62陶瓷材料的成形资料.pptx

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料,主要内容：,6.2.1,陶瓷材料成形基础,6.2.2,陶瓷材料的成形,6.2.3陶瓷材料产品制造,6.2.1,陶瓷材料成形基础,1.,陶瓷材料概述,2.,陶瓷材料的结构,3.,陶瓷材料的性能,1.,陶瓷材料概述,陶瓷材料是人类应用最早的材料。,传统的陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料,，,新近发展起来的,先进陶瓷或称精细陶瓷，成分扩展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物,等，其内涵远远超出了传统陶瓷范畴，几乎涉及整个无机非金属领域。,什么是陶？,什么是瓷？,陶和瓷的区别是什么？,陶器和瓷器的主要区别,烧成温度不同。,陶器烧成温度一般都低于瓷器，最低甚至达到800以下，最高可达1100左右。瓷器的烧成温度则比较高，大都在1200以上，甚至有的达到1400左右。,坚硬程度不同,。,陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结，敲击时声音发闷，胎体硬度较差，有的甚至可以用钢刀划出沟痕。瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结，敲击时声音清脆，胎体表面用一般钢刀很难划出沟痕。,使用原料不同。,陶器的胎料是普通的粘土，瓷器的胎料则,是瓷土，即高岭土。,透明度不同。,陶器的坯体即使比较薄也不具备半透明的特点。,瓷器的胎体无论薄厚，都具有半透明的特点,。,釉料不同。,陶器多不施釉或施低温釉,即一般的陶器表面无釉，即使有釉也是低温釉。瓷器则多施釉，瓷器的釉料有两种，既可在高温下与胎体一次烧成，也可在高温素烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成。,吸水率不同。,陶器有较强的吸水性。一般来说，瓷的吸水率小于,0.5%,，而陶的吸水率大于,10%,。,含铁量不同。,陶的含铁量一般在,3%,以上，瓷胎含铁量一般在,3%,以下。,胎体特征不同。,陶器未玻化或玻化程度差，结构不致密，断面粗糙。瓷器玻化程度高，结构致密。,在远古的石器时代，人类的祖先用天然的石头做成刀、斧、针和武器。,在人类学会用火之后，人们用粘土加上水，合成泥，捏成各种器皿的形状，然后在火中焙烧，得到了十分坚硬的陶器。,据考古学家分析，距今大约,1,万年前，就有陶器出现。这是人类最早、最伟大的文明创造。恩格斯把,陶器的出现称为新石器时代开始的标志。,在我国，陶器大约出现在,8000,年前，经过历代的改进，技术水平提高很快。,有了陶器，人类可以吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可以长时间地储存食物；,陶器也是最初的耐火材料，,为以后的铜、铁冶炼提供了物质条件，为人类的进化立下了不朽的功勋。,陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高。,兵马俑，亦称陶俑，是典型的陶制品,.,举世闻名的秦兵马俑是秦代制陶工人的杰作。原料就地取土，未加调配。使用如此一般的粘土烧制这样巨大的陶俑而不变型，历经,2000,余年不损坏，这说明当时制陶技术的精湛、高超。,秦兵马俑,著名的唐三彩创始于唐高宗时期。所谓三彩，是用白色粘土做胎，以,Cu,、,Fe,、,Co,、,Mn,等的矿物做釉的着色剂，经两次烧制后，成为绚丽多彩的陶器精品。颜色以黄、绿和白色为主，故称“唐三彩”。但三彩是表示多色，并不是在一件器物上只限于三种色釉。,唐三彩色调富丽，图案优美，尤以塑造的各种舞俑和三彩马俑更为生动。,宜兴,紫砂壶,自明朝流传至今，制造技术精湛，色泽淳朴，用来泡茶，茶不失原味，耐热保温，不易变质。紫砂泥由粘土、石英、云母、赤铁矿组成，其中,Fe,2,O,3,含量约占,7%-10%,，,TiO,2,1%,。,经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到瓷，在技术上主要实现了三大突破：,瓷土的发现和利用,瓷土与陶土相比，,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,等称为,助熔剂,的物质,明显减少,，,SiO,2,的含量也降至,70%,以下，而,Al,2,O,3,的含量显著增加。,釉的发明和创新,釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一定的比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。,烧制温度的提高,烧制温度从,800,1000,提高到,1200,以上,，,相应配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表面，冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。,瓷器是我国古代最重要的发明之一，,凝聚着我国劳动人民的智慧。最早出现于距今,3000,多年前的商周，后经过近,1000,年的发展，到汉代已日趋成熟，在唐、宋、元、明、清历代，造瓷技术水平登峰造极，,江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬,。,至今藏于中国故宫博物院的大批古瓷器都是传世珍品。,元代（公元,1271,1368,年）,是中国青花瓷器烧造工艺发展历史上的重要时期。这一时期在前代,釉下彩,等工艺的基础上逐步确立、完善了青花瓷器的烧造技术，并形成了自身的独特风格。到明清时期（公元,1368,1911,年），,青花瓷器已经发展成为中国瓷器中的主要产品。,骨瓷,是骨质瓷的简称，学名骨灰瓷，是以动物的骨粉,（成份为磷酸三钙，可以增加瓷器的硬度与透光度，因为骨粉含量太大在烧制过程中容易烧裂，所以成品就贵了）,、粘土、长石和石英为基本原料，经过高温素烧和低温釉烧两次烧制而成的一种瓷器。,骨瓷色泽,呈天然骨粉独有的自然奶白色。一般说来，原料中含有25%骨粉的瓷器则可称为骨瓷，国际公认骨粉含量要高于40以上，质地最好的骨瓷一般含有51%的优质牛骨粉。其中骨粉成分为40%以上，器具颜色则更呈乳白色，属高档骨瓷。,由于用料考究、制作精细、标准严格，所以价值高于其它瓷种。骨粉的含量越高，黏土的成分就相对降低，在制作过程中就越易烧裂，在成形上需要更高的技术，增加了烧制难度，所以更加珍贵。,骨质瓷在烧制过程中，对它的规整度、洁白度、透明度、热稳定性等诸项理化指标均要求极高，由此废品率很高。,独特的烧制过程和骨碳的加入，使瓷土中的杂质被消除，在灯光下骨瓷显得更,晶莹、白皙、细腻、通透、轻巧，,极少瑕疵，并且比一般瓷器薄，在视觉上有一种特殊的,清洁感，强度高于,一般瓷器，是日用瓷器的两倍，,不易磨损及破裂,、,有适度的透光性、保温。,实验：把四只骨瓷杯子垫在一辆劳斯莱斯车轮下，这四只晶莹的杯子竟能胜任支撑房车的重量！,骨瓷餐具有个特点容器内部一般没有图案、莹白如玉，只在外部装饰图案，部分在杯子边缘手描了金边。,如何选择骨瓷搭配咖啡?,咖啡杯的色调相当重要。咖啡液的颜色呈琥珀色，且很清澈，所以为了将咖啡这种特色显现出来，最好是用杯内呈白色的咖啡杯，可让我们由咖啡颜色来辨别咖啡冲泡完成的情形。,骨瓷,产生于英国，长期以来是英国皇家和贵族的专用瓷，是目前唯一世界上公认的高档瓷种，兼有使用 和艺术的双重价值，是权利和地位的象征，号称瓷器之王。现在中国，日本，德国，俄罗斯，泰国有生产。,骨瓷的挑选：,1,、将杯子罩在灯泡上,(,当然也可以对着光就好,),，透光性强、色泽柔和为上品。,2,、通体乳白色、釉面光滑，瓷质轻薄的是优质品,3,、用瓷勺敲打或用手指轻弹，清脆响亮、宛如洪钟。,骨瓷的保养很简单，染上油污要清洗时，不需用洗涤剂，只需用温水清洁就行了。可以放进消毒碗柜里高温消毒。,勿放入微波炉加热，否则腐蚀金边。,如有刮花，可以用牙膏轻轻地打磨，如果有茶渍，可以用柠檬汁或食醋清洗即可。,金盅壶,1,个,金盅糖缸,1,个,金盅奶缸,1,个,金盅杯,6,个,金盅碟,6,个,商品名称：,包金红玫瑰,商品描述：,金盅壶,1,个,金盅糖缸,1,个,金盅奶缸,1,个,金盅杯,6,个,金盅碟,6,个,商品名称：,绿相约,商品描述：,4.25,韩式碗,10,支,小调羹,10,支,小吃碟,10,个,8,寸汤盘,6,个,8,寸平盘,4,个,6,寸面碗,2,个,品锅,1,个,10,寸平盘,1,个,鱼盘,1,个,大调羹,1,个,烟缸与牙签筒各,1,个,中国红瓷,红瓷,优品采用,真骨瓷，,瓷很轻壁很薄；,陶瓷上那片大红曾是陶瓷史上千古难题。在中国陶瓷艺术长河中，唐代发明了铜红；后来，有了宋代的钧红瓷，明清时期的祭红、郎红、胭脂红、豇豆红、珊瑚红等红色釉瓷。,就因为那一份“红”，使得烧制工艺要求极高，陶瓷界常大诉“十窑九不成”、“千窑难得一品”的苦衷。民间至今还流传着“陶女浴火炼红瓷”的悲壮故事。,对于“大红”的追求，近现代西方各国也竞相投入巨资，可研制工作至今没有实质性的突破。因为釉下彩瓷器要求一定的白度、硬度和透明度，要在1300摄氏度的高温下才能烧成。而促成陶瓷上大红色的釉料,（主要是硫硒化镉，这是一种人工合成的色料，也是目前唯一能够呈现鲜艳大红颜色的色料）,。在温度升至800摄氏度这个临界点时，“红颜”完全褪尽。一片“中国红”的醴陵（湖南省）红瓷的问世，引起了“当惊世界殊”。,手绘粉彩系列,开口梅瓶：,锦上添花,湖南醴陵福齐天红瓷厂产品：,吉祥如意茶具,镶金系列,直筒瓶：,富贵牡丹,彩金系列,中国红瓷,与普通瓷器不同的特点：,难：工艺难,中国红烧制难度很高，工艺复杂，通常是四次进炉：一是素烧；二是釉烧；三是红烧；四是金烧。每一环节不可偏差。通常情况下，中国红瓷器在烧制多件中才能出一件成品，大型成品的合格率更低，所谓“十窑九不成”。近乎苛刻的制造工艺与极低的成品率，彰显中国红瓷稀缺性与珍贵性。,红瓷的形成难。铜红在800度要分解，中国红在1450度的高温下成瓷，难中之难。,好：陶瓷好,中国红瓷在,1450,度的高温下烧成，玉如凝脂，足显珍贵。,简约雅致、细致白润、胎薄如纸、击声如磬是其真实写照。自其诞生之日起，红瓷以其“薄如纸、透如镜、声如磬、白如玉”，瓷质细腻通透，器形美观典雅，彩面润泽光亮，花面多姿多彩的特点，成就了它洁白的质地和华贵的造型，兼有使用和艺术的双重价值，是收藏与赠友的珍品。,贵：材料贵,红釉现在是用稀有金属钽烧制而成的，金属钽是比黄金还贵的稀有金属，且红瓷上的金色图案是用纯度在99%以上的纯金烤制而成，可以说中国红瓷是用黄金烧成的。中国红瓷从用材方面就体现了高贵艺术珍品的品味与内含的现实价值。,釉,是,附着于,陶瓷,坯体表面,的玻璃质薄层，有与玻璃相类似的某些物理与化学性质，一般以长石、石英、黏土等为原料。釉的,化学组成为氧代硅、氧化铝、氧化铁、氧化钛、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠,等，经温式球磨调成油浆，用浸、喷、浇等方法施于坯体表面焙烧而成。由于所含金属氧化物的不同，以及烧成气氛的各异，釉色有青、黑、绿、黄、红、蓝、紫等(白釉其实是无色透明釉)。瓷器,上釉不仅可使自身表面光洁，防止对液体、气体的吸收，提高机械强度和绝缘性能，而且还使瓷器更具观赏性，,成为一件件精美的艺术品。,我国瓷器生产源远流长，不同历史时期各地瓷窑由于装烧和施釉工艺的差异，各具自己的时代和地域特征。这种特征反映在釉彩上便形成许多釉彩品种，如青瓷、白瓷、青白瓷、青花、釉里红等等。不同历史时期各地瓷窑生产出的瓷器产品，几乎都有自己的代表性釉彩品种，我们可以通过这点判定某一瓷器为何时何地的产品。因此，了解瓷器的釉彩品种，对于瓷器的断代和辨伪具有十分重要的意义。,贝瓷,属,高钙瓷,，即将一定量的贝壳经特殊工,艺处理后，掺入陶瓷原料中，然后经过素烧、釉烧两次烧制而成。贝壳中的钙可以增加瓷器的硬度和透光度，贝壳在烧制过程中能与高岭土中的杂质发生作用，起到消除杂质的效果，使得贝瓷胎质纯净，釉面光润，光泽柔和，有如脂似玉之感，且强度高于一般瓷器。贝瓷用料十分考究，工艺复杂，成型难、烧成温度范围窄、易烧裂，生产难度大，所以成品非常珍贵。,目前世界上,只有中国一、二家瓷厂,生产（,山东,“,珍贝瓷业,”,与,“,长城海的,”,两个有限责任公司，属国家重点高新技术企业，国家旅游饭店协会会员、清华大学社会实践基地。国家火炬计划项目承担单位及国家十一五科技支撑计划项目承担单位。）已获得中国发明专利。,早在明代，人们就发现，将金银、珍珠、玛瑙掺入瓷胎，可以烧制出流出溢彩、美轮美奂的瓷器。,“,贝瓷,”,也正因为其原料贝壳中富含珍珠成分，而显现出普通瓷器所没有的风采和神韵。所以贝瓷也是世界上公认的最高档瓷,种之一。,西餐白瓷,汁斗,西餐白瓷,旋纹长方形糖缸,镁质瓷,（强化瓷）也是一种高档瓷，英国早在,18,世纪末就以滑石为主要原料制作镁质瓷。滑石是镁的含水硅酸盐矿物。所以镁质瓷又称滑石瓷。镁质瓷瓷质细腻乳白、薄胎半透明、有脂肪光泽、手摸有滑腻感、镁质瓷成片状结构，破碎时易成片状，不易粉碎。一般用于生产高级日用瓷，我国只有少数大企业生产。,1、陶瓷材料概述,（1）陶瓷的定义,陶瓷的传统定义,：,陶器和瓷器的总称,，,包括玻,璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等。,陶瓷的狭义定义,以粘土为主要原料，经高温,烧制的制品。,陶瓷的,广义定义,经高温烧制的无机非金属材,料的总称。,陶瓷的,精确定义,用天然原料或人工合成的粉,状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由无,机化合物构成的多相固体材料。,日用陶瓷,日用瓷器是日常生活中人们接触最多，也是熟悉的瓷器，如,餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭具,等陈设瓷等。在历史上，日用瓷器是从日用陶器发展而来的，又因为两者在性能和制造工艺上有相似之处，所以，习惯上把它们放在一起，统称为日用陶瓷。,（2）陶瓷的分类,日用陶瓷,唐山骨质瓷茶具,景德镇飞天雕塑,景德镇三阳开泰,特征,类别,吸水率（）,特 征,陶,器,粗陶器,15,不施釉，制作粗糙,普通陶器,12,断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉，制作不够精细,细陶器,7,10,断面颗粒较细，,气孔较小，结构均匀，表面施釉，制作精细,炻,器,粗炻器,3,7,透光性差，胎体较厚，断面呈石状，制作较粗，,细炻器,1,3,透光性差，胎体较薄，断面呈石状，制作较细,瓷,器,普通瓷器,1,有一定透光性,，断面呈石状或贝壳状，制作较精细,细瓷器,0.5,透光性好,，,断面细腻,，呈贝壳状，,制作精细,日用陶瓷的细分类,土器：砖瓦,(,自然冷却，,Fe,2,O,3,含量较多,),(,淋水冷却，,Fe,3,O,4,、,FeO,较多,),陶器：,彩陶,江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑,瓷器：,碗盘,茶具,收藏珍品,炻器：,水缸、砂锅,瓷都景德镇,红瓦,青瓦,普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。,除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。,景德镇瓷器,绝缘子,主要种类,类 别,按用途、性能等细分的品种,普通陶瓷,日用陶瓷,餐茶具,中西餐茶具：,盘，碗，杯，碟，壶,等,陈设瓷,花瓶，陶瓷雕塑,，陶瓷画，,建筑卫生陶瓷,墙地砖,外墙砖，内墙砖，,地砖,卫生陶瓷,洗面器，大小便器，洗涤器,，手纸盒,电 瓷,低压电瓷,用于,1KV,的电瓷,高压电瓷,用于,1KV,的电瓷，,先进陶瓷,功能陶瓷,电子陶瓷,利用本征特性，如装置瓷，电阻等,功能陶瓷,利用功能特性，如敏感、压电陶瓷,结构陶瓷,结构陶瓷,利用本征特性，如高强度，耐高温，,耐磨，耐腐蚀等,现代陶瓷的分类,建筑卫生陶瓷,建筑陶瓷：用于建筑物饰面或作为建筑构件的陶瓷制品。,卫生陶瓷：用作卫生设施的有釉陶瓷制品。,电瓷,：主要由粘土、长石、石英（或铝氧原料）等 硅酸盐原料混合配制，经加工成形，在较高温度下烧制而获得的无机绝缘材料。,序,分类,材料类别,主要适用范围,1,硅质,电瓷,压制硅质瓷,低压绝缘子,2,硅质瓷,低压绝缘子、一般高压绝缘子或瓷套,3,高强硅质瓷,高压绝缘子或瓷套,4,铝质,电瓷,铝质瓷,高压、超高压绝缘子或瓷套,5,高强铝质瓷,高压、超高压绝缘子或瓷套,金属氧化物避雷器,10kV,瓷拉棒绝缘子,盘型悬式绝缘子,电瓷,传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的对比,材 料,特 性,种 类,传统无机非金属材料,抗腐蚀、耐高温,质脆、经不起热冲击,普通水泥、普通玻璃、黏土质陶瓷,新型无机非金属材料,耐高温、强度高,具有电学特征,具有光学特征,具有生物功能,氧化铝陶瓷 高温氮化硅陶瓷 结构碳化硼陶瓷氧化锆陶瓷光导纤维 半导体,能承受高温、强度高。,例如：氮化硅陶瓷在,1200,左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。,Si,3,N,4,轴承,具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。,具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。,处于高温下的光导纤维,具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。,人造关节,（3）新型结构陶瓷,氧化铝陶瓷,氧化铝陶瓷以,Al,2,O,3,为主要成分,含有少量,SiO,2,的陶瓷，又称高铝陶瓷。,Al,2,O,3,化工、耐磨陶瓷配件,Al,2,O,3,密封、气动陶瓷配件,单相,Al,2,O,3,陶瓷组织,根据Al,2,O,3,含量不同分为75瓷(含75%Al,2,O,3,，又称刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。,氧化铝陶瓷,耐高温,性能好，可使用到1950,。具有良好的,电绝缘性能,及,耐磨性,。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石)。,95,瓷纺织件,99,瓷纺织件,氧化铝耐高温喷嘴,氧化铝陶瓷（人造刚玉）,主要特性,高熔点；高硬度；可制成透明陶瓷；无毒、不溶于水，强度高；,对人体有较好的适应性,主要用途,高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、,人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节,等,氧化铝陶瓷,高压钠灯,高压钠灯内温度高达,1400,，氧化铝陶瓷又叫人造刚玉，是一种高温结构陶瓷，可以抵御钠蒸汽的强烈腐蚀性。,氧化铝陶瓷转心球阀,氧化铝陶瓷密封环,氧化铝陶瓷坩埚,氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、,热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。,氮化硅（Si,3,N,4,）陶瓷,氮化硅是由Si,3,N,4,四面体组成的共,价键固体。,氮化硅的制备与烧结工艺,工业硅直接氮化：3Si+2N,2,Si,3,N,4,二氧化硅还原氮化：3SiO,2,+6C+2N,2,Si,3,N,4,+6CO,烧结工艺,优点,缺点,反应烧结,烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状,密度低，强度低，耐蚀性差,热压烧结,用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好,只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低,氮化硅陶瓷,主要特性,超硬度，耐磨损；抗腐蚀，高温时也抗氧化；抗冷热冲击而不碎裂；耐高温且不易传热；本身具有润滑性,主要用途,制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热面等,反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。,汽轮机转子,叶片气阀等零件,碳化硅（,SiC,）陶瓷,碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。,碳化硅是用石英沙,(SiO,2,),加焦碳直接加热至高温还原而成：,SiO,2,+3CSiC+2CO,。,碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。,常压烧结碳化硅,碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。,SiC,密封件,碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。,SiC,陶瓷件,SiC,陶瓷件,SiC,轴承,氧化锆陶瓷,氧化锆的晶型转变：立方相,四方相,单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。,ZrO,2,氧化锆单相陶瓷,在氧化锆中加入某些氧化物,(,如,CaO,、,MgO,、,Y,2,O,3,等,),能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆,(FSZ),，其力学性能低，抗热冲击性差。,ZrO,2,陶瓷耐火件,减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方相的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆稳定，所以称部分稳定氧化锆,(PSZ),。,氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。,部分稳定氧化锆组织,部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。,部分稳定氧化锆制品,氧化锆制品,氧化锆油泵,氧化柱塞,氧化锆拉线轮,氧化锆球阀,部分稳定氧化锆喷涂层,增韧氧化锆导轮芯轴,68,共价键,离子键,（1）陶瓷材料的结合键,陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键,以离子键,(,如,Al,2,O,3,),、共价键,(,如,Si,3,N,4,),及两者的混合键为主,。,2、陶瓷材料的结构,69,陶瓷材料以离子键结合为主，由于离子键的结合力大，因此离子晶体的,硬度高，强度大，热膨胀系数小，但脆性大。,NaCl,（2）陶瓷材料的物相,通常由三种不同的相组成,晶相,玻璃相,气相,晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。,玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。,气相是在工艺过程中形成并保留下来的。,(1),硬度,是各类材料中最高的。,（高聚物,20HV,，淬火钢,500-800HV,，陶瓷,1000-5000HV,）,(2),刚度,是各类材料中最高的。,（塑料,1380MN/m2,，钢,207000MN/m2),(3),强度,理论强度很高；由于晶界的存在，实际强度比理论值,低的多。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐,拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温,强度。,(4),塑性低：,在室温几乎没有塑性。,(5),韧性差，脆性大，是陶瓷的最大缺点,。,（3）陶瓷材料的性能,(6),热膨胀性低,导热性差，多为较好的绝热材料,（,=10-210-5w/mK,）,(7),热稳定性,抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到 水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷,220,）,(8),化学稳定性：,耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐）,(9),导电性,：,大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（,NiO,，,Fe3O4,等）,(10),其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。,原料的制备,粘土,细颗粒含水铝硅酸盐用水混合，具有可塑性，是作为基础。,石英,无水,SiO2,，难熔，可减粘，在瓷坯中起骨架作用。,长石,含,K,、,Na,、,Ca,离子的无水硅酸盐，属熔剂。,可塑成形,传统陶瓷用较多,注浆成形,浆料浇注到石膏模中成形，用于制造日用陶瓷和建筑陶瓷等形状复杂件,压制成形,粉料加入塑化剂，在金属模具加压成形,干燥的毛坯加热,高温烧结,，相变获得要求的性能,坯体成型,陶瓷的烧结,6.2.2,陶瓷材料的成形,1.,陶 瓷 材 料,陶瓷材料用原料有,天然原料,和,化工原料,两类。,根据在陶瓷中的作用不同，分为主,要原料,和,辅助原料,。主要原料有粘土、膨润土、滑石、菱镁矿、方解石、长石（碱金属和碱土金属的长石）、石英、工业氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、碱土金属碳酸盐、稀有及稀土金属氧化物(如Nb,2,O,3,、CeO,2,、La,2,O,3,、Y,2,O,3,等)及复合氧化物等，它们决定着陶瓷的性能。辅助原料是用来改善坯料的性能，满足陶瓷的成形等生产工艺要求。常用的辅助原料：,粘结剂,原料有甲基纤维素、聚乙醇、聚苯乙烯等；,塑化剂,原料有石蜡、甘油、酞酸二丁酯等；悬浮剂原料有水玻璃、碳酸钠等。,2.,坏 料 制 备,陶瓷坯料的成形性,是指陶瓷坯料是否容易加工成符合要求的坯体，及成形后是否容易卸模的性能,。,塑化,是利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。,造粒,是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗、具有一定假颗粒级配、流动性好的团粒（约,20,80,目），有利于陶瓷坯料的压制成形。,注浆成形的陶瓷坯料，为避免浆料沉淀分层，必须采取一定措施，增加料浆的悬浮性。,3.,成 形,成形即形成一定形状和尺寸的陶瓷坯体的过程。成形技术和成形方法影响着产品的性能。,常用的成形方法有,注浆成形,、,热压铸成形,、,挤压成形,、,轧膜成形,、,流延成形,、,干压成形,、,等静压成形,及,印刷成形,等。具体的成形方法决定于制品的性能要求、形状、大小、厚薄和产量等。,注 浆 成 形,注浆成形,是将陶瓷颗粒悬浮于液体中，然后注入多孔质模具，由模具的气孔把料浆中的液体吸出，而在模具内留下坯体的成形方法。,注浆成形有,空心注浆,和,实心注浆,两种。通常注浆是在自重的作用下进行，为了提高注浆速度和坯体质量，又出现了压力注浆、,离心注浆,和真空注浆等新方法。,图,6.2.6,空心注浆成形,泥浆,石膏模,图,6,.2.8,离心注浆示意图,热 压 铸 成 形,热压铸成形,是将加热熔融的石蜡与坯料混合成蜡浆，在一定压力下，将蜡浆注入金属模，冷凝后即成为有一定形状的坯体。成形是在,热压铸成形设备,中进行,可生产形状复杂的中、小形坯件。,为保证热蜡注成形产品质量稳定，应控制蜡浆较好的稳定性、可铸性、较低的收缩率。,热压铸成形必须严格控制工艺参数。蜡浆温度一般在6575，模具温度为1525，铸浆压力为0.30.5MPa，注模时间常为0.10.2s。,图,6.2.9,热压铸成形设备示意图,1-,压缩空气；,2-,压紧装置；,3-,工作台；,4-,浆桶；,5-,油浴；,6,压缩空气；,7-,供料管；,8-,加热元件；,9-,铸模；,10,铸件,挤压成形,将经过真空练制的泥料，置于挤制机内，挤制机一头挤压泥料，另一头装有机嘴（成形模具）。通过更换机嘴，挤出各种形状的坯体。,图,6.2.10,挤压成形示意图,轧 膜 成 形,轧膜成形,是将准备好的陶瓷粉料，拌以一定的有机粘结剂（如聚乙烯醇、聚醋酸乙烯等）和溶剂，调制成合适的坯料，置于两轧辊之间。当轧辊转动时，放在轧辊之间的瓷料不断受到挤压，使瓷料中的每个颗粒都能均匀地覆盖上一薄层粘结剂，气泡不断被排除，通过调节轧辊间距，经粗轧、精轧出所需厚度的膜片，再用冲片机冲出所需尺寸的坯件。,轧膜机是由两只相向滚动的轧辊构成。,轧膜成形示意图,轧膜成形在新型陶瓷生产中应用较为普遍，,适宜生产厚度为0.21mm的薄片制品,。成形工艺简单，生产效率高，坯体的密度高且厚度均匀，但存在各向异性，干燥和烧成时收缩不均，易出现变形和裂纹。,流 延 成 形,流延成形,又称带式浇注法、刮刀法，是在,超细粉料,中均匀混合适当的粘合剂，制成浆料，通过流延嘴，浆料依靠,自重,流在一条平稳转动的环形基带上，经过烘干，基带又回到初始位置，多次循环重复，得到需要的厚度。是,制造厚度小于0.2mm的超薄型制品的主要方法,，广泛应用于集成电路、电子元件等新型陶瓷的生产。,料浆,刮刀,干燥炉,基带,剥离成形薄膜,图,6.2.11,流延成形示意图,干 压 成 形,干压成形,是将粉料加入少量粘合剂，造粒，装模，然后加压形成一定形状的坯体。,干压成形示意图如图,6.2.12,。,投料,压制,卸模顶出,混合料,投 料,压 制,卸模顶,6.2.12,干压成形过程示意图,等 静 压 成 形,等静压成形又叫水静压成形，是利用液体介质的不可压缩性和均匀传递压力特性的一种成型方法。在一个密闭容器内充满液体，液体一处受压时，压力将传递到液体各点，且各点压强相等。此法得到的坯体密度高、不开裂、不分层、不变形。,印 刷 成 形,将超细粉料、粘合剂、润滑剂、溶剂等充分混合，调制成流动性很好的浆料，在丝网印刷机上漏刷，可印出一层极薄的坯料。此法与印刷电极相似。一般印刷一次陶瓷浆料得到,厚度,3,6m,的坯层，重复,3,4,次，才能达到所要求的厚度和充分的均匀度。,干燥与排胶,干燥,:即利用热能使坯体中的水分汽化，并排出坯体以外的过程。干燥过程是坯体与干燥介质之间的传热过程和传质过程，,其目的,在于提高生坯的强度，便于检查、修复、搬运、施釉和烧结。,新型陶瓷成形时需加入较多的有机粘合剂和塑化剂，在烧结时，坯体中大量的有机物熔融、分解、挥发，会导致坯体变形、开裂；同时，有机物含碳多，当氧气不足以形成还原气氛时，会影响烧结质量。,因此，需要将坯体烧成前将其中的有机物排除干净，以保证产品的形状、尺寸和质量的要求，这个过程即为,排胶,。,排胶的作用为：排除坯体中的有机物，为烧成创造条件；使坯体获得一定的机械强度；避免坯体中的有机物在烧成时产生还原作用。,5.烧 结,烧结,是陶瓷坯体经过高温作用而使材料强度提高的过程和现象，通常也是使材料致密化的过程。烧结好坏决定于,影响烧结的因素,和采取的,烧结方法,。,陶瓷材料的烧结过程分为三个阶段：,升温阶段,、,保温阶段,和,冷却阶段,。,烧结过程完成的两个必要条件是,温度,和,时间,。,（,1,）影响烧结的因素,物料的粒度,物料的结晶化学特性,添加物的作用,烧结温度与保温时间,烧结气氛,物料颗粒的接触及压制情况,烧 结 方 法,常见的烧结方法有以下几种：,常压烧结,又称无压烧结。,热压烧结,是在烧结过程中同时施加一定的外力（根据模具材料所能承受的强度，一般压力在1040MPa），使材料加速流动、重排和致密化。,连续热压,克服上述热压法中间断操作、生产效率低的缺点，能提高产量。,热压烧结原理示意图,1,上压头；,2,模套；,3,氧化铝块支持箍；,4,承载台；,5,下压头；,6,电热丝,图,6.2.13,连续热压原理示意图,热等静压烧结,是等静压成型工艺和高温烧结相结合的技术。,活化烧结,又称强化烧结，即在烧结前或烧结过程中，采用某些物理或化学方法，使反应物的原子或分子处于高能状态，利用这种高能状态的不稳定性作为活化烧结的新的驱动力。,5陶瓷材料的加工,烧结后的陶瓷材料，其形状尺寸和表面质量等通常难以满足使用要求，须进行适当的加工和处理，加工方法主要有,热加工、冷加工、涂层和陶瓷焊接,。,（1）热加工,陶瓷材料加热到它的熔点附近时，具有相当好的塑性，使陶瓷能像金属那样进行一系列的热加工，如热锻、热拉、热轧等，以及热加工后的极冷和退火处理。,（2）冷加工,陶瓷的冷加工主要是获得外形和尺寸精度符合要求的陶瓷零件。可分为一般加工、精密加工和超细加工。,加工方法：机械加工和非机械加工。,（3）涂层,施釉是常用的一种涂层方法，是通过高温在瓷体表面烧附一层极薄的玻璃状物质，可使制品表面光滑、光亮、不吸湿和不透水，可提高力学性能和电性能。,（4）陶瓷焊接,6.2.3 陶瓷材料产品制造,该磨具产品主要用于加工硬质合金，要求磨具的硬度较软为中软级，材料的种类为绿碳化硅（SiC），粒度为F60，粘结剂为陶瓷结合剂。产品为平行砂轮2002023（mm）。,陶瓷结合剂碳化硅磨具生产过程包括混合料制备、成形、烧成、产品的后加工及检验工序。,20,23,200,图,6.2.14,产品形状示意图,1,芯棒；,2,模套；,3,下压板,4,热铁；,5,上压板,图,6.2.15,压制成形用模具示意图,SiC,粒状料,糊精液,混 合,混 合,粘结剂,过 筛,混合料,成形料的制备工艺流程,6.2.4 陶瓷材料的发展趋势,1.纳米陶瓷材料,“纳米”(nm)是一个尺度的度量，1nm=0.000000001m,即10,-9,m。纳米陶瓷是纳米材料的一个分支，是指平均晶粒尺寸小于100nm的陶瓷材料。纳米陶瓷具有高韧性与低温超塑性行为。,2.梯度材料,为适应同一时间内不同的使用环境，在同一材料内从不同方向上由一种功能逐步连续分布为另一种功能的材料称为梯度功能材料，简称梯度材料。,3.智能材料,同时具备自检查功能（传感器功能）、信息处理功能以及指令和执行功能的材料。它具有自诊断、自调节、自修复等功能。,