材料科學(xué)概論第四章無機(jī)非金屬材料

1、第四章第四章 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 什么叫無機(jī)非金屬材料？什么叫無機(jī)非金屬材料？ 有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的固體材料有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的固體材料 都屬于無機(jī)非金屬材料，范圍很廣。都屬于無機(jī)非金屬材料，范圍很廣。 無機(jī)非金屬材料的品種和名目及其繁多，用無機(jī)非金屬材料的品種和名目及其繁多，用 途各異，目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一而完善的分類方法。途各異，目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一而完善的分類方法。 u普通的（傳統(tǒng)的）無機(jī)非金屬材料普通的（傳統(tǒng)的）無機(jī)非金屬材料 u先進(jìn)的（新型的）無機(jī)非金屬材料先進(jìn)的（新型的）無機(jī)非金屬材料 u普通的無機(jī)非金屬材料：普通的無機(jī)非金屬材料：是工業(yè)和基本建設(shè)是工業(yè)和

2、基本建設(shè) 所必需的基礎(chǔ)材料。如水泥、玻璃和陶瓷等。所必需的基礎(chǔ)材料。如水泥、玻璃和陶瓷等。 產(chǎn)量大，用途廣。產(chǎn)量大，用途廣。 u先進(jìn)的無機(jī)非金屬材料：先進(jìn)的無機(jī)非金屬材料：是是2020世紀(jì)中期以后世紀(jì)中期以后 發(fā)展起來的具有特殊性能和用途的材料，是發(fā)展起來的具有特殊性能和用途的材料，是 現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、 現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代國防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。 主要有先進(jìn)陶瓷、無機(jī)涂層和無機(jī)纖維等。主要有先進(jìn)陶瓷、無機(jī)涂層和無機(jī)纖維等。 4.14.1 陶瓷概論陶瓷概論 什么叫做陶？什么叫做陶？ 什么叫做瓷？什么

3、叫做瓷？ 陶器陶器 陶器陶器 陶器陶器 元代元代 一、陶瓷材料的分類一、陶瓷材料的分類 唐山骨質(zhì)瓷茶器唐山骨質(zhì)瓷茶器 建筑衛(wèi)生陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷 電瓷電瓷 二、陶瓷材料的結(jié)合鍵二、陶瓷材料的結(jié)合鍵 共價(jià)鍵共價(jià)鍵特特點(diǎn)：點(diǎn)：結(jié)合力很大，具有方向性結(jié)合力很大，具有方向性 和飽和性。共價(jià)晶體強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)和飽和性。共價(jià)晶體強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn) 高、但是脆性大、無延展性，受熱膨脹小。高、但是脆性大、無延展性，受熱膨脹小。 離子鍵離子鍵特特點(diǎn)：點(diǎn)：結(jié)合力是正、負(fù)離子間的結(jié)合力是正、負(fù)離子間的 靜電作用力，沒有方向性。離子晶體強(qiáng)度高、靜電作用力，沒有方向性。離子晶體強(qiáng)度高、 硬度高、熔點(diǎn)高，但是脆性大

4、、無延展性，硬度高、熔點(diǎn)高，但是脆性大、無延展性， 受熱膨脹小，且完整晶體多為透明。受熱膨脹小，且完整晶體多為透明。 三、陶瓷材料的相組成及其結(jié)構(gòu)三、陶瓷材料的相組成及其結(jié)構(gòu) 陶瓷包括三種相：陶瓷包括三種相：晶體相、玻璃、氣相晶體相、玻璃、氣相 1. 1. 晶體相晶體相 是陶瓷的主要組成相。有硅酸鹽、氧是陶瓷的主要組成相。有硅酸鹽、氧化物和化物和 非氧化合物等非氧化合物等。其結(jié)構(gòu)、形態(tài)。數(shù)量及分布決定。其結(jié)構(gòu)、形態(tài)。數(shù)量及分布決定 陶瓷的主要性能和應(yīng)用。陶瓷的主要性能和應(yīng)用。 陶瓷常為多晶，可分為主晶相、次晶相及第陶瓷常為多晶，可分為主晶相、次晶相及第 三相，陶瓷的性能主要取決于主晶相。三相，

5、陶瓷的性能主要取決于主晶相。 (1) (1) 硅酸鹽硅酸鹽 是普通陶是普通陶瓷的主要原料，結(jié)合鍵為離子鍵與瓷的主要原料，結(jié)合鍵為離子鍵與 共價(jià)鍵的混合鍵。共價(jià)鍵的混合鍵。 構(gòu)成硅酸鹽的基本單元是硅氧四面體。構(gòu)成硅酸鹽的基本單元是硅氧四面體。 (2) (2) 氧化物氧化物 離子鍵結(jié)合離子鍵結(jié)合, ,也有共價(jià)鍵結(jié)合。也有共價(jià)鍵結(jié)合。 氧離子作緊密立方或緊密六方排列；氧離子作緊密立方或緊密六方排列； 金屬離子規(guī)則地分布在四面體和八面體的金屬離子規(guī)則地分布在四面體和八面體的 間隙之中。間隙之中。 MgOMgOAlAl2 2O O3 3 (3) (3) 非氧化合物非氧化合物 金屬碳化物：金屬碳化物：共價(jià)

6、鍵和金屬鍵之間共價(jià)鍵和金屬鍵之間 的過渡鍵的過渡鍵, , 以共價(jià)鍵為主。以共價(jià)鍵為主。 間隙相：如間隙相：如TiCTiC、ZrCZrC、VCVC等；等； 復(fù)雜碳化物：復(fù)雜碳化物：FeFe3 3C C、MnMn3 3C C、CrCr3 3C C2 2, , CrCr23 23C C6 6、 、WCWC、CrCr7 7C C3 3等。等。 TiCTiC 碳化物是一種耐高碳化物是一種耐高 溫材料，具有很高的硬溫材料，具有很高的硬 度。度。 氮化物：氮化物：金屬性弱些金屬性弱些, , 有一定的離子鍵。有一定的離子鍵。 如六方晶格如六方晶格BNBN，六方晶系的，六方晶系的SiSi3 3N N4 4、Al

7、NAlN。高溫強(qiáng)。高溫強(qiáng) 度好，耐熱沖擊好，抗氧化能力強(qiáng)，是很有前途度好，耐熱沖擊好，抗氧化能力強(qiáng)，是很有前途 的耐熱結(jié)構(gòu)材料。的耐熱結(jié)構(gòu)材料。 硼化物和硅化物：硼化物和硅化物：較強(qiáng)的共價(jià)健，連成鏈、較強(qiáng)的共價(jià)健，連成鏈、 網(wǎng)和骨架，構(gòu)成獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元?？垢邷亍⒛透g。網(wǎng)和骨架，構(gòu)成獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元。抗高溫、耐腐蝕。 BNBN 非氧化物是非氧化物是特特 種陶瓷種陶瓷的主要組成的主要組成 和晶體相。和晶體相。 v陶瓷中的晶體類型和復(fù)雜程度超過金屬晶體。陶瓷中的晶體類型和復(fù)雜程度超過金屬晶體。 v陶瓷晶體中也存在各種缺陷：陶瓷晶體中也存在各種缺陷： 缺陷缺陷 u點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷如空位、缺陷等，間隙化合物就是

8、一如空位、缺陷等，間隙化合物就是一 種種點(diǎn)缺陷的晶體，它是陶瓷的基本組成相。點(diǎn)缺陷的晶體，它是陶瓷的基本組成相。 u線缺陷線缺陷如各種位錯(cuò)，陶瓷的斷裂與位錯(cuò)為運(yùn)如各種位錯(cuò)，陶瓷的斷裂與位錯(cuò)為運(yùn) 動(dòng)有關(guān)。位錯(cuò)在陶瓷材料中的作用遠(yuǎn)不如在金動(dòng)有關(guān)。位錯(cuò)在陶瓷材料中的作用遠(yuǎn)不如在金 屬材料中重要。（屬材料中重要。（P60） u面缺陷面缺陷如晶界、亞晶界等，晶粒越小，晶界如晶界、亞晶界等，晶粒越小，晶界 越多，裂紋擴(kuò)展阻力越大，可改善材料韌性。越多，裂紋擴(kuò)展阻力越大，可改善材料韌性。 2. 2. 玻璃相玻璃相 玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則的組成部分，其 結(jié)構(gòu)如同玻璃。 (1) (1) 玻璃相作用玻璃相作

9、用 粘連晶體相，填充晶體相間空隙，提高材料粘連晶體相，填充晶體相間空隙，提高材料 致密度；致密度； 降低燒成溫度，加快燒結(jié)；降低燒成溫度，加快燒結(jié)； 阻止晶體轉(zhuǎn)變，抑制其長大；阻止晶體轉(zhuǎn)變，抑制其長大； 獲得透光性等玻璃特性；獲得透光性等玻璃特性； 但是但是，對陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度、介電性能、耐熱耐，對陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度、介電性能、耐熱耐 火性等不利。因此，不能成為陶瓷的主導(dǎo)組成部分，火性等不利。因此，不能成為陶瓷的主導(dǎo)組成部分， 一般含量在一般含量在20%-40%20%-40%。 (2) (2) 玻璃相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)玻璃相結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物組成。玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物組成。 硅

10、硅氧四面體組成不規(guī)則的空間網(wǎng)氧四面體組成不規(guī)則的空間網(wǎng), , 形成玻璃的形成玻璃的 骨架。骨架。 石英玻璃石英玻璃 石英晶體石英晶體鈉硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)鈉硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu) 冷卻速度快和粘度大是玻璃相形成的兩個(gè)條件。冷卻速度快和粘度大是玻璃相形成的兩個(gè)條件。 3. 3. 氣相氣相 陶瓷內(nèi)部殘留的孔洞。陶瓷內(nèi)部殘留的孔洞。 根據(jù)氣孔情況，陶瓷分致密陶瓷、無開孔根據(jù)氣孔情況，陶瓷分致密陶瓷、無開孔 陶瓷和多孔陶瓷。陶瓷和多孔陶瓷。 氣孔降低陶瓷的強(qiáng)度，造成裂紋的根源。氣孔降低陶瓷的強(qiáng)度，造成裂紋的根源。 盡量使其含量降低。盡量使其含量降低。 多孔陶瓷隔熱性能好。多孔陶瓷隔熱性能好。 普通陶瓷普通陶瓷的

11、氣孔率為的氣孔率為5%5%10%10%； 特種陶瓷特種陶瓷的在的在5%5%以下；以下； 金屬陶瓷金屬陶瓷則要求低于則要求低于0.5%0.5%。 白色相為晶相，深灰相為玻璃相，白色相為晶相，深灰相為玻璃相， 黑色相為氣孔（黑色相為氣孔（ 1500） 四、陶瓷材料的性能四、陶瓷材料的性能 4.1 陶瓷的力學(xué)性能 1. 1. 剛度剛度 陶瓷剛度（由彈性模量衡量）在各類材料中陶瓷剛度（由彈性模量衡量）在各類材料中 最高。因?yàn)樘沾删哂泻軓?qiáng)的結(jié)合鍵。最高。因?yàn)樘沾删哂泻軓?qiáng)的結(jié)合鍵。 各種常見材料的彈性模量和硬度各種常見材料的彈性模量和硬度 材料材料彈性模量彈性模量/MPa硬度硬度/HV 橡膠橡膠6.9很低

12、很低 塑料塑料138017 鋁合金鋁合金72300170 鋼鋼207000300800 碳化鈦碳化鈦3900003000 金剛石金剛石1171000600010000 2. 2. 硬度硬度 陶瓷硬度是各類材料中最高的，因其結(jié)陶瓷硬度是各類材料中最高的，因其結(jié) 合鍵強(qiáng)度高。合鍵強(qiáng)度高。 陶瓷硬度為陶瓷硬度為1000 HV1000 HV5000 HV5000 HV； 淬火鋼為淬火鋼為 500 HV500 HV 800 HV800 HV； 高聚物硬度不超過高聚物硬度不超過20 HV20 HV。 陶瓷的硬度隨溫度的升高而降低陶瓷的硬度隨溫度的升高而降低, , 但在但在 高溫下仍有較高的數(shù)值。高溫下仍有

13、較高的數(shù)值。 3. 3. 強(qiáng)度強(qiáng)度 晶界使陶瓷實(shí)際強(qiáng)度比理論值低得多晶界使陶瓷實(shí)際強(qiáng)度比理論值低得多 （1/10001/10001/1001/100）。）。 晶界上有晶粒間的局部分離或空隙；晶界上有晶粒間的局部分離或空隙； 晶界上原子間鍵被拉長晶界上原子間鍵被拉長, , 鍵強(qiáng)度被削弱；鍵強(qiáng)度被削弱； 相同電荷離子的靠近產(chǎn)生斥力相同電荷離子的靠近產(chǎn)生斥力, , 會造成裂縫。會造成裂縫。 陶瓷的晶界結(jié)構(gòu)陶瓷的晶界結(jié)構(gòu) 致密度、雜質(zhì)和各種缺陷影響陶瓷實(shí)際強(qiáng)度。致密度、雜質(zhì)和各種缺陷影響陶瓷實(shí)際強(qiáng)度。 剛玉（剛玉（AlAl2 2O O3 3）陶瓷塊抗拉強(qiáng)度為）陶瓷塊抗拉強(qiáng)度為280 MPa280 MP

14、a。 剛玉陶瓷纖維（缺陷少），抗拉強(qiáng)度為剛玉陶瓷纖維（缺陷少），抗拉強(qiáng)度為 2100 MPa2100 MPa，提高，提高1 12 2個(gè)數(shù)量級。個(gè)數(shù)量級。 陶瓷強(qiáng)度對應(yīng)力狀態(tài)特別敏感：陶瓷強(qiáng)度對應(yīng)力狀態(tài)特別敏感： 抗拉強(qiáng)度很低抗拉強(qiáng)度很低 抗彎強(qiáng)度較高抗彎強(qiáng)度較高 抗壓強(qiáng)度很高抗壓強(qiáng)度很高 陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強(qiáng)度，高溫陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強(qiáng)度，高溫 蠕變能力強(qiáng)，具有很高的抗氧化性，適合做高溫材料。蠕變能力強(qiáng)，具有很高的抗氧化性，適合做高溫材料。 4. 4. 塑性塑性 陶瓷在室溫下幾乎沒有塑性。陶瓷在室溫下幾乎沒有塑性。 由于由于，陶瓷晶體，陶瓷晶體滑移系很少滑移系很

15、少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 所需切應(yīng)力很大；所需切應(yīng)力很大； 共價(jià)鍵有明顯的共價(jià)鍵有明顯的方向性和飽和性方向性和飽和性，離子，離子 鍵的同號離子接近時(shí)鍵的同號離子接近時(shí)斥力很大斥力很大，滑移非常困，滑移非常困 難；難； 但是，在高溫慢速加載，特別是組織中但是，在高溫慢速加載，特別是組織中 存在玻璃相時(shí)，陶瓷也表現(xiàn)出一定的塑性。存在玻璃相時(shí)，陶瓷也表現(xiàn)出一定的塑性。 5. 5. 韌性或脆性韌性或脆性 (1) (1) 陶瓷是典型的脆性材料陶瓷是典型的脆性材料 沖擊韌性沖擊韌性10 kJ/m10 kJ/m2 2以下以下, , 斷裂韌性值很低。斷裂韌性值很低。 (2) (2) 對表面狀態(tài)特別敏感對表面狀態(tài)

16、特別敏感 表面細(xì)微裂紋，受載時(shí)裂紋很快擴(kuò)展。表面細(xì)微裂紋，受載時(shí)裂紋很快擴(kuò)展。 改善陶瓷韌性的方法：改善陶瓷韌性的方法： （P62P62） 消除陶瓷表面的微裂紋。消除陶瓷表面的微裂紋。 預(yù)防陶瓷中產(chǎn)生缺陷。預(yù)防陶瓷中產(chǎn)生缺陷。 4.2 陶瓷的物理性能和化學(xué)性能 1. 1. 熱膨脹性能熱膨脹性能 陶瓷的熱膨脹系數(shù)陶瓷的熱膨脹系數(shù)很低很低。比高聚物低，比金屬更。比高聚物低，比金屬更 低。低。 材料熱膨脹系數(shù)的大小與材料熱膨脹系數(shù)的大小與晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)和和結(jié)合鍵強(qiáng)度結(jié)合鍵強(qiáng)度相關(guān)。相關(guān)。 2.2. 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 陶瓷的熱傳導(dǎo)主要依靠原子的熱振動(dòng)來完成。陶陶瓷的熱傳導(dǎo)主要依靠原子的熱振動(dòng)來完成。陶

17、瓷無自由電子傳熱，瓷無自由電子傳熱，導(dǎo)熱性很低導(dǎo)熱性很低。較好。較好絕熱材料絕熱材料。 3. 3. 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性就是抗熱震性，熱穩(wěn)定性就是抗熱震性， 一般用試樣急冷到水中一般用試樣急冷到水中 不破裂所能承受的最高溫度來表達(dá)。不破裂所能承受的最高溫度來表達(dá)。 陶瓷熱穩(wěn)定性陶瓷熱穩(wěn)定性很低很低（比金屬低得多），常常在受（比金屬低得多），常常在受 熱沖擊時(shí)破壞。熱沖擊時(shí)破壞。 4. 4. 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 多數(shù)陶瓷是良好的絕緣體；不少陶瓷有一定的多數(shù)陶瓷是良好的絕緣體；不少陶瓷有一定的 導(dǎo)電性；許多氧化物（導(dǎo)電性；許多氧化物（ZnOZnO、NiONiO、FeFe3 3O O4 4）是重要）

18、是重要 的半導(dǎo)體材料。的半導(dǎo)體材料。 5. 5. 化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。不但在室溫下不會氧化，甚至結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。不但在室溫下不會氧化，甚至 在在10001000以上的高溫也不會氧化，具有很好的耐火以上的高溫也不會氧化，具有很好的耐火 性能或不可燃燒性能性能或不可燃燒性能 對酸、堿、鹽等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的對酸、堿、鹽等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的 抵抗能力。與許多金屬的熔體也不發(fā)生作用。抵抗能力。與許多金屬的熔體也不發(fā)生作用。 化學(xué)穩(wěn)定性很好。化學(xué)穩(wěn)定性很好。 總結(jié)總結(jié) 陶瓷材料具有高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高陶瓷材料具有高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高 的硬度和良好的抗壓能力。的硬

19、度和良好的抗壓能力。 但脆性很高，溫度急變抗力很低，抗拉性能但脆性很高，溫度急變抗力很低，抗拉性能 差。差。 4.24.2 普通陶瓷材料普通陶瓷材料 生產(chǎn)工藝過程生產(chǎn)工藝過程 燒結(jié)過程：目的是通過一系列物理化學(xué)變化，目的是通過一系列物理化學(xué)變化， 去除坯內(nèi)所含有溶劑、黏結(jié)劑、塑化劑等，減少去除坯內(nèi)所含有溶劑、黏結(jié)劑、塑化劑等，減少 坯體中的氣孔，增強(qiáng)顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度。坯體中的氣孔，增強(qiáng)顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度。 v蒸發(fā)階段（室溫蒸發(fā)階段（室溫-300-300）：）：脫水脫水 v氧化物分解和晶型轉(zhuǎn)化階段（氧化物分解和晶型轉(zhuǎn)化階段（300-950300-950）：）：發(fā)發(fā) 生物理化學(xué)反應(yīng)，包括黏土脫水；有

20、機(jī)物、無生物理化學(xué)反應(yīng)，包括黏土脫水；有機(jī)物、無 機(jī)物氧化；碳酸鹽等分解；石英的晶型轉(zhuǎn)變。機(jī)物氧化；碳酸鹽等分解；石英的晶型轉(zhuǎn)變。 v?；纱善冢ú；纱善冢?50-950-燒成溫度）：燒成溫度）：燒成階段燒成階段 v冷卻階段（燒成溫度冷卻階段（燒成溫度- -室溫）室溫） 陶瓷的質(zhì)量取決于原料的純度、細(xì)度，陶瓷的質(zhì)量取決于原料的純度、細(xì)度， 坯料的均勻性，成形密度，燒結(jié)溫度和窯內(nèi)坯料的均勻性，成形密度，燒結(jié)溫度和窯內(nèi) 氣氛，冷卻速度等氣氛，冷卻速度等。 4.34.3 結(jié)構(gòu)陶瓷材料結(jié)構(gòu)陶瓷材料 一、特種陶瓷與普通陶瓷的區(qū)別一、特種陶瓷與普通陶瓷的區(qū)別 二、常見結(jié)構(gòu)陶瓷材料二、常見結(jié)構(gòu)陶瓷材料 氧

21、化鋁制品和一般高熔點(diǎn)氧化物氧化鋁制品和一般高熔點(diǎn)氧化物 制品在燒成過程中不出現(xiàn)液相，制品在燒成過程中不出現(xiàn)液相， 是通過固相反應(yīng)來燒結(jié)的。是通過固相反應(yīng)來燒結(jié)的。 氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷 熔點(diǎn)在熔點(diǎn)在2700以上，耐以上，耐2300高溫，推高溫，推 薦使用溫度薦使用溫度20002200； 能抗熔融金屬的能抗熔融金屬的浸蝕浸蝕，做鉑、鍺等金屬的，做鉑、鍺等金屬的 冶煉坩堝和冶煉坩堝和1800以上的發(fā)熱體及爐子、反應(yīng)以上的發(fā)熱體及爐子、反應(yīng) 堆絕熱材料等；堆絕熱材料等； 氧化鋯作添加劑可氧化鋯作添加劑可提高陶瓷材料的強(qiáng)度和提高陶瓷材料的強(qiáng)度和 韌性韌性。氧化鋯增韌陶瓷可制造模具、拉絲模、。氧化鋯增韌

22、陶瓷可制造模具、拉絲模、 泵葉輪和汽車零件如凸輪、推桿、連桿等。泵葉輪和汽車零件如凸輪、推桿、連桿等。 v增韌原理增韌原理：氧化鋯顆粒彌散在其他陶瓷相：氧化鋯顆粒彌散在其他陶瓷相 中，由于兩者的膨脹系數(shù)不同，成型后中，由于兩者的膨脹系數(shù)不同，成型后 ZrO2顆粒周圍有不同的受力狀況，當(dāng)材料顆粒周圍有不同的受力狀況，當(dāng)材料 受到外應(yīng)力時(shí)，基體對受到外應(yīng)力時(shí)，基體對ZrO2顆粒的抑制作顆粒的抑制作 用得到松弛，此時(shí)發(fā)生用得到松弛，此時(shí)發(fā)生ZrO2顆粒從顆粒從四方相四方相 到單斜相的晶型轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變），到單斜相的晶型轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變），在在 陶瓷基體中產(chǎn)生為裂紋，從而吸收主微裂陶瓷基體中產(chǎn)生為裂

23、紋，從而吸收主微裂 紋能量，達(dá)到紋能量，達(dá)到增韌效果增韌效果。 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 4.44.4 功能陶瓷材料功能陶瓷材料 結(jié)構(gòu)陶瓷是以高溫、高強(qiáng)、超硬、耐磨、抗腐等機(jī)結(jié)構(gòu)陶瓷是以高溫、高強(qiáng)、超硬、耐磨、抗腐等機(jī) 械力學(xué)性能為主要特征。功能陶瓷是指具有電、光、械力學(xué)性能為主要特征。功能陶瓷是指具有電、光、 磁及部分化學(xué)功能的多晶無機(jī)固體材料，其功能主要磁及部分化學(xué)功能的多晶無機(jī)固體材料，其功能主要 來自于它所具有的特定電絕緣性、半導(dǎo)體性、導(dǎo)電性、來自于它所具有的特定電絕緣性、半導(dǎo)體性、導(dǎo)電性、 壓電性、鐵電性、磁性、生物適應(yīng)性。壓電性、鐵電性、磁性、生物適應(yīng)性。 陶瓷在外加立場作用下出現(xiàn)宏觀

24、的壓電效應(yīng)，陶瓷在外加立場作用下出現(xiàn)宏觀的壓電效應(yīng)， 稱為壓電陶瓷。稱為壓電陶瓷。 壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化。對壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化。對 于于鈦酸鋇、鈦酸鉛鈦酸鋇、鈦酸鉛，當(dāng)溫度高于，當(dāng)溫度高于TcTc時(shí)，為立方晶體，時(shí)，為立方晶體， 具有對稱性，無壓電效應(yīng)，具有對稱性，無壓電效應(yīng)，TcTc稱為相變溫度；低于稱為相變溫度；低于 TcTc時(shí)，為四方晶體，具有非對稱性，有壓電效應(yīng)，時(shí)，為四方晶體，具有非對稱性，有壓電效應(yīng)， TcTc又稱為居里溫度。不同材料的壓電陶瓷，居里溫又稱為居里溫度。不同材料的壓電陶瓷，居里溫 度不同。度不同。 壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，可以批量生

25、產(chǎn)，壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，可以批量生產(chǎn)， 能控制極化方向，添加不同成分，可改變壓電特性能控制極化方向，添加不同成分，可改變壓電特性。 壓電陶瓷可用作超聲波壓電陶瓷可用作超聲波 發(fā)生源的振子或水下測聲發(fā)生源的振子或水下測聲 頻儀器上的振子；也可用頻儀器上的振子；也可用 聲轉(zhuǎn)化器。聲轉(zhuǎn)化器。 壓電陶瓷收到機(jī)械應(yīng)壓電陶瓷收到機(jī)械應(yīng) 力的作用時(shí)，有壓電效應(yīng)力的作用時(shí)，有壓電效應(yīng) 發(fā)生的電可用于煤氣灶的發(fā)生的電可用于煤氣灶的 點(diǎn)火器和打火機(jī)等。點(diǎn)火器和打火機(jī)等。 超導(dǎo)陶瓷是指具有超導(dǎo)特性的陶瓷材料，與超導(dǎo)陶瓷是指具有超導(dǎo)特性的陶瓷材料，與 其他超導(dǎo)體的性質(zhì)一樣，超導(dǎo)陶瓷在完全導(dǎo)電下其他超導(dǎo)體的性質(zhì)一

26、樣，超導(dǎo)陶瓷在完全導(dǎo)電下 電阻為零，處于外界磁場中完全抗磁。是功能陶電阻為零，處于外界磁場中完全抗磁。是功能陶 瓷的杰出代表瓷的杰出代表 v超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用 v在信息領(lǐng)域中在信息領(lǐng)域中，超導(dǎo)材料可用作高速轉(zhuǎn)換元，超導(dǎo)材料可用作高速轉(zhuǎn)換元 件、通信元件和連接電路。件、通信元件和連接電路。 v在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，超導(dǎo)材料實(shí)用化程度最高，超導(dǎo)材料實(shí)用化程度最高， 目前已開始用于核磁共振斷層攝像儀、量子目前已開始用于核磁共振斷層攝像儀、量子 干涉儀、介子醫(yī)療器等。干涉儀、介子醫(yī)療器等。 v在交通運(yùn)輸領(lǐng)域在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，利用完全抗磁性制造的磁，利用完全抗磁性制造的磁 懸浮列車，車速

27、超過懸浮列車，車速超過500km/h，還具有無噪，還具有無噪 聲、無摩擦、平穩(wěn)的特點(diǎn)。聲、無摩擦、平穩(wěn)的特點(diǎn)。 超導(dǎo)磁懸浮列車由于超導(dǎo)陶瓷的強(qiáng)抗磁超導(dǎo)磁懸浮列車由于超導(dǎo)陶瓷的強(qiáng)抗磁 性，磁懸浮列車沒有車輪，靠磁力在鐵軌上性，磁懸浮列車沒有車輪，靠磁力在鐵軌上 “漂浮漂浮”滑行，它是利用滑行，它是利用超導(dǎo)磁體和路基導(dǎo)超導(dǎo)磁體和路基導(dǎo) 體中感應(yīng)渦流之間的磁性排斥把列車懸浮起體中感應(yīng)渦流之間的磁性排斥把列車懸浮起 來來，具有速度高，運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，安全，具有速度高，運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，安全 可靠等特點(diǎn)。可靠等特點(diǎn)。 用于人體器官替換、補(bǔ)用于人體器官替換、補(bǔ) 修記憶外殼矯形的陶瓷材料。修記憶外殼矯形的

28、陶瓷材料。 要求：要求：具有良好的力學(xué)具有良好的力學(xué) 性能，在體內(nèi)難于溶解，不性能，在體內(nèi)難于溶解，不 易氧化，不易腐蝕變質(zhì)，熱易氧化，不易腐蝕變質(zhì)，熱 穩(wěn)定性好，耐磨且有一定的穩(wěn)定性好，耐磨且有一定的 潤滑性，和人體組織的親和潤滑性，和人體組織的親和 性好，組成范圍寬，易于成性好，組成范圍寬，易于成 型等。型等。 生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷 陶瓷的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，在生物體內(nèi)完全成惰性狀態(tài)。陶瓷的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，在生物體內(nèi)完全成惰性狀態(tài)。 生物活性陶瓷生物活性陶瓷 具有優(yōu)異的生物相容性，能與骨形成結(jié)合面，結(jié)合具有優(yōu)異的生物相容性，能與骨形成結(jié)合面，結(jié)合 強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好

29、，參與代謝參與代謝。 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 1、陶瓷刀具、陶瓷刀具 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 2、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī) 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)在軍事上的應(yīng)用陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)在軍事上的應(yīng)用 先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用 3、陶瓷與航空、陶瓷與航空 v一、氣硬性無機(jī)膠凝材料一、氣硬性無機(jī)膠凝材料 v通過物理化學(xué)作用，能將漿體變?yōu)閳?jiān)固通過物理化學(xué)作用，能將漿體變?yōu)閳?jiān)固 的塊體，并將散粒材料或塊狀材料等黏結(jié)為的塊體，并將散粒材料或塊狀材料等黏結(jié)為 整體的材料

30、，統(tǒng)稱為膠凝材料。只能在空氣整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。只能在空氣 中硬化并保持或繼續(xù)強(qiáng)化的材料稱為氣硬性中硬化并保持或繼續(xù)強(qiáng)化的材料稱為氣硬性 膠凝材料。氣硬性無機(jī)膠凝材料主要指石灰、膠凝材料。氣硬性無機(jī)膠凝材料主要指石灰、 石膏等。石膏等。 4.54.5 無機(jī)建筑材料無機(jī)建筑材料 二、水泥二、水泥 v 1.定義定義 v凡細(xì)磨材料，加入適當(dāng)水后，成為塑性漿體，既能在空凡細(xì)磨材料，加入適當(dāng)水后，成為塑性漿體，既能在空 氣中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石材料牢固地膠結(jié)氣中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石材料牢固地膠結(jié) 在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱水泥在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱水泥。 v2

31、.分類分類 v通用水泥：硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水通用水泥：硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水 v泥、粉煤灰水泥以及復(fù)合水泥，即六大水泥。泥、粉煤灰水泥以及復(fù)合水泥，即六大水泥。 v專用水泥：油井水泥、大壩水泥、筑砌水泥專用水泥：油井水泥、大壩水泥、筑砌水泥 v v特性水泥：快硬水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥。特性水泥：快硬水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥。 三、玻璃三、玻璃 1.定義定義 凡熔融體通過一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有凡熔融體通過一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有 固體性質(zhì)與一定結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。固體性質(zhì)與一定結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。 玻璃中原子不像晶體在空間作遠(yuǎn)程有序排列，而近似于玻璃中原子不像晶體在空間作遠(yuǎn)程有序排列，而近似于 液體，同樣具有近程有序排列液體，同樣具有近程有序排列 象固體一樣保持一定外形，而不像液體在自