第4章 陶瓷工程材料

1、第四章第四章 4.1 4.1 陶瓷工程材料概述陶瓷工程材料概述 o陶瓷材料（陶瓷材料（CeramicsCeramics） 指所有無機(jī)非金屬材料中是用天然或人指所有無機(jī)非金屬材料中是用天然或人 工合成的粉狀化合物，經(jīng)成型和高溫?zé)ず铣傻姆蹱罨衔?，?jīng)成型和高溫?zé)?結(jié)而制成的多晶固體材料。結(jié)而制成的多晶固體材料。 4.1.1 4.1.1 陶瓷材料的分類與生產(chǎn)陶瓷材料的分類與生產(chǎn) o （1 1）分類）分類 o陶瓷材料按原料來源分：普通陶瓷、特種陶瓷。普通陶瓷又陶瓷材料按原料來源分：普通陶瓷、特種陶瓷。普通陶瓷又 稱傳統(tǒng)陶瓷。以天然硅酸鹽礦物為主要原料，如黏土、石英、稱傳統(tǒng)陶瓷。以天然硅酸鹽礦物為主要

2、原料，如黏土、石英、 長石等。主要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、電器絕緣陶瓷、長石等。主要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、電器絕緣陶瓷、 化工陶瓷、多孔陶瓷。特種陶瓷是以純度較高的人工合成化化工陶瓷、多孔陶瓷。特種陶瓷是以純度較高的人工合成化 合物為主要原料的人工合成化合物。合物為主要原料的人工合成化合物。 o按用途分類：陶瓷材料可以分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。工業(yè)按用途分類：陶瓷材料可以分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。工業(yè) 陶瓷包括工程結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。陶瓷包括工程結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。 o按性能可將陶瓷分為：高強(qiáng)度陶瓷、高溫陶瓷、壓電陶瓷、按性能可將陶瓷分為：高強(qiáng)度陶瓷、高溫陶瓷、壓電陶瓷、 磁性陶瓷、半導(dǎo)

3、體陶瓷、生物陶瓷。磁性陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、生物陶瓷。 o特種陶瓷可按化學(xué)組成分為：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳特種陶瓷可按化學(xué)組成分為：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳 化物陶瓷、金屬陶瓷（硬質(zhì)合金）。化物陶瓷、金屬陶瓷（硬質(zhì)合金）。 4.1.1 4.1.1 陶瓷材料的分類與生產(chǎn)陶瓷材料的分類與生產(chǎn) o（2 2）陶瓷制品的生產(chǎn)）陶瓷制品的生產(chǎn) o陶瓷制品的生產(chǎn)都要經(jīng)過三個(gè)階段：坯料制備、成型、燒結(jié)。陶瓷制品的生產(chǎn)都要經(jīng)過三個(gè)階段：坯料制備、成型、燒結(jié)。 o坯料制備是指：通過機(jī)械或物理或化學(xué)方法制備粉料，在制備坯料時(shí)，坯料制備是指：通過機(jī)械或物理或化學(xué)方法制備粉料，在制備坯料時(shí)， 要控制坯料粉的粒度、形狀

4、、純度及脫水脫氣，以及配料比例和混料均要控制坯料粉的粒度、形狀、純度及脫水脫氣，以及配料比例和混料均 勻等質(zhì)量要求。按不同的成型工藝要求，坯料可以是粉料、漿料或可塑勻等質(zhì)量要求。按不同的成型工藝要求，坯料可以是粉料、漿料或可塑 泥團(tuán)。泥團(tuán)。 o成型是指：將坯料用一定工具或模具制成一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度成型是指：將坯料用一定工具或模具制成一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度 的制品坯型（亦稱生坯）。的制品坯型（亦稱生坯）。 o燒結(jié)是指：生坯經(jīng)初步干燥后，進(jìn)行涂釉燒結(jié)或直接燒結(jié)。高溫?zé)Y(jié)時(shí)，燒結(jié)是指：生坯經(jīng)初步干燥后，進(jìn)行涂釉燒結(jié)或直接燒結(jié)。高溫?zé)Y(jié)時(shí)， 陶瓷內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化及相變，如體積減

5、小，密度增加，陶瓷內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化及相變，如體積減小，密度增加， 強(qiáng)度、硬度提高，晶粒發(fā)生相變等，使陶瓷制品達(dá)到所要求的物理性能強(qiáng)度、硬度提高，晶粒發(fā)生相變等，使陶瓷制品達(dá)到所要求的物理性能 和力學(xué)性能。和力學(xué)性能。 4.1.2 4.1.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) o陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷結(jié)構(gòu)中陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷結(jié)構(gòu)中 同時(shí)存在晶體相、玻璃相、氣相。同時(shí)存在晶體相、玻璃相、氣相。 o各組成相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形態(tài)、大小及各組成相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形態(tài)、大小及 分布決定了陶瓷的性能。分布決定了陶瓷的性能。 4.1.2 4.1.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)

6、特點(diǎn) o（1 1）陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)）陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn) o陶瓷材料的晶相是陶瓷材料的主要組成相，對(duì)陶瓷的性能起決定性作用。陶瓷材料的晶相是陶瓷材料的主要組成相，對(duì)陶瓷的性能起決定性作用。 陶瓷中的晶相的結(jié)合鍵為：離子鍵、共價(jià)鍵、混合鍵。氧化物結(jié)構(gòu)的結(jié)陶瓷中的晶相的結(jié)合鍵為：離子鍵、共價(jià)鍵、混合鍵。氧化物結(jié)構(gòu)的結(jié) 合鍵以離子鍵為主，又稱離子晶體。合鍵以離子鍵為主，又稱離子晶體。 o硅酸鹽結(jié)構(gòu)：陶瓷材料結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但基本結(jié)構(gòu)單元為硅酸鹽結(jié)構(gòu)：陶瓷材料結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但基本結(jié)構(gòu)單元為SiOSiO4 4 硅氧四面體，硅氧四面體， 結(jié)合鍵為離子鍵、共價(jià)鍵的混合鍵；每個(gè)氧原子最多只有被兩個(gè)結(jié)合鍵

7、為離子鍵、共價(jià)鍵的混合鍵；每個(gè)氧原子最多只有被兩個(gè)SiOSiO4 4 所所 共有；共有；Si-O-SiSi-O-Si的鍵角為的鍵角為145;SiO145;SiO4 4 既可孤立存在，亦可通過共用頂點(diǎn)既可孤立存在，亦可通過共用頂點(diǎn) 連接成鏈狀、平面或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故硅酸鹽材料有無機(jī)高聚物之稱。連接成鏈狀、平面或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故硅酸鹽材料有無機(jī)高聚物之稱。 圖圖4-1 4-1 陶瓷材料晶相陶瓷材料晶相 圖圖4-2 SiO44-2 SiO4結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 4.1.2 4.1.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) o（2 2）玻璃相）玻璃相 o玻璃相是一種非晶態(tài)固體，是陶瓷燒結(jié)時(shí)，各組成相與

8、雜玻璃相是一種非晶態(tài)固體，是陶瓷燒結(jié)時(shí)，各組成相與雜 質(zhì)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成的液相在冷卻凝固時(shí)形成質(zhì)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成的液相在冷卻凝固時(shí)形成 的。玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的組成相，其作用主要的。玻璃相是陶瓷材料中不可缺少的組成相，其作用主要 是：將分散的晶相黏結(jié)在一起；降低燒結(jié)溫度；抑制晶相是：將分散的晶相黏結(jié)在一起；降低燒結(jié)溫度；抑制晶相 的晶粒長大；填充氣孔。玻璃相熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性差，在的晶粒長大；填充氣孔。玻璃相熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性差，在 較低溫度下開始軟化，導(dǎo)致陶瓷在高溫下發(fā)生蠕變，且其較低溫度下開始軟化，導(dǎo)致陶瓷在高溫下發(fā)生蠕變，且其 中常有一些金屬離子而降低陶瓷的絕緣性

9、。故工業(yè)陶瓷中中常有一些金屬離子而降低陶瓷的絕緣性。故工業(yè)陶瓷中 玻璃相的數(shù)量要予以控制，一般低于玻璃相的數(shù)量要予以控制，一般低于2040%。 4.1.2 4.1.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) o（3 3）氣相）氣相 o陶瓷材料的結(jié)構(gòu)氣相指陶瓷孔隙中的氣孔。是生產(chǎn)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)氣相指陶瓷孔隙中的氣孔。是生產(chǎn) 過程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常為過程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常為510%， 要力求使其呈球狀，均勻分布。氣孔對(duì)陶瓷的性能要力求使其呈球狀，均勻分布。氣孔對(duì)陶瓷的性能 有顯著影響，使陶瓷強(qiáng)度降低、介電損耗增大，電有顯著影響，使陶瓷強(qiáng)度降低、介電損耗增大，電 擊穿強(qiáng)度下降，

10、絕緣性降低。氣相可使陶瓷的密度擊穿強(qiáng)度下降，絕緣性降低。氣相可使陶瓷的密度 減小，并能吸收振動(dòng)；用作保溫的陶瓷和化工用的減小，并能吸收振動(dòng)；用作保溫的陶瓷和化工用的 過濾多孔陶瓷等需要增加氣孔率，有時(shí)氣孔率可高過濾多孔陶瓷等需要增加氣孔率，有時(shí)氣孔率可高 達(dá)達(dá)6060。 4.1.2 4.1.2 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) o（4 4）力學(xué)性能）力學(xué)性能 o陶瓷材料力學(xué)性能體現(xiàn)在硬度高、耐磨性好，維氏硬度值大于陶瓷材料力學(xué)性能體現(xiàn)在硬度高、耐磨性好，維氏硬度值大于 1500Hv1500Hv（淬火鋼（淬火鋼500800Hv，高聚物維氏硬度值小于，高聚物維氏硬度值小于20Hv20Hv），）

11、， 抗拉強(qiáng)度低，抗壓強(qiáng)度較高；抗拉強(qiáng)度低，抗壓強(qiáng)度較高； o陶瓷材料因表面及內(nèi)部的氣孔、微裂紋等缺陷，實(shí)際強(qiáng)度僅為陶瓷材料因表面及內(nèi)部的氣孔、微裂紋等缺陷，實(shí)際強(qiáng)度僅為 理論強(qiáng)度的理論強(qiáng)度的1/1001/200。但抗壓強(qiáng)度高，為抗拉強(qiáng)度的。但抗壓強(qiáng)度高，為抗拉強(qiáng)度的1040 倍。倍。 o陶瓷材料具有高彈性模量，高脆性特點(diǎn)。彈性模量陶瓷材料具有高彈性模量，高脆性特點(diǎn)。彈性模量 E=100400GPa（金屬為（金屬為210 GPa210 GPa）。陶瓷材料在拉伸時(shí)幾乎沒）。陶瓷材料在拉伸時(shí)幾乎沒 有塑性，在拉力作用下產(chǎn)生一定的彈性變形后直接斷裂。沖擊有塑性，在拉力作用下產(chǎn)生一定的彈性變形后直接斷裂

12、。沖擊 韌性、斷裂韌性低：韌性、斷裂韌性低：KICKIC約為金屬的約為金屬的1/601/100。 4.1.3 4.1.3 陶瓷材料物理與化學(xué)性能陶瓷材料物理與化學(xué)性能 o陶瓷材料物理與化學(xué)性能體現(xiàn)在熔點(diǎn)高，一般在陶瓷材料物理與化學(xué)性能體現(xiàn)在熔點(diǎn)高，一般在20002000以以 上，故陶瓷高溫強(qiáng)度和高溫蠕變抗力優(yōu)于金屬。熱脹系數(shù)上，故陶瓷高溫強(qiáng)度和高溫蠕變抗力優(yōu)于金屬。熱脹系數(shù) 小、熱導(dǎo)率低，隨氣孔率增加，陶瓷的熱脹系數(shù)、熱導(dǎo)率小、熱導(dǎo)率低，隨氣孔率增加，陶瓷的熱脹系數(shù)、熱導(dǎo)率 降低，故多孔或泡沫陶瓷可作絕熱材料。陶瓷材料熱振性降低，故多孔或泡沫陶瓷可作絕熱材料。陶瓷材料熱振性 差。有些陶瓷具有特

13、殊的光學(xué)性能，紅寶石（差。有些陶瓷具有特殊的光學(xué)性能，紅寶石（-Al-Al2 2O O3 3摻鉻摻鉻 離子）、釔鋁石榴石、含釹玻璃等可作固體激光材料；玻離子）、釔鋁石榴石、含釹玻璃等可作固體激光材料；玻 璃纖維可作光導(dǎo)纖維材料，此外還有用于光電計(jì)數(shù)、跟蹤璃纖維可作光導(dǎo)纖維材料，此外還有用于光電計(jì)數(shù)、跟蹤 等自控元件的光敏電阻材料。等自控元件的光敏電阻材料。 4.1.3 4.1.3 陶瓷材料物理與化學(xué)性能陶瓷材料物理與化學(xué)性能 o磁性陶瓷又名鐵氧體或鐵淦氧，主要是磁性陶瓷又名鐵氧體或鐵淦氧，主要是FeFe2 2O O3 3和和MnMn、 ZnZn等的氧化物組成的陶瓷材料，為磁性陶瓷材料，等的氧化

14、物組成的陶瓷材料，為磁性陶瓷材料， 可用作磁芯、磁帶、磁頭等。陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定可用作磁芯、磁帶、磁頭等。陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定 性高，抗氧化性優(yōu)良，在性高，抗氧化性優(yōu)良，在10001000高溫下不會(huì)氧化，高溫下不會(huì)氧化， 并對(duì)酸、堿、鹽有良好的抗蝕性。故在化工工業(yè)并對(duì)酸、堿、鹽有良好的抗蝕性。故在化工工業(yè) 中廣泛應(yīng)用。中廣泛應(yīng)用。 4.2 4.2 工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料 o4.2.1 4.2.1 普通陶瓷普通陶瓷 o普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷、黏土陶瓷。這種陶瓷以天然硅酸鹽普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷、黏土陶瓷。這種陶瓷以天然硅酸鹽 礦物，如黏土、長石、石英等為主要原料配制、燒結(jié)而成的。礦物，如黏土、長

15、石、石英等為主要原料配制、燒結(jié)而成的。 主晶相為莫來石晶體主晶相為莫來石晶體（3Al2O32SiO2），），占占25253030，次，次 晶相為晶相為SiO2；玻璃相約為；玻璃相約為35356060；氣相為；氣相為1 13 3。 o（1 1）性能特點(diǎn)）性能特點(diǎn) o普通陶瓷硬度高，不會(huì)氧化生銹，不導(dǎo)電，耐普通陶瓷硬度高，不會(huì)氧化生銹，不導(dǎo)電，耐12001200高溫，高溫， 加工成型性好，成本低廉。玻璃相較多，強(qiáng)度較低，在較高加工成型性好，成本低廉。玻璃相較多，強(qiáng)度較低，在較高 溫度下易軟化，故耐高溫及絕緣性不及其它陶瓷。溫度下易軟化，故耐高溫及絕緣性不及其它陶瓷。 o（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用 o工業(yè)

16、上主要用作絕緣的電瓷絕緣子和耐酸、堿的容器、反應(yīng)工業(yè)上主要用作絕緣的電瓷絕緣子和耐酸、堿的容器、反應(yīng) 塔管道等，還可用于受力不大，工作溫度在塔管道等，還可用于受力不大，工作溫度在200200以下的結(jié)以下的結(jié) 構(gòu)零件。構(gòu)零件。 4.2 4.2 工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料 o4.2.2 4.2.2 特種陶瓷特種陶瓷 o（1 1）氧化鋁陶瓷）氧化鋁陶瓷 o氧化鋁陶瓷以氧化鋁陶瓷以AlAl2 2O O3 3為主要成分，含少量為主要成分，含少量SiOSiO2 2的陶瓷。的陶瓷。AlAl2 2O O3 3含含 量愈高量愈高, ,玻璃相愈少，氣孔愈少，陶瓷的性能愈好，但工藝玻璃相愈少，氣孔愈少，陶瓷的

17、性能愈好，但工藝 愈復(fù)雜，成本愈高。氧化鋁陶瓷的強(qiáng)度高，是普通陶瓷的愈復(fù)雜，成本愈高。氧化鋁陶瓷的強(qiáng)度高，是普通陶瓷的 2 26 6倍，抗拉強(qiáng)度可達(dá)倍，抗拉強(qiáng)度可達(dá)250MPa250MPa；耐磨性好；耐高溫性能好，；耐磨性好；耐高溫性能好， 剛玉陶瓷可在剛玉陶瓷可在16001600下長期工作，在空氣中的最高使用溫度下長期工作，在空氣中的最高使用溫度 達(dá)達(dá)19801980；剛玉陶瓷耐蝕性和絕緣性好；剛玉陶瓷脆性大，；剛玉陶瓷耐蝕性和絕緣性好；剛玉陶瓷脆性大， 抗熱振性差，不能承受環(huán)境溫度的突然變化?？篃嵴裥圆睿荒艹惺墉h(huán)境溫度的突然變化。 o用途：用途：內(nèi)燃機(jī)火花塞，火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩，石油化工

18、泵的內(nèi)燃機(jī)火花塞，火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩，石油化工泵的 密封環(huán)，耐磨零件，如軸承、紡織機(jī)上的導(dǎo)紗器，合成纖維密封環(huán)，耐磨零件，如軸承、紡織機(jī)上的導(dǎo)紗器，合成纖維 用的噴嘴等，作冶煉金屬用的坩堝等。用的噴嘴等，作冶煉金屬用的坩堝等。 4.2.2 4.2.2 特種陶瓷特種陶瓷 o(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 o以以Si3N4為主要成分。分為熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷和反應(yīng)燒結(jié)氮為主要成分。分為熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷和反應(yīng)燒結(jié)氮 化硅陶瓷；熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷化硅陶瓷；熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷, ,以以Si3N4粉為原料，加入少粉為原料，加入少 量添加劑，在量添加劑，在1600160017001700高溫和高溫和202

19、030MPa30MPa的高壓下燒結(jié)的高壓下燒結(jié) 成型，得到組織致密，氣孔率接近成型，得到組織致密，氣孔率接近0 0的氮化硅陶瓷。因受石的氮化硅陶瓷。因受石 墨模具所限制，只能加工形狀簡單的制品。反應(yīng)燒結(jié)氮化硅墨模具所限制，只能加工形狀簡單的制品。反應(yīng)燒結(jié)氮化硅 陶瓷以硅粉或硅粉與陶瓷以硅粉或硅粉與Si3N4粉的混合料，壓制成型后，放入滲粉的混合料，壓制成型后，放入滲 氮爐中進(jìn)行滲氮處理，直到所有的硅都形成氮化硅，得到尺氮爐中進(jìn)行滲氮處理，直到所有的硅都形成氮化硅，得到尺 寸相當(dāng)精密的氮化硅制品，但此制品中有寸相當(dāng)精密的氮化硅制品，但此制品中有20203030的氣孔，的氣孔， 故強(qiáng)度不及熱壓燒結(jié)

20、制品，與故強(qiáng)度不及熱壓燒結(jié)制品，與9595瓷相近瓷相近, ,性能優(yōu)異，易于加性能優(yōu)異，易于加 工。工。 (2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 p性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) o氮化硅陶瓷硬度高，摩擦系數(shù)小（氮化硅陶瓷硬度高，摩擦系數(shù)小（0.10.10.20.2），有自潤滑），有自潤滑 性，是極優(yōu)的耐磨材料；蠕變抗力高，熱脹系數(shù)小，抗熱性，是極優(yōu)的耐磨材料；蠕變抗力高，熱脹系數(shù)小，抗熱 振性能在陶瓷中是最好的；化學(xué)穩(wěn)定性好，除氫氟酸外，振性能在陶瓷中是最好的；化學(xué)穩(wěn)定性好，除氫氟酸外， 能耐各種酸、王水和堿液的腐蝕，也能抗熔融金屬的侵蝕；能耐各種酸、王水和堿液的腐蝕，也能抗熔融金屬的侵蝕； 因氮化硅是共價(jià)鍵晶體

21、，既無自由電子也無離子，具有優(yōu)因氮化硅是共價(jià)鍵晶體，既無自由電子也無離子，具有優(yōu) 異的電絕緣性能。異的電絕緣性能。 (2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 p應(yīng)用應(yīng)用 o反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高溫，耐腐蝕，形反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高溫，耐腐蝕，形 狀復(fù)雜且尺寸精度高的制品。如石油化工泵的密封環(huán)、高狀復(fù)雜且尺寸精度高的制品。如石油化工泵的密封環(huán)、高 溫軸承、熱電偶套管、燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片等；熱壓燒結(jié)氮溫軸承、熱電偶套管、燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片等；熱壓燒結(jié)氮 化硅陶瓷用于制造形狀簡單的耐磨、耐高溫零件和工具?；杼沾捎糜谥圃煨螤詈唵蔚哪湍?、耐高溫零件和工具。 如切削刀具、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)刮片、

22、高溫軸承等。如切削刀具、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)刮片、高溫軸承等。 4.2 4.2 工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料 o4.2.2 4.2.2 特種陶瓷特種陶瓷 o（3 3）碳化硅陶瓷）碳化硅陶瓷 o碳化硅陶瓷主晶相是碳化硅陶瓷主晶相是SiCSiC，有反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)兩種碳化，有反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)兩種碳化 硅陶瓷；高溫強(qiáng)度高，工作溫度可達(dá)硅陶瓷；高溫強(qiáng)度高，工作溫度可達(dá)1600160017001700。14001400 時(shí)，抗彎強(qiáng)度為時(shí)，抗彎強(qiáng)度為500500600MPa600MPa；碳化硅陶瓷有很好的導(dǎo)熱性、；碳化硅陶瓷有很好的導(dǎo)熱性、 熱穩(wěn)定性、抗蠕變能力、耐磨性、耐蝕性，且耐輻射。碳化熱穩(wěn)定性、抗蠕

23、變能力、耐磨性、耐蝕性，且耐輻射。碳化 硅陶瓷是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，主要用于制作火箭噴管的噴硅陶瓷是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，主要用于制作火箭噴管的噴 嘴，澆注金屬的澆道口、熱電偶套管、爐管，燃?xì)廨喨~片，嘴，澆注金屬的澆道口、熱電偶套管、爐管，燃?xì)廨喨~片， 高溫軸承，熱交換器及核燃料包封材料等。高溫軸承，熱交換器及核燃料包封材料等。 4.3 4.3 金屬陶瓷金屬陶瓷 o以金屬氧化物或碳化物為主要成分，加入適量的金以金屬氧化物或碳化物為主要成分，加入適量的金 屬粉末，通過粉末冶金的方法制成的，具有某些金屬粉末，通過粉末冶金的方法制成的，具有某些金 屬性質(zhì)的陶瓷。屬性質(zhì)的陶瓷。 o4.3.1 4.3.1

24、 粉末冶金方法及其應(yīng)用粉末冶金方法及其應(yīng)用 o金屬陶瓷材料的制備：高熔點(diǎn)的金屬及金屬化合物金屬陶瓷材料的制備：高熔點(diǎn)的金屬及金屬化合物 難以通過熔煉或鑄造的方法制備。難以通過熔煉或鑄造的方法制備。 o一般采用粉末冶金法，具體為粉末制備一般采用粉末冶金法，具體為粉末制備-壓制成型壓制成型- - - -燒結(jié)成零件或毛坯。燒結(jié)成零件或毛坯。 4.3 4.3 金屬陶瓷金屬陶瓷 o4.3.1 4.3.1 粉末冶金方法及其應(yīng)用粉末冶金方法及其應(yīng)用 o（1 1）粉末冶金法的基本工藝過程）粉末冶金法的基本工藝過程 o 粉末制備粉末制備包括粉末制取、配料、粉料混合等步驟。粉包括粉末制取、配料、粉料混合等步驟。粉

25、 末的純度、粒度、混合的均勻程度等對(duì)粉末冶金制品的質(zhì)量末的純度、粒度、混合的均勻程度等對(duì)粉末冶金制品的質(zhì)量 有重要影響。粉末愈細(xì)、愈均勻、純度愈高，陶瓷的性能愈有重要影響。粉末愈細(xì)、愈均勻、純度愈高，陶瓷的性能愈 好。好。 o 壓制成型壓制成型多采用冷壓法，即將粉料裝入模具型腔內(nèi)，多采用冷壓法，即將粉料裝入模具型腔內(nèi)， 在壓力機(jī)下壓制成致密的具有一定強(qiáng)度的坯體。為了改善粉在壓力機(jī)下壓制成致密的具有一定強(qiáng)度的坯體。為了改善粉 末的可塑性和成型性，通常在粉料中會(huì)加入一定比例的增塑末的可塑性和成型性，通常在粉料中會(huì)加入一定比例的增塑 劑，如汽油橡膠溶液、石蠟等。劑，如汽油橡膠溶液、石蠟等。 （1 1

26、）粉末冶金法的基本工藝過程）粉末冶金法的基本工藝過程 o燒結(jié)燒結(jié)將壓制成型的坯體放入通過保護(hù)氣氛的高將壓制成型的坯體放入通過保護(hù)氣氛的高 溫爐或真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保持至少一種組元仍溫爐或真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保持至少一種組元仍 處于固態(tài)的燒結(jié)溫度下，長時(shí)間保溫，通過擴(kuò)散、處于固態(tài)的燒結(jié)溫度下，長時(shí)間保溫，通過擴(kuò)散、 再結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)等過程，獲得與一般合金相似的再結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)等過程，獲得與一般合金相似的 組織，并存在一些微小的孔隙的粉末冶金制品。根組織，并存在一些微小的孔隙的粉末冶金制品。根 據(jù)燒結(jié)過程中有無液相產(chǎn)生，燒結(jié)分為：固相燒結(jié)據(jù)燒結(jié)過程中有無液相產(chǎn)生，燒結(jié)分為：固相燒結(jié) 和液相燒結(jié)。

27、和液相燒結(jié)。 （1 1）粉末冶金法的基本工藝過程）粉末冶金法的基本工藝過程 o 固相燒結(jié)固相燒結(jié)在燒結(jié)時(shí)不形成液相。在燒結(jié)時(shí)不形成液相。 o后處理加工是指：為改善或得到某些性能，有些粉后處理加工是指：為改善或得到某些性能，有些粉 末冶金制品在燒結(jié)后還要進(jìn)行后處理加工，如齒輪、末冶金制品在燒結(jié)后還要進(jìn)行后處理加工，如齒輪、 球面軸承等在燒結(jié)后再進(jìn)行冷擠壓，以提高其密度、球面軸承等在燒結(jié)后再進(jìn)行冷擠壓，以提高其密度、 尺寸精度等。鐵基粉末冶金零件進(jìn)行淬火處理，以尺寸精度等。鐵基粉末冶金零件進(jìn)行淬火處理，以 提高硬度等。提高硬度等。 4.3 4.3 金屬陶瓷金屬陶瓷 o4.3.2 4.3.2 金屬陶

28、瓷硬質(zhì)合金金屬陶瓷硬質(zhì)合金 o硬質(zhì)合金是金屬陶瓷的一種，它是以金屬碳化物（硬質(zhì)合金是金屬陶瓷的一種，它是以金屬碳化物（WCWC、TiCTiC、TaCTaC等）為等）為 基體，再加入適量的金屬粉末（如基體，再加入適量的金屬粉末（如CoCo、NiNi、MoMo等）作為黏結(jié)劑制成的，等）作為黏結(jié)劑制成的， 具有金屬性質(zhì)的粉末冶金材料。具有金屬性質(zhì)的粉末冶金材料。 o（1 1）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn) o 硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)主要有：高硬度、高熱硬性、耐磨性好（主要特硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)主要有：高硬度、高熱硬性、耐磨性好（主要特 點(diǎn)），常溫下硬度點(diǎn)），常溫下硬度696981HRC81HRC，

29、熱硬性達(dá)，熱硬性達(dá)90090010001000； o 力學(xué)性能：抗壓強(qiáng)度高（力學(xué)性能：抗壓強(qiáng)度高（6000MPa6000MPa），抗彎強(qiáng)度低，彈性模量高，韌），抗彎強(qiáng)度低，彈性模量高，韌 性差。性差。 o 耐蝕性、抗氧化性好，熱脹系數(shù)比鋼低。因抗彎強(qiáng)度低、脆性大、導(dǎo)耐蝕性、抗氧化性好，熱脹系數(shù)比鋼低。因抗彎強(qiáng)度低、脆性大、導(dǎo) 熱性差，故在加工、作用過程中要避免沖擊和溫度急劇變化；硬度高，熱性差，故在加工、作用過程中要避免沖擊和溫度急劇變化；硬度高， 無法進(jìn)行切削加工，可采用電加工（電火花、線切割）和專門砂輪磨削無法進(jìn)行切削加工，可采用電加工（電火花、線切割）和專門砂輪磨削 加工。加工。 圖圖4

30、-4 4-4 金屬陶瓷硬質(zhì)合金材料構(gòu)造金屬陶瓷硬質(zhì)合金材料構(gòu)造 4.3 4.3 金屬陶瓷金屬陶瓷 o4.3.2 4.3.2 金屬陶瓷硬質(zhì)合金金屬陶瓷硬質(zhì)合金 o（2 2）硬質(zhì)合金的分類、編號(hào)和應(yīng)用）硬質(zhì)合金的分類、編號(hào)和應(yīng)用 o常用硬質(zhì)合金按成分和性能特點(diǎn)分為三類：鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈷鈦類常用硬質(zhì)合金按成分和性能特點(diǎn)分為三類：鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈷鈦類 硬質(zhì)合金、通用硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金、通用硬質(zhì)合金。 o 鎢鈷類硬質(zhì)合金：由鎢鈷類硬質(zhì)合金：由WCWC和和CoCo組成，代號(hào)：組成，代號(hào)：YGYGYGYG“硬硬”、“鈷鈷”， 鈷的含量。如：鈷的含量。如：YG6YG6表示表示W(wǎng)co=6%Wco=6%，

31、余量為，余量為WCWC的鎢鈷類硬質(zhì)合金。的鎢鈷類硬質(zhì)合金。 o 鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金：由鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金：由WCWC、TiCTiC和和CoCo組成，代號(hào)：組成，代號(hào)：YTYTYTYT“硬硬”、 “鈦鈦”，TiCTiC含量含量 。 o 通用硬質(zhì)合金：添加通用硬質(zhì)合金：添加TaCTaC或或NbCNbC取代部分取代部分TiCTiC，代號(hào)：，代號(hào)：YWYWYWYW“硬硬”、 “萬萬”；順號(hào)，熱硬性高（；順號(hào)，熱硬性高（10001000），其它性能介于上兩類之間。），其它性能介于上兩類之間。 o硬質(zhì)合金的應(yīng)用主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具和耐磨零件。硬質(zhì)合金的應(yīng)用主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具和

32、耐磨零件。 4.3 4.3 金屬陶瓷金屬陶瓷 o4.3.2 4.3.2 金屬陶瓷硬質(zhì)合金金屬陶瓷硬質(zhì)合金 o（3 3）鋼結(jié)硬質(zhì)合金）鋼結(jié)硬質(zhì)合金 o以一種或幾種碳化物（以一種或幾種碳化物（WCWC、TiCTiC）為硬化相，以合金鋼（高）為硬化相，以合金鋼（高 速鋼、鉻鉬鋼）粉末為黏結(jié)劑，經(jīng)配料、壓型、燒結(jié)而成的速鋼、鉻鉬鋼）粉末為黏結(jié)劑，經(jīng)配料、壓型、燒結(jié)而成的 一種新型硬質(zhì)合金。與普通硬質(zhì)合金相比，鋼結(jié)硬質(zhì)合金可一種新型硬質(zhì)合金。與普通硬質(zhì)合金相比，鋼結(jié)硬質(zhì)合金可 鍛造、焊接、熱處理，并可切削加工。在鍛造退火后，其硬鍛造、焊接、熱處理，并可切削加工。在鍛造退火后，其硬 度約度約404045H

33、RC45HRC，可用一般方法切削加工，加工成型后，經(jīng)，可用一般方法切削加工，加工成型后，經(jīng) 淬火低溫回火，硬度達(dá)淬火低溫回火，硬度達(dá)696973HRC73HRC。使用壽命與鎢鈷類硬。使用壽命與鎢鈷類硬 質(zhì)合金相當(dāng)；可用于制造形狀復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、銑刀。質(zhì)合金相當(dāng)；可用于制造形狀復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、銑刀。 可用于制造在較高溫度下工作的模具和耐磨零件?？捎糜谥圃煸谳^高溫度下工作的模具和耐磨零件。 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.1 4.4.1 陶瓷的基本知識(shí)陶瓷的基本知識(shí) o（1 1）陶瓷的概念）陶瓷的概念 o傳統(tǒng)上，陶瓷的概念是指以黏土及其天然礦物為原料，經(jīng)過粉碎混煉、

34、成傳統(tǒng)上，陶瓷的概念是指以黏土及其天然礦物為原料，經(jīng)過粉碎混煉、成 型、焙燒等工藝過程所制得的各種制品，亦稱為型、焙燒等工藝過程所制得的各種制品，亦稱為“普通陶瓷普通陶瓷”。廣義的陶瓷。廣義的陶瓷 概念是用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機(jī)非金屬固體材料和制品的統(tǒng)稱。概念是用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機(jī)非金屬固體材料和制品的統(tǒng)稱。 o（2 2）陶瓷的分類）陶瓷的分類 o 按陶瓷的概念和用途來分類：按陶瓷的概念和用途來分類： o陶瓷制品分為兩大類，即普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）和特種陶瓷（新型陶陶瓷制品分為兩大類，即普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）和特種陶瓷（新型陶 瓷）。普通陶瓷根據(jù)其用途不同又可分為日用陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷、瓷）。

35、普通陶瓷根據(jù)其用途不同又可分為日用陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷、 化工陶瓷、化學(xué)陶瓷、電瓷及其他工業(yè)用陶瓷。特種陶瓷又可分為結(jié)化工陶瓷、化學(xué)陶瓷、電瓷及其他工業(yè)用陶瓷。特種陶瓷又可分為結(jié) 構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。 o 按坯體的物理性質(zhì)和特征分類按坯體的物理性質(zhì)和特征分類 o根據(jù)陶瓷的顏色和吸水率，普通陶瓷又可分為陶器、炻器、瓷器根據(jù)陶瓷的顏色和吸水率，普通陶瓷又可分為陶器、炻器、瓷器 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.2 4.4.2 陶瓷的原料陶瓷的原料 o陶瓷所用原料，首先是保證陶瓷制品的各結(jié)構(gòu)物的生成，其次是必陶瓷所用原料，首先是保證陶瓷制品的各結(jié)構(gòu)物的生成

36、，其次是必 須具有加工所需的各工藝性能須具有加工所需的各工藝性能.普通陶瓷所需原料可歸納為三大類，普通陶瓷所需原料可歸納為三大類， 即具有可塑性的黏土類原料、具有非可塑性的石英類原料（瘠性原即具有可塑性的黏土類原料、具有非可塑性的石英類原料（瘠性原 料）和熔劑原料。除了上述普通陶瓷所需的三大原料外，陶瓷釉料料）和熔劑原料。除了上述普通陶瓷所需的三大原料外，陶瓷釉料 還常常需用各種特殊的熔劑原料，包括采用各種化工原料。還常常需用各種特殊的熔劑原料，包括采用各種化工原料。 o4.4.2.1 4.4.2.1 可塑性原料可塑性原料 o黏土是一種或多種呈疏松或膠狀密實(shí)的含水鋁硅酸鹽礦物的混合物。黏土是一

37、種或多種呈疏松或膠狀密實(shí)的含水鋁硅酸鹽礦物的混合物。 黏土主要是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石。黏土主要是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石。 o（1 1）黏土的分類）黏土的分類 o按可塑性不同可分為以下幾種按可塑性不同可分為以下幾種高可塑性黏土；低可塑性黏土。高可塑性黏土；低可塑性黏土。 o按耐火度不同可分為以下幾類按耐火度不同可分為以下幾類耐火黏土；難熔黏土；易熔耐火黏土；難熔黏土；易熔 黏土。黏土。 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.2 4.4.2 陶瓷的原料陶瓷的原料 o4.4.2.1 4.4.2.1 可塑性原料可塑性原料 o（2 2）黏土的組成）黏土的組成 o黏土的組成

38、包括礦物組成、化學(xué)組成和顆粒組成。組成黏土的主要黏土的組成包括礦物組成、化學(xué)組成和顆粒組成。組成黏土的主要 化學(xué)成分是化學(xué)成分是SiO2、Al2O3和和H2O，還含有少量的堿金屬氧化物，還含有少量的堿金屬氧化物K2O、 Na2O，堿土金屬氧化物，堿土金屬氧化物CaO、MgO以及著色礦物以及著色礦物Fe2O3和和TiO2等。等。 o黏土是多種微細(xì)礦物的混合體，主要由黏土礦物（含水鋁硅酸鹽類黏土是多種微細(xì)礦物的混合體，主要由黏土礦物（含水鋁硅酸鹽類 礦物）組成。此外還含有石英、長石、碳酸鹽、鐵和鈦的化合物等雜礦物）組成。此外還含有石英、長石、碳酸鹽、鐵和鈦的化合物等雜 質(zhì)。黏土的主要黏土礦物可分為

39、高嶺石類、蒙脫石類和伊利石（水云質(zhì)。黏土的主要黏土礦物可分為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石（水云 母）類三種，另外還有較少見的水鋁英石。顆粒組成是指黏土中含有母）類三種，另外還有較少見的水鋁英石。顆粒組成是指黏土中含有 不同大小顆粒的百分比含量。不同大小顆粒的百分比含量。 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.2 4.4.2 陶瓷的原料陶瓷的原料 o4.4.2.1 4.4.2.1 可塑性原料可塑性原料 o（3 3）黏土的工藝性能）黏土的工藝性能 o黏土的工藝性能包括可塑性、結(jié)合性、離子交換性、觸變性、黏土的工藝性能包括可塑性、結(jié)合性、離子交換性、觸變性、 收縮性、燒結(jié)性、耐火度等。收

40、縮性、燒結(jié)性、耐火度等。 o（4 4）黏土在陶瓷中的作用）黏土在陶瓷中的作用 o黏土賦予原料以可塑性和結(jié)合性與穩(wěn)定性，從而使坯料具有良黏土賦予原料以可塑性和結(jié)合性與穩(wěn)定性，從而使坯料具有良 好的成型性，具有一定的干燥強(qiáng)度。黏土是形成陶器主體結(jié)構(gòu)和炻、好的成型性，具有一定的干燥強(qiáng)度。黏土是形成陶器主體結(jié)構(gòu)和炻、 陶器中莫來石晶體的主要來源，使陶瓷具有高的耐急冷急熱性、機(jī)陶器中莫來石晶體的主要來源，使陶瓷具有高的耐急冷急熱性、機(jī) 械強(qiáng)度和其他優(yōu)良性能。械強(qiáng)度和其他優(yōu)良性能。 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.2 4.4.2 陶瓷的原料陶瓷的原料 o4.4.2.2 4.4.2.2

41、瘠性原料瘠性原料 o為了防止坯體收縮所產(chǎn)生的缺陷，常加入無可塑性而在焙燒過程中不為了防止坯體收縮所產(chǎn)生的缺陷，常加入無可塑性而在焙燒過程中不 與可塑性物料起化學(xué)作用，并在坯體和制品中起骨架作用的原料，稱為瘠與可塑性物料起化學(xué)作用，并在坯體和制品中起骨架作用的原料，稱為瘠 性原料或非可塑性原料，如石英。性原料或非可塑性原料，如石英。 o4.4.2.3 4.4.2.3 溶劑原料溶劑原料 o最常用的熔劑原料是長石，它可以降低燒成溫度，提高陶瓷坯體的機(jī)最常用的熔劑原料是長石，它可以降低燒成溫度，提高陶瓷坯體的機(jī) 械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，促進(jìn)坯體致密，從而提高其透光度。械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，促進(jìn)坯體致密，從而

42、提高其透光度。 o4.4.2.4 4.4.2.4 其他原料其他原料 o碳酸鹽類原料在高溫下可起熔劑作用。天然腐殖質(zhì)或鋸末、糖皮、煤粉等碳酸鹽類原料在高溫下可起熔劑作用。天然腐殖質(zhì)或鋸末、糖皮、煤粉等 有機(jī)原料可提高原料的可塑性，但摻入量過多會(huì)使成品產(chǎn)生黑色熔洞。有機(jī)原料可提高原料的可塑性，但摻入量過多會(huì)使成品產(chǎn)生黑色熔洞。 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.2.5 4.4.2.5 陶瓷磚的生產(chǎn)工藝流程陶瓷磚的生產(chǎn)工藝流程 o將生產(chǎn)陶瓷磚所需的原料按一定比例配合、混合加工將生產(chǎn)陶瓷磚所需的原料按一定比例配合、混合加工 后，按一定的工藝方法成型并經(jīng)燒制而成。常用的成后，按一定的工

43、藝方法成型并經(jīng)燒制而成。常用的成 型方法有兩種：一種是半干壓法成型，另一種方法是型方法有兩種：一種是半干壓法成型，另一種方法是 澆注法。焙燒陶瓷磚的窯爐常用輥道窯、隧道窯。澆注法。焙燒陶瓷磚的窯爐常用輥道窯、隧道窯。 圖圖4-5 4-5 半干法成型的陶瓷磚生產(chǎn)工藝半干法成型的陶瓷磚生產(chǎn)工藝 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.3 4.4.3 陶瓷的裝飾陶瓷的裝飾 o4.4.3.1 4.4.3.1 釉釉 o （1 1）釉的定義和作用）釉的定義和作用 o釉是指覆蓋在陶瓷坯體表面上的一層連續(xù)的薄薄的玻璃釉是指覆蓋在陶瓷坯體表面上的一層連續(xù)的薄薄的玻璃 態(tài)物質(zhì)。釉的作用在于改善陶瓷制品

44、的表面性能，其次可以態(tài)物質(zhì)。釉的作用在于改善陶瓷制品的表面性能，其次可以 提高制品的機(jī)械強(qiáng)度、電光性能、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。提高制品的機(jī)械強(qiáng)度、電光性能、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。 釉還對(duì)坯體起裝飾作用。釉還對(duì)坯體起裝飾作用。 o（2 2）釉的原料及分類）釉的原料及分類 o制釉原料分天然礦物原料和化工原料及輔助原料。天然礦物制釉原料分天然礦物原料和化工原料及輔助原料。天然礦物 原料主要有長石、高嶺土、滑石、石灰、含鋰礦物、含硼礦原料主要有長石、高嶺土、滑石、石灰、含鋰礦物、含硼礦 物等?；ぴ现饕信鹕?、硝酸鈉、鉛丹、碳酸鈣、氟硅物等?；ぴ现饕信鹕?、硝酸鈉、鉛丹、碳酸鈣、氟硅 酸鈉等。輔

45、助原料中有乳濁劑、著色劑和懸浮劑酸鈉等。輔助原料中有乳濁劑、著色劑和懸浮劑 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o釉的分類釉的分類 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o（3 3）釉的性質(zhì)和技術(shù)性能）釉的性質(zhì)和技術(shù)性能 o釉的性質(zhì)和技術(shù)性能主要體現(xiàn)在：釉的性質(zhì)和技術(shù)性能主要體現(xiàn)在： o 釉料能在坯體燒結(jié)溫度下成熟，一般要求釉的成熟溫釉料能在坯體燒結(jié)溫度下成熟，一般要求釉的成熟溫 度略低于坯體燒成溫度。度略低于坯體燒成溫度。 o 釉料要求與坯體牢固地結(jié)合，其熱膨脹系數(shù)稍小于坯釉料要求與坯體牢固地結(jié)合，其熱膨脹系數(shù)稍小于坯 體的熱膨脹系數(shù)。體的熱膨脹系數(shù)。 o 釉料經(jīng)高溫熔化后，應(yīng)具有

46、適當(dāng)?shù)恼扯群捅砻鎻埩τ粤辖?jīng)高溫熔化后，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯群捅砻鎻埩?o 釉層質(zhì)地應(yīng)堅(jiān)硬、耐磕碰、不易磨損。釉層質(zhì)地應(yīng)堅(jiān)硬、耐磕碰、不易磨損。 4.4 4.4 工程裝飾陶瓷工程裝飾陶瓷 o4.4.3 4.4.3 陶瓷的裝飾陶瓷的裝飾 o4.4.3.2 4.4.3.2 彩料裝飾彩料裝飾 o彩料裝飾技術(shù)可分為針對(duì)釉和坯的兩類裝飾，其裝飾方法有釉上裝飾、彩料裝飾技術(shù)可分為針對(duì)釉和坯的兩類裝飾，其裝飾方法有釉上裝飾、 釉下裝飾、釉中裝飾、釉層裝飾和坯體裝飾。釉下裝飾、釉中裝飾、釉層裝飾和坯體裝飾。 o（1 1）釉上裝飾：）釉上裝飾：是指利用低溫釉上彩料在釉燒制品的表面，通過各種是指利用低溫釉上彩料在釉燒制

47、品的表面，通過各種 裝飾技法進(jìn)行裝飾，再在燒花窯或棱式窯中于裝飾技法進(jìn)行裝飾，再在燒花窯或棱式窯中于600600850850烤燒的一種烤燒的一種 裝飾方法。裝飾方法。 o（2 2）釉下裝飾：）釉下裝飾：是指利用釉下彩料通過各種裝飾技法在生坯或素坯上是指利用釉下彩料通過各種裝飾技法在生坯或素坯上 進(jìn)行裝飾，然后覆蓋上透明釉或半透明釉，再經(jīng)高溫?zé)贫?。進(jìn)行裝飾，然后覆蓋上透明釉或半透明釉，再經(jīng)高溫?zé)贫伞?o（3 3）釉中裝飾：）釉中裝飾：是指采用高溫快燒釉中彩料裝飾在釉燒制品的表面，是指采用高溫快燒釉中彩料裝飾在釉燒制品的表面， 在低于釉燒溫度下進(jìn)行烤燒（高溫快燒），制品表面軟化熔融，彩料在

48、低于釉燒溫度下進(jìn)行烤燒（高溫快燒），制品表面軟化熔融，彩料 滲透到釉層表面里，冷卻后釉面封閉，形成滲透到釉層表面里，冷卻后釉面封閉，形成“釉中彩釉中彩”。 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 o4.5.1 4.5.1 陶瓷的機(jī)械加工方法陶瓷的機(jī)械加工方法 o4.5.1.1 4.5.1.1 陶瓷加工的特點(diǎn)陶瓷加工的特點(diǎn) o陶瓷加工的特點(diǎn)主要有：陶瓷加工的特點(diǎn)主要有： o 陶瓷都有尺寸和表面精度要求，但由于燒結(jié)收縮率大，陶瓷都有尺寸和表面精度要求，但由于燒結(jié)收縮率大， 無法保證燒結(jié)后瓷體尺寸的精確度，因此燒結(jié)后需要再加無法保證燒結(jié)后瓷體尺寸的精確度，因此燒結(jié)后需要再加

49、 工；工； o 陶瓷材料有高硬度、高強(qiáng)度、脆性大的特性，屬于難陶瓷材料有高硬度、高強(qiáng)度、脆性大的特性，屬于難 加工材料。加工材料。 陶瓷材料的加工方法陶瓷材料的加工方法 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 4.5.1.2 4.5.1.2 陶瓷的切削加工陶瓷的切削加工 o（1 1）陶瓷材料的切削加工特點(diǎn)）陶瓷材料的切削加工特點(diǎn) o 陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，對(duì)于一般工程陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，對(duì)于一般工程 陶瓷的切削，只有超硬刀具材料才能夠勝任；陶瓷的切削，只有超硬刀具材料才能夠勝任； 陶瓷陶瓷 材料是典型的硬脆材料；材料是典型的硬脆材料； 陶瓷材料的

50、切削特性由于陶瓷材料的切削特性由于 材料種類、制備工藝不同而有很大差別。材料種類、制備工藝不同而有很大差別。 o（2 2）陶瓷材料的切削加工）陶瓷材料的切削加工 o 選擇切削性能優(yōu)良的新型切削刀具；選擇切削性能優(yōu)良的新型切削刀具； 選擇合適的選擇合適的 刀具幾何參數(shù)；刀具幾何參數(shù)； 切削用量的選擇；切削用量的選擇； 設(shè)計(jì)的專用夾設(shè)計(jì)的專用夾 具、緩沖震動(dòng)、施冷卻潤滑。具、緩沖震動(dòng)、施冷卻潤滑。 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 （3 3）陶瓷的機(jī)械磨削加工）陶瓷的機(jī)械磨削加工 o磨削加工機(jī)理主要有：磨削加工機(jī)理主要有： o 材料脆性剝離是通過空隙和裂紋的形成或延

51、展、剝落及碎材料脆性剝離是通過空隙和裂紋的形成或延展、剝落及碎 裂等方式來完成的；裂等方式來完成的； o 在晶粒去除過程中，材料是以整個(gè)晶粒從工件表面上脫落在晶粒去除過程中，材料是以整個(gè)晶粒從工件表面上脫落 的方式被去除的；的方式被去除的； o 陶瓷和金屬的磨削過程模型如右圖。金屬材料依靠剪切作陶瓷和金屬的磨削過程模型如右圖。金屬材料依靠剪切作 用產(chǎn)生帶狀或接近帶狀的切屑，而磨削陶瓷時(shí)，材料內(nèi)部先用產(chǎn)生帶狀或接近帶狀的切屑，而磨削陶瓷時(shí)，材料內(nèi)部先 產(chǎn)生裂紋，隨著應(yīng)力的增加，間斷裂紋的逐漸增大，連接，產(chǎn)生裂紋，隨著應(yīng)力的增加，間斷裂紋的逐漸增大，連接， 從而形成局部剝落。從而形成局部剝落。 4

52、.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 （4 4）磨削加工技術(shù)）磨削加工技術(shù) o 砂輪和磨料的選擇；砂輪和磨料的選擇； o 磨削工藝及條件的選擇：磨削工藝及條件的選擇： oa.a.砂輪磨削速度；砂輪磨削速度； ob.b.工件給進(jìn)速度；工件給進(jìn)速度； oc.-c.-冷卻液的選擇；冷卻液的選擇； od.d.磨削深度；磨削深度； oe.e.磨削方式、方向及機(jī)床剛性。磨削方式、方向及機(jī)床剛性。 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 4.5.1.3 4.5.1.3 陶瓷的研磨、拋光加工陶瓷的研磨、拋光加工 （1 1）陶瓷的研磨（）陶瓷的研磨（grind

53、inggrinding） 研磨加工是利用涂敷或壓嵌游離磨粒與研磨劑的混合物在一定研磨加工是利用涂敷或壓嵌游離磨粒與研磨劑的混合物在一定 剛性的軟質(zhì)研具上，研具與工件向磨粒施加一定壓力，磨粒作剛性的軟質(zhì)研具上，研具與工件向磨粒施加一定壓力，磨粒作 滾動(dòng)與滑動(dòng)，從被研磨工件上去除極薄的余量，以提高工件的滾動(dòng)與滑動(dòng)，從被研磨工件上去除極薄的余量，以提高工件的 精度和降低表面粗糙度的加工方法。精度和降低表面粗糙度的加工方法。 研磨過程材料剝離的機(jī)理主要是以滾碾破碎為主。磨粒越粗，研磨過程材料剝離的機(jī)理主要是以滾碾破碎為主。磨粒越粗， 材料剝離率越大，研磨效率越高，但表面粗糙度增大；磨粒硬材料剝離率越大

54、，研磨效率越高，但表面粗糙度增大；磨粒硬 度越高，研磨效率越高，但卻容易使球面出現(xiàn)機(jī)械損傷，導(dǎo)致度越高，研磨效率越高，但卻容易使球面出現(xiàn)機(jī)械損傷，導(dǎo)致 表面粗糙度相對(duì)較低。表面粗糙度相對(duì)較低。 研磨工程陶瓷用的磨料一般采用金剛石粉，磨料粒度范圍為研磨工程陶瓷用的磨料一般采用金剛石粉，磨料粒度范圍為 250600目，冷卻液可選用煤油或機(jī)油。但對(duì)于較大尺寸的制目，冷卻液可選用煤油或機(jī)油。但對(duì)于較大尺寸的制 品，不適合采用端面研磨機(jī)加工，通常采用研磨砂布進(jìn)行加工。品，不適合采用端面研磨機(jī)加工，通常采用研磨砂布進(jìn)行加工。 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 4.5.1.3

55、 4.5.1.3 陶瓷的研磨、拋光加工陶瓷的研磨、拋光加工 （2 2）陶瓷的拋光）陶瓷的拋光 拋光是使用微細(xì)磨粒彈塑性的拋光機(jī)對(duì)工件表面進(jìn)行摩擦拋光是使用微細(xì)磨粒彈塑性的拋光機(jī)對(duì)工件表面進(jìn)行摩擦 使工件表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)，生成細(xì)微的切屑，材料的剝離使工件表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)，生成細(xì)微的切屑，材料的剝離 基本上是在彈性的范圍內(nèi)進(jìn)行。基本上是在彈性的范圍內(nèi)進(jìn)行。 拋光的方法：一般的拋光使用軟質(zhì)、富于彈性或粘彈性的拋光的方法：一般的拋光使用軟質(zhì)、富于彈性或粘彈性的 材料和微粉磨料。材料和微粉磨料。 拋光加工的用途：它是制備許多精密零件如硅芯片、集成拋光加工的用途：它是制備許多精密零件如硅芯片、集成 電路基

56、板、精密機(jī)電零件等的重要工藝。電路基板、精密機(jī)電零件等的重要工藝。 拋光時(shí)在加工面上產(chǎn)生的凹凸，或加工變質(zhì)層極薄，所以拋光時(shí)在加工面上產(chǎn)生的凹凸，或加工變質(zhì)層極薄，所以 尺寸形狀精度和表面粗糙度比研磨高。尺寸形狀精度和表面粗糙度比研磨高。 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 4.5.2 4.5.2 陶瓷的特種加工技術(shù)陶瓷的特種加工技術(shù) （1 1）電火花加工）電火花加工 電火花加工的原理是基于工件和工具（正、負(fù)電極）之間電火花加工的原理是基于工件和工具（正、負(fù)電極）之間 脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達(dá)脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，

57、以達(dá) 到對(duì)零件的尺寸、形狀以及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。到對(duì)零件的尺寸、形狀以及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。 電火花加工必須具備以下幾個(gè)條件：電火花加工必須具備以下幾個(gè)條件： 放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電。放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電。 火花放電必須在有較高絕緣強(qiáng)度的介質(zhì)中進(jìn)行?；鸹ǚ烹姳仨氃谟休^高絕緣強(qiáng)度的介質(zhì)中進(jìn)行。 要有足夠的放電強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)金屬局部的熔化和氣化。要有足夠的放電強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)金屬局部的熔化和氣化。 工具電極與工件被加工表面之間要始終保持一定的放電工具電極與工件被加工表面之間要始終保持一定的放電 間隙。間隙。 4-10 放電間隙示意圖放電間隙示意圖 圖圖4-11 電火花加工示意圖電火花

58、加工示意圖 圖圖4-12 高速電火花高速電火花 穿孔機(jī)原理示意圖穿孔機(jī)原理示意圖 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 4.5.2 4.5.2 陶瓷的特種加工技術(shù)陶瓷的特種加工技術(shù) （2 2）電子束加工）電子束加工 電子束加工是在真空的條件下，利用聚焦后能量密度極高電子束加工是在真空的條件下，利用聚焦后能量密度極高 （106109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表 面極小的面積上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其面極小的面積上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其 能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊的大部分的工件材料能量

59、的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊的大部分的工件材料 達(dá)到數(shù)千度以上的高溫，從而引起材料的局部融化或氣化。達(dá)到數(shù)千度以上的高溫，從而引起材料的局部融化或氣化。 電子束加工的特點(diǎn)是電子束加工的特點(diǎn)是： 工件變形小、效率高、清潔；工件變形小、效率高、清潔； 制制 備電子束能量密度的大小與能量注入時(shí)間需達(dá)到熱處理、備電子束能量密度的大小與能量注入時(shí)間需達(dá)到熱處理、 焊接、打孔、切割等加工目的；焊接、打孔、切割等加工目的； 光刻加工。光刻加工。 圖圖4-13 電子束加工工作原理示意圖電子束加工工作原理示意圖 4.5 4.5 陶瓷工程材料的加工及改性陶瓷工程材料的加工及改性 4.5.2 4.5.2 陶瓷的特種

60、加工技術(shù)陶瓷的特種加工技術(shù) （3 3）激光加工）激光加工 激光加工原理：激光加工原理：激光加工是利用能量密度極高的激激光加工是利用能量密度極高的激 光束照射到被加工陶瓷工件表面上，工件局部表面吸光束照射到被加工陶瓷工件表面上，工件局部表面吸 收激光能量，使自身溫度上升，從而能夠改變工件表收激光能量，使自身溫度上升，從而能夠改變工件表 面的結(jié)構(gòu)和性能，甚至造成不可逆的破壞。材料在高面的結(jié)構(gòu)和性能，甚至造成不可逆的破壞。材料在高 溫、熔融、汽化和沖擊波的作用下被蝕除，從而進(jìn)行溫、熔融、汽化和沖擊波的作用下被蝕除，從而進(jìn)行 打孔、畫線、切割以及表面處理等加工。打孔、畫線、切割以及表面處理等加工。 4