陶瓷知識(shí)總結(jié)

1、陶瓷材料的成份主要是氧化硅、氧化鋁、氧化鉀、氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鈦等。常見的陶瓷原料有粘土、石英、鉀鈉長石等。陶瓷原料一般硬度較高，但可塑性較差。除了在食器、裝飾的使用上，在科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展中亦扮演重要角色。陶瓷原料是地球原有的大量資源粘土、石英、長石經(jīng)過加工而成。而粘土的性質(zhì)具韌性，常溫遇水可塑，微干可雕，半干可壓、全干可磨；燒至900度可成陶器能裝水；燒至1230度則瓷化，可完全不吸水且耐高溫耐腐蝕。其用法之彈性，在今日文化科技中尚有各種創(chuàng)意的應(yīng)用。功能陶瓷是指具有各種物理特性的陶瓷材料,它是和結(jié)構(gòu)陶瓷對(duì)應(yīng)而來的概念.功能陶瓷包括,生物陶瓷,金屬陶瓷,超導(dǎo)陶瓷,電子陶瓷 ,

2、光導(dǎo)纖維,透明陶瓷等很多類,所以要說它的性質(zhì)得具體到哪一個(gè),大概說就是我的第一句話.古陶瓷的主要特征 陶瓷是火和泥的藝術(shù)，陶瓷器的要素是胎土、釉彩、造型、工藝、裝飾與花紋等。各種陶瓷器分別都有它的發(fā)明創(chuàng)燒時(shí)期，胎土、器型的變化以及釉色、裝飾、色彩、工藝的改革創(chuàng)新等都有其成功期和普及期。這個(gè)創(chuàng)燒期就是它時(shí)代的上限。一件古陶瓷器在釉色、器型 、裝飾、色彩、工藝等其中一項(xiàng)上限年代最晚的，就是這件陶瓷斷代的上限，這是一條不可違背的原則。因此，把握古陶瓷的這些要素特征，是鑒定古陶瓷的重要依據(jù)。(1)胎土。胎土是陶瓷成形的墓礎(chǔ)，即陶瓷器的原料，如瓷石、砧土、石英、高嶺土等。原料一般是通過粉碎、去雜質(zhì)、淘洗

3、等工序方可使用。胎土的配方在每個(gè)時(shí)期、每個(gè)地區(qū)都有所不同。如，東漢時(shí)期在浙江上虞出現(xiàn)的原始青瓷便使用瓷石原料，胎呈灰色。江西景德鎮(zhèn)自元代開始，便采用將高嶺土加人瓷石的制胎方法，其胎色很白。有各窯廠的胎土也各有特色，如唐代，南方地區(qū)以生產(chǎn)青瓷為主，胎土含鐵量高，胎體堅(jiān)致；而北方地區(qū)以生產(chǎn)白瓷為主，胎土含鐵量低，胎骨相對(duì)粗松。燒成后的胎質(zhì)，有細(xì)有粗，有堅(jiān)有松，有白、黑、灰等許多特征。仿制的胎質(zhì)可以做得很好，但重量難以掌握。(2)釉彩。釉是陶瓷的靈魂，它是包裹在陶瓷外表的一層透亮外衣，彩是附在釉上的各種顏色花紋。胎成型后，施釉，入窯高溫?zé)?，成品后外表的光澤就是釉。最初施釉是防止水的滲透，干凈衛(wèi)生。

4、之后除了上釉，還要繪彩，是為了漂亮美觀。早期的釉彩品種少，如青釉、黑釉、白釉和彩繪陶等。至宋代，不僅釉彩的品種不斷增加，釉色之美更是令人驚艷。如天青、粉青、油滴、窯變等多種色系，釉的氣質(zhì)演繹到了極致。元、明、清三朝，彩瓷大放異彩，完成了釉與彩的完美結(jié)合。單色釉品種也不甘落后，紅、黃、藍(lán)、綠、紫等，鮮亮柔和。古陶瓷釉面的沉靜光澤，是經(jīng)過漫長歲月自然形成，而仿制的釉面不是太亮就是呆滯或浮躁。 (3)造型。造型就是器物的外形。器形體現(xiàn)一種氣質(zhì)，由內(nèi)至外。造型一般是在轆護(hù)車上，用拉坯成型的方法，用手把胎泥拉成所需的樣式。其它還有雕塑、模印、手捏等方法。造型設(shè)計(jì)，完全取決于人的思維。它可以做成生活化的東

5、西，如盤、碗、壺、罐等。也可以設(shè)計(jì)成藝術(shù)陳列品，如各式瓶、屏風(fēng)、雕像等。造型的內(nèi)涵，往往來自人的內(nèi)心追求，更多的是精神寄托。造型有鮮明的時(shí)代風(fēng)格，仿制造型也可以做得很像，但它的神卻達(dá)不到真品的效果。 (4)工藝。工藝就是做工的精細(xì)程度。陶瓷工藝體現(xiàn)人文素質(zhì)，工藝越精，科技含量就越高。其工藝有修胎、窯具、窯爐、窯溫等多種因素。修胎不精，器物就粗糙；窯具不先進(jìn)，器物多缺陷；窯爐火候不到位，釉色不美觀。因此，一件陶瓷工藝，需要每道工序的配合，才能達(dá)到完美。工藝也有鮮明的時(shí)代特征，很多仿制品往往關(guān)注造型、花紋、裝飾等顯眼的方面，而忽視工藝的時(shí)代特點(diǎn)，這就給鑒定提供了很好的依據(jù)。(5)裝飾與花紋。裝飾是

6、使器物外表設(shè)計(jì)更漂亮、更多元化。裝飾的方法有很多，如素面無紋、刻花、劃花、剔花、印花、貼花、雕塑、繪畫等。素面無紋是不刻任何花紋，以釉色取勝；刻花是用刀或其它工具深刻花紋；劃花是淺刻花紋；剔花是斜刻花紋；印花是用模子印出花紋；貼花是將花紋貼在器物上；雕塑是將器物雕琢成各種立體件；繪畫是用筆描圖。花紋就是各種圖案的體現(xiàn)，它有非常廣泛的內(nèi)容，如花卉、動(dòng)物、人物、吉祥寓意、神靈、幾何等紋飾。它能將器物外表點(diǎn)綴得豐富多彩。裝飾與花紋的仿制，比較直觀，相對(duì)好做些。但有些模仿的花紋很死板，容易辨別。除此之外，古陶瓷還有年款、堂名款、符號(hào)、吉語等文字方面的特征，也是鑒定參考的一個(gè)方面。目前，古陶瓷仿品贗品充

7、斥市場(chǎng)，特別是利用高科技手段燒制的仿品，在造型、紋飾、款識(shí)等方面幾可亂真，有的甚至利用電腦技術(shù)研究配方，模仿胎土、釉彩。但因胎土、釉彩都涉及到原料和配方，到目前為止仍是仿古專家最難解決的問題。因此，在古陶瓷鑒定中，應(yīng)該將胎土、釉彩作為主要“靶點(diǎn)”，再結(jié)合工藝、造型、紋飾、款識(shí)等方面，從而作出準(zhǔn)確的鑒定。 陶瓷基本知識(shí)問答 1、什么叫陶瓷？博士：陶瓷由粘土或主要含粘土（尚有長石、石類等）的混合物，經(jīng)成形、干燥、燒制而成的制品的總稱，包括陶器、瓷器、炻器等。 從結(jié)構(gòu)上看，一般陶瓷制品是由結(jié)晶物質(zhì)、玻璃態(tài)物質(zhì)和氣泡所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。 2、陶瓷分為哪些種類？博士：按用途分類： A、建筑衛(wèi)生陶瓷（墻地磚

8、、琉璃瓦、潔具）B、日用陶瓷（碗、杯、碟、茶壺、砂鍋）C、工藝美術(shù)陶瓷（陶塑、器皿）D、工業(yè)陶瓷（耐酸瓷、電瓷）E、特種陶瓷（高鋁球石、輥棒、打火咀）按吸水率分類： A、瓷質(zhì)磚吸水率0.5%。 產(chǎn)品的?；潭雀撸Y(jié)構(gòu)致密，透光性好，斷面細(xì)膩呈具殼狀，敲擊聲清脆。（如瓷質(zhì)拋光磚、?；u、瓷質(zhì)外墻磚）B、半瓷質(zhì)磚0.5%吸水率10%。產(chǎn)品的?；潭燃捌渌锢硇阅芙橛诖少|(zhì)和陶質(zhì)之間，透光性差，機(jī)械強(qiáng)度高，斷面呈石狀。其中：0.5%吸水率3%為炻質(zhì)磚（例外墻磚、耐磨磚）；3%吸水率6%為細(xì)炻磚（例仿石磚、仿古磚）；6%吸水率10%為炻質(zhì)磚（例彩釉磚、水晶磚）。（注：這里對(duì)半瓷質(zhì)分類列舉的產(chǎn)品，指一般常

9、規(guī)下的產(chǎn)品。當(dāng)然有例外，如有廠家生產(chǎn)瓷質(zhì)外墻磚和瓷質(zhì)仿古磚。） 、陶質(zhì)磚吸水率10%。產(chǎn)品未被?；虿；潭鹊停Y(jié)構(gòu)不致密，不透光，斷面粗糙，機(jī)械強(qiáng)度不高，敲擊聲沉濁（例內(nèi)墻磚、陶質(zhì)仿古磚）。（注：?；潭忍摺⑽侍偷漠a(chǎn)品，不易用水泥粘貼在墻上，所以一般內(nèi)墻磚均燒制成陶質(zhì)磚。） 3、卡米亞瓷質(zhì)拋光磚的主要生產(chǎn)工藝流程是什么？博士： 注：前四個(gè)方塊也可歸納為“原料制備”。 4、卡米亞釉面磚主要生產(chǎn)工藝流程有哪些？博士：采用二次燒成工藝，分為素?zé)陀詿?素?zé)鳎?燒 坯貯料陳腐噴霧造粒過篩除鐵原料球磨釉燒（燒釉） 5、卡米亞廣場(chǎng)磚主要生產(chǎn)工藝流程是什么？ 6、陶瓷原料的主要化學(xué)成分是什么

10、？博士：陶瓷的主要原料是粘土、石英、長石等三大類礦山原料和一些化工原料。它們各自的作用類似水泥沙漿中的水泥、砂、水。 粘土（高嶺土）為可塑性物質(zhì)，主要化學(xué)成份Al2O3，它們?cè)谏a(chǎn)中起塑性和結(jié)合作用，保證干坯強(qiáng)度及燒成后的各種使用性能。石英（硅砂）屬于瘠性材料，減粘物質(zhì)。主要化學(xué)成份SiO2，它可降低坯料粘性。燒成中部分石英溶解在長石玻璃中，提高液相粘度，防止高溫變形，冷卻后在瓷坯中起骨架作用。長石（石粉）屬于熔劑原料。主要化學(xué)成分K2O、Na2O、CaO、MgO。高溫下熔融后可以溶解一部分石英及高嶺土分解物，熔融后的高粘度玻璃可以起到高溫膠結(jié)作用。 7、原料加工包括哪些工序？博士：原料加工是

11、陶瓷生產(chǎn)的重要工序，是陶瓷墻地磚壓機(jī)成型前所有生產(chǎn)工序的總稱。它包括原料的配比、球磨、過篩除鐵、料漿均化、陳腐、噴霧造粒、粉料陳腐等工序。原料加工在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝流程與工藝條件的選擇。 8、球磨機(jī)的工作原理是什么？博士：按工藝配方的要求把匹配好的粘土、石英、長石等原料和水、球石裝在球磨機(jī)內(nèi)（機(jī)內(nèi)留有一定凈空，保證原料和球石之間能相互運(yùn)動(dòng)），通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)球磨機(jī)按一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。球石產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)掉落，對(duì)原料進(jìn)行砸碎和磨細(xì)，通過長時(shí)間的球磨（拋光磚料約19小時(shí)）后，原料被球磨機(jī)磨細(xì)成泥漿。9、原料泥漿為什么要進(jìn)行過篩、除鐵？博士：首先，篩去未夠細(xì)度的原料殘粒，通過保證原料細(xì)度的一致性，

12、來保證產(chǎn)品質(zhì)量。其次， 由于原料中含有一些有機(jī)物（木屑、橡膠）、過粗物和游離鐵質(zhì)（鐵屑），這些雜質(zhì)如不清除被高溫煅燒后會(huì)變成“黑點(diǎn)”、“針孔”，所以要在泥漿輸送中過篩并多次通過磁棒進(jìn)行除鐵。 10、噴霧塔干燥制備的泥粉是什么形狀？這種形狀對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量有什么好處？博士：噴霧干燥塔制備的泥粉呈中間空的魚卵狀。因?yàn)閳A形的東西流動(dòng)性大，有利于沖壓時(shí)布料均勻，磚的整體密度均勻一致，可使磁磚在燒成時(shí)變形率小，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 11、沖壓成型的壓機(jī)壓力大小對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有什么影響？博士：在沖壓成形的過程中，規(guī)格越大的磚需要越大的壓機(jī)。如果壓機(jī)的壓力不夠，會(huì)影響磚坯的成形，使磚的致密度低而影響磚的強(qiáng)度。如果壓機(jī)的

13、壓力大，可以使磚坯的致密度高強(qiáng)度大，避免磚坯在輸送過程和燒成過程中，由于振動(dòng)和碰撞造成磚坯暗裂，提高產(chǎn)品的成品率。 12、為什么磚坯在印花（滲花）和煅燒前要進(jìn)行干燥？博士：磚坯在燒成前要經(jīng)過干燥工序，是為了降低坯體的水分，使坯體的水分從6%左右降到1%左右，其重要作用是：如果坯體水分高、帶進(jìn)窯爐在快速燒成中會(huì)造成坯體爆裂、次品率高。 水分低的磚坯燒成速度可比水分高的磚坯快，可提高產(chǎn)量。 干燥后的磚坯強(qiáng)度增大，能使后工序（印花、滲花）得以可行。 13、為什么釉面磚的花紋工藝叫“印花”，而拋光磚的叫“滲花”？博士：因?yàn)橛悦娲u燒成后無需拋光，燒成前將花紋通過輥筒或絲網(wǎng)直接印在磚的表面上，燒成后產(chǎn)品花

14、紋清晰在目。拋光磚燒成后在拋光時(shí)表面會(huì)被刮平、拋光，厚度減少23毫米。如果只將花紋印在表面，花紋圖案就會(huì)被拋去，因此拋光磚要在印花后再施滲透水把花紋滲進(jìn)磚坯里面，所以拋光磚的花紋工藝叫“滲花”。14、陶瓷墻地磚是用什么樣的窯爐燒制出來的？什么叫燒成溫度、燒成曲線和燒成周期？博士：陶瓷生產(chǎn)的核心工藝是燒成。窯爐是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝最關(guān)鍵的設(shè)備，是最影響制品質(zhì)量、產(chǎn)量的設(shè)備之一。燒制陶瓷的窯爐有很多種，如龍窯、多孔窯、隧道窯、梭式窯、輥道窯等。目前墻地磚一般都采用輥道窯燒制。它以柴油或煤氣、天然氣為燃料，運(yùn)用電腦自動(dòng)控制燒成曲線、機(jī)械傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磁磚的不間斷連續(xù)性大批量生產(chǎn)。 燒成溫度通常是指燒制陶瓷產(chǎn)品

15、時(shí)的最高溫度。例如瓷質(zhì)磚一般是12201250，釉面磚是11001110（釉燒），廣場(chǎng)磚是12051215。燒成曲線是將陶瓷制品從干燥、預(yù)熱、燒成到冷卻的全過程中的各時(shí)間點(diǎn)的溫度描繪在以燒成周期的時(shí)間為橫坐標(biāo)，以溫度為縱坐標(biāo)的二維平面內(nèi)形成的一條曲線。它是溫度與時(shí)間變化的軌跡。 燒成周期是指陶瓷制品從進(jìn)入窯爐開始到出窯為止經(jīng)過預(yù)熱、干燥、升溫?zé)?、到冷卻出窯等燒制過程所需要的時(shí)間。燒成周期長的產(chǎn)品質(zhì)量較有保障。 15、產(chǎn)品邊彎曲度缺陷是什么原因造成的？博士：產(chǎn)生該缺陷的原因很多，主要是因?yàn)闊蓵r(shí)窯爐的上下溫度不一樣，磚底和磚面的收縮不一致造成彎曲變形。 16、拋光磚的“拋光”生產(chǎn)有什么工序？博

16、士：刮平（定厚）粗磨中磨清洗精磨拋光磨邊、倒角吹干烘干打蠟分揀包裝17、有什么措施可以預(yù)防拋光磚吸污？博士：一是在生產(chǎn)中提高瓷磚的?；潭龋档臀?。 二是在瓷磚表面進(jìn)行打蠟等防污處理。 18、影響拋光磚亮度的因素有哪些？博士：一是磚坯的燒結(jié)程度。燒結(jié)程度越高，吸水率越低，氣孔越少，反射光的能力越強(qiáng)，亮度越高。試想，把燒結(jié)程度低、吸水率很高的紅磚進(jìn)行拋光，其結(jié)果是無法拋出鏡面效果的。 二是磨具的質(zhì)量。拋光過程中，前后磨具要求差別很大，粗磨要求切削能力強(qiáng)，后段精磨與拋光要求磨具細(xì)滑而能拋出磚面亮度?？梢栽O(shè)想：若后段磨具質(zhì)量不好，不但亮度拋不出來，還會(huì)產(chǎn)生劃痕。 三是拋光時(shí)間。一般來說同等質(zhì)量的

17、磨具拋光的時(shí)間越長，亮度越高。有些小企業(yè)，設(shè)備能力不足，拋光線磨頭“組數(shù)”少，又要拉產(chǎn)量，自然拋不出高亮度的磚來。用陶土燒制的器皿叫陶器，用瓷土燒制的器皿叫瓷器，陶瓷則是陶器、炻器和瓷器的總稱。凡是用陶土和瓷土這兩種不同性質(zhì)的粘土為原料，經(jīng)過配料， 成型，干燥，焙燒等工藝流程制成的器物都可以叫陶瓷。陶瓷包括的范圍較廣，有些能耐水，有些并能耐酸。廣泛應(yīng)用于建筑， 化工， 電力，機(jī)械等工業(yè)及日用裝飾等方面。此外，用粘土以外的其它原料，依陶瓷制造的工藝方法制成的制品，也叫做陶瓷，如塊滑石瓷，金屬陶瓷，電容器陶瓷,，磁性瓷等。廣泛應(yīng)用于無線電，原子能，火箭，半導(dǎo)體等工業(yè)。目前，將所有陶瓷制品通稱為&q

18、uot;無機(jī)非金屬固體材料。 陶器和瓷器是人們經(jīng)常接觸的日用品，有時(shí)從表面看來很相似，但是，它們畢竟各有其特色而不同。陶器一般是用陶土作胎，燒制陶器的溫度大體在9001050之間。若溫度太高，陶器就要被燒壞變形。陶器的胎體質(zhì)地比較疏松，有不少孔隙，因而有較強(qiáng)的吸水性。一般的陶器表面無釉，即使有釉也是低溫釉。 我國燒制陶器的歷史約有1萬年之久。原始社會(huì)制造陶器，開始是用手工捏制的方法制成一定器形，后來發(fā)展為將陶土搓成粗細(xì)一樣的泥條，再把泥條盤筑成一定器形，將其內(nèi)外用手抹平。到父系社會(huì)階段出現(xiàn)了輪制法。進(jìn)入封建社會(huì)后，又發(fā)明了模制法，即將陶泥填入模中，脫出器物的全形。人們推測(cè)，最原始的燒制方法是堆

19、燒法，把曬干的陶坯放在露天柴草中燒。在六七千年前，開始使用陶窯燒制陶器。 瓷器一般是瓷泥做胎，燒制瓷器的溫度在1300-1410度之間，燒成溫度較高，胎體比較緊密，幾乎不具有吸水性，一般瓷器表面覆蓋有釉層，表面比較光滑；我國燒制瓷器大約是在東漢時(shí)期，到了唐代，瓷器制作可為以蛻變到成熟的境界，而跨入真正的瓷器時(shí)代。因?yàn)樘张c瓷的分野，在乎質(zhì)白堅(jiān)硬或半透明，而最大的關(guān)鍵在于為燒溫度。漢代雖有瓷器，但溫度不高，質(zhì)地脆弱只能算是原瓷，而發(fā)展到唐代，不但釉藥發(fā)展成熟，為燒溫度能達(dá)到攝氏1000度以上，所以我們說唐代是真正進(jìn)入瓷器的時(shí)代。陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料

20、。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。普通陶瓷材料采用天然原料如長石、粘土和石英等燒結(jié)而成，是典型的硅酸鹽材料，主要組成元素是硅、鋁、氧，這三種元素占地殼元素總量的90%，普通陶瓷來源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。特種陶瓷材料采用高純度人工合成的原料，利用精密控制工藝成形燒結(jié)制成，一般具有某些特殊性能，以適應(yīng)各種需要。根據(jù)其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等；特種陶瓷具有特殊的力學(xué)、光、聲、電、磁、熱等性能。本節(jié)主要介

21、紹特種陶瓷。編輯本段性能特點(diǎn)力學(xué)性能陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性很差。熱性能陶瓷材料一般具有高的熔點(diǎn)（大多在2000以上），且在高溫下具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材料，陶瓷還是良好的隔熱材料。同時(shí)陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性。電性能大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性，因此大量用于制作各種電壓（1kV110kV）的絕緣器件。鐵電陶瓷（鈦酸鋇BaTiO3）具有較高的介電常數(shù)，可用于制作電容器，鐵電陶瓷在外電場(chǎng)的作用下，還能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（具有壓

22、電材料的特性），可用作擴(kuò)音機(jī)、電唱機(jī)、超聲波儀、聲納、醫(yī)療用聲譜儀等。少數(shù)陶瓷還具有半導(dǎo)體的特性，可作整流器?；瘜W(xué)性能陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對(duì)酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。光學(xué)性能陶瓷材料還有獨(dú)特的光學(xué)性能，可用作固體激光器材料、光導(dǎo)纖維材料、光儲(chǔ)存器等，透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷（鐵氧體如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計(jì)算機(jī)記憶元件方面的應(yīng)用有著廣泛的前途。編輯本段常用特種陶瓷材料根據(jù)用途不同，特種陶瓷材料可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。1結(jié)構(gòu)陶瓷氧化鋁陶瓷主要組成物為Al2O3，一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷具有各種優(yōu)

23、良的性能。耐高溫，一般可要1600長期使用，耐腐蝕，高強(qiáng)度，其強(qiáng)度為普通陶瓷的23倍，高者可達(dá)56倍。其缺點(diǎn)是脆性大，不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛，可用作坩堝、發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞、高溫耐火材料、熱電偶套管、密封環(huán)等，也可作刀具和模具。 氮化硅陶瓷主要組成物是Si3N4，這是一種高溫強(qiáng)度高、高硬度、耐磨、耐腐蝕并能自潤滑的高溫陶瓷，線膨脹系數(shù)在各種陶瓷中最小，使用溫度高達(dá)1400，具有極好的耐腐蝕性，除氫氟酸外，能耐其它各種酸的腐蝕，并能耐堿、各種金屬的腐蝕，并具有優(yōu)良的電絕緣性和耐輻射性?？捎米鞲邷剌S承、在腐蝕介質(zhì)中使用的密封環(huán)、熱電偶套管、也可用作金屬切削刀具。 碳化硅陶瓷主要組成物是

24、SiC，這是一種高強(qiáng)度、高硬度的耐高溫陶瓷，在12001400使用仍能保持高的抗彎強(qiáng)度，是目前高溫強(qiáng)度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷還具有良好的導(dǎo)熱性、抗氧化性、導(dǎo)電性和高的沖擊韌度。是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，可用于火箭尾噴管噴嘴、熱電偶套管、爐管等高溫下工作的部件；利用它的導(dǎo)熱性可制作高溫下的熱交換器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂輪、磨料等。 六方氮化硼陶瓷主要成分為BN，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，六方氮化硼的結(jié)構(gòu)和性能與石墨相似，故有“白石墨”之稱，硬度較低，可以進(jìn)行切削加工具有自潤滑性，可制成自潤滑高溫軸承、玻璃成形模具等。2工具陶瓷硬質(zhì)合金主要成分為碳化物和粘結(jié)劑，碳化物主要有WC、TiC、TaC、

25、NbC、VC等，粘結(jié)劑主要為鈷（Co）。硬質(zhì)合金與工具鋼相比，硬度高（高達(dá)8791HRA），熱硬性好（1000左右耐磨性優(yōu)良），用作刀具時(shí)，切削速度比高速鋼提高47倍，壽命提高58倍，其缺點(diǎn)是硬度太高、性脆，很難被機(jī)械加工，因此常制成刀片并鑲焊在刀桿上使用，硬質(zhì)合金主要用于機(jī)械加工刀具；各種模具，包括拉伸模、拉拔模、冷鐓模；礦山工具、地質(zhì)和石油開采用各種鉆頭等。 金剛石天然金剛石（鉆石）作為名貴的裝飾品，而合成金剛石在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，金剛石是自然界最硬的材料，還具備極高的彈性模量；金剛石的導(dǎo)熱率是已知材料中最高的；金剛石的絕緣性能很好。金剛石可用作鉆頭、刀具、磨具、拉絲模、修整工具；金剛石工具

26、進(jìn)行超精密加工，可達(dá)到鏡面光潔度。但金剛石刀具的熱穩(wěn)定性差，與鐵族元素的親和力大，故不能用于加工鐵、鎳基合金，而主要加工非鐵金屬和非金屬，廣泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、寶石、瑪瑙等的加工。 立方氮化硼（CBN）具有立方晶體結(jié)構(gòu)，其硬度高，僅次于金剛石，具熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性比金剛石好，可用于淬火鋼、耐磨鑄鐵、熱噴涂材料和鎳等難加工材料的切削加工?？芍瞥傻毒?、磨具、拉絲模等 其它工具陶瓷尚有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等陶瓷，但從綜合性能及工程應(yīng)用均不及上述三種工具陶瓷。3功能陶瓷種類 性能特征 主要組成 用途 介電陶瓷 絕緣性 Al2O3、Mg2SiO4 集成電路基板 熱電性 PbTiO3、Ba

27、TiO3 熱敏電阻 壓電性 PbTiO3、LiNbO3 振蕩器 強(qiáng)介電性 BaTiO3 電容器 光學(xué)陶瓷 熒光、發(fā)光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 紅外透過性 CaAs、CdTe 紅外線窗口 高透明度 SiO2 光導(dǎo)纖維 電發(fā)色效應(yīng) WO3 顯示器 磁性陶瓷 軟磁性 ZnFe2O、-Fe2O3 磁帶、各種高頻磁心 硬磁性 SrO6 Fe2O3 電聲器件、儀表及控制器件的磁芯 半導(dǎo)體陶瓷 光電效應(yīng) CdS、Ca2Sx 太陽電池 阻抗溫度變化效應(yīng) VO2、NiO 溫度傳感器 熱電子放射效應(yīng) LaB6、BaO 熱陰極 編輯本段應(yīng)用(一)工程塑料的開發(fā)利用 目前，主要的工程塑料制品已有10多種，其中

28、聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和熱塑性聚酯被稱為五大工程塑料它們的產(chǎn)量較大價(jià)格一般為傳統(tǒng)通用塑料的26倍而聚摧硫酸等特種工程塑料的價(jià)格為通用塑料的5一10倍。以塑料代替鋼鐵、木材、水泥三大傳統(tǒng)基本材料，可以節(jié)省大量能源、人力和物力。 (二)合成橡膠的開發(fā)利用 由于生產(chǎn)合成橡膠的原料豐富，其良好的性能又可以滿足當(dāng)代科技發(fā)展對(duì)材料提出的某些特殊要求，所以合成橡膠出現(xiàn)幾十年來，品種已很豐富，一般可將其分為通用合成橡膠和特種合成橡膠兩類。通用合成橡膠性能與天然橡膠相似，用于制造一般的橡膠制品，如各種輪胎、傳動(dòng)帶、膠管等工業(yè)用品和雨衣、膠鞋等生活用品。特種合成橡膠具有耐高溫、耐低溫耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)，多

29、用于特殊環(huán)境和高科技領(lǐng)域，如航空、航天、軍事等方面。 (三)合成纖維的開發(fā)利用 合成纖維的品種有幾十種，但最常見的是六大種：聚酸胺纖維(商品名尼龍)、聚胺纖維(商品名滌綸)、聚乙烯纖維(商品名腈綸)、聚丙烯纖維(商品名丙綸)、聚乙烯酸纖維(商品名維綸)、聚氯乙烯纖維(商品名氨綸)。 高分子合成材料具有質(zhì)量小、絕緣性能好等特點(diǎn)，所以發(fā)展很快，但又都有先天不足，即它們都在不同程度上對(duì)氧、熱和光有敏感性。但是，隨著高技術(shù)的迅速發(fā)展，高分子合成材料的大軍必將在經(jīng)濟(jì)生活中扮演舉足輕重的角色。 四、陶瓷材料 陶瓷材料中已崛起了精細(xì)陶瓷，它以抗高溫、超強(qiáng)度、多功能等優(yōu)良性能在新材料世界獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。精細(xì)陶瓷是指

30、以精制的高純度人工合成的無機(jī)化合物為原料，采用精密控制工藝燒結(jié)的高性能陶瓷，因此又稱先進(jìn)陶瓷或新型陶瓷。精細(xì)陶瓷有許多種，它們大致可分成三類。 (一)結(jié)構(gòu)陶瓷。 這種陶瓷主要用于制作結(jié)構(gòu)零件。機(jī)械工業(yè)中的一些密封件、軸承、刀具、球閥、缸套等都是頻繁經(jīng)受摩擦而易磨損的零件，用金屬和合金制造有時(shí)也是使用不了多久就會(huì)損壞，而先進(jìn)的結(jié)構(gòu)陶瓷零件就能經(jīng)受住這種“磨難”。 (二)電子陶瓷 指用來生產(chǎn)電子元器件和電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)零部件的功能性陶瓷。這些陶瓷除了具有高硬度等力學(xué)性能外，對(duì)周圍環(huán)境的變化能“無動(dòng)于衷”，即具有極好的穩(wěn)定性，這對(duì)電子元件是很重要的性能，另外就是能耐高溫。 (三)生物陶瓷 生物陶瓷是用于

31、制造人體“骨骼一肌肉”系統(tǒng)，以修復(fù)或替換人體器官或組織的一種陶瓷材料。 精細(xì)陶瓷是新型材料特別值中得注意的一種，它有廣闊的發(fā)展前途。這種具有優(yōu)良性能的精細(xì)陶瓷，有可能在很大的范圍內(nèi)代替鋼鐵以及其他金屬而得到廣泛應(yīng)用，達(dá)到節(jié)約能源、提高效率、降低成本的目的；精細(xì)陶瓷和高分子合成材料相結(jié)合可以使交通運(yùn)輸工具輕量化、小型化和高效化。 精陶材料將成為名副其實(shí)的耐高溫的高強(qiáng)度材料，從而可用作包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各種熱機(jī)材料、燃料電池發(fā)電部件材料、核聚變反應(yīng)堆護(hù)壁材料、無公害的外燃式發(fā)動(dòng)機(jī)材料等。精細(xì)陶瓷與高性能分子材料、新金屬材料、復(fù)合材料并列為四大新材料。有些科學(xué)家預(yù)言由于精細(xì)陶瓷的出現(xiàn)，人類將從鋼鐵

32、時(shí)代重新進(jìn)入陶瓷時(shí)代編輯本段更多信息什么是陶瓷？什么是陶瓷材料 原來的陶瓷就是指陶器和瓷器的通稱。也就是通過成型和高溫?zé)Y(jié)所得到的成型燒結(jié)體。傳統(tǒng)的陶瓷材料主要是指硅鋁酸鹽。剛開始的時(shí)候人們對(duì)硅鋁酸鹽的選擇要求不高，純度不大，顆粒的粒度也不均一，成型壓強(qiáng)不高。這時(shí)得到陶瓷稱為傳統(tǒng)陶瓷。后來發(fā)展到純度高，粒度小且均一，成型壓強(qiáng)高，進(jìn)行燒結(jié)得到的燒結(jié)體叫做精細(xì)陶瓷。 接下來的階段，人們研究構(gòu)成陶瓷的陶瓷材料的基礎(chǔ)，使陶瓷的概念發(fā)生了很大的變化。陶瓷內(nèi)部的力學(xué)性能是與構(gòu)成陶瓷的材料的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)有關(guān)，在形成晶體時(shí)能夠形成比較強(qiáng)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可以作為陶瓷的材料。這重要包括比較強(qiáng)的離子鍵的離子

33、化合物，能夠形成原子晶體的單質(zhì)和化合物，以及形成金屬晶體的物質(zhì)。他們都可以作為陶瓷材料。其次人們借鑒三維成鍵的特點(diǎn)發(fā)展了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。更進(jìn)一步拓寬了陶瓷材料的范圍。因此陶瓷材料發(fā)展成了可以借助三維成鍵的材料的通稱。 陶瓷的概念就發(fā)展成為可以借助三維成鍵的材料，通過成型和高溫?zé)Y(jié)所得到的燒結(jié)體。（這個(gè)概念把玻璃也納入了陶瓷的范圍） 研究陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的理論也得到了展開：陶瓷材料，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)（微晶晶面作用，多孔多相分布情況）對(duì)力學(xué)性能的影響得到了發(fā)展。材料（光，電，熱，磁）性能和成形關(guān)系，以及粒度分布，膠著界面的關(guān)系也得到發(fā)展，陶瓷應(yīng)當(dāng)成為承載一定性能物質(zhì)存在形態(tài)。這里應(yīng)該和量子力學(xué)，納米技

34、術(shù)，表面化學(xué)等學(xué)科關(guān)聯(lián)起來。陶瓷學(xué)科成為一個(gè)綜合學(xué)科。 這種發(fā)展在一定程度上和高分子成型關(guān)聯(lián)起來。它們應(yīng)當(dāng)相互影響。陶瓷材料的化學(xué)健大都為離子鍵和共價(jià)健，健合牢固并有明顯的方向性，同一般的金屬相比，其晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜而表面能小。因此，它的強(qiáng)度、硬度、彈性模量、耐磨性、耐蝕性和耐熱性比金屬優(yōu)越，但塑性、韌性、可加工性、抗熱震性及使用可靠性卻不如金屬。因此搞清陶瓷的性能特點(diǎn)及其控制因素，不論是對(duì)研究開發(fā)還是使用設(shè)計(jì)都具有十分重要的意義。本節(jié)主要討論彈性、硬度、強(qiáng)度、韌性及其組織結(jié)構(gòu)因素、環(huán)境因素的影響。 一彈性性能 1.彈性和彈性模量 陶瓷材料為脆性材料，在室溫下承載時(shí)幾乎不能產(chǎn)生塑性變形，而在彈性變

35、形范圍內(nèi)就產(chǎn)生斷裂破壞。因此，其彈性性質(zhì)就顯得尤為重要。與其他固體材料一樣。陶瓷的彈性變形可用虎克定律來描述。 陶瓷的彈性變形實(shí)際上是在外力的作用下原子間里由平衡位置產(chǎn)生了很小位移的結(jié)果。彈性模量反映的是原子間距的微小變化所需外力的大小。表11.3給出一些陶瓷在室溫下的彈性模量。2.溫度對(duì)彈性模量的影響 由于原子間距和結(jié)合力隨溫度的變化而變化，所以彈性核量對(duì)溫度變化很敏感、當(dāng)溫度升高時(shí)。原子間距增大，由成j變?yōu)閐，(見圖11.2)而該處曲線的斜率變緩，即彈性模量降低。因此，固體的彈性模量一般均隨溫度的升高而降低。圖11.3給出一些陶瓷的彈性模量隨溫度的變化情況。一般來說，熱膨脹系數(shù)小的物質(zhì)，往

36、往具有較高的彈性模量。3.彈性模量與熔點(diǎn)的關(guān)系 物質(zhì)熔點(diǎn)的高低反映其原子間結(jié)合力的大小。一般來說，彈性模量與熔點(diǎn)成正比例關(guān)系。不同種類的陶瓷材料樣性模量之間大體上有如下關(guān)系氧化物氯化物硼化挪碳化物。 泊松比也是描述陶瓷材料彈性變形的重要參數(shù)。表11.4給出一些陶瓷材料和金屬的泊松比?？梢钥闯龀鼴eO與MgO外大多數(shù)陶瓷材料的泊松比都小于金屬材制的泊松比。4.彈性模量與材料致密度的關(guān)系 陶瓷材料的致密度對(duì)其彈性模量影響很大。圖11.5給出AL2O3陶瓷的彈性模量隨氣孔率的變化及某些理論計(jì)算值的比較。Fros指出彈性模量與氣孔率之間將會(huì)指數(shù)關(guān)系 E=E0exp(-BP) 式中B-常數(shù)?？傊?，隨著氣

37、孔率的增加，陶瓷的彈性模量量急劇下降。 5.復(fù)合材料的彈性模量 由于彈性模量決定于原子間結(jié)合力即與原子種類和化學(xué)鍵類型有關(guān)，所以彈性模量對(duì)顯微組織并不敏感一旦材料種類確定，則通過熱處理等工藝來改變彈性模量是極為有限的-但對(duì)由不同組元構(gòu)成的復(fù)合材料的彈性模量來說，由于各組元的彈性模量不同，因而復(fù)合材料的彈性模量隨各組元的含量不同而改變。 實(shí)際上混合定律不能準(zhǔn)確地描述復(fù)合材料的彈性模量，只能粗略地估算。當(dāng)需要復(fù)合材料準(zhǔn)確的彈性模量值時(shí)，可進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。 圖11.6和圖11.7給出Al2O3+SiCw、ZrO2(Y2O3)+SiCw、及Al2O3ZrO2(Y2O3)SiCw等復(fù)合材料的彈性模最隨第M

38、相含量的變化情況?？梢钥闯鲈谄渌阅茉试S的情況下，可以通過在一定范圍內(nèi)調(diào)整兩相比例來獲得所需的彈性模量值。二、硬度 硬度是材料的重要力學(xué)性能參數(shù)之一，金屬材料的硬度與強(qiáng)度之間有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而陶瓷材料屬脆性材料。測(cè)定硬度時(shí)，在壓頭壓入?yún)^(qū)域會(huì)發(fā)生包括壓縮剪斷等復(fù)合破壞的偽塑性變形。因此，陶瓷材料的硬度很難與其強(qiáng)度直接對(duì)應(yīng)起來。但硬度高、耐磨性好是陶瓷材料的主要優(yōu)良特性之一。硬度與耐磨性有密切關(guān)系，加之在陶瓷材料的力學(xué)性能評(píng)價(jià)中，硬度測(cè)定是使用最普遍且數(shù)據(jù)獲得比較容易的評(píng)價(jià)方法之一，因而占有重要的地位。 目前，用于測(cè)定陶瓷材料硬度的方法最常用的是維氏硬度。 由于陶瓷為脆硬材料因而多數(shù)情況下底痕的

39、邊緣產(chǎn)生破碎，同時(shí)在任痕角上沿對(duì)角線延長方向上產(chǎn)生裂紋、而壓痕形狀不如金屬材料那樣規(guī)則，給對(duì)角線的測(cè)量帶來困難，所以在試樣制備時(shí)，其測(cè)試表面最后應(yīng)用金剛石研磨拋光成鏡面。維氏硬度測(cè)定的同時(shí)根據(jù)區(qū)痕角部產(chǎn)生裂紋的長度通過計(jì)算可以估算出斷裂韌性。因此，維氏硬度測(cè)試是一種簡單經(jīng)濟(jì)、一舉多得的方法。 表11.5給出一些常用陶瓷的維氏硬度值。有時(shí)陶瓷材料也測(cè)量洛氏硬度值HR，洛氏硬度又分為HRA、HRC和HRD。1.高溫硬度 高溫硬度測(cè)定大都是采用維氏硬度法和顯微硬度法。陶瓷材料的高溫硬度測(cè)定。同其它高溫性能測(cè)試相比，所用試樣量少，且測(cè)定方法簡便；另外，高溫硬度與高溫強(qiáng)度有一定對(duì)應(yīng)性，同時(shí)通過長時(shí)間保持

40、載荷可以顯示其蠕變特性，所以高溫使區(qū)是陶瓷材料使用較普遍的高溫性能測(cè)試方法。通過高溫維氏硬度雖然可以測(cè)試陶瓷的高溫?cái)嗔秧g性，但高溫硬度對(duì)溫度的敏感性比強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性大，即隨溫度的提高硬度值比強(qiáng)度值下降得快，致使用此法測(cè)得的韌性與其他方法測(cè)得的結(jié)果有較大的差異，因此，用壓痕法測(cè)高溫裂韌性時(shí)要對(duì)其計(jì)算公式加以修正。圖11.8給出硬度隨溫度的變化曲線。2.硬度與其他性能之間的關(guān)系 對(duì)于結(jié)構(gòu)陶瓷材料，維氏硬度HV與彈性模量E之間的關(guān)系如圖11.9所示，大體上呈直線關(guān)系，其定量關(guān)系式為E/20HV。但此關(guān)系只是在常溫下成立。隨著溫度的升高，硬度的下降比彈性模量的下降明顯，所以EHV值隨溫度的升高而增

41、加。wu等人試圖用維氏硬度法測(cè)得的HVKIC比值作為衡量陶瓷材料的脆性指標(biāo)。上述比值并非無量綱也難以賦予確切的物理意義。但硬度在某種意義上表征的是變形抗力斷裂動(dòng)性表征的是裂紋擴(kuò)展阻力，因此二者比值在某種程度上可以表示材料的脆性斷裂程度。 三、強(qiáng)度 陶瓷材料由其他學(xué)鍵所決定、在室溫下幾乎不能產(chǎn)生滑移或位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因而很難產(chǎn)生塑性變形，所以其破壞方式為脆性斷裂。一般陶瓷材料在室溫下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖11.10中1所示，即在斷裂前幾乎沒有塑性變形。因此陶瓷材料室溫強(qiáng)度測(cè)定只能獲得一個(gè)斷裂強(qiáng)度f值。而金屬材料則可獲得屈服強(qiáng)度s。 由此可知，陶瓷材料的室溫強(qiáng)度是彈性變形抗力即當(dāng)彈性變形達(dá)到極限程度而發(fā)生斷

42、裂時(shí)的應(yīng)力。強(qiáng)度與彈性模量和硬度一樣，是材料本身的物理參數(shù)，它決定于材料的成分組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)也隨外界條件(如溫度、應(yīng)力狀態(tài)等)的變化而變化。 由于陶瓷材料的脆性，在絕大多數(shù)情況下都是測(cè)定其彎曲強(qiáng)度，而很少測(cè)定拉伸強(qiáng)度，表11.6給出了一些常見陶瓷材料強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。1.影響強(qiáng)度的組織因素 陶瓷材料本身的脆性來自于其化學(xué)健的種類。實(shí)際陶瓷晶體中大都以方向性較強(qiáng)的離子鏈和共價(jià)健為主。多數(shù)晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均原子間距大，因而表面能小。因此，同金屬材料相比在室溫下發(fā)生的滑移幾乎沒有，位錯(cuò)的滑移很難發(fā)生。因此很容易由表面或內(nèi)部存在的缺陷引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生脆性破壞。這是陶瓷材料脆性的原因所在、也是其強(qiáng)度值分散

43、性較大的原因所在。 通常陶瓷材料都是用燒結(jié)的方法制造的，在晶界上大都存在著氣孔、裂紋和玻璃相即非晶相等。而且有時(shí)在晶內(nèi)也存在有氣孔、層錯(cuò)、位借等缺陷。陶瓷的強(qiáng)度除決定于本身材料外，上述微觀組織因素對(duì)強(qiáng)度也有顯著的影響(即微觀組織敏感性)，其中氣孔率與晶粒尺寸是兩個(gè)最重要的影響因素。 (1)氣孔率對(duì)強(qiáng)度的影響。氣孔是絕大多數(shù)陶瓷的主要組織缺陷之一，氣孔明顯地降低了載荷作用橫截面積。同時(shí)氣孔也是引起應(yīng)力集中的地方。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多孔陶瓷的強(qiáng)度隨氣孔束的增加近似按指數(shù)規(guī)律下降。有關(guān)氣孔率與溫度的關(guān)系式有多種提案，其中最常用的經(jīng)驗(yàn)公式： =0exp(-P) 式中P氣孔率； 0P0時(shí)的強(qiáng)度； a常數(shù)，其值在

44、47之間許多試驗(yàn)數(shù)據(jù)與此式接近。 圖11.11示出AL203陶瓷的彎曲強(qiáng)度和氣孔率之間的關(guān)系。可以看出試驗(yàn)值與理論值符合較好。由上述可知，為了獲得高強(qiáng)度，應(yīng)制備接近理論密度的無氣孔陶瓷材料。(2)晶粒尺寸對(duì)強(qiáng)度的影響。陶瓷材料的強(qiáng)度和晶粒尺寸的關(guān)系與金屬有類似的規(guī)律。 圖11.12給出TiO2陶瓷強(qiáng)度與晶粒尺寸的關(guān)系；多晶AL203、MgO和結(jié)晶玻璃的粒徑與強(qiáng)度之間關(guān)系也符合Hall-petch關(guān)系式。從定性的角度上講，實(shí)驗(yàn)研究已得到了f與d-1/2關(guān)系趨勢(shì)相一致的結(jié)果。 但對(duì)燒結(jié)體陶瓷來講，要做出只有晶粒尺寸大小不同而其他組織參量都相同的試樣是非常困難的，因此，往往其它因素與晶粒尺寸同時(shí)對(duì)強(qiáng)

45、度起影響作用。所以，陶瓷中的f與d-1/2的關(guān)系并非那么容易搞清，還有待于進(jìn)一步研究。但無論如何，室溫?cái)嗔褟?qiáng)度無疑地隨晶粒尺寸的減小而增高。所以對(duì)于結(jié)構(gòu)陶瓷材料來說，努力獲得細(xì)晶粒組織，對(duì)提高室溫強(qiáng)度是有利而無害的。 (3)晶界相的性質(zhì)與厚度、晶粒形狀對(duì)強(qiáng)度的影響。陶瓷材料的燒結(jié)大都要加入助偏劑，因此形成一定量的低熔點(diǎn)晶界相面促進(jìn)致密化。晶界相的成分、性質(zhì)及數(shù)量(厚度)對(duì)強(qiáng)度有顯著影響。晶界相最好能起阻止裂紋過界擴(kuò)展并松弛裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用。晶界玻璃相的存在對(duì)強(qiáng)度是不利的，所以應(yīng)盡量減少晶界玻璃相的數(shù)量，并通過熱處理使其晶化。對(duì)單相多晶陶瓷材料，晶粒形狀最好為均勻的等軸晶粒，這樣承載時(shí)變形均

46、勻而不易引起應(yīng)力集中，從而使強(qiáng)度得到充分發(fā)揮。 綜上所述，高強(qiáng)度單相多晶陶瓷的顯微組織應(yīng)符合如下要求晶粒尺寸小，晶體缺陷少，晶粒尺寸均勻、等軸，不易在晶界處引起應(yīng)力集中；晶界相含量適當(dāng)，并盡量減少脆性玻璃柜含量，應(yīng)能阻止晶內(nèi)型紋過界擴(kuò)展，并能松弛裂紋尖端應(yīng)力集中；減少氣孔率，使其盡量接近理論密度。 (4)陶瓷的復(fù)合強(qiáng)化。為了提高陶瓷材料的強(qiáng)度，除了要控制上述組織因素外更常見的是通過復(fù)合的辦法提高強(qiáng)度例如自生復(fù)相陶瓷棒晶強(qiáng)化，加入第二相的顆粒彌散強(qiáng)化纖維強(qiáng)化、晶須強(qiáng)化等。在陶瓷的韌化一節(jié)中，除微裂紋韌化外其它的強(qiáng)化方法均有強(qiáng)化效果，這里不再贅述。 2.溫度對(duì)強(qiáng)度的影響 陶瓷材料的一個(gè)最大的特點(diǎn)就

47、是高溫強(qiáng)度比金屬高得多。未來汽車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的附溫度為1370t這樣的工作溫度，N、CI、Ch系的超耐熱合金已無法承受，但Si3N4陶瓷卻大有希望。 陶瓷材料的強(qiáng)度當(dāng)溫度TDSTm(T為熔點(diǎn))時(shí)基本保持不變，當(dāng)溫度高于05h時(shí)才出現(xiàn)明顯的降低13Ix一等人提出圖11.13所示的強(qiáng)度隨溫度的變化曲線，可惜出，整個(gè)曲線可分為三個(gè)區(qū)域。在低溫A區(qū)，斷裂前無塑性變形陶房的斷裂主要決吁試樣內(nèi)部既存缺陷(裂紋、氣孔等周起的裂紋擴(kuò)展。為脆性斷裂，其斷裂應(yīng)力隨溫度犒變化不大；在中間溫度B區(qū)，由于斷裂前產(chǎn)生塑性變形，因而強(qiáng)度對(duì)既存缺陷的敏感t降低，斷裂受塑性變形控制，勾隨溫度的L升而有明顯的降低。 當(dāng)溫度進(jìn)一步

48、升高時(shí)(C區(qū))二維滑移系開動(dòng)，位錯(cuò)塞積群中的一部分位借產(chǎn)主文B移而沿另外的滑移而繼續(xù)滑移松弛了應(yīng)力集中因而抑制了裂紋的萌生。由于位借的z又滑移隨溫度的升高而變得活躍，由此而產(chǎn)生的對(duì)位錯(cuò)塞積群前端應(yīng)力的松弛作用就區(qū)發(fā)明顯。所以在此區(qū)域內(nèi)，斷裂應(yīng)力有隨溫度的升高而上升的趨勢(shì)。圖11.13給出的E陶瓷材料的強(qiáng)度隨溫度變化關(guān)系的一般趨勢(shì)，并非對(duì)所有的陶瓷材料都符和很好也并附有陶瓷材料的A、B、C三個(gè)區(qū)都出現(xiàn)。 陶瓷材料的強(qiáng)度隨材料的純度、微觀組織結(jié)構(gòu)因素和表面狀態(tài)(粗糙度)的變化而變化因此即使是同一種材料由于制備工藝不同。隨溫度的變化關(guān)系也有差異。 圖11.14給出一些陶瓷的強(qiáng)度隨溫度的變化曲線。根據(jù)

49、這些曲線我們可以確定相立陶瓷材料的最高使用溫度。陶瓷的高溫強(qiáng)度受加載速率的影響顯著隨加我速率的提高而提高這同金屬的高溫變形抗力與加載速率的關(guān)系是類似的。四、斷裂韌性 絕大多數(shù)陶瓷材料在室溫下甚至在高的溫度范圍很難產(chǎn)生塑性變形，因供斷裂方式為脆性斷裂所以陶瓷材料的裂紋敏感性很強(qiáng)?；谔沾傻倪@種特性可知斷裂力學(xué)性能是評(píng)價(jià)陶瓷材料力學(xué)性能朝重要指標(biāo)，同時(shí)也是由于這種特性其斷裂行為非常適合于用線彈性斷裂力學(xué)來描述。最普遍用來評(píng)價(jià)陶瓷材料韌性的斷裂力學(xué)參數(shù)就是斷裂韌性(KIC)。 表11.7給出一些陶瓷材料的J斷裂韌性值，并附幾種常用金屬村料的斷裂韌性以作對(duì)比可見金屬材料的值比陶瓷高一個(gè)數(shù)量級(jí)。要考慮使

50、陶瓷材料的特長得到充分發(fā)揮擴(kuò)大在實(shí)際中的應(yīng)用，就必須想辦法大幅度提高和改善陶瓷的)。斷裂韌性K1c是描述材料瞬間斷裂時(shí)的裂紋尖端臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。在工程上即使在很低的應(yīng)力下經(jīng)長時(shí)間作用也會(huì)使陶瓷材制發(fā)生斷裂、特別是在長時(shí)間的同期循環(huán)載荷作用下，會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力疲勞斷裂。因此說陶瓷材料具有延遲斷裂的特征。為了描述這種具有時(shí)間效應(yīng)的斷裂現(xiàn)象必須知道裂紋的擴(kuò)展速率V與其裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子用之間的關(guān)系。圖11.15給出二者之間關(guān)系的示意圖(KI-v圖).新產(chǎn)品最新動(dòng)態(tài)技術(shù)文章企業(yè)目錄資料下載視頻/樣本反饋/論壇 技術(shù)應(yīng)用 | 基礎(chǔ)知識(shí) | 外刊文摘 | 業(yè)內(nèi)專家 | 文章點(diǎn)評(píng)投稿發(fā)表科技文章 陶瓷的

51、力學(xué)性能newmaker 陶瓷材料的化學(xué)健大都為離子鍵和共價(jià)健，健合牢固并有明顯的方向性，同一般的金屬相比，其晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜而表面能小。因此，它的強(qiáng)度、硬度、彈性模量、耐磨性、耐蝕性和耐熱性比金屬優(yōu)越，但塑性、韌性、可加工性、抗熱震性及使用可靠性卻不如金屬。因此搞清陶瓷的性能特點(diǎn)及其控制因素，不論是對(duì)研究開發(fā)還是使用設(shè)計(jì)都具有十分重要的意義。本節(jié)主要討論彈性、硬度、強(qiáng)度、韌性及其組織結(jié)構(gòu)因素、環(huán)境因素的影響。 一彈性性能 1.彈性和彈性模量 陶瓷材料為脆性材料，在室溫下承載時(shí)幾乎不能產(chǎn)生塑性變形，而在彈性變形范圍內(nèi)就產(chǎn)生斷裂破壞。因此，其彈性性質(zhì)就顯得尤為重要。與其他固體材料一樣。陶瓷的彈性變形

52、可用虎克定律來描述。 陶瓷的彈性變形實(shí)際上是在外力的作用下原子間里由平衡位置產(chǎn)生了很小位移的結(jié)果。彈性模量反映的是原子間距的微小變化所需外力的大小。表11.3給出一些陶瓷在室溫下的彈性模量。2.溫度對(duì)彈性模量的影響 由于原子間距和結(jié)合力隨溫度的變化而變化，所以彈性核量對(duì)溫度變化很敏感、當(dāng)溫度升高時(shí)。原子間距增大，由成j變?yōu)閐，(見圖11.2)而該處曲線的斜率變緩，即彈性模量降低。因此，固體的彈性模量一般均隨溫度的升高而降低。圖11.3給出一些陶瓷的彈性模量隨溫度的變化情況。一般來說，熱膨脹系數(shù)小的物質(zhì)，往往具有較高的彈性模量。3.彈性模量與熔點(diǎn)的關(guān)系 物質(zhì)熔點(diǎn)的高低反映其原子間結(jié)合力的大小。一

53、般來說，彈性模量與熔點(diǎn)成正比例關(guān)系。不同種類的陶瓷材料樣性模量之間大體上有如下關(guān)系氧化物氯化物硼化挪碳化物。 泊松比也是描述陶瓷材料彈性變形的重要參數(shù)。表11.4給出一些陶瓷材料和金屬的泊松比?？梢钥闯龀鼴eO與MgO外大多數(shù)陶瓷材料的泊松比都小于金屬材制的泊松比。4.彈性模量與材料致密度的關(guān)系 陶瓷材料的致密度對(duì)其彈性模量影響很大。圖11.5給出AL2O3陶瓷的彈性模量隨氣孔率的變化及某些理論計(jì)算值的比較。Fros指出彈性模量與氣孔率之間將會(huì)指數(shù)關(guān)系 E=E0exp(-BP) 式中B-常數(shù)?？傊?，隨著氣孔率的增加，陶瓷的彈性模量量急劇下降。 5.復(fù)合材料的彈性模量 由于彈性模量決定于原子間結(jié)

54、合力即與原子種類和化學(xué)鍵類型有關(guān)，所以彈性模量對(duì)顯微組織并不敏感一旦材料種類確定，則通過熱處理等工藝來改變彈性模量是極為有限的-但對(duì)由不同組元構(gòu)成的復(fù)合材料的彈性模量來說，由于各組元的彈性模量不同，因而復(fù)合材料的彈性模量隨各組元的含量不同而改變。 實(shí)際上混合定律不能準(zhǔn)確地描述復(fù)合材料的彈性模量，只能粗略地估算。當(dāng)需要復(fù)合材料準(zhǔn)確的彈性模量值時(shí)，可進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。 圖11.6和圖11.7給出Al2O3+SiCw、ZrO2(Y2O3)+SiCw、及Al2O3ZrO2(Y2O3)SiCw等復(fù)合材料的彈性模最隨第M相含量的變化情況?？梢钥闯鲈谄渌阅茉试S的情況下，可以通過在一定范圍內(nèi)調(diào)整兩相比例來獲得所

55、需的彈性模量值。二、硬度 硬度是材料的重要力學(xué)性能參數(shù)之一，金屬材料的硬度與強(qiáng)度之間有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而陶瓷材料屬脆性材料。測(cè)定硬度時(shí)，在壓頭壓入?yún)^(qū)域會(huì)發(fā)生包括壓縮剪斷等復(fù)合破壞的偽塑性變形。因此，陶瓷材料的硬度很難與其強(qiáng)度直接對(duì)應(yīng)起來。但硬度高、耐磨性好是陶瓷材料的主要優(yōu)良特性之一。硬度與耐磨性有密切關(guān)系，加之在陶瓷材料的力學(xué)性能評(píng)價(jià)中，硬度測(cè)定是使用最普遍且數(shù)據(jù)獲得比較容易的評(píng)價(jià)方法之一，因而占有重要的地位。 目前，用于測(cè)定陶瓷材料硬度的方法最常用的是維氏硬度。 由于陶瓷為脆硬材料因而多數(shù)情況下底痕的邊緣產(chǎn)生破碎，同時(shí)在任痕角上沿對(duì)角線延長方向上產(chǎn)生裂紋、而壓痕形狀不如金屬材料那樣規(guī)則，給

56、對(duì)角線的測(cè)量帶來困難，所以在試樣制備時(shí)，其測(cè)試表面最后應(yīng)用金剛石研磨拋光成鏡面。維氏硬度測(cè)定的同時(shí)根據(jù)區(qū)痕角部產(chǎn)生裂紋的長度通過計(jì)算可以估算出斷裂韌性。因此，維氏硬度測(cè)試是一種簡單經(jīng)濟(jì)、一舉多得的方法。 表11.5給出一些常用陶瓷的維氏硬度值。有時(shí)陶瓷材料也測(cè)量洛氏硬度值HR，洛氏硬度又分為HRA、HRC和HRD。1.高溫硬度 高溫硬度測(cè)定大都是采用維氏硬度法和顯微硬度法。陶瓷材料的高溫硬度測(cè)定。同其它高溫性能測(cè)試相比，所用試樣量少，且測(cè)定方法簡便；另外，高溫硬度與高溫強(qiáng)度有一定對(duì)應(yīng)性，同時(shí)通過長時(shí)間保持載荷可以顯示其蠕變特性，所以高溫使區(qū)是陶瓷材料使用較普遍的高溫性能測(cè)試方法。通過高溫維氏硬度雖然可以測(cè)試陶瓷的高溫?cái)嗔秧g性，但高溫硬度對(duì)