭石 粘土[Al2(Si2O5)(OH)4]，其晶体结构如图 13.14所示。加水后，水分子进入片层之 间，围绕粘土颗粒形成一层薄膜，因此 粘土颗粒可以自由移动，贡献塑性。
13.7 陶瓷制品的成分
除了粘土之外，许多产品（尤其是白瓷）也 含有一些非塑性成分，这些成分包括：燧石 或者研磨很细的石英沙，助熔剂如长石。
石英，化学成分为SiO2，一部分以硅酸盐化 合物状态存在，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。 陶瓷生产中使用的石英类原料主要有脉石英 和石英岩。脉石英的二氧化硅含量高、杂质 少，是生产日用细瓷的良好原料；石英岩杂 质含量高，一般用作普通陶瓷原料。
粘土、石英和助熔剂的成分配比将影响干 燥和烧结过程中发生的变化，以及最终工 件的特性。一种典型的瓷器的成分配比为： 粘土50%，石英25%，助燃剂25%。 13.8生产技术
采掘出的原材料通常需要经过研磨或者破 碎, 减小颗粒的尺寸，然后经过过筛，得 到颗粒尺寸在一定范围内的粉末。
对于多组元系统，原料需要进行必要的处 理，例如干燥、拣选、过筛、预合成、煅 烧等，然后按照化学组成配料，