陶瓷基本知识

多晶陶瓷

一、陶瓷总述

陶瓷是陶器和瓷器的总称。中国人早在约公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶器。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。

陶器与瓷器的区别在于，一使用材料；二烧成温度，二者缺一不可。陶器可以使用包括瓷土在内的各种矿物粘土制作，烧成温度较低，多在700—1000℃之间，胎体基本烧结，不再遇水分解，但气孔率和吸水率较高。在显微镜下观察胎体，极少存在玻璃相莫来石结晶体，换句话说就是没有瓷化，敲击之声较沉闷。而瓷器使用的是氧化铝含量较高的瓷土即高龄土烧制。瓷器的烧成温度至少在1100℃以上，胎质基本瓷化，显微观察有大量莫来石结晶体存在，气孔率和吸水率较低，敲击之声清脆。

常见的陶瓷材料有：

1、黏土(由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。

黏土的化学组成、矿物组成和颗粒组成决定着黏土的工艺性能：可塑性、结合性、触变性、收缩、烧结.

2、氧化铝

3、高岭土Al

20

3

·2Si0

2

·2H

2

0等。

二、陶瓷烧结过程

原料经过加工，配制，混合，成型，烧结等工序制成陶瓷，其中烧结是陶瓷显微结构形成的关键过程。

烧结可分为初期、中期、后期三个阶段。如果粉料为球形，颗粒之间以点接触，当接触部分熔化变宽，形成晶界。在表面能的推动下，物质通过各种途径和机理向气孔扩散填充，使瓷坯中连通气孔缩小，相伴有晶界面积的扩大，晶粒开始生长，即进入烧结中期。随着气孔总体积的缩小，晶粒间的晶界相遇，形成晶界网络，晶粒间接触部分不断扩大，球形颗粒变为多面体状。由于物质扩散填充气孔，而形成被切断的孤立状的闭口气孔，闭口气孔的形成即进入烧结的后期阶段。

随着晶界扩散的进行，晶粒逐渐长大，晶界物质逐步向气孔扩散、充填，将孤立的气孔移至晶界，进一步扩散排除。坯体进一步致密化，气孔随晶界一起移动，晶粒均匀长大，完成最终的致密化。

此后由于在高温下继续进行烧结。此期间只是单纯的晶界移动和晶粒长大。在晶粒长大过程中，可能出现气孔的迁移速率低于晶界扩散速率的情况，造成气孔脱离晶界而包在晶粒内，形成晶粒内气孔。此后由于扩散路程远，晶粒内的气孔很难消除，使致密化进一步难以推进，同时还会出现异常晶粒生长现象。

冷却过程中，随着温度的降低，如果熔融物进入二相领域，则会引起组成不同的二种熔融物的液相分离。同时，即使高温状态下，由单相结晶构成，冷却时进入二固相邻域，随温度降低固溶度变小，亦会从均一的固溶体中析出第二相，而产生固相分离。未晶化的熔融物黏度很大。充填于晶粒周围，最后固化成玻璃相。同时亦相伴有组成相的膨胀或收缩，体积变化和界面应力的产生等。因此，烧结过程中瓷坯变化相当复杂。

简单来说，陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷结构中同时存在晶体相、玻璃相、气相。各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决定了陶瓷的性能。