《功能陶瓷材料》PPT课件

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• 在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主 要生产手段的界限，广泛采用真空烧结，保 护气氛烧结、热压、热静压等手段。
• 在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性质和 功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、 绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方 面具有的特殊功能，从而使其在高温、机械、 电子、宇航、医学工程各方面得到广泛的应 用。
• 陶瓷器即使在高温下仍保持坚硬、不燃、不生 锈，能承受光照或加压和通电，具有许多优良
性能
• 广义陶瓷定义为无机原料经过热处理后的“陶
瓷器”制品的总称
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1.1 精细陶瓷定义与分类
• 相对这种用天然无机物烧结的传统陶瓷
➢精细陶瓷 (Fine Ceramics)又称先进陶瓷(Advan ced Ceramics)： 以精制的高纯天然无机物或人工合成的 无机化合物为原料，采用精密控制的制 造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特 性能的优异特性的陶瓷
(定义、分类、特性、制备方法、应用)
• 功能陶瓷材料
(电介质陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、 超导陶瓷、生物陶瓷)
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第一节 精细陶瓷
• 精细陶瓷作为仅次于金属、塑料的“第三类材 料”，正在越来越多地在结构材料方面崭露头
脚，成为现代工程材料的三大支柱之一
• 陶瓷原大多数指料
郑伟宏
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1、陶瓷材料的发展概况
陶瓷在人类生活和社会建设中是不 可缺少的材料，它和金属材料、高分子 材料并列为当代三大固体材料。
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我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌， 它是中华文明的伟大象征之一，在我国 的文化和发展史上占有极其重要的地位。
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陶瓷的研究进程分为三个阶段
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精细陶瓷与传统陶瓷的主要区别
• 在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的 界限，特种陶瓷一般以氧化物、氮化物、硅化物、 硼化物、碳化物等为主要原料。
• 在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的成分决定， 所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地。由于 特种陶瓷的原料是纯化合物，因此成分由人工配 比决定，其性质的优劣由原料的纯度和工艺，而 不是由产地决定。
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总结
• 随着现代通讯、计算机、微电子、激光、机器 人制造、生物工程以及核技术等高技术领域的 飞速发展，对于功能陶瓷的要求愈来愈高
• 作为无机非金属材料重要组成部分的功能陶瓷、 电子陶瓷已经逐步成为高技术发展的重要关键 材料
• 研究开发功能陶瓷已引起世界各国的高度重视
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课程内容
• 精细陶瓷
新石器时代 先进陶瓷阶段 纳米陶瓷阶段
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新石器时代
远在几干年前的新石器时代，我们的祖先就 已经用天然黏土作原料，塑造成各种器皿，再在 火堆中烧成坚硬的可重复使用的陶器，由于烧成 温度较低，陶瓷仅是一种含有较多气孔、质地疏 松的未完全烧成制品。
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以后大约在2000年前的东汉晚期，人们利 用含铝较高的天然瓷土为原料，加上釉的发明， 以及高温合成技术的不断改进，使陶瓷步入瓷 器阶段，这是陶瓷技术发展史上意义重大的里 程碑。
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釉
以石英、长石、硼砂、黏土等为原料制成 的东西，涂在瓷器、陶器外面，烧制后发出玻 璃光泽，可增加陶瓷的机械强度和绝缘性能。
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瓷器烧成温度高，质地致密坚硬，表 面有光亮的釉彩。
随着科学进步与发展，由瓷器又衍生 出许多种类的陶瓷。
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陶瓷都是以黏土为主要原料与其他天 然矿物原料经粉碎混炼—成形—煅烧等过 程制成的。
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此时可认为，广义的陶瓷概念已 是用陶瓷生产方法制造的无机非金属 固体材料和制品的统称。
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但是，这一阶段的先进陶瓷，无论从 原料、显微结构中所体现的晶粒、晶界、 气孔、缺陷等在尺度上还只是处在微米级 的水平，故又可称之为微米级先进陶瓷。
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纳米陶瓷阶段
到20世纪90年代，陶瓷研究已进入第三个阶 段--纳米陶瓷阶段。
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精细陶瓷的种类繁多，按照化学组成可分为： 氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷 精细陶瓷组织结构特点：陶瓷的结合键一般为 强固的离子键和共价键；显微组织的不均匀性 和复杂性
所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相就有 纳米级尺度的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸、晶界 宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在 纳米量级的尺度上。
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纳米陶瓷是当今陶瓷材料研究中一个 十分重要的发展趋向，它将促使陶瓷材料 的研究从工艺到理论、从性能到应用都提 高到一个崭新的阶段。
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如常见的日用陶瓷、建筑陶瓷、电 瓷等传统陶瓷。
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由于陶瓷的主要原料取之于自然界 的硅酸盐矿物(如黏土、长石、石英等)， 所以可归为硅酸盐类材料和制品。
从原始瓷器的出现到近代的传统陶 瓷，这一阶段持续了四千余年。
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先进陶瓷阶段
20世纪以来，随着人类对宇宙的探索、原子 能工业的兴起和电子工业的迅速发展，从性质、 品种到质量等方面，对陶瓷材料均提出越来越高 的要求。从而，促使陶瓷材料发展成为一系列具 有特殊功能的无机非金属材料。
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在先进陶瓷阶段，陶瓷制备技术飞速发展。 在成形方面，有等静压成形、热压注成形、注 射成形、离心注浆成形、压力注浆成形等成形方法； 在烧结方面，则有热压烧结、热等静压烧结、 反应烧结、快速烧结、微波烧结、自蔓延烧结等。
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在先进陶瓷阶段，采用的原料已不再使用或 很少使用黏土等传统原料，而已扩大到化工原料 和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料， 组成范围也延伸到无机非金属材料范围。
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如氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶 瓷等各种高温和功能陶瓷。
这时，陶瓷研究进入第二个阶段— —先进陶瓷阶段。
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先进陶瓷（Advanced ceramics）又称现代陶瓷， 是为了有别于传统陶瓷而言的。
先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)、 新型陶瓷(New Ceramics)、特种陶瓷(Special Ceramics)和高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。