4结构陶瓷
氮化硅的性质与应用
氮化硅简介氮化硅，分子式为Si3N4,是一种重要的结构陶瓷材料。
它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；氮化硅除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应(反应方程式：Si3N4+16HF═3SiF4↑+4NH4F），抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1 000 ℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。
我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。
应用【氮化硅的应用】氮化硅用做高级耐火材料，如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位；如与BN结合作SI3N4-BN材料，用于水平连铸分离环。
SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料，结构均匀，具有高的机械强度。
耐热冲击性好，又不会被钢液湿润，符合连珠的工艺要求。
见下表更多信息物理性质相对分子质量140.28。
灰色、白色或灰白色。
六方晶系。
晶体呈六面体。
密度3.44。
硬度9~9.5，努氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa。
熔点1900℃（加压下）。
通常在常压下1900℃分解。
比热容为0.71J/(g·K)。
生成热为-751.57kJ/mol。
热导率为16.7W/(m·K)。
线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)。
不溶于水。
溶于氢氟酸。
在空气中开始氧化的温度1300~1400℃。
比体积电阻，20℃时为1.4×105 ·m,500℃时为4×108 ·m。
弹性模量为28420~46060MPa。
耐压强度为490MPa（反应烧结的）。
1285摄式度时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙，600度时使过渡金属还原，放出氮氧化物。
陶瓷材料显微结构与性能
1陶瓷烧结过程中影响气孔形成的因素有哪些？(1)煅烧温度过低、时间过低 (2)煅烧是时原料中的水碳酸盐、硫酸盐的分解或有机物的氧化 (3) 煅烧时炉内气氛的扩散 (4) 煅烧时温度过高，升温过快或窑内气氛不合适等。
夏炎2.影响陶瓷显微结构的因素有哪些？参考答案：(1) 原料组成、粒度、配比、混料工艺等(2) 成型方式、成型条件、制品形状等(3)干燥制度（干燥方式、温度制度、气氛条件、压力条件等）(4) 烧成制度（烧成方式、窑炉结构、温度制度、气氛条件、压力条件等）3. 提高陶瓷材料强度及减轻其脆性有哪些途径？参考答案：a.制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷。
例如，采用热等静压烧结制成的Si3N4气孔率极低，其强度接近理论值。
b.在陶瓷表面引入压应力可提高材料的强度。
钢化玻璃是成功应用这一方法的典型例子。
c.消除表面缺陷，可有效地提高材料的实际强度。
d.复合强化。
采用碳纤维、SiC纤维制成陶瓷/陶瓷复合材料，可有效地改善材料的强韧性。
e.ZrO2与增韧。
ZrO2对陶瓷的强韧化的贡献有四种机理（相变增韧、微裂纹增韧、裂纹偏转增韧、表面残余应力增韧）罗念4.影响氧化锆相变增韧的因素是什么？简单叙述氮化硅陶瓷具有的性能及常用的烧结方法。
①晶粒大小。
当晶粒尺寸大于临界尺寸易于相变。
若晶粒尺寸太小，相变也就难以进行。
②添加剂及其含量使用不同的添加剂， t-ZrO2的可转变最佳晶粒大小、范围也不同。
③晶粒取向。
晶粒取向的不同而影响相变导致增韧的机制。
氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐化学溶液和熔体的腐蚀、高电绝缘体、低热膨胀和优良抗热冲击、抗机械冲击等性能。
烧结方法：反应烧结氮化硅、无压烧结氮化硅、重烧结氮化硅、气氛加压氮化硅和热压烧结氮化硅。
——李成5.气孔对功能陶瓷性能的影响及降低功能陶瓷中的气孔量的措施？气孔均可使磁感应强度、弹性模量、抗折强度、磁导率、电击穿强度下降，对畴运动造成钉扎作用，影响了铁电铁磁性。
si3n4结构 -回复
si3n4结构-回复什么是Si3N4结构，它有什么特点和应用领域？Si3N4结构是指由硅（Si）和氮（N）元素构成的化合物，其化学式为Si3N4。
Si3N4结构是一种典型的陶瓷材料，具有很高的硬度和耐热性，因此在许多领域得到了广泛的应用。
首先，了解Si3N4结构的特点。
Si3N4的晶体结构是由氮原子和硅原子构成的立方晶体结构，氮原子位于晶格的顶点，硅原子则位于晶格的中心位置。
Si3N4的晶体结构使其具有很高的硬度和抗压性能。
此外，Si3N4还具有优良的化学稳定性，能够抵抗酸、碱等多种溶液的侵蚀。
同时，由于Si3N4是一种非金属材料，它具有良好的绝缘性能和能量带隙，使其成为一种优质的绝缘材料。
基于以上特点，Si3N4在多个领域得到了广泛的应用。
首先，在制造业中，Si3N4被用作陶瓷刀具的重要材料。
由于其高硬度和优良的耐磨性，Si3N4刀具在切割、加工和磨削等工艺中表现出色，极大地提高了工件的加工质量和效率。
其次，Si3N4还被广泛应用于电子、光学和光电子领域。
由于其优良的绝缘性能，Si3N4可以作为电子元件的封装材料，用于高温、高压等苛刻环境下的电子设备。
同时，Si3N4也具有较高的折射率和较低的色散特性，使其适用于光学器件和光电子技术中的光学元件制造。
此外，由于Si3N4本身的阻隔性能，它还可以用作气体分离膜，具有应用于能源和环境领域的潜力。
除此之外，Si3N4还被广泛应用于热障涂层和高温结构材料领域。
由于其热膨胀系数与金属材料相似，Si3N4可以作为一种非金属热障材料，用于航空航天发动机等高温环境下的热绝缘保护。
此外，Si3N4还可以制备成为陶瓷基复合材料，具有较高的热稳定性和耐腐蚀性能，适用于高温装备中的结构材料。
总结起来，Si3N4结构是由硅和氮元素构成的陶瓷材料，具有高硬度、耐热性以及优良的化学稳定性。
它在制造业、电子、光学、光电子、能源和环境等领域都有广泛的应用。
随着先进制造技术的不断发展，Si3N4结构将会在未来的科技领域中扮演更加重要的角色。
第二章 3 陶瓷材料的结构增韧(共52张PPT)
(3) 纤维及高分子夹层材料
此类材料有碳纤维、芳纶纤维，环氧树脂等。纤维织物与聚 合物的层状复合材料是一种传统复合材料，技术和理论都比较成 熟，但将其作为夹层材料应用于陶瓷增韧时间不长。纤维、高分 子等软相材料作为烧成后的陶瓷薄层基体材料的夹层材料具有很 好的止裂能力。文献试制了Al2O3/芳纶纤维增强环氧树脂复合材 料，使断裂功提高了80倍。其夹层材料参数是:Kevlar-49芳纶纤 维预浸环氧树脂胶，含胶量50%，层厚0.18mm。
1988 年 , Coblenz提出了纤维独石结构 (fibrous monolithic structure) 。 纤维状的胞体以一定的方式排布 ,中间间隔有很薄的界面层 ,结合成一个
块体的结构材料 。 近年来提出将这种结构引入到先进陶瓷基复合材料的设 计与制备中 。 纤维独石陶瓷由于其优异的力学性能，特别是高的断裂韧性 与断裂功 、极高的抗热冲击破坏能力 、 较高的断裂强度 、 良好的高温抗 蠕变性能 、 独特的三维微结构排列等优点已经引起国内外科技工作者的广 泛关注和研究 。
主要影响因素：
〔1〕纤维前驱体直径
〔2〕结构单元的强化 〔3〕界面层的结合强度
〔4〕纤维排布方向
2、仿贝壳结构特征的层状结构陶瓷材料
2.2层状陶瓷增韧思想的提出
近年来，围绕着改善陶瓷材料韧性的问题，国内外进行了大量的研 究工作，其中采用层状复合结构设计进行陶瓷增韧就是其中的方法之一。
陶瓷的层状结构思想来源于大自然中贝壳等生物材料结构的启发。研究发 现，贝壳中珍珠层的结构与抹灰砖墙结构相似，是由一层层超薄的碳酸钙通 过几十纳米厚的有机蛋白基连接在一起，如图2.1所示，其中碳酸钙约占体积 的95%，有机物只占5%，但这5%的有机物的存在却引起了碳酸钙力学性能的巨
4陶瓷材料解析
一般比抗拉强度高 10倍。 ? 塑性、韧性低，脆性大 ，在室温下几乎没有塑性。
13
3. 陶瓷材料的物理化学性能特点
? 熔点很高， 大多在2000℃以上，具有很高的耐热性。
? 线膨胀系数小， 导热性和抗热振性都较差，受热冲击 时容易破裂。
6
3. 按用途分类
日用陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷
4. 按性能分类
高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、 压电陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、生 物陶瓷等。
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二、陶瓷材料的特点
1. 陶瓷材料的相组成特点
陶瓷材料通常由三种不同的相组成，即 晶相 （1）、玻璃相（2）和气相（3）（气孔），其显微 结构是由原料、组成和制造工艺所决定的。
陶瓷材料
（Ceram品如陶瓷器、 玻璃、水泥等，是黏土、石英、长石等硅酸盐类材 料制作而成。
现代陶瓷 材料的原料已不再是单纯的天然矿物 材料，而是扩大到人工化合物，如 Al2O3、SiO2、 ZrO2等。
2
随着现代科技的发展，出现了许多性能优良的 新型陶瓷 。
20
（2）化学化工瓷
用于化学、石油化工、制药、食品等工业及实 验室中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿等。
通常要求耐各种化学介质腐蚀的能力要强。
21
（3）电工瓷
主要指电器绝缘用瓷，也叫 高压陶瓷 ，主要用 于制作隔电、机械支持及连接用瓷质绝缘器件。
要求机械性能高、介电性能和热稳定性好。
绝缘子 22
（二）特种陶瓷
18
2. 普通工业陶瓷
改善工业陶瓷性能的方法：
? 加入MgO、ZnO、BaO、Cr2O3等，增加莫来石 晶体相，提高机械强度和耐碱抗力。
【同济大学材料科学与工程学院】无机非金属材料的结构特征
立方ZnS
（1）AX型晶体 （六方ZnS型）
某些纤锌矿型结构的物质，由于结构中不存 在对称中心，使得晶体具有热释电性。
热释电效应：在热平衡条件下，电介质 因自发极化要产生表面束缚电荷，这种 电荷被来自空气中附集于电介质表面上 的自由电荷所补偿，其电不能显现出 来，，当温度发生变化，由温度变化引 起电介质的极化状态的改变不能及时被 来自电介质表面上的自由电荷所补偿， 使电介质对外显电性。Ps=p T（具 有自发极化的晶体）
晶体的热释性与其内部的自发极化有关，但 是这种晶体在常温与常压下被附着于晶体表 面的自由表面电荷所掩盖，只有当晶体加热 时才表现出来。故得其名。
热释电晶体可以用于红外探测器。
（2） AX2型晶体 （萤石型，CaF2）
AB2型化合物，
rc/ra>0.732（0.85）
配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
（2）萤石的解理性
由于萤石结构中有一半的立方体空隙没有被 Ca2+填充，所以，在（111）面网上存在 着相互毗邻的同号离子层，其静电斥力将其 主要作用，导致晶体在平行于（111）面网 方向上容易发生解理，因此，萤石常呈八面 体解理。而NaCl晶体却无此性能。
（4）ABO3型晶体
（a）CaTiO3晶体结构；（b） CaTiO3晶体结构中配位多面体 的连接方式和Ca2+的12配位
三、 凝固的渐变性和可逆性
VQ
液体
过冷液体
A
B 由熔融态向玻璃态转
K
变的过程是可逆的与
M
F
渐变的，这与熔体的
E 玻璃态
晶体
C
结晶过程有明显区别。
D
Tg
TM
冷却速率会影响Tg大小，快冷时Tg较慢冷时高， K点在F点前。Fulda测出Na－Ca－Si玻璃：
陶瓷的分类及应用
陶瓷的分类及应用
陶瓷是一种种类繁多的材料，广泛应用于建筑、家居装饰、电子、医疗、环保等领域。
根据其用途和特性，可以将陶瓷分为以下几类： 1. 结构陶瓷：用于制造机械零件、电子零件、汽车零部件等。
这类陶瓷具有高硬度、高强度、高温耐性、耐磨性等特点。
2. 电子陶瓷：用于制造电容器、电感器、压电器件等。
这类陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、稳定性好等特点。
3. 生物陶瓷：用于制造人工关节、人工牙等医疗器械。
这类陶瓷具有生物相容性好、高强度、耐磨性等特点。
4. 瓷砖：用于装饰家居、建筑等。
这类陶瓷具有色彩丰富、硬度高、防水、防霉等特点。
5. 特种陶瓷：例如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，适用于高温、高压等恶劣环境中。
这类陶瓷具有高耐磨性、高强度、高温稳定性等特点。
陶瓷因其多种特性，可以广泛应用于不同领域。
在建筑领域中，瓷砖墙面、地砖等是常见的装饰材料；在电子领域中，电容器、电感器等都需要陶瓷材料来作为基底；在医疗领域中，人工关节等器械也需要陶瓷材料作为材料选择。
未来，随着科技的不断发展和人们对陶瓷材料的需求不断增加，陶瓷的应用领域也将会更加广泛。
- 1 -。
陶瓷材料的结构特点和力学性能
近年来的研究表明，当陶瓷材料具有下述条件时，可显示 超塑性：
晶粒细小(尺寸小于1um)；晶体是等轴晶；第二相弥散分布， 能抑制高温下基体晶粒的生长；晶粒之间存在液相或者玻璃相。
典型拥有超塑性的陶瓷材料是用化学共沉淀法制备的含 Al2O3的ZrO2粉体，成形后在1250oC左右烧结，可获得相对密度 为98％左右的烧结体。这种陶瓷在1250oC、3.5×10-2s-1应变速率 下，最大应变量可达400％。陶瓷材料的超塑性与晶界滑动或晶 界液相流动有关，和金属一样．陶瓷材料的超塑性流动也是扩 散控制过程。
的关系符合Hall-Petch关系式：
b ＝ o ＋kd-1/2
(1-6)
式中o为无限大单晶的强度，k为系数，d为晶粒直径。从
上式可以看出，细晶组织对提高材料的室温强度有利无害，而
晶界相的性质与厚度、晶粒形状对强度的影响则较为复杂。
温度 陶瓷材料的一个显著特点是高温强度比金属高很多。
当温度T<0.5Tm时，基本保持不变；当温度高于0.5Tm时，才出 现明显降低。
研究结果表明，陶瓷超塑性与金属超塑性的不同点如下： (1) 超塑性陶瓷的应变速率和应力之间既没有金属超塑性那 样的依赖关系，也无单一的 n 值。 (2) 当存在晶间玻璃相时，陶瓷的 n 值几乎随玻璃相增加而 减小；而超塑性金属的n值几乎随初始晶粒尺寸增大而减小。
(2) 硬度 硬度是材料的重要力学性能之一，它是材料抵抗局部压力 而产生变形能力的表征。由于结合键存在差异，陶瓷与金属的 硬度存在较大差异。常用的硬度指标有布氏硬度(HB)，洛氏硬 度(HR)、维氏硬度(HV)、莫氏硬度等。 表1-1为典型陶瓷材料的熔点和硬度。目前测试陶瓷材料硬 度的方法主要有金刚石压头加载压入法，测试内容主要为洛氏 硬度和维氏硬度（显微硬度）。
Si_3N_4陶瓷的烧结及其显微结构
参考文献
［１］ ＢＩＳＷＡＳ Ｓ Ｋ，ＲＩＬＥＹ Ｆ Ｌ， Ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ａｌ２Ｏ３ ａｎｄ ＴｉＯ２ ［Ｊ］． Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ， ２００３， ８６（２）： ２２１～２１６．
［７］ ＲＥＮＤＴＥＬ Ｐ， ＲＥＮＤＴＥＬ Ａ， ＨＵＢＮＥＲ Ｈ． Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ［Ｊ］． Ｊ Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ， ２００２，２２： ２０６１～２０７０． ［８］ ＸＵ ＸＩＮ， ＮＩＳＨＩＭＵＲＡ ＴＯＳＨＩＹＵＫＩ， ＨＩＲＯＳＡＫＩ ＮＡＯＴＯ， ｅｔ ａｌ． Ｎｅｗ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｎａｎｏｓｉｚｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ［Ｊ］． Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００５， ８８（４）：９３４～９３７． ［９］ 张学军， 郑永挺， 韩杰才， 等。稀释含量对自蔓延高温合成 Ｓｉ３Ｎ４－ ＳｉＣ－ ＴｉＮ 陶瓷的影响 ［Ｊ］． 硅酸盐学报， ２００６， ３４（ ６） ： ７０８～７１２。 ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅｊｕｎ， ＳＨＥＮＧ Ｙｏｎｇｔｉｎｇ， ＨＡＮ Ｊｉｅｃａｉ， ｅａ ｔｌ． Ｊ Ｃｈｉｎ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）， ２００６， ３４（６）：７０８～７１２． ［１０］ Ｈ．Ｔ． Ｙａｎｇ， Ｇ．Ｔ．Ｙａｎｇ， Ｒ．Ｚ Ｙｕａｎ． Ｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｃｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭｇＯ ｄｕｒｉｎｇ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｉ３Ｎ４－ ＭｇＯ－ ＣｅＯ２ ｃｅｒａｍｉｃｓ ［Ｊ］． Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ， １９９８，５７：１７８～１８１ （２００７－ ０２－ ２８ 收稿； ２００７－ ０４－ １２ 修回）
sio4结构范文
sio4结构范文SIO4结构是指四氧化硅的晶体结构，也称为非立方相。
它的结构由四个氧原子环绕着一个硅原子形成，形成了一个四面体结构。
每个氧原子与硅原子之间形成了一个共价键。
四氧化硅是一种重要的无机材料，具有许多独特的性质和应用。
在自然界中，它可以以各种形式存在。
其中最常见的是硅酸盐矿物，如石英和长石。
此外，它还可以通过化学方法合成。
四氧化硅在许多领域中都有广泛的应用，包括电子、光学、陶瓷和材料科学等。
SIO4结构中的硅原子是四面体结构，与四个氧原子形成了四个共价键。
这四个键的长度相等，约为0.161nm。
硅原子的电子配置是1s22s22p63s23p2，其中2s和2p电子参与了共价键的形成。
氧原子的电子配置是1s22s22p4，其中2s和2p电子也参与了共价键的形成。
SIO4结构的稳定性主要取决于硅原子和氧原子之间的共价键强度。
由于硅原子和氧原子的电负性差异较大，形成的键属于极性共价键。
硅原子带正电，氧原子带负电。
这种电荷分离会导致结构中的偶极矩，提高了结构的稳定性。
SIO4结构中的硅原子和氧原子之间的共价键在晶体中形成了三维网络。
这个网络结构非常稳定，同时也具有一定的弹性。
这使得四氧化硅可以在高温和压力下保持结构的稳定性。
此外，四氧化硅还具有良好的耐酸碱和耐腐蚀性能。
SIO4结构在光学领域中有一些重要应用。
四氧化硅具有可见光的透明性，可以作为光学器件材料，例如透明窗口和光学纤维。
它还具有较低的折射率和色散特性，可以用于制造透镜和光学涂层。
此外，四氧化硅还具有光学非线性特性，可以用于制造光纤放大器和光通信设备。
在电子领域中，SIO4结构可以作为绝缘体和半导体材料。
在半导体材料中，它可以通过掺杂来改变其导电性能。
严格控制掺杂剂的浓度可以实现半导体器件的制造。
此外，四氧化硅还是一种非常好的绝缘体材料，可以用于制造电子设备中的绝缘层。
四氧化硅还具有一些其他的应用。
在陶瓷领域中，它可以用于制造高温陶瓷材料。
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2AlOOH + 2NaOH = 2NaAlO2 + 2H2O
(2) 碳酸化分解
2NaAlO2 + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3 + Na2CO3
(3) 煅烧 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
三、氧化铝陶瓷的制备
制备方法：
原料煅烧
配料
球磨
成型
烧结
1、煅烧
煅烧的目的是使γ-Al2O3转变为α-Al2O3，并排除原料中
另一类添加剂即由于生成液相，降低烧成温度而促进Al2O3的烧结。这 一类添加剂有高岭土、SiO2、CaO、MgO等。这时由于它们能与其它外 加剂生成二、三元或更复杂的低共熔物。由于出现液相，即液相对固相 的表面湿润力和表面张力，使固相粒子靠紧并填充气孔。
（5）烧结方法的影响 正确选择烧结方法，是使氧化铝陶瓷具有理想的结构 及预定性能的关键。合适的烧结方法可有效降低烧结 温度。氧化铝陶瓷常压烧结在1800 ℃以上，热压 （20MPa）烧结在1500 ℃左右就能获得接近于理论 密度的制品，而高温等静压烧结（400MPa）在1000 ℃左右就已达到致密化。
根据Al2O3含量不同，习惯上称为75瓷、80瓷、85瓷、90瓷、92瓷、
95瓷、99瓷等。
一、氧化铝的晶体结构 二、氧化铝粉末的制备 三、氧化铝陶瓷的制备 四、氧化铝陶瓷的性能与应用
一、氧化铝的晶体结构
Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有 3种晶型，即- Al2O3 、-Al2O3 、-Al2O3 。其结构不同性质 也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为-Al2O3。 -Al2O3属尖晶石型(立方)结构，在高温下不稳定，力学性能、电学
生坯的干燥与素烧 水分及添加剂的排除易使坯体产生缺陷、变形甚至倒塌，所以 在坯体干燥和素烧过程中，要严格控制升温速度，否则会因温度 不均匀产生热应力使坯体开裂。如：在热压铸成形坯体升温排蜡 过程中，要特别注意200~600℃ 温区，在这个温区，石蜡要从坯 体中排除，因此升温要缓慢，否则会造成变形和开裂。 素烧的温度太低不能完全排除其中的添加剂和水分，素坯的强 度低；温度太高会使坯体烧结难以加工处理。
二、氧化铝粉末的制备
氧化铝在地壳中藏量丰富，约占地壳总质量的25%，价
格低廉，性能优良。地壳中的Al2O3是以铝土矿的形式存在， 即一水铝石和三水铝石的形式存在，其中含有SiO2、Fe2O3、 TiO2等杂质。 拜尔（Bayer）法 是工业生产Al2O3
的主要方法。
拜尔法的反应过程是：
（1）矿石高压溶出
（4） 添加剂的影响
由于Al2O3陶瓷坯体熔点高，较难烧结，若加入某种添加剂，则可以改 善烧结性能，促进烧结。就添加剂来说，大致可分为以下两大类：一类 是与Al2O3生成固溶体，一类是能生成液相。
第一类添加剂为变价氧化物，有TiO2、Cr2O3、Fe2O3及MnO2等。由于 其晶格常数与Al2O3的相接近，因此通常能与Al2O3生成固溶体。同时它 们是变价氧化物，由于变价作用，使Al2O3瓷产生缺陷，活化晶格，促 进烧结。例如，加入0.5~1%的TiO2 ，可以使Al2O3瓷的烧结温度降低 150~200℃ ，大大节约能源。
细颗粒含量在一定范围内有利于提高氧化铝陶瓷性能。 小于1um 的颗粒应为15%~30%，但是当含量大于40%时，易造成重结晶，晶 体发育过大，气孔易封闭在晶粒内，使性能变坏。而颗粒粗又易造 成难以烧结，当〉5um颗粒含量大于10%~15%时，对烧结有明显 的阻碍作用。因此，大小颗粒应合理级配。
采用球磨工艺，一般有两种方法，即湿磨和干磨。湿磨比干磨效率较
第 3 章
结 构 陶 瓷
景 德 镇 瓷 器
陶瓷的结构应用是陶瓷 的最早应用之一。除日
用陶瓷、瓷器外，大量
用于电器、化工、建筑、 纺织等工业部门。 绝 缘 子
目前，常用的先进结构陶瓷有： （1）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，
它们的熔点一般都在2000摄氏度以上；
（2) 碳化物，如SiC、WC、TiC、B4C、ZrC等，碳化物 陶瓷高温强度高，导热性良好； （3）氮化物，如Si3N4、BN、AlN、TiN等，氮化物常 具有很高的硬度；
高。对于干磨，需要外加添加剂，如加入1~3%油酸，可以防止粘结， 其表面改性作用，提高球磨效率。
混料及添加剂 由于氧化铝陶瓷成形料是以瘠性料为主，常需要加入聚 乙烯醇、石蜡等粘结剂和乙酸乙烯酯、羟甲基纤维素等 塑化剂，基于亲水、疏水两种粘结剂优势互补的原理， 使用复合粘结剂使干燥坯体强度大大增加。成形前将其 与原料均化，以提高粉料的成形性能和坯体强度。
特种陶瓷
采用高度精选的原料，具有能精确 控制的化学组成，按照便于控制的制造 技术加工的，便于进行结构设计，并具 有优异特性的陶瓷。
按功能，材料分为结构材料和功能材料两大类。 一种材料主要利用其力学功能时，这种材料被称为
结构材料。 如果主要利用其非力学性能时，则被称为功能材料。 力学性能通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度等； 而非力学性能主要指声、电、光、磁、热和化学等。
四、氧化铝陶瓷的性能、用途
1）高强度、高温稳定性：装饰瓷，喷嘴、火箭、பைடு நூலகம்导弹的导流罩；
95瓷纺织件
99瓷纺织件
氧化铝耐高温喷嘴
2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，
轴承，人造宝石；
蓝宝石
绿柱石类
Beryl
祖母绿 Emerald
海蓝宝石 Aquamarine
电气石类
Tourmaline
粉色碧玺
热电偶保护套等；
氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环
氧化铝陶瓷坩埚
氧化铝陶瓷转心球阀
4）离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。 5）生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。 6）低的介电损耗、高电阻率、高绝缘性：火花塞，电路 基板，管座。 此外，Al2O3瓷还有透光性，用作钠灯灯管， 红外线
窗口；以Al2O3 -CaO为主要成分的Al2O3水泥，硬化快，
孔雀石 方 解 石 与 辉 锑 矿 Malachite 紫 水 晶
与微 烟斜 水长 晶石 双 晶
绿 帘 石 晶 体
兰色微斜长石 针 铁 矿 晶 簇
钠长石
玉石 Bowlder
绿 玉
岫 玉
翡翠 Jade 绿松石
白 玉
刻章石
田 黄 石
鸡 血 石
玛瑙 Agate
3）熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管，
2、配料
掺入添加剂，主要目的是：
（1）促进烧结，降低烧结温度，增加产品密度。
（2）控制晶粒尺寸。
（3）改善产品的物理、化学性能。
添加剂主要分为两类： 第一类，与Al2O3形成固溶体，活化晶格，促进烧结。 TiO2是一种最有效的添加剂。 第二类，能在烧结时生成液相，抑制晶粒长大。
3、球磨
4、成型
可以用注浆法、模压法、挤压法以及热压法等各种方法。
（4）硼化物，如ZrB2等，硼化物具有很强的抗氧化能力；
（5）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中具有很强 的抗氧化能力。
3. 1 高熔点氧化物陶瓷
高熔点氧化物陶瓷通常是指熔点超过SiO2熔点（1728℃）
的氧化物，大致有60多种，其中最常用的有Al2O3、ZrO2、
MgO、BeO、CaO和SiO2等六种。这些氧化物在高温下具有 优良的力学性能，耐化学腐蚀，特别是具有优良的抗氧化性， 好的电绝缘性，所以得到广泛的应用。
的Na2O等低熔点挥发物。工业上常加入适量添加剂以利于煅 烧Al2O3密度的提高和Na2O的去除。
Al2O3预烧质量的检查
(1)染色法。由于α-Al2O3结构致密不会吸附染料，而γ-Al2O3是 多孔的球体结构，吸附能力强，因此可以通过吸附染料的多 少来判断转化的程度。通常所用的染料有茜素、亚甲基蓝等。 未转化完全的Al2O3颜色深，转化完全的Al2O3则染色浅。这 种在实际使用时简单，但是不能作定量测定。 (2)光学显微镜法。此法是根据α-Al2O3和γ-Al2O3具有不同的折 射率来判断转化情况，一般采用折射率为1.730的二碘甲烷作 为测定折射率用油。在偏光显微镜下，如果测得折射率大于 1.730的则属于α-Al2O3 ，相反，小于1.730则属于γ-Al2O3 。 (3)密度法。对于α-Al2O3和γ-Al2O3而言， α-Al2O3密度大，接 近理论密度；而γ-Al2O3密度小。因此，可以根据预烧后Al2O3 的密度来估算α-Al2O3所占的数量，从而判断预烧质量的好坏。
可以湿磨和干磨。一般要求小于1 µ m的颗粒占 15%~30%。
5、烧结
烧结是获得良好性能Al2O3陶瓷的关键工序。有两种烧结 工艺： （1）高温快速 （2）低温慢速
球磨
由于颗粒细度对制品性能影响很大，预烧过的Al2O3需要 粉碎磨细。 Al2O3粉体颗粒越细，缺陷越多，活性也越大， 可促进烧结，制成的陶瓷强度也越高。制作氧化铝陶瓷 的微粉最佳粒度为0.1~1um，我国目前一般在 7um，这是 国内氧化铝陶瓷质量不如国外产品质量的主要原因。
发热量大，是冬季和赶工期的建筑材料。
氧化铝陶瓷制品
（3） 烧结气氛的影响
气氛对Al2O3 陶瓷烧结影响很大，合适的气氛有助 于致密化。 一般来说，气氛中的氧离子分压越低，越有利于氧 化铝的烧结。在氢气气氛下烧结，由于氢原子半径 很小、易于扩散而有利于消除封闭气孔，可得到近 于理论密度的烧结体。 CO-H2气氛可以使氧化铝晶 格中的氧离子较易失去，形成空位，加速阳离子扩 散，从而有效促进烧结，并获得很好的致密度，比 氢气气氛更容易烧结。
烧结
烧结是氧化铝陶瓷生产中非常重要的一个环节，它 对氧化铝陶瓷的物理化学性能均有很大的影响。
影响Al2O3陶瓷烧结的因素：