普通陶瓷文献综述

普通陶瓷文献综述

------岳春雨

材料科学与工程学院

【摘要】陶瓷的发明是人类文明的重要进程，它的出现，揭开了人类利用，改造自然的新的一页，是人类文明发展史上一个重要的里程碑，对我们的社会生活发展有重要的意义。

【关键词】陶瓷材料，结构，力学性能，发展历史。

一，前言

普通陶瓷是以粘土类及其天然原料经过粉碎，成型，烧成等制作工序的具有较高强度的固体制品，在日用、建筑、卫生、化工、电工等行业有广泛的应用。陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。

其基本的制备过程可概括为原料的筛选与去杂质、按照要求的尺寸对原料颗粒细化、各种配料的混合加工、成型加工与干燥、烧成等主要工序。其烧成温度可在680--1450摄氏度的很大范围变化。原料的成分和粒度控制的越精细、烧成的温度越高，则制品的致密度，性能和价格就越高。普通陶瓷的主要成分为SiO2和Al2O3,原料精细、高温烧成的多称为瓷器；原料粗糙、偏低温烧成的多称为陶器；原料和烧成温度介于两者之间的称为炻

器。

二，主题

1.陶瓷的产生和发展

陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。人们把一种陶土制成的在专门的窑炉中高温烧制的物品叫陶瓷，陶瓷是陶器和瓷器的总称 。早在远古时代，人类祖先就懂得利用石器作为工具，这是陶瓷制品的最初级产品。中古偶的陶瓷制品及其制造技术的出现可以追溯到大约一万年前，公元前3000年左右的商朝，就有了原始陶瓷的出现。到了汉代，开辟了陶瓷的时代，进过唐宋元明的不断发展，到了清代，陶瓷制造技术达到了极高的水平。陶瓷制品精美华贵，不仅是实用的器皿，也是高超的艺术品。近几年来，随着陶瓷技术的发展，陶瓷制品的应用领域也广泛拓展，逐渐由传统的陶瓷形成了日用陶瓷，艺术陶瓷，建筑陶瓷和特种陶瓷等系列。奇妙的纤维结构和功能特性使其在高技术领域得到了广泛的应用。陶瓷材料也从传统的氧化物系列发展为氮化物，碳化物，硼化物及各类复合材料。广泛的应用于信息，能源，环境等新型领域。陶瓷材料的各种特性，陶瓷材料将成为名副其实的耐高温和和高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。有些科学家预言．由于陶瓷材料的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代。

2，陶瓷的结构和性能

陶瓷和金属相似，具有晶体构造，但与金属不同的是其结构中并没有大量的自由电子。这是因为陶瓷是以离子键或共价键为主的离子晶体或共价晶体，陶瓷的基本相及其结构要

比金属复杂得多。将陶瓷材料经切割、磨制、腐蚀后制成试样，放在显微镜下观察，可看到陶瓷材料通常是由三种不同的相组成，即由晶体相、玻璃相和气相（气孔）组成。晶体相是组成陶瓷的基本相，也称住镜像，它往往决定着陶瓷的力学、物理、化学性能等。例如，氧化铝晶体组成结构紧密的刚玉瓷，具有机械强度高、耐高温、耐腐蚀特性。

玻璃相是非晶态结构的低熔点固体不同的陶瓷，玻璃相的量不同。高纯度的氧化物陶瓷含玻璃相较少，一般日用瓷及电瓷含量较高。玻璃相的作用是填充晶粒间隙、粘结晶粒、使陶瓷材料致密、降低烧成温度、改善工艺性、抑制晶粒长大等。

气相在陶瓷材料中占有重要的地位。气孔分为开口气孔和闭口气

孔。开口气孔影响陶瓷材料的透气性、真空气密性、化学腐蚀性。陶瓷的许多电性能和热性能随着气孔率、气孔尺寸及分布的不同在很大的范围内变化。

从微观概念出发，固体的理论强度是其原子间的结合力发挥到临界点的强度值。然而，由于陶瓷结构复杂的本性所决定，加上显微结构方面的特征以及点线面缺陷的影响，实际陶瓷晶体的强度与理论值之间存在着三个数量级的差别。影响陶瓷材料的三个主要参数分别是①弹性模量，取决于材料的组分和结构；②断裂能，取决于材料的组分和结构，且对显微织构相当敏感，是材料断裂的阻力；③裂纹半长度，可视之为材料中最危险的缺陷，作用在于造成局部的应力集中，促进材料断裂。可见，为了提高材料的强度，应尽可能的提高断裂能和降低裂纹半长度。另外陶瓷材料的强度也受到微观组织的影响，如晶粒尺寸、晶相、晶界特征和陶瓷的气孔率。

3，陶瓷材料的特征性能

脆性是陶瓷材料的特征性能，亦是陶瓷的致命弱点，它间接反映在陶瓷较低的抗机械冲击和较差的抗温度骤变性，直观地表现在一旦受到临界的外加负荷，陶瓷的断裂具有爆发性的特征和灾难性的后果。另外，断裂强度和屈服强度也是材料脆性的量度。所以，欲克服陶瓷的脆性和防止断裂，可以提高陶瓷抵抗胚体内原有裂纹扩展的能力，或者减缓裂纹尖端的应力集中效应，亦即，提高材料的断裂性能，改善材料的韧性，如通过相变、弥散等方式增加陶瓷韧性，或减少配体内裂纹缺陷的尺度。采用化学抛光陶瓷表面、细化晶体、热处理钝化裂纹等措施，则是减缓应力集中的方法。另外，研究新型陶瓷复合材料如金属陶瓷、相变诱导裂纹陶瓷、纤维复合材料等等。

4，陶瓷的种类和生产制造

陶瓷的种类繁多，生产制作过程各不相同，但一般要经历以下三个阶段：坯料制备、成形与烧结。陶瓷材料制品由多相的无机非金属材料所构成，所用原料大部分是天然的矿物原料或岩石原料，其中多为硅酸盐矿物。 坯料是指将陶瓷原料经拣选、破碎等工序后进行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有成型性能的多组分混合物。坯料制备过程一般包括配料和坯料混合制备两部分。坯料混合制备一般要经过原料粉碎、精选（除去杂质）、磨细、配料（保证制品性能）、脱水（控制坯料水分）、练坯、陈腐等过程。原料经过坯料制备以后，根据含水量的不同，分为注浆料、可塑料、压制粉料三类。成形是将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，

根据坯料的性能可将成形方法分为三类：可塑法（塑性料团成形法）、注浆法（浆料成形法）和压制法（粉料成形法）。

陶瓷产品在成坯后经过干燥，就要进行烧结。烧结的目的是使坯料在高温下发生一系列的物理和化学反应，形成预期的矿物组成的显微结构，通过物质传递变成致密的具有一

定强度和固定外形的陶瓷。陶瓷烧结按研究对象的不同可分为固相烧结和液相烧结。

5，陶瓷材料的研究进程

1】新石器时代

远在几干年前的新石器时代，我们的祖先就已经用天然黏土作原料，塑造成各种器皿，再在火堆中烧成坚硬的可重复使用的陶器，但由于烧成温度较低，那时的陶瓷仅是一种含有较多气孔、质地疏松的未完全烧成制品。大约在2000年前的东汉晚期，人们利用含铝较高的天然瓷土为原料，加上釉的发明，以及高温合成技术的不断改进，使陶瓷步入瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上意义重大的里程碑。

2】先进陶瓷阶段

先进陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷。功能陶瓷的特点有品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、技术高、更新快。目前，功能陶瓷主要用于电、光、磁、声、热和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等，并已在电子信息、能源工程、人工智能、生物工程等众多近代科技领域显示出广阔的应用前景。根据功能根据功能陶瓷组成结构的易调性和可控性，可以制备超高、绝缘性、半导性、导电性和超导电性陶瓷；根据功能陶瓷能量转换和耦合特性，可以制备压电、光电、热电、磁电和铁电等陶瓷；根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应，则可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷

3】纳米陶瓷阶段

到20世纪90年代，陶瓷研究已进入第三个阶段--纳米陶瓷阶段所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相就有纳米级尺度的陶瓷材料。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。纳米陶瓷的研究，不仅对先进陶瓷的制备和表征有新的发现和创新新，而且对现有的陶瓷理论也将发生重大变革，甚至可形成新的理论体系。

总结

陶瓷材料作为一种新型材料，不仅节约能源，而且使用范围广泛，相信不久会在建筑装饰等各个领域起到重要的作用。

参考文献

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[2]张清纯.陶瓷材料的力学性能力学与实践，1981年01期 [3]刘智恩材料科学基础西安：西北工业大学，2007 [4]朱室富,赵北君.材料制备科学与技术北京：高等教育出版社，2006

[5]宁青菊，谈国强，史永胜无机材料物理性能北京：化学工业出版社，2009

[6]中国陶瓷发展史