材料化学之陶瓷
陶瓷材料的性能特点及其应用
• ④按照一定的硅氧比数，稳定的硅酸盐结构中， • 硅氧四面体采取空间维数互相结合，单个四面 • 体的维数为0，连成链状、层状和立体的维数 • 相应为1、2、3； • ⑤硅氧四面体相互连结时优先采取比较紧密的结 • 构； • ⑥同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原 • 子。
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 0.2120 .10.21 10:11: 2010: 11:20 Octob er 21, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月2 1日上 午10时 11分2 0.10.2 120.10 .21
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 10月2 1日星 期三上 午10时 11分2 0秒10: 11:20 20.10. 21
。烧成的制品开口率较高，致密度较低。当烧成湿开口气 孔率接近于零，获得高致密度的瓷化过程成为烧结。 2.烧成（或烧结）四阶段 ①蒸发期（室温～300℃）
排除坯体内的残余水分。
②氧化物分解和晶型转化期（300 ℃～950 ℃） 粘土中结构水的排除，碳酸盐（杂质）的分解，有机
物、碳素的氧员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.1 0.2120 .10.21 10:11 10:11: 2010: 11:20 Oct-20
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。20 20年1 0月21 日星期 三10时 11分2 0秒We dnesd ay, October 21, 2020
3、陶瓷材料的电性能
电子陶瓷是现代陶瓷的重要组成部分。 物质传导电流的能力通常用电导率或电阻率来衡量，被电场感应的性质通
陶瓷
传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、长石、
石英等)，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。 因此，陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属‚硅酸盐 工业‛的范畴。
粘土矿物－高岭石
钾长石
石英
陶瓷的分类
(1)按陶瓷概念和用途来分类
陶 瓷
普通陶瓷
特种陶瓷
艺日 术用 陈陶 列瓷 陶（ 瓷包 ）括
彩 陶
彩陶是在打磨光滑的橙红色陶坯上，以天然的矿物质颜料进行描绘， 用赭石和氧化锰作呈色元素，然后入窑烧制。在橙红色的胎地上呈现 出赭红、黑、白等多种颜色的美丽图案。 彩陶文化分布广泛，延续时间长，从距今8000年到距今3000年左右， 绵延了5000多年，跨越仰韶、马家窑、大汶口、红山、齐家等文化。 从制作工艺、艺术成就、历史价值、升值空间等诸多因素看，陕、甘、 宁、青的仰韶、马家窑、齐家文化彩陶和山东地区的大汶口文化彩陶 最宜收藏。
工，在商代中期出现了原始瓷器。商周时期的烧窑技术有所改进，
烧成温度也有所提高，窑炉顶部出现了烟囱，窑炉的改进，是这一 时期出现原始瓷器的重要原因。
白 陶
用高岭土烧制。它起源于新石器时代，至商代因制作技术的提高，使
原料的淘洗更加精细，烧制火侯的掌握也恰到好处，所以使所烧器物 更加素净可爱。 白陶的器形多为生活用品，有壶、卣、簋等。纹饰主要吸取青铜器的 装饰纹样，如饕餮纹、夔纹、云雷纹、曲折纹等。其装饰方法有刻纹 和浅浮雕两种。白陶的装饰往往遍布器物全身，构图严谨而富于变化。
彩 陶
彩陶因时间的不同，分别属于不同的文化类型。
大地湾一 期文化 庙底沟类型 文化 类型 仰韶文化 半坡类型 马家窑文化
彩
陶
仰韶文化——半坡类型彩陶
化学陶瓷实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解化学陶瓷的基本性质和制备方法。
2. 掌握化学陶瓷的烧结过程及影响因素。
3. 熟悉化学陶瓷的性能测试方法。
二、实验原理化学陶瓷是一种具有特定化学成分和结构的陶瓷材料，其制备过程涉及原料的选择、配料、成型、烧结和性能测试等环节。
化学陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等优异性能，广泛应用于航空航天、电子信息、汽车制造、建筑等领域。
本实验主要研究化学陶瓷的制备和性能测试，通过对原料的选择、配料、成型、烧结等环节的探讨，了解化学陶瓷的基本性质，并掌握其性能测试方法。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：高温炉、球磨机、模具、压片机、烧结炉、电热鼓风干燥箱、超声波清洗机、万能力学试验机、电子天平、红外光谱仪、X射线衍射仪等。
2. 试剂：氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等原料，以及粘土、滑石粉、长石等熔剂。
四、实验步骤1. 原料选择与配料：根据化学陶瓷的性能要求，选择合适的原料，如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等。
按照一定比例进行配料，确保化学成分的稳定性。
2. 混合与球磨：将配料放入球磨机中，加入适量的水或有机溶剂，进行球磨处理，使原料充分混合，提高颗粒的分散性和均匀性。
3. 成型：将球磨后的浆料倒入模具中，通过压片机压制成一定厚度的陶瓷片。
4. 烧结：将压制成型的陶瓷片放入烧结炉中，按照一定升温曲线进行烧结。
烧结过程中，原料发生化学反应，形成化学键，使陶瓷材料具有致密的结构。
5. 性能测试：对烧结后的化学陶瓷进行性能测试，包括力学性能、热性能、电性能等。
五、实验结果与分析1. 力学性能：通过万能力学试验机对烧结后的化学陶瓷进行抗压强度、抗折强度等力学性能测试。
实验结果表明，化学陶瓷具有较高的抗压强度和抗折强度，满足实际应用需求。
2. 热性能：利用红外光谱仪对化学陶瓷进行热性能测试，包括热膨胀系数、热导率等。
实验结果表明，化学陶瓷具有较低的热膨胀系数和较高的热导率，具有良好的热稳定性。
材料化学之陶瓷
光学陶瓷
பைடு நூலகம்
荧光性
红外透过性
Al2O3
CaAs
激光
红外线窗口
高透明性
电发色效应
SiO2
WO3 ZnFe2O SrO CdS VO2 BaO 多种金属氧化物 PZT
光导纤维
显示器 磁带 电声器件 太阳电池 温度传感器 热阴极 催化剂 超声成像
磁性陶瓷 半导体陶瓷
软磁性 硬磁性 光电效应 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
陶瓷一般结构
形成：加工过程中形成。 含量：0—90% 气孔包括开孔和闭孔
合理控制气孔数量、 形态和分布对保证陶 瓷成品诸多性能十分 重要。
陶瓷的基本性质
具有金属光泽，如WC、TaC等。
导电性接近金属，如金属锆的电阻率为
0.41×10-4 Ώ〃cm 间隙相陶瓷在保持与原金属相近的导电性 同时，却表现出比金属更高的硬度。如金属 钨、WC、TiC
多功能化
低维化
化学响应陶瓷 生物陶瓷
化学反应性 生物活性 生物物理响应
结构 陶瓷
特种陶瓷 光声电 磁热、 生物、 化学等 性能陶 瓷
功能陶瓷
我们是“压 电陶瓷点火 器”
传统陶瓷的大观
功能陶瓷研究进展与发展趋势 电介质陶瓷
压电铁电陶瓷
半导体陶瓷 快离子导体陶瓷 高温超导陶瓷
功能陶瓷 发展的趋 势特点
复合化
06
功能陶瓷
功能陶瓷是指其自身具有 某方面的物理化学特性，表 现出对点、光、磁、化学和 生物环境产生响应的特征性 陶瓷。
功能陶瓷的分类
种类 电子陶瓷
性能特征 绝缘性 热电学 压电性 强介电性 主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 PbTiO3、BaTiO3 PbTiO3、LiNbO3 BaTiO3 用途 集成电路基板 热敏电阻 振荡器 电容器
陶瓷材料及其应用
陶瓷材料及其应用【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。
可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。
材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。
拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。
【关键字】陶瓷材料应用发展一、陶瓷材料概述陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的 90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。
这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。
特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。
根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。
其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
二、陶瓷材料的分类随着生产与科学技术的发展．陶瓷材料及产品种类日益增多．为了便于掌握各种材例或产品的特征，通常以不同的角度加以分类。
1.按化学成分分类(1)氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷种类繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位。
最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、 SiO2、 MgO、 ZrO3、 CeO2， CaO． Cr2O3 及莫莱石(3Al2O3.2SiO4) 和尖晶石 (MgAl2O3)等。
工程材料--陶瓷材料
（3）韧性和脆性
陶瓷材料是非常典型的脆性材料，这是其致命的弱点和障碍。
改善陶瓷的韧性？
①
通过晶须或纤维增韧；
②
异相弥散强化增韧；
③
相变增韧；
④
显微结构增韧（纳米化等）；
⑤ 表面强化增韧（表面微氢化技术、激光Βιβλιοθήκη 面处理、离子注 入 表面改性等技术），
⑥ 复合增韧（将两者或两者以上的增韧机理结合在一起）。
简单来说，陶瓷材料就是除金属、高聚物以外的无机 非金属材料的通称。
2、陶瓷材料的发展
陶器
高铝质粘土和瓷土的
应用、釉的发明、高 温技术的发展
瓷器 （传统陶瓷）
原料纯化、陶瓷工艺
的发展、陶瓷理论的 发展
先进陶瓷 （微米级）
纳米陶瓷
显微结构分析的进步、 性能研究的深入、无损 评估的成就、相邻学科 的推动
相 、 气相 三部分组成。
三、选择题
下列关于陶瓷中玻璃相作用的说法，不 正确的一项是（）
答：陶瓷的组织不如金属纯，存在很多的缺陷，尤其是晶界，其破坏作
用比在金属中更大：晶界上存在晶粒间的局部分离或空隙；晶界上原子间键 被拉长，键强度被削弱；相同电荷离子的靠近产生斥力，可能造成显微裂纹。
提高陶瓷强度的措施？ 增大陶瓷的致密度，减少缺陷，降低和消除晶界的不良作用。
陶瓷材料的抗拉强度很低，抗弯强度较高，抗压强度更高。
通用硬质合金
是在成分中添加TaC或NbC来取代部分TiC。常用代号 有YW1、YW2。
（2）硬质合金的应用
硬质合金有着广泛的应用：切削刀具、冷作模具、量具和 耐磨零件等。
三、钢结硬质合金
1. 钢结硬质合金是以一种或几种碳化物（WC、 TiC）等为硬化相，以合金钢粉末为粘结剂， 经配料、压型、烧结而成。
陶瓷材料的结构与性能分析
陶瓷材料的结构与性能分析陶瓷材料是一类广泛应用于建筑、电子、航空等领域的材料，具有优异的物理和化学性质。
而想要深入了解陶瓷材料的性能表现，首先必须对其结构进行分析。
一、结晶结构陶瓷材料主要由氧化物组成，常见的有硅酸盐、氮化硅、氧化铝等。
在陶瓷材料中，原子或离子按照一定的几何排列方式组成结晶结构。
例如，硅酸盐陶瓷中的硅离子和氧离子以正方形或三角形的排列方式拼接成网络结构。
而氮化硅陶瓷则由氮离子和硅离子按照边长相等的正六边形排列形成具有大空隙的结构。
结晶结构的不同会导致陶瓷材料的性能差异，如硬度、热传导性等。
二、晶粒大小晶粒大小是陶瓷材料表面性能的重要指标之一。
晶粒的尺寸越小，材料的强度和硬度往往越高，因为小晶粒内部的晶界相对较多，在晶界上形成了许多阻碍位错运动的障碍点，从而提高了材料的抗变形能力。
因此，控制陶瓷材料的晶粒尺寸，对提高其力学性能具有重要意义。
三、杂质含量陶瓷材料中的杂质含量对其性能影响举足轻重。
杂质的存在会破坏材料的完整晶体结构，从而导致性能的下降。
例如，陶瓷材料中的铁、镉等金属离子会影响其电学性能，氮化硅材料中杂质的存在会导致其电阻率的变化。
因此，在制备陶瓷材料时，对原材料进行严格筛选和纯化，以及控制烧结工艺的条件，能够有效减少杂质含量，提高材料的性能。
四、孔洞结构孔洞是陶瓷材料中普遍存在的结构特征之一。
孔洞会影响材料的力学性能、热导率等。
例如，在陶瓷材料中，孔洞的存在可以减小材料的密度，从而提高其机械强度。
此外，孔洞还能影响热的传导、吸附等性质。
因此，对陶瓷材料的孔洞结构进行合理设计和控制，能够改善其性能，拓宽其应用范围。
五、晶界结构陶瓷材料中的晶界是由相邻晶粒之间的原子之间形成的。
晶界的存在会影响材料的力学性能、导电性能、疲劳寿命等。
在力学性能方面，晶界是位错移动的阻碍剂，增加了材料的塑性变形程度；在导电性能方面，晶界处存在能带偏移和电阻率增加现象，使材料的导电性能下降。
因此，控制晶界的结构，合理改善晶界的质量和数量，对提高陶瓷材料的性能至关重要。
陶瓷材料概述
陶瓷材料概述陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。
可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
最初陶瓷就是指陶器和瓷器的通称。
也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体。
传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐。
刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高，纯度不大，颗粒的粒度也不均一，成型压强不高。
这时得到陶瓷称为传统陶瓷。
后来发展到纯度高，粒度小且均一，成型压强高，进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷。
接下来的阶段，人们研究构成陶瓷的陶瓷材料的基础，使陶瓷的概念发生了很大的变化。
陶瓷内部的力学性能是与构成陶瓷的材料的化学键结构有关，在形成晶体时能够形成比较强的三维网状结构的化学物质都可以作为陶瓷的材料。
这主要包括比较强的离子键的离子化合物，能够形成原子晶体的单质和化合物，以及形成金属晶体的物质。
他们都可以作为陶瓷材料。
其次人们借鉴三维成键的特点发展了纤维增强复合材料。
更进一步拓宽了陶瓷材料的范围。
因此陶瓷材料发展成了可以借助三维成键的材料的通称。
陶瓷的概念就发展成为可以借助三维成键的材料，通过成型和高温烧结所得到的烧结体。
（这个概念把玻璃也纳入了陶瓷的范围）研究陶瓷的结构和性能的理论也得到了展开：陶瓷材料，内部微结构（微晶晶面作用，多孔多相分布情况）对力学性能的影响得到了发展。
材料（光，电，热，磁）性能和成形关系，以及粒度分布，胶着界面的关系也得到发展，陶瓷应当成为承载一定性能物质存在形态。
陶瓷产品的生产过程是指从投入原料开始，一直到把陶瓷产品生产出来为止的全过程。
它是劳动者利用一定的劳动工具，按照一定的方法和步骤，直接或间接地作用于劳动对象，使之成为具有使用价值的陶瓷产品的过程。
在陶瓷生产过程的一些工序中，如陶瓷坯料的陈腐、坯件的自然干燥过程等。
还需要借助自然力的作用。
使劳动对象发生物理的或化学的变化，这时，生产过程就是劳动过程和自然过程的结合。
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陶瓷粉体制备制备方法总体包括 -------固相法、液相法和气相法
（1）固相法 热分解反应法 化合反应法 氧化还原法 （2）液相法 直接沉淀法 沉淀法 均匀沉淀法 胶-凝胶法
共
溶
（3）气相法 气象法物理气相法（PVD） 化学气象法（CVD)
瓷粉原料处理
• 多数情况下，粉体原料在进行成型、烧 结之前需要进行一定的处理，如煅烧、 粉碎、分级、净化等。 • 其目的是调整改善粉体物化性质，以适 应后续工艺处理。
特种陶瓷制备流程图：
陶瓷粉制备 粉体原料处理 成型 烧结 机加工 成品
热成型
通俗地讲 陶器 ——用陶土烧制的器皿 瓷器 ——用瓷土烧纸的器皿 陶瓷则是陶器、炻器和瓷器的总称。 “陶瓷”较为全面的定义为： 陶瓷是天然或人工合成的粉末状化合物， 经过成型和高温烧结制成的，由金属和非金 属元素或非金属与非金属元素的无机化合物 构成的多晶固体材料。
化学响应陶瓷 生物陶瓷
化学反应性 生物活性 生物物理响应
结构 陶瓷
特种陶瓷 光声电 磁热、 生物、 化学等 性能陶 瓷
功能陶瓷
我们是“压 电陶瓷点火 器”
传统陶瓷的大观
功能陶瓷研究进展与发展趋势 电介质陶瓷
压电铁电陶瓷
半导体陶瓷 快离子导体陶瓷 高温超导陶瓷
功能陶瓷 发展的趋 势特点复合化多功能化低维化06
功能陶瓷
功能陶瓷是指其自身具有 某方面的物理化学特性，表 现出对点、光、磁、化学和 生物环境产生响应的特征性 陶瓷。
功能陶瓷的分类
种类 电子陶瓷
性能特征 绝缘性 热电学 压电性 强介电性 主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 PbTiO3、BaTiO3 PbTiO3、LiNbO3 BaTiO3 用途 集成电路基板 热敏电阻 振荡器 电容器
陶瓷一般结构
形成：加工过程中形成。 含量：0—90% 气孔包括开孔和闭孔
合理控制气孔数量、 形态和分布对保证陶 瓷成品诸多性能十分 重要。
陶瓷的基本性质
具有金属光泽，如WC、TaC等。
导电性接近金属，如金属锆的电阻率为
0.41×10-4 Ώ〃cm 间隙相陶瓷在保持与原金属相近的导电性 同时，却表现出比金属更高的硬度。如金属 钨、WC、TiC
02
陶瓷一般结构与基本性质
陶瓷一般结构
微结构特征——多相结构
晶相 玻璃相 气相
陶瓷一般结构
晶相是陶瓷材料中 最重要的组成相， 主晶相的性能常常 决定着陶瓷的物化 性能。
陶瓷一般结构
陶瓷一般结构
玻璃相是非晶态结构的 低熔点固体组织。 不同陶瓷，其玻璃相 的含量不同。 玻璃相在陶瓷中的作用 是填充晶粒间隙，黏结 晶粒，提高陶瓷材料的 致密程度，降低陶瓷的 烧结温度和高温强度。 改善工艺，抑制晶粒生 长过大。
光学陶瓷
荧光性
红外透过性
Al2O3
CaAs
激光
红外线窗口
高透明性
电发色效应
SiO2
WO3 ZnFe2O SrO CdS VO2 BaO 多种金属氧化物 PZT
光导纤维
显示器 磁带 电声器件 太阳电池 温度传感器 热阴极 催化剂 超声成像
磁性陶瓷 半导体陶瓷
软磁性 硬磁性 光电效应 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
瓷的烧成
陶瓷粉体经多种方法压制成型，粉 体粒子间形成一定堆积，但往往含有较 多水分、空气于粒子间隙中，经过高温 烧结，排出气体杂质，促进粒子间融合 或晶体转化、晶体生长、高致密化，最 终获得陶瓷产品。
05
结构陶瓷
结构陶瓷是指作为工程结构 材料使用的陶瓷材料，具有高 机械强度、耐高温、耐腐蚀、 耐摩擦，以及高硬度等性能， 因此，其机械强度和锻炼韧性 对其应用非常重要。
④间隙相陶瓷大多具有较高的熔点，一般在 2000°C以上，部分高达3000摄氏度以上，如TiC、 ZrC、TiN等。
03
陶瓷分类
普通陶瓷
陶瓷
特种陶瓷
结构陶瓷
功能陶瓷
化学组成划分：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶 瓷、硅化物陶瓷、碳化物陶瓷等。
04
陶瓷合成化学
陶瓷合成化学
传统陶瓷合成经历如下步骤： 材料精选（矿物精选）→化学处理→原料粉化 → 制备陶瓷粉 →成型 →烧结 →机械加工→陶瓷成 品
结构陶瓷的分类
氧化物 陶瓷 非氧化 物陶瓷
•氧化铝、氧化 锆、氧化钇、氧 化铁、氧化镁等
•氮化铝、氮化硼、 氮化 硅等氮化物 陶瓷及碳化硅、碳 化钛、碳化硼等碳 化物陶瓷。
特列：
• 氧化铝陶瓷 主要组成物为Al2O3，硬度高，耐高 温、耐腐蚀、绝缘性好；缺点是脆性大，抗热震 性大，不能承受环境温度的突然变化。 • 氮化硅陶瓷 Si3N4为主晶相，是一种高温强度 高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶 瓷。 • 碳化硅陶瓷 与金刚石有相似的结构，是目前高 温强度最高的陶瓷。 • 六芳氮化硼陶瓷 主晶相是BN，晶体结构为六方 晶系，化学稳定性高，但硬度较低。
陶瓷
STAR PRESENTATION
瓷器
陶器
结 构 陶 瓷
传统陶瓷
功 能 陶 瓷
01
陶瓷定义
陶瓷分类
CONTENTS
03
03
05
结构陶瓷
02
陶瓷的结 构与性质
04
陶瓷合 CONTENTS 成化学
04
06
功能陶瓷
01
陶瓷的定义
通俗地讲 陶器 ——用陶土烧制的器皿 瓷器 ——用瓷土烧纸的器皿 陶瓷则是陶器、炻器和瓷器的总称。 “陶瓷”较为全面的定义为： 陶瓷是天然或人工合成的粉末状化合物， 经过成型和高温烧结制成的，由金属和非金 属元素或非金属与非金属元素的无机化合物 构成的多晶固体材料。