《先进陶瓷材料及进展》 第1章 概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,先进陶瓷材料及进展,尹奇异,第一章概述,教学基本要求,了解,陶瓷的定义和发展历史。,掌握,陶瓷的分类、特性及用途。,理解,陶瓷的特点。,了解,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,约,50,万年前，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。,“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”成为,陶瓷最早的定义,。,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,陶器,。,瓷,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。,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,汉代盾牌武士佣,汉代陶器男欢女爱,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,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,希腊陶器,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,制陶原料,高岭土是江西省景德镇东郊高岭村所产，,景德镇,也就成了,瓷都,。,明代以后瓷器传出海外，中国亦被海外人士以“,瓷,”（,china,）作为,国名,。,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,陶瓷在人类文明史上功不可没。人类最早使用的工具,石器,，可以说就是一种最早的天然陶瓷材料。,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,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 斧,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,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。,就陶瓷研究历史进程看，可简单概括为,三个发展阶段,，如图,1-1,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,相邻学科的推动,图,1-1,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,新石器时代，我们的祖先就会制作,陶器,。然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。,东汉晚期，陶器步入了,瓷器,阶段，这是陶瓷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,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,随着科学技术的进步与发展，由瓷器又衍生出许多种类的陶瓷。,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。人们一般将这一类陶瓷制品成为,传统陶瓷,或,普通陶瓷,。,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,20,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业的迅速发展，陶瓷研究的发展则从传统陶瓷跃入第二阶段,先进陶瓷,阶段。,先进陶瓷（,Advanced Ceramics,）是为了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,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综合而又相对独立的学科。,这一阶段先进陶瓷被称为,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,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,20,世纪,90,年代，陶瓷的研究进入了第三个阶段,纳米陶瓷,阶段。,所谓,纳米陶瓷,，是指显微结构中物相具有纳米（,nm,）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,TiO,2,陶瓷薄膜,AFM,照片,1.1,陶瓷的定义和发展历史 第一章 概述,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,氧化物,陶瓷。,碳化物,陶瓷。,氮化物,陶瓷。,硼化物,陶瓷。,1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,氧化物,SiO,2,MgO,MgAl,2,O,4,BeO,TiO,2,V,2,O,5,B,2,O,3,MgO,Al,2,O,3,Y,2,O,5,Al,2,O,3,CaO,ZrO,2,3Al,2,O,3,2SiO,2,Cr,2,O,3,CeO,2,ZrSiO,4,CaSiO,3,PbZrTiO,3,BaTiO,3,碳化物,WC,B,4,C,TiC,ZrC,HfC,TaC,Be,2,C,UC,VC,NbC,Mo,2,C,MoC,表,1.1,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,Si,3,N,4,TiN,BN,AlN,C,3,N,4,ZrN,VN,TaN,NbN,ScN,硼化物,TiB,2,ZrB,2,Mo,2,B,WB,6,LaB,6,HfB,WB,ZrB,表,1.1,陶瓷按化学成分分类表,(,续,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,传统陶瓷,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、建筑卫生陶瓷、化学化工陶瓷、电瓷等,。,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,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,1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,先进陶瓷,(,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,传统陶瓷,先进陶瓷,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,可塑,、注浆、压制,压制,、热压铸、注射、轧膜、流延、等静压为主,表,1.2,传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较,(,续,1),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,生产工序,传统陶瓷,先进陶瓷,烧成,温度在,1300,以下，燃料以煤、油、气为主,结构陶瓷常需,1600,，功能陶瓷需精确控制温度，以电、气、油加热为主,加工,一般不需加工,常需切割、打孔、研磨和抛光等,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,1.2,传统陶瓷与先进陶瓷的分类比较,(,续,2,完,),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,三,传统陶瓷的分类,传统陶瓷按所用原料及坯体致密度分为两大类：,陶器,和,瓷器,。,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,1-3,。,1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,汉代陶器,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 器,类别,陶器,瓷器,粗陶器,普通陶器,精陶器,炻器,普通瓷,细瓷器,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,1.3,传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类,(,续,1),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,类别,陶器,瓷器,粗陶,普通陶,精陶器,炻器,普通瓷,细瓷器,使用原料,易熔黏土,可塑性高的难熔黏土,、石英、熟料等,可塑性高的难熔黏土,、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,1.3,传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类,(,续,2),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,类别,陶器,瓷器,粗陶,普通陶,精陶器,炻器,普通瓷,细瓷器,烧成温度,/,850,1100,900,1200,素烧,11001300,釉烧,10001200,1200,1300,12501320,13201450,12501320,11201250,12001300,表,1.3,传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类,(,续,3),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,类别,陶器,瓷器,粗陶器,普通陶,精陶,炻器,普通瓷,细瓷,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,1.3,传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类,(,续,4),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,类别,陶器,瓷器,粗陶,普通陶,精陶,炻器,普通瓷,细瓷,吸水率,/%,15,15,12,3,1,0.5,表,1.3,传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类,(,续,5),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,类别,陶器,瓷器,粗陶器,普通陶,精陶器,炻器,普通瓷,细瓷器,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,1.3,传统陶瓷按所用原料及坯体致密程度分类,(,续,6,完,),1.2,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,先进陶瓷按其特性和用途,可分为两大类,:,结构陶瓷,和,功能陶瓷,。,所谓,结构陶瓷,，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,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,1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,陶 瓷 椅,1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,系列,材料,特性,用途,氧化物,Al,2,O,3,SiO,2,MgO,ZrO,2,BeO,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,1.4,结构陶瓷的分类、特性和用途,(,续,1),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,系列,材料,特性,用途,非氧化物,碳化物,SiC,B,4,C,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,Si,3,N,4,BN,AlN,等,硅化物,MoSi,2,TiSi,2,等,硼化物,TiB,2,ZrB,2,等,表,1.4,结构陶瓷的分类、特性和用途,(,续,2),1.2,陶瓷的分类、特性及用途 第一章 概述,系列,材料,特性,用途,纳米陶瓷,纳米氧化物、非氧化物,超塑性、高韧性,各种高性能结构零件,低膨胀陶瓷,堇青石、锂辉石、钛酸铝,1300,高强高韧,表,1.7,传统陶瓷与先进陶瓷的对比,1.3,陶瓷的特点 第一章 概述,信息、能源、新材料,被誉为当代科学技术的三大支柱。,先进陶瓷,作为一种新材料，以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会中将发挥显著的作用。,1.4,先进陶瓷的发展前景 第一章 概述,随着世界科技的不断进步，可以预见，先进陶瓷材料在,21,世纪必将获得惊人的发展。,纳米陶瓷,将在下列几个方面获得重大突破。,1.4,先进陶瓷的发展前景 第一章 概述,气相凝聚法,制备纳米粉体将成为先进陶瓷粉体研究发展的重点,。,快速原型制造技术,（,RPM,）和,胶态成型,将向传统成型技术挑战,。,1.4,先进陶瓷的发展前景 第一章 概述,微波烧结,和,放电等离子烧结,（,SPS,）是获得纳米块状陶瓷材料的有效烧结方法,。,纳米材料的应用将为先进陶瓷带来新活力,。,1.4,先进陶瓷的发展前景 第一章 概述,