陶瓷材料基本知识课件

第三节第三节 陶瓷材料基本知识陶瓷材料基本知识第四军医大学口腔医学院口腔材料教研室第三节陶瓷材料基本知识第四军医大学口腔医学院2陶瓷概述陶瓷概述（Introductiontoceramicmaterials）一、陶瓷简介一、陶瓷简介 二、陶瓷的结构二、陶瓷的结构 三、普通陶瓷三、普通陶瓷 四、特种陶瓷四、特种陶瓷 五、陶瓷的性能五、陶瓷的性能2陶瓷概述一3一、陶瓷简介一、陶瓷简介粉体粉体坯体坯体陶瓷陶瓷成型成型烧结烧结1.1.陶瓷的定义陶瓷的定义 以以粘土、长石、石英粘土、长石、石英为主要原料，为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。广广义义陶陶瓷瓷：用用陶陶瓷瓷生生产产方方法法制制造造的的无无机机非非金金属属固固体材料。体材料。3一、陶瓷简介粉体坯体陶瓷成型烧结1.陶瓷的定义广义陶瓷：用42.发展概况发展概况陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。china：陶瓷；中国：陶瓷；中国china:昌南镇昌南镇42.发展概况陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。5 我我国国是是陶陶瓷瓷生生产产大大国国，日日用用陶陶瓷瓷、建建卫卫陶陶瓷产量均为世界第一，占世界产量的瓷产量均为世界第一，占世界产量的2/32/3。我我国国又又是是陶陶瓷瓷出出口口大大国国，20092009年年出出口口金金额额为为56.7856.78亿美元，出口亿美元，出口170170多个国家。多个国家。出出口口额额占占世世界界整整个个行行业业的的40%40%，其其中中佛佛山山占占60%60%。5我国是陶瓷生产大国，日用陶瓷、建卫陶瓷产量均为世界6先进陶瓷材料先进陶瓷材料 6先进陶瓷材料7SiO2Al2O3R2O+RO65757304333.主要化学组成（质量%）7SiO2Al2O384.陶瓷的结构陶瓷的结构陶瓷材料的结合键陶瓷材料的结合键 离子晶体离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。以离子键结合的晶体。金属氧化物。MgO、Al2O3、ZrO2共价晶体共价晶体-以共价键结合的晶体。以共价键结合的晶体。金刚石、金刚石、SiC、Si3N4、BN84.陶瓷的结构陶瓷材料的结合键9陶瓷材料的相组成陶瓷材料的相组成陶瓷一般是多相多晶材料。由陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、晶体相、玻璃相、气相玻璃相、气相组成。组成。9陶瓷材料的相组成陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、玻璃相、10l晶体相晶体相 陶瓷材料最主要的组成相陶瓷材料最主要的组成相 主晶相主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧化物化物10晶体相陶瓷材料最主要的组成相11玻璃相玻璃相 玻玻璃璃相相是是陶陶瓷瓷材材料料的的原原子子不不规规则则排排列列的的组组成部分，其结构类似于玻璃。成部分，其结构类似于玻璃。积积极极作作用用：填填充充晶晶体体之之间间的的空空隙隙，提提高高材材料料的的致致密密度度；降降低低烧烧结结温温度度；阻阻止止晶晶型型转转变变、抑制晶粒长大抑制晶粒长大。不利影响：不利影响：降低陶瓷强度降低陶瓷强度和耐热性能。和耐热性能。11玻璃相玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列的组成12云母玻璃陶瓷中的玻璃相云母玻璃陶瓷中的玻璃相12云母玻璃陶瓷中的玻璃相13气相气相 陶瓷气孔陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中主要是坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。发生物理、化学作用所生成的空隙。气孔对陶瓷的性能是气孔对陶瓷的性能是不利的不利的，它，它降低降低材料材料的强度，是的强度，是造成裂纹的根源。造成裂纹的根源。13气相陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中发生物理14二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔植骨用多孔陶瓷植骨用多孔陶瓷14二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔植骨用多孔陶瓷15日用瓷日用瓷建卫瓷建卫瓷工业瓷工业瓷三、普通陶瓷三、普通陶瓷(traditionalceramics)普通陶瓷普通陶瓷以以天然硅酸盐天然硅酸盐(粘土、石英、长石粘土、石英、长石)为原为原料烧成的制品。料烧成的制品。普通陶瓷普通陶瓷的分类的分类15日用瓷三、普通陶瓷(traditionalceram161.日用瓷日用瓷餐具瓷餐具瓷 茶具瓷茶具瓷 161.日用瓷餐具瓷172.建卫瓷建卫瓷内墙砖内墙砖-建筑瓷建筑瓷 卫浴瓷卫浴瓷 172.建卫瓷内墙砖-建筑瓷183.工业瓷工业瓷电瓷绝缘子电瓷绝缘子微孔陶瓷过滤板微孔陶瓷过滤板183.工业瓷电瓷绝缘子微孔陶瓷过滤板19陶陶 吧吧19陶吧20四、特种陶瓷四、特种陶瓷(advancedceramics)结构陶瓷结构陶瓷 功能陶瓷功能陶瓷以以非硅酸盐类非硅酸盐类化合物或人工合成化化合物或人工合成化合物为原料烧成的制品。合物为原料烧成的制品。特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷的分类的分类20四、特种陶瓷(advancedceramics)21氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷Al2O3ZrO2碳化物结构陶瓷碳化物结构陶瓷SiCC氮化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷Si3N41.结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷的种类结构陶瓷的种类21氧化物结构陶瓷Al2O3ZrO21.结22特点：特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。度高、高温强度高。氧化铝氧化铝 氧化锆氧化锆氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷 22特点：氧化铝氧化锆氧化物结构陶瓷23Al2O3陶瓷的性能特点及应用陶瓷的性能特点及应用强度高、硬度高：强度高、硬度高：机械加工磨料、磨具机械加工磨料、磨具熔点高、抗腐蚀：熔点高、抗腐蚀：耐火材料耐火材料优良的化学稳定性：优良的化学稳定性：坩埚坩埚 人体关节人体关节 优良的光学特性：优良的光学特性：透光材料透光材料 纳蒸汽灯管纳蒸汽灯管23Al2O3陶瓷的性能特点及应用强度高、硬度高：24氧化铝坩埚氧化铝坩埚透明氧化铝透明氧化铝24氧化铝坩埚透明氧化铝25SiC陶瓷陶瓷性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱 应用：高温结构材料应用：高温结构材料 发动机、喷管等。发动机、喷管等。25SiC陶瓷性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、抗蠕26碳化硅陶瓷轴承碳化硅陶瓷轴承碳化硅耐腐蚀潜水泵碳化硅耐腐蚀潜水泵26碳化硅陶瓷轴承碳化硅耐腐蚀潜水泵272.功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷的种类功能陶瓷的种类光学陶瓷光学陶瓷 光纤光纤 激光晶体材料激光晶体材料 生物陶瓷生物陶瓷 人工关节人工关节 口腔陶瓷口腔陶瓷272.功能陶瓷功能陶瓷的种类光学陶瓷光纤激光晶体材料28光学陶瓷光学陶瓷光光 纤纤激光晶体材料激光晶体材料 28光学陶瓷光纤激光晶体材料29生物陶瓷生物陶瓷人工关节人工关节口腔陶瓷29生物陶瓷人工关节口腔陶瓷30五、陶瓷材料的性能五、陶瓷材料的性能(一一)力学性能力学性能硬度硬度陶瓷的硬度很高陶瓷的硬度很高-1000Hv1500Hv（普通淬火钢（普通淬火钢-500800Hv）。）。刚度刚度陶瓷的刚度很高陶瓷的刚度很高-刚度反映其化学键能刚度反映其化学键能30五、陶瓷材料的性能31强度强度理论强度高理论强度高-离子键和共价键离子键和共价键实实际际强强度度要要较较理理论论强强度度低低-组组织织的的不不均均匀匀性性，内内部杂质和各种缺陷部杂质和各种缺陷晶粒越细，强度越高。晶粒越细，强度越高。高高温温强强度度、高高温温抗抗蠕蠕变变能能力力、抗抗氧氧化化性性优优于于金金属属材料材料-常用于高温材料常用于高温材料(一一)力学性能力学性能31强度(一)力学性能32(一一)力学性能力学性能强度特点：强度特点：压缩强度远高于拉伸强度。压缩强度远高于拉伸强度。表表 长石烤瓷材料主要机械性能长石烤瓷材料主要机械性能 机械性能机械性能数值范围数值范围压缩强度压缩强度(MPa)345拉伸强度拉伸强度(MPa)34.632(一)力学性能强度特点：表长石烤瓷材料主要机械性33塑性和韧性塑性和韧性陶陶瓷瓷的的塑塑性性和和韧韧性性较较低低，无无塑塑性性变变形形，脆脆性性断断裂裂-陶瓷最大的弱点。陶瓷最大的弱点。断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，在受到外应力时快速扩展。在受到外应力时快速扩展。(一一)力学性能力学性能33塑性和韧性(一)力学性能34陶陶瓷瓷材材料料的的热热膨膨胀胀系系数数小小，这这是是由由于于晶晶体体结构和化学键决定的。一般为结构和化学键决定的。一般为10-510-6/K。（二）陶瓷的热学性能（二）陶瓷的热学性能熔点熔点陶陶瓷瓷由由离离子子键键和和共共价价键键结结合合，具具有有较较高高的熔点。的熔点。热膨胀热膨胀34陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由于晶体结构和化学键决定的。35（三）陶瓷的电学和光学性能（三）陶瓷的电学和光学性能电学性能电学性能陶陶瓷瓷由由于于晶晶界界和和气气孔孔的的存存在在一一般般不不透透明明。通通过过改改变变烧烧结结方方法法和和控控制制晶晶粒粒的的大小，可制备出大小，可制备出透明透明氧化物陶瓷。氧化物陶瓷。光学性能光学性能陶陶瓷瓷是是良良好好的的绝绝缘缘体体，具具有有介介电电特特性性，介电损耗很小。介电损耗很小。35（三）陶瓷的电学和光学性能电学性能陶瓷由于晶界和气孔的存