第4章陶瓷材料.ppt

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1、主要内容：主要内容：了解水泥的分类、生产和成分，掌握水泥的水化、了解水泥的分类、生产和成分，掌握水泥的水化、硬化及其几种典型水泥的特点；硬化及其几种典型水泥的特点；了解镁质胶凝材料的原料、煅烧和应用，掌握氯了解镁质胶凝材料的原料、煅烧和应用，掌握氯化镁的作用以及其镁质胶凝材料的抗水性；化镁的作用以及其镁质胶凝材料的抗水性；了解石膏矿的特点及分类、石膏的用途，掌握石了解石膏矿的特点及分类、石膏的用途，掌握石膏变种性能和石膏的强度发展过程。膏变种性能和石膏的强度发展过程。第第4章章 陶瓷材料陶瓷材料4.1 概述概述一、我们陶瓷工业的发展概况一、我们陶瓷工业的发展概况在在新石器时代新石器时代，我国就

2、有了陶器。仰韶文化石器发展为彩陶，龙，我国就有了陶器。仰韶文化石器发展为彩陶，龙文山文化石器发展为黑陶，这些被称为原始瓷器。文山文化石器发展为黑陶，这些被称为原始瓷器。在在东汉时期东汉时期，出现了馒头窑和龙窑。原始瓷器的质量出现飞跃。，出现了馒头窑和龙窑。原始瓷器的质量出现飞跃。在在唐代唐代出现了著名的越窑青瓷和刑窑白瓷，其瓷面装饰以唐三彩出现了著名的越窑青瓷和刑窑白瓷，其瓷面装饰以唐三彩为代表。宋代我国瓷器生产继续发展，出现了闻名于世的五大名窑，为代表。宋代我国瓷器生产继续发展，出现了闻名于世的五大名窑，并出现了很多名贵的色釉。到并出现了很多名贵的色釉。到明代明代，景德镇称为我国的瓷业中心，

3、景德镇称为我国的瓷业中心，清清代代继续发展，该地所产的陶瓷为我国精细陶瓷的典范。继续发展，该地所产的陶瓷为我国精细陶瓷的典范。我国陶瓷的生产我国陶瓷的生产对世界陶瓷文化的发展有重大影响对世界陶瓷文化的发展有重大影响。9世纪我国世纪我国陶瓷就运至非洲和阿拉伯地区，南宋时期就出口到欧洲。陶瓷就运至非洲和阿拉伯地区，南宋时期就出口到欧洲。12世纪朝鲜世纪朝鲜开始仿制我国陶瓷，开始仿制我国陶瓷，13世纪日本来中国学习陶瓷技术并带回国内开始世纪日本来中国学习陶瓷技术并带回国内开始生产陶瓷，生产陶瓷，16世纪，欧洲开始仿制中国陶瓷。世纪，欧洲开始仿制中国陶瓷。新中国成立后，陶瓷工业得到很大的发展，陶瓷行业

4、恢复了很多新中国成立后，陶瓷工业得到很大的发展，陶瓷行业恢复了很多古代名贵的色釉，其产品质量也大幅度的提高，并根据经济的发展开古代名贵的色釉，其产品质量也大幅度的提高，并根据经济的发展开发了很多特种陶瓷，比如压电陶瓷、电子陶瓷等。发了很多特种陶瓷，比如压电陶瓷、电子陶瓷等。二、陶瓷的特性二、陶瓷的特性陶瓷是金属与与非金属的固体化合物，以陶瓷是金属与与非金属的固体化合物，以离子键离子键（如（如MgO、Al2O3）、）、共价键共价键（金刚石、（金刚石、Si3N4、BN）以及）以及离子键和共价键的混离子键和共价键的混合键合键结合在一起。陶瓷材料的显微结构通常由结合在一起。陶瓷材料的显微结构通常由晶相

5、、玻璃相和气相晶相、玻璃相和气相（孔）等不同的相组成。（孔）等不同的相组成。陶瓷材料具有熔点高、硬度大、化学稳定性好、耐高温、耐磨陶瓷材料具有熔点高、硬度大、化学稳定性好、耐高温、耐磨损、耐氧化和腐蚀、比重小、强度和模量高等优点，可在各种苛刻损、耐氧化和腐蚀、比重小、强度和模量高等优点，可在各种苛刻的环境下工作；另一方面，陶瓷材料在磁、电、光、热等方面的性的环境下工作；另一方面，陶瓷材料在磁、电、光、热等方面的性能和用途具有多样性和可变性，是非常重要的功能材料。能和用途具有多样性和可变性，是非常重要的功能材料。陶瓷材料的致命弱点陶瓷材料的致命弱点是脆性大、韧性差，常因存在裂纹、空隙、是脆性大、

6、韧性差，常因存在裂纹、空隙、杂质等缺陷而引起不可预测的灾难性后果。陶瓷基复合材料是改变杂质等缺陷而引起不可预测的灾难性后果。陶瓷基复合材料是改变其脆性、提高韧性的有效途径。用于复合材料陶瓷基体主要有其脆性、提高韧性的有效途径。用于复合材料陶瓷基体主要有氧化氧化物物（Al2O3等）、等）、氮化物氮化物（Si3N4等）和等）和碳化物碳化物（SiC等）。等）。三、陶瓷的分类三、陶瓷的分类1.陶器陶器（1）粗陶器：如盆、罐、砖等。）粗陶器：如盆、罐、砖等。（2）精陶器：如美术陶器和釉面砖。）精陶器：如美术陶器和釉面砖。2.炻器炻器如卫士陶瓷、化工陶瓷、低压电瓷等。如卫士陶瓷、化工陶瓷、低压电瓷等。3.

7、瓷器瓷器（1）细瓷：美术瓷、高压电瓷、高频装置瓷等。）细瓷：美术瓷、高压电瓷、高频装置瓷等。（2）特种陶瓷：如氧化物瓷、碳化物瓷、压电陶瓷等。）特种陶瓷：如氧化物瓷、碳化物瓷、压电陶瓷等。4.2 陶瓷原料与制胚陶瓷原料与制胚可塑性原料：凡以粉状出产的原料可塑性原料：凡以粉状出产的原料非可塑性原料：块状必先经过粉碎才能使用的原料。非可塑性原料：块状必先经过粉碎才能使用的原料。一、陶瓷原料的种类与性质一、陶瓷原料的种类与性质1.粘土与高岭土粘土与高岭土粘土：主要成分是微细铝硅酸质，如砖瓦用泥土粘土：主要成分是微细铝硅酸质，如砖瓦用泥土高岭土高岭土:以高岭土矿为主要成分，它分为残留高岭土和沉积高岭土

8、。以高岭土矿为主要成分，它分为残留高岭土和沉积高岭土。这两种原料的主要成分为这两种原料的主要成分为SiO246.54%,Al2O339.50%,H2O13.96%。2.蜡石蜡石它是一种硬质粘土，以叶蜡石为主要成分的铝硅酸盐，主要成分它是一种硬质粘土，以叶蜡石为主要成分的铝硅酸盐，主要成分为为SiO266.70%,Al2O328.30%,H2O5%。3.膨润土膨润土膨润土主要是由蒙脱石构成的粘土，它的化学式为：膨润土主要是由蒙脱石构成的粘土，它的化学式为：Al2O3.4SiO2.H2O，这种原料最突出的特点是有膨润性，它在瓷器，这种原料最突出的特点是有膨润性，它在瓷器生产中主要用作增塑剂。生产中

9、主要用作增塑剂。4.瓷石瓷石瓷石是一种由石英、绢云母组成，并含有若干高岭土。长石等岩瓷石是一种由石英、绢云母组成，并含有若干高岭土。长石等岩石状矿物，它不是单一的矿物岩石，而是多种矿物集合体。石状矿物，它不是单一的矿物岩石，而是多种矿物集合体。5.滑石滑石滑石与叶蜡石有相同的晶体结构，其化学式为：滑石与叶蜡石有相同的晶体结构，其化学式为：3Al2O3.4SiO2.H2O，在瓷中加入少量的滑石可以提高其透明度和，在瓷中加入少量的滑石可以提高其透明度和白度，并增加瓷中玻璃相的含量，提高致密度，扩大烧结范围。白度，并增加瓷中玻璃相的含量，提高致密度，扩大烧结范围。6.二氧化硅原料二氧化硅原料二氧化硅

10、原料一般为石英，纯的石英透明，称为水晶。石英之间二氧化硅原料一般为石英，纯的石英透明，称为水晶。石英之间存在结晶形态的转化，如下：存在结晶形态的转化，如下：7.溶剂原料溶剂原料在陶瓷工业中为了降低烧结物的温度而加入的原料，重要有以下在陶瓷工业中为了降低烧结物的温度而加入的原料，重要有以下两种：两种：（1）长石类：钾长石或正长石（）长石类：钾长石或正长石（K2O.Al2O3.6SiO2)、钠长石、钠长石（Na2O.Al2O3.6SiO2)、钙长石（、钙长石（CaO.Al2O3.2SiO2)等。等。（2）含锂矿类：主要有锂云母、磷铝石、锂辉石及叶长石。）含锂矿类：主要有锂云母、磷铝石、锂辉石及叶长

11、石。8.其他陶瓷原料其他陶瓷原料高铝质原料、碳酸钡、石灰石、白云石等。高铝质原料、碳酸钡、石灰石、白云石等。二、陶瓷原料的加工二、陶瓷原料的加工陶瓷原料的加工就是将原料先煅烧，然后粉碎，从粉碎效率上来陶瓷原料的加工就是将原料先煅烧，然后粉碎，从粉碎效率上来看，一般是先经过粗碎，再中碎，最后细碎，让原料颗粒达到看，一般是先经过粗碎，再中碎，最后细碎，让原料颗粒达到200目目250目。将所粉碎的粉料经和水混合和捏练，就可以得到目。将所粉碎的粉料经和水混合和捏练，就可以得到所需要的坯泥。所需要的坯泥。三、陶瓷胚体成型三、陶瓷胚体成型当坯泥混合好后，将其均匀的填充到模型中。其成型的方法大致当坯泥混合好

12、后，将其均匀的填充到模型中。其成型的方法大致有以下几种：有以下几种：1.注浆体成型法注浆体成型法这种成型方法是将坯料泥浆注入石膏模内，石膏将水中所悬浮的这种成型方法是将坯料泥浆注入石膏模内，石膏将水中所悬浮的粘土与水一起吸引到模的表面，水被石膏吸收后就形成与模型一粘土与水一起吸引到模的表面，水被石膏吸收后就形成与模型一样形状的坯料。样形状的坯料。2.可塑性成型法可塑性成型法可塑性成型就是采用具有捏练状态的湿坯泥成型的方法。其成型可塑性成型就是采用具有捏练状态的湿坯泥成型的方法。其成型方法有：挤出成型，热压成型，湿式及半湿式成型等。方法有：挤出成型，热压成型，湿式及半湿式成型等。3.加压成型法加

13、压成型法将粒料和粉料加压变形而固结成型，它将粒料和粉料加压变形而固结成型，它粉压法粉压法和和干压法干压法。4.等静压成型法等静压成型法等静压成型法与干压成型法相似，它是在模行各个面都施加等静压成型法与干压成型法相似，它是在模行各个面都施加均匀的压力。它的均匀的压力。它的主要特点主要特点是模具具有弹性，运用模具可以是模具具有弹性，运用模具可以均匀的传递压力的特点对其施压。均匀的传递压力的特点对其施压。4.3 陶瓷的烧制陶瓷的烧制烧制（烧成）烧制（烧成）：它是将粉末做成的坯体，利用热的：它是将粉末做成的坯体，利用热的 作用使之硬固。作用使之硬固。烧结机理烧结机理：颗粒在接触点处的离子因热的振动而扩

14、散，如两物质：颗粒在接触点处的离子因热的振动而扩散，如两物质(AB)与与(CD)混合加热时，当到达某温度时，则彼此的离于在颗混合加热时，当到达某温度时，则彼此的离于在颗粒表面扩散而发生如下反应：粒表面扩散而发生如下反应：(AB)+(CD)(AC）（）（BD）颗粒接触点愈多颗粒接触点愈多(亦即颗粒微细亦即颗粒微细)，填充愈致密时，反应愈快。，填充愈致密时，反应愈快。固相烧结固相烧结：将：将Al2O3粉加压成型，烧成后不生成玻璃相而固结。粉加压成型，烧成后不生成玻璃相而固结。液相烧结液相烧结：将：将Al2O3粉加压成型，烧成后瓷器坯体产生玻璃相而固粉加压成型，烧成后瓷器坯体产生玻璃相而固结。结。1

15、.1.影响烧成的因素影响烧成的因素（1 1）化学组成与矿物成分。）化学组成与矿物成分。（2 2）粒度分布。粒度越细，烧结效果越好。）粒度分布。粒度越细，烧结效果越好。（3 3）填充密度及体积密度。）填充密度及体积密度。（4 4）烧成温度与时间，温度越高，时间越短，但不成比例变化。）烧成温度与时间，温度越高，时间越短，但不成比例变化。（5 5）冷却速度。冷却速度影响产品的质量，如变形、开裂等）冷却速度。冷却速度影响产品的质量，如变形、开裂等（6 6）烧成中的气氛，指气体的性质（氧化、还原、中性），如含）烧成中的气氛，指气体的性质（氧化、还原、中性），如含氧化铁的坯体，适宜于在还原性气氛中烧结。氧

16、化铁的坯体，适宜于在还原性气氛中烧结。2.2.烧结过程烧结过程陶瓷工业的烧结一般采用液相烧结，在烧结过程中要注意控制烧陶瓷工业的烧结一般采用液相烧结，在烧结过程中要注意控制烧结温度，烧结气氛、烧结时间及冷却时间。结温度，烧结气氛、烧结时间及冷却时间。4.4 氧化物陶瓷 氧化物陶瓷是指包含氧元素的陶瓷，陶瓷是由金属与非金属元素的化合物构成的非均匀固体物质。主要由离子键结合，也有一定成分的共价键。最重要的氧化物陶瓷是几种简单类型的氧化物：AO，AO2，A2O3，ABO3和AB2O4等结构类型（A、B表示阳离子），其结构见下表。其结构的共同特点是：氧离子一般比阳离子 氧离子进行紧密排列；金属阳离子位于一定的间隙中，最重要的是四面体和八面体。各种氧化物的结构及特点各种氧化物的结构及特点结构类型结构类型氧离子排列方式氧离子排列方式阳离子填充方式阳离子填充方式结构名称结构名称举例举例AO面心立方面心立方全部八面体间隙全部八面体间隙岩盐岩盐MgO，CaO等等面心立方面心立方四面体间隙四面体间隙闪锌矿闪锌矿BeO面心立方面心立方四面体间隙四面体间隙纤维锌矿纤维锌矿ZnOAO2简单立方简单立方立方体间隙