《先進陶瓷材料及進展》第一章概述

1、l 了解了解陶瓷的定義和發(fā)展歷史。陶瓷的定義和發(fā)展歷史。l 掌握掌握陶瓷的分類、特性及用途。陶瓷的分類、特性及用途。l 理解理解陶瓷的特點。陶瓷的特點。l 了解了解先進陶瓷的發(fā)展前景。先進陶瓷的發(fā)展前景。 1.0 教學基本要求 第一章 概 述 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 約約50萬年前，人類學會了用火，慢慢知道黏萬年前，人類學會了用火，慢慢知道黏土成型經(jīng)火燒制后可變成堅硬耐用的器物。土成型經(jīng)火燒制后可變成堅硬耐用的器物。l “黏土經(jīng)成型后高溫燒制而得的堅硬的、遇水黏土經(jīng)成型后高溫燒制而得的堅硬的、遇水不會分散的致密材料不會分散的致密材料”成為成為陶瓷最早的定義陶瓷最早的定義。

2、l 早期的陶瓷由于燒制溫度不高、有一定吸水早期的陶瓷由于燒制溫度不高、有一定吸水率、斷面粗糙無光、不透明，被稱為率、斷面粗糙無光、不透明，被稱為陶器陶器。l 瓷瓷是在陶的制作工藝基礎上，對工藝條件和是在陶的制作工藝基礎上，對工藝條件和原料控制更嚴格、燒制溫度更高所得材料。原料控制更嚴格、燒制溫度更高所得材料。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述漢代柿蒂云紋紅陶器漢代柿蒂云紋紅陶器漢代盾牌武士傭漢代盾牌武士傭漢代陶器男歡女愛漢代陶器男歡女愛漢代陶狗漢代陶狗 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述景德鎮(zhèn)陶器景德鎮(zhèn)陶器 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述希臘陶器希臘陶器 1.1

3、陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 制陶原料制陶原料高嶺土是江西省景德鎮(zhèn)東郊高高嶺土是江西省景德鎮(zhèn)東郊高嶺村所產(chǎn)，嶺村所產(chǎn)，景德鎮(zhèn)景德鎮(zhèn)也就成了也就成了瓷都瓷都。l 明代以后瓷器傳出海外，中國亦被海外人士明代以后瓷器傳出海外，中國亦被海外人士以以“瓷瓷”（china）作為）作為國名國名。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 陶瓷在人類文明史陶瓷在人類文明史上功不可沒。人類上功不可沒。人類最早使用的工具最早使用的工具石器石器，可以說就，可以說就是一種最早的天然是一種最早的天然陶瓷材料。陶瓷材料。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述仙人洞舊石器時代遺址仙人洞舊石器時代遺址 1.

4、1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述石石 斧斧 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 陶瓷既是我國最杰出的科學成就之一，又是陶瓷既是我國最杰出的科學成就之一，又是中華文明偉大象征之一。中華文明偉大象征之一。l 就陶瓷研究歷史進程看，可簡單概括為就陶瓷研究歷史進程看，可簡單概括為三個三個發(fā)展階段發(fā)展階段，如圖，如圖1-1所示。所示。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述陶器釉的發(fā)明瓷器(傳統(tǒng)陶瓷)高溫技術的發(fā)展高鋁土黏土和瓷土應用原料純化工藝與理論的發(fā)展顯微結構分析的進步性能研究的深入先進陶瓷(微米級)納米陶瓷無損評估的成就相鄰學科的推動圖圖1-1 1-1 陶瓷研究發(fā)展的三個階段

5、陶瓷研究發(fā)展的三個階段 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 新石器時代，我們的祖先就會制作新石器時代，我們的祖先就會制作陶器陶器。然。然而陶器僅是一種含有較多氣孔、質(zhì)地較松的而陶器僅是一種含有較多氣孔、質(zhì)地較松的未完全燒結制品。未完全燒結制品。l 東漢晚期，陶器步入了東漢晚期，陶器步入了瓷器瓷器階段，這是陶瓷階段，這是陶瓷技術發(fā)展史上十分重要的里程碑。技術發(fā)展史上十分重要的里程碑。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述漢代瓷器漢代瓷器 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 隨著科學技術的進步與發(fā)展，由瓷器又衍生隨著科學技術的進步與發(fā)展，由瓷器又衍生出許多種類的陶瓷。出許

6、多種類的陶瓷。l 日用陶瓷、工業(yè)陶瓷與水泥、玻璃、耐火材日用陶瓷、工業(yè)陶瓷與水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、磨料制品等統(tǒng)稱為硅酸鹽制品。料、搪瓷、磨料制品等統(tǒng)稱為硅酸鹽制品。人們一般將這一類陶瓷制品成為人們一般將這一類陶瓷制品成為傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷或或普通陶瓷普通陶瓷。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 20世紀以來，特別是第二次世界大戰(zhàn)之后，世紀以來，特別是第二次世界大戰(zhàn)之后，隨著宇宙開發(fā)、原子能工業(yè)的興起和電子工隨著宇宙開發(fā)、原子能工業(yè)的興起和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，陶瓷研究的發(fā)展則從傳統(tǒng)陶業(yè)的迅速發(fā)展，陶瓷研究的發(fā)展則從傳統(tǒng)陶瓷躍入第二階段瓷躍入第二階段先進陶瓷先進陶瓷階段。階段。l

7、先進陶瓷（先進陶瓷（Advanced Ceramics）是為了）是為了有別于傳統(tǒng)陶瓷而言的。有別于傳統(tǒng)陶瓷而言的。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 先進陶瓷是在傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的基礎上，吸先進陶瓷是在傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的基礎上，吸收了相鄰學科的先進技術而發(fā)展起來的一門收了相鄰學科的先進技術而發(fā)展起來的一門綜合而又相對獨立的學科。綜合而又相對獨立的學科。l 這一階段先進陶瓷被稱為這一階段先進陶瓷被稱為微米級先進陶瓷微米級先進陶瓷。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述小影霸顯示卡使用先進納米陶瓷風扇小影霸顯示卡使用先進納米陶瓷風扇 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 20

8、世紀世紀90年代，陶瓷的研究進入了第三個階年代，陶瓷的研究進入了第三個階段段納米陶瓷納米陶瓷階段。階段。l 所謂所謂納米陶瓷納米陶瓷，是指顯微結構中物相具有納，是指顯微結構中物相具有納米（米（nm）級尺度的陶瓷材料，它包括晶粒尺）級尺度的陶瓷材料，它包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等均在納米量級的尺度上。陷尺寸等均在納米量級的尺度上。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述TiO2陶瓷薄膜陶瓷薄膜AFM照片照片 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述l 納米陶瓷是當前陶瓷材料研究中的一個十分納米陶瓷是當前陶瓷材料研究中的一個十

9、分重要發(fā)展趨向，它將促使陶瓷材料從工藝到重要發(fā)展趨向，它將促使陶瓷材料從工藝到理論、從性能到應用提高到一個嶄新階段。理論、從性能到應用提高到一個嶄新階段。 1.1 陶瓷的定義和發(fā)展歷史 第一章 概述一 按化學成分分類按化學成分分類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 陶瓷的分類、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 3MgOAlMgOAl2 2O O3 3Y Y2 2O O5

10、 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 陶瓷按化學成分分類表陶瓷按化學成分分類表 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述氮化物氮化物SiSi3 3N N4 4TiNTiNBNBNA

11、lNAlNC C3 3N N4 4ZrNZrNVNVNTaNTaNNbNNbNScNScN硼化物硼化物TiBTiB2 2ZrBZrB2 2MoMo2 2B BWBWB6 6LaBLaB6 6HfBHfBWBWBZrBZrB表表1.1 1.1 陶瓷按化學成分分類表陶瓷按化學成分分類表( (續(xù)續(xù), ,完完) ) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述二 按陶瓷的概念與用途分類按陶瓷的概念與用途分類l 傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷,又稱普通陶瓷。根據(jù)其使用領域的又稱普通陶瓷。根據(jù)其使用領域的不同，又可分為日用陶瓷、藝術陳設陶瓷、建不同，又可分為日用陶瓷、藝術陳設陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷、化學化工陶瓷、電瓷等筑衛(wèi)

12、生陶瓷、化學化工陶瓷、電瓷等。l 傳統(tǒng)陶瓷以外的廣義陶瓷概念中所涉及的陶瓷傳統(tǒng)陶瓷以外的廣義陶瓷概念中所涉及的陶瓷材料和制品即為材料和制品即為先進陶瓷先進陶瓷。 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述中國傳統(tǒng)的陶瓷建筑構件中國傳統(tǒng)的陶瓷建筑構件 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述先進陶瓷先進陶瓷( (結構陶瓷與功能陶瓷結構陶瓷與功能陶瓷) ) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述生產(chǎn)工序生產(chǎn)工序傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷先進陶瓷先進陶瓷原料原料天然礦物原料（黏土、長石、石英等）人工精制合成原料（氧化物和非氧化物兩大類）成型成型可塑、注漿、壓制壓制、熱壓鑄、注射、軋膜、流延、等靜壓

13、為主表表1.2 1.2 傳統(tǒng)陶瓷與先進陶瓷的分類比較傳統(tǒng)陶瓷與先進陶瓷的分類比較( (續(xù)續(xù)1)1) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述生產(chǎn)生產(chǎn)工序工序傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷先進陶瓷先進陶瓷燒成燒成溫度在13001300以下，燃料以煤、油、氣為主結構陶瓷常需16001600，功能陶瓷需精確控制溫度，以電、氣、油加熱為主加工加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和拋光等用途用途日用、藝術陳設、建筑衛(wèi)生、化學化工、電瓷結構陶瓷、功能陶瓷表表1.2 1.2 傳統(tǒng)陶瓷與先進陶瓷的分類比較傳統(tǒng)陶瓷與先進陶瓷的分類比較( (續(xù)續(xù)2,2,完完) ) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述三 傳統(tǒng)陶瓷的

14、分類傳統(tǒng)陶瓷的分類l 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密度分為兩大類：傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密度分為兩大類：陶器陶器和和瓷器瓷器。l 根據(jù)性能和特征的差別，陶器和瓷器可分成幾根據(jù)性能和特征的差別，陶器和瓷器可分成幾個小類，具體分類見表個小類，具體分類見表1-3。 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述漢代陶器漢代陶器景德鎮(zhèn)陶器景德鎮(zhèn)陶器 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述瓷瓷 器器類別類別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 細瓷器細瓷器特征特征坯體未燒結，粗松多孔，吸水性大，有色，不施釉

15、坯體未燒結，粗松多孔，但較土器致密，有色，施釉或不施釉坯體未燒結或只部分燒結，有孔隙，一般呈白色，施釉燒結，致密，接近瓷器，多呈色，施釉或不施釉，不受酸侵蝕介于精陶器和瓷器，仍有一定吸水率完全燒結，有半透明性，致密，貝殼狀，色白，施釉，耐酸堿表表1.3 1.3 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類( (續(xù)續(xù)1)1) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述類別類別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細瓷器細瓷器使用使用原料原料易熔黏土可塑性高的難熔黏土、石英、熟料等可塑性高的難熔黏土、石英、熟料等可塑性高的難熔黏土、石英

16、、熟料等高嶺土、瓷石、可塑性高的難熔黏土、石英、長石等高嶺土、瓷石、可塑性高的難熔黏土、石英、長石等表表1.3 1.3 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類( (續(xù)續(xù)2)2) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述類別類別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細瓷器細瓷器燒成溫燒成溫度度/8508501100110090090012001200素燒1100110013001300釉燒10001000120012001200120013001300125012501320132013201450132014501250132

17、01250132011201250112012501200130012001300表表1.3 1.3 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類( (續(xù)續(xù)3)3) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述類別類別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細瓷細瓷顏色顏色黃色,紅色,青色,黑色黃色紅色灰色白色淺色乳黃,淺褐,灰,紫白色白色表表1.3 1.3 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類( (續(xù)續(xù)4)4) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述類別類別陶器陶器瓷器瓷器粗陶粗陶普通陶普通陶精

18、陶精陶炻器炻器普通瓷普通瓷細瓷細瓷吸水吸水率率/%151512310.5表表1.3 1.3 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類( (續(xù)續(xù)5)5) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述類別類別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 細瓷器細瓷器用途用途磚,瓦,盆,罐日用器皿, 美術陶,紫砂陶日用器皿, 建筑制品日用器皿, 藝術瓷,電瓷,化學瓷表表1.3 1.3 傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類傳統(tǒng)陶瓷按所用原料及坯體致密程度分類( (續(xù)續(xù)6,6,完完) ) 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述四 先進陶

19、瓷的分類、特性及用途先進陶瓷的分類、特性及用途l 先進陶瓷按其特性和用途先進陶瓷按其特性和用途,可分為兩大類可分為兩大類:結構結構陶瓷陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷。l 所謂所謂結構陶瓷結構陶瓷，是指能作為工程結構材料使用，是指能作為工程結構材料使用的陶瓷。其分類、特性及用途見表的陶瓷。其分類、特性及用途見表1-4。 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述半導體精密結構陶瓷半導體精密結構陶瓷 1.2 陶瓷的分類、特性及用途 第一章 概述陶陶 瓷瓷 椅椅 1.2 陶瓷的分類、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AlAl2 2O O3 3 ,SiO,SiO2 2 ,

20、 ,MgO,ZrOMgO,ZrO2 2 , ,BeOBeO ,莫來石等高強度,高硬度,高韌性,高導熱性,耐磨性各種受力構件,汽車,車床,機床零件,拉絲模具,刀具,測量工具,研磨介質(zhì)表表1.4 1.4 結構陶瓷的分類、特性和用途結構陶瓷的分類、特性和用途( (續(xù)續(xù)1)1) 1.2 陶瓷的分類、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等耐高溫,超硬性,抗熱震,抗氧化汽車發(fā)動機零件,燃氣輪機葉片,高溫潤滑材料,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 結構陶瓷的分類、特性和用途結構陶瓷的分類、特性和用途( (續(xù)續(xù)2)2) 1.2 陶瓷的分類、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納米陶瓷納米氧化物、非氧化物超塑