《先进陶瓷材料及进展》 第1章 概述

1、先进陶瓷材料及进展先进陶瓷材料及进展尹奇异尹奇异l 了解了解陶瓷的定义和发展历史。陶瓷的定义和发展历史。l 掌握掌握陶瓷的分类、特性及用途。陶瓷的分类、特性及用途。l 理解理解陶瓷的特点。陶瓷的特点。l 了解了解先进陶瓷的发展前景。先进陶瓷的发展前景。 1.0 教学基本要求 第一章 概 述 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 约约50万年前，人类学会了用火，慢慢知道黏万年前，人类学会了用火，慢慢知道黏土成型经火烧制后可变成坚硬耐用的器物。土成型经火烧制后可变成坚硬耐用的器物。l “黏土经成型后高温烧制而得的坚硬的、遇水黏土经成型后高温烧制而得的坚硬的、遇水不会分散的致密材料不会分散的

2、致密材料”成为成为陶瓷最早的定义陶瓷最早的定义。l 早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水早期的陶瓷由于烧制温度不高、有一定吸水率、断面粗糙无光、不透明，被称为率、断面粗糙无光、不透明，被称为陶器陶器。l 瓷瓷是在陶的制作工艺基础上，对工艺条件和是在陶的制作工艺基础上，对工艺条件和原料控制更严格、烧制温度更高所得材料。原料控制更严格、烧制温度更高所得材料。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述汉代柿蒂云纹红陶器汉代柿蒂云纹红陶器汉代盾牌武士佣汉代盾牌武士佣汉代陶器男欢女爱汉代陶器男欢女爱汉代陶狗汉代陶狗 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述景德镇陶器景德镇陶器 1.1 陶瓷的定义和

3、发展历史 第一章 概述希腊陶器希腊陶器 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 制陶原料制陶原料高岭土是江西省景德镇东郊高高岭土是江西省景德镇东郊高岭村所产，岭村所产，景德镇景德镇也就成了也就成了瓷都瓷都。l 明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士以以“瓷瓷”（china）作为）作为国名国名。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 陶瓷在人类文明史陶瓷在人类文明史上功不可没。人类上功不可没。人类最早使用的工具最早使用的工具石器石器，可以说就，可以说就是一种最早的天然是一种最早的天然陶瓷材料。陶瓷材料。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概

4、述仙人洞旧石器时代遗址仙人洞旧石器时代遗址 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述石石 斧斧 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 陶瓷既是我国最杰出的科学成就之一，又是陶瓷既是我国最杰出的科学成就之一，又是中华文明伟大象征之一。中华文明伟大象征之一。l 就陶瓷研究历史进程看，可简单概括为就陶瓷研究历史进程看，可简单概括为三个三个发展阶段发展阶段，如图，如图1-1所示。所示。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述陶器釉的发明瓷器(传统陶瓷)高温技术的发展高铝土黏土和瓷土应用原料纯化工艺与理论的发展显微结构分析的进步性能研究的深入先进陶瓷(微米级)纳米陶瓷无损评估的成就相邻学科

5、的推动图图1-1 1-1 陶瓷研究发展的三个阶段陶瓷研究发展的三个阶段 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 新石器时代，我们的祖先就会制作新石器时代，我们的祖先就会制作陶器陶器。然。然而陶器仅是一种含有较多气孔、质地较松的而陶器仅是一种含有较多气孔、质地较松的未完全烧结制品。未完全烧结制品。l 东汉晚期，陶器步入了东汉晚期，陶器步入了瓷器瓷器阶段，这是陶瓷阶段，这是陶瓷技术发展史上十分重要的里程碑。技术发展史上十分重要的里程碑。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述汉代瓷器汉代瓷器 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 随着科学技术的进步与发展，由瓷器又衍生随着科学技术

6、的进步与发展，由瓷器又衍生出许多种类的陶瓷。出许多种类的陶瓷。l 日用陶瓷、工业陶瓷与水泥、玻璃、耐火材日用陶瓷、工业陶瓷与水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等统称为硅酸盐制品。料、搪瓷、磨料制品等统称为硅酸盐制品。人们一般将这一类陶瓷制品成为人们一般将这一类陶瓷制品成为传统陶瓷传统陶瓷或或普通陶瓷普通陶瓷。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 20世纪以来，特别是第二次世界大战之后，世纪以来，特别是第二次世界大战之后，随着宇宙开发、原子能工业的兴起和电子工随着宇宙开发、原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，陶瓷研究的发展则从传统陶业的迅速发展，陶瓷研究的发展则从传统陶瓷跃入第二阶

7、段瓷跃入第二阶段先进陶瓷先进陶瓷阶段。阶段。l 先进陶瓷（先进陶瓷（Advanced Ceramics）是为了）是为了有别于传统陶瓷而言的。有别于传统陶瓷而言的。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 先进陶瓷是在传统硅酸盐陶瓷的基础上，吸先进陶瓷是在传统硅酸盐陶瓷的基础上，吸收了相邻学科的先进技术而发展起来的一门收了相邻学科的先进技术而发展起来的一门综合而又相对独立的学科。综合而又相对独立的学科。l 这一阶段先进陶瓷被称为这一阶段先进陶瓷被称为微米级先进陶瓷微米级先进陶瓷。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述小影霸显示卡使用先进纳米陶瓷风扇小影霸显示卡使用先进纳米陶瓷风扇 1

8、.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 20世纪世纪90年代，陶瓷的研究进入了第三个阶年代，陶瓷的研究进入了第三个阶段段纳米陶瓷纳米陶瓷阶段。阶段。l 所谓所谓纳米陶瓷纳米陶瓷，是指显微结构中物相具有纳，是指显微结构中物相具有纳米（米（nm）级尺度的陶瓷材料，它包括晶粒尺）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。陷尺寸等均在纳米量级的尺度上。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述TiO2陶瓷薄膜陶瓷薄膜AFM照片照片 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述l 纳米陶瓷是当前陶瓷材料研究

9、中的一个十分纳米陶瓷是当前陶瓷材料研究中的一个十分重要发展趋向，它将促使陶瓷材料从工艺到重要发展趋向，它将促使陶瓷材料从工艺到理论、从性能到应用提高到一个崭新阶段。理论、从性能到应用提高到一个崭新阶段。 1.1 陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述一 按化学成分分类按化学成分分类l 氧化物氧化物陶瓷。陶瓷。l 碳化物碳化物陶瓷。陶瓷。l 氮化物氮化物陶瓷。陶瓷。l 硼化物硼化物陶瓷。陶瓷。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述氧化物氧化物SiOSiO2 2MgOMgOMgAlMgAl2 2O O4 4BeOBeOTiOTiO2 2V V2 2O O5 5B B2 2O O3 3MgOAl

10、MgOAl2 2O O3 3Y Y2 2O O5 5AlAl2 2O O3 3CaOCaOZrOZrO2 23Al3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2CrCr2 2O O3 3CeOCeO2 2ZrSiOZrSiO4 4CaSiOCaSiO3 3PbZrTiOPbZrTiO3 3BaTiOBaTiO3 3碳化物碳化物WCWCB B4 4C CTiCTiCZrCZrCHfCHfCTaCTaCBeBe2 2C CUCUCVCVCNbCNbCMoMo2 2C CMoCMoC表表1.1 1.1 陶瓷按化学成分分类表陶瓷按化学成分分类表 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述氮化物氮化物

11、SiSi3 3N N4 4TiNTiNBNBNAlNAlNC C3 3N N4 4ZrNZrNVNVNTaNTaNNbNNbNScNScN硼化物硼化物TiBTiB2 2ZrBZrB2 2MoMo2 2B BWBWB6 6LaBLaB6 6HfBHfBWBWBZrBZrB表表1.1 1.1 陶瓷按化学成分分类表陶瓷按化学成分分类表( (续续, ,完完) ) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述二 按陶瓷的概念与用途分类按陶瓷的概念与用途分类l 传统陶瓷传统陶瓷,又称普通陶瓷。根据其使用领域的又称普通陶瓷。根据其使用领域的不同，又可分为日用陶瓷、艺术陈设陶瓷、建不同，又可分为日用陶瓷、艺术

12、陈设陶瓷、建筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等。l 传统陶瓷以外的广义陶瓷概念中所涉及的陶瓷传统陶瓷以外的广义陶瓷概念中所涉及的陶瓷材料和制品即为材料和制品即为先进陶瓷先进陶瓷。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述中国传统的陶瓷建筑构件中国传统的陶瓷建筑构件 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述先进陶瓷先进陶瓷( (结构陶瓷与功能陶瓷结构陶瓷与功能陶瓷) ) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述生产工序生产工序传统陶瓷传统陶瓷先进陶瓷先进陶瓷原料原料天然矿物原料（黏土、长石、石英等）人工精制合成原料（氧化物和非氧化物两大类）成型成型可塑、

13、注浆、压制压制、热压铸、注射、轧膜、流延、等静压为主表表1.2 1.2 传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较( (续续1)1) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述生产生产工序工序传统陶瓷传统陶瓷先进陶瓷先进陶瓷烧成烧成温度在13001300以下，燃料以煤、油、气为主结构陶瓷常需16001600，功能陶瓷需精确控制温度，以电、气、油加热为主加工加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和抛光等用途用途日用、艺术陈设、建筑卫生、化学化工、电瓷结构陶瓷、功能陶瓷表表1.2 1.2 传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较( (续续2,2,完完) ) 1.2 陶

14、瓷的分类、特性及用途 第一章 概述三 传统陶瓷的分类传统陶瓷的分类l 传统陶瓷按所用原料及坯体致密度分为两大类：传统陶瓷按所用原料及坯体致密度分为两大类：陶器陶器和和瓷器瓷器。l 根据性能和特征的差别，陶器和瓷器可分成几根据性能和特征的差别，陶器和瓷器可分成几个小类，具体分类见表个小类，具体分类见表1-3。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述汉代陶器汉代陶器景德镇陶器景德镇陶器 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述瓷瓷 器器类别类别陶器陶器瓷器瓷器粗陶器粗陶器 普通陶器普通陶器 精陶器精陶器 炻器炻器普通瓷普通瓷 细瓷器细瓷器特征

15、特征坯体未烧结，粗松多孔，吸水性大，有色，不施釉坯体未烧结，粗松多孔，但较土器致密，有色，施釉或不施釉坯体未烧结或只部分烧结，有孔隙，一般呈白色，施釉烧结，致密，接近瓷器，多呈色，施釉或不施釉，不受酸侵蚀介于精陶器和瓷器，仍有一定吸水率完全烧结，有半透明性，致密，贝壳状，色白，施釉，耐酸碱表表1.3 1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类( (续续1)1) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别类别陶器陶器瓷器瓷器粗陶粗陶普通陶普通陶精陶器精陶器 炻器炻器普通瓷普通瓷细瓷器细瓷器使用使用原料原料易熔黏土可塑性高的难熔黏土、石英、熟料等可塑性高

16、的难熔黏土、石英、熟料等可塑性高的难熔黏土、石英、熟料等高岭土、瓷石、可塑性高的难熔黏土、石英、长石等高岭土、瓷石、可塑性高的难熔黏土、石英、长石等表表1.3 1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类( (续续2)2) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别类别陶器陶器瓷器瓷器粗陶粗陶普通普通陶陶精陶精陶器器炻器炻器普通普通瓷瓷细瓷器细瓷器烧成温烧成温度度/8508501100110090090012001200素烧1100110013001300釉烧10001000120012001200120013001300125012501320132

17、01320145013201450125013201250132011201250112012501200130012001300表表1.3 1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类( (续续3)3) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别类别陶器陶器瓷器瓷器粗陶器粗陶器普通陶普通陶精陶精陶炻器炻器普通瓷普通瓷细瓷细瓷颜色颜色黄色,红色,青色,黑色黄色红色灰色白色浅色乳黄,浅褐,灰,紫白色白色表表1.3 1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类( (续续4)4) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概

18、述类别类别陶器陶器瓷器瓷器粗陶粗陶普通陶普通陶精陶精陶炻器炻器普通瓷普通瓷细瓷细瓷吸水吸水率率/%151512310.5表表1.3 1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类( (续续5)5) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述类别类别陶器陶器瓷器瓷器粗陶器粗陶器 普通陶普通陶精陶器精陶器炻器炻器普通瓷普通瓷 细瓷器细瓷器用途用途砖,瓦,盆,罐日用器皿, 美术陶,紫砂陶日用器皿, 建筑制品日用器皿, 艺术瓷,电瓷,化学瓷表表1.3 1.3 传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类( (续续6,6,完完) ) 1.2

19、 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述四 先进陶瓷的分类、特性及用途先进陶瓷的分类、特性及用途l 先进陶瓷按其特性和用途先进陶瓷按其特性和用途,可分为两大类可分为两大类:结构结构陶瓷陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷。l 所谓所谓结构陶瓷结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。其分类、特性及用途见表的陶瓷。其分类、特性及用途见表1-4。 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述半导体精密结构陶瓷半导体精密结构陶瓷 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述陶陶 瓷瓷 椅椅 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述系列系列材料材料特性特性用途用途氧化物氧化物AlA

20、l2 2O O3 3 ,SiO,SiO2 2 , ,MgO,ZrOMgO,ZrO2 2 , ,BeOBeO ,莫来石等高强度,高硬度,高韧性,高导热性,耐磨性各种受力构件,汽车,车床,机床零件,拉丝模具,刀具,测量工具,研磨介质表表1.4 1.4 结构陶瓷的分类、特性和用途结构陶瓷的分类、特性和用途( (续续1)1) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述系列系列材料材料特性特性用途用途非氧化物碳化物SiC,BSiC,B4 4C,TiCC,TiC等耐高温,超硬性,抗热震,抗氧化汽车发动机零件,燃气轮机叶片,高温润滑材料,耐磨材料,耐火材料氮化物SiSi3 3N N4 4,BN,AlN,BN,AlN等硅化物MoSiMoSi2 2,TiSi,TiSi2 2等硼化物TiBTiB2 2,ZrB,ZrB2 2等表表1.4 1.4 结构陶瓷的分类、特性和用途结构陶瓷的分类、特性和用途( (续续2)2) 1.2 陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述系列系列材料材料特性特性用途用途纳米陶瓷纳米氧化物、非氧化物