常用陶瓷原料及特性

關(guān)于常用陶瓷原料及特性第一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1、粘土類原料的定義

粘土是自然界中存在的松散的、膏狀、多種微細(xì)礦物的混合體，其主要成份是含水的鋁硅酸鹽礦物。外觀上，粘土有白、灰、黃、黑、紅等各種顏色。在硬度上，有的粘土很柔軟，可在水中分散開來，有的粘土則具有較大的硬度，呈石塊狀。

一、粘土類原料

第二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2、粘土的組成

粘土的化學(xué)組成化學(xué)組成為SiO2，Al2O3和結(jié)晶水

(xAl2O3·ySiO2·zH2O)。隨著地質(zhì)生成條件的不同，同時會含有少量的堿土金屬氧化物Fe2O3、TiO2等。

第三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一粘土的化學(xué)組成在一定程度上反映其工藝性質(zhì)，對陶瓷材料的性能和制備工藝有很大影響：粘結(jié)性

可塑性燒結(jié)性第四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一粘土中SiO2含量高，尤其是含有較多游離石英，將使粘土的可塑性降低。但在干燥過程中的收縮會小，在超過1450℃時，石英為強(qiáng)的易熔物，與粘土物質(zhì)中的其他成份易生成低共熔物，降低耐火度，但在陶瓷坯體燒成過程中有利于陶瓷燒結(jié)。i)石英(SiO2)

第五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ii)Fe2O3、TiO2等

Fe2O3、TiO2等是粘土類陶瓷原料中有害的雜質(zhì)成份，它們以各種礦物的形式存在于粘土中。這些礦物雜質(zhì)的存在,使坯體在燒成時產(chǎn)生熔洞、鼓脹、斑點(diǎn)或其他缺陷，同時影響瓷體的電絕緣性，而且不同的雜質(zhì)將使瓷體顯示不同的顏色，對日用陶瓷會產(chǎn)生斑點(diǎn)和瓷體顏色的變化。第六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一iii)氧化鋁(Al2O3)

粘土中Al2O3含量高，如在35%以上，說明坯體難以燒結(jié)，同時也降低粘土的可塑性。第七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一v）碳酸鹽及硫酸鹽

方解石（CaCO3）、菱鎂礦(MgCO3)，石膏(CaSO4·2H2O)、明礬石(K2SO4·Al2(SO4)3·6H2O)及可溶性硫酸鹽K2SO4、Na2SO4等。硫酸鹽在氧化氣氛中的分解溫度較高，容易引起坯泡。石膏還會和粘土溶化形成綠色玻璃質(zhì)熔洞，這些都是對陶瓷材料性能不利的成分。第八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2)粘土的礦物組成

粘土礦物為典型的層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，在自然界中，粘土類礦物很少以單礦物出現(xiàn)，經(jīng)常是由數(shù)種礦物共生而形成的多礦物組織。第九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一常見的粘土類礦物有三大類：即高嶺石、微晶高嶺石（或稱蒙脫石）、水云母。第十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一i)高嶺石類

高嶺是江西景德鎮(zhèn)附近的一個地名，在那里首先發(fā)現(xiàn)適合于制造陶瓷的粘土，現(xiàn)在國際上都將這類粘土稱之為高嶺土(Kaolinite)，高嶺石是高嶺土中的主要礦物成份，化學(xué)式為Al2O3·2SiO2·2H2O，理論化學(xué)成分為Al2O339.5%、SiO246.54%、H2O13.96%。第十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一高嶺石晶體呈白色，外形一般是六方鱗片狀、粒狀、也有桿狀的。一般高嶺石顆粒平均尺寸為0.3～3微米，比重為2.41～2.63kg/cm3。加水后稍有吸水膨脹效應(yīng)，在水中分散性不大，離子交換容量為10～15毫克當(dāng)量/100克粘土。屬于此類礦物的還有多水高嶺石、片狀高嶺石、珍珠陶土等。

第十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一高嶺石礦物系由一層[SiO4]四面體和一層[AlO2(OH)4]八面體組成，四面體的頂端均指向[AlO2(OH)4]八面體，并和八面體共有O原子，以此進(jìn)行連接，構(gòu)成結(jié)構(gòu)單位層。這種結(jié)構(gòu)單位層在c軸方向一層層重重疊排列，在a、b軸方向無限的展開，從而構(gòu)成片狀高嶺石晶體，單位層厚度為7.25埃。第十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一高嶺石礦物的結(jié)構(gòu)

第十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一高嶺石層間由O和OH－重疊在一起，層與層之間由氫鍵連接著。雖然氫鍵結(jié)合力較弱，但與蒙脫石類層間O晶面的連接比起來，結(jié)合力要強(qiáng)一些，因此，高嶺石和蒙脫石相比不易解理與粉碎。第十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ii)蒙脫石類(微晶高嶺石)

蒙脫石是另一種常見的粘土礦物。以蒙脫石為主的粘土礦物也稱之為膨潤土。蒙脫石的理論化學(xué)通式為Al2O3·4SiO2·nH2O（n通常大于2)，晶體結(jié)構(gòu)式為Al4(Si8O20)(OH)4·nH2O。第十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一蒙脫石最突出的特性是能吸收大量的水，體積膨脹，這種特性稱之為膨潤性。蒙脫石的這種特性是由其層間結(jié)構(gòu)所決定，圖1－2為蒙脫石的結(jié)構(gòu)示意圖第十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一第十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一蒙脫石結(jié)構(gòu)中，每個晶層的兩端都是硅氧四面體層，中間層夾著一個鋁氧八面體層，層之間氧層與氧層的結(jié)合力很小，所以水或其他極性分子很容易進(jìn)入晶層中間，引起沿c軸方向膨脹。此外蒙脫石易解理、碎裂成微小顆粒。第十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一蒙脫石的陽離子交換能力很強(qiáng)，這是因?yàn)榫Ц裰兴拿骟w層的Si4+小部分被Al3+、P5+置換，八面體層中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等離子置換。這樣使得晶格中電價不平衡，促使晶層之間吸附陽離子，如Ca2+、Na+等。由于吸附離子，晶層之間的距離增加，更容易吸收水分子而膨脹。這些離子被置換時，又增強(qiáng)蒙脫石的陽離子交換能力。第二十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一iii)伊利石類

伊利石是常見的一種水云母類硅酸鹽礦物，它的晶體結(jié)構(gòu)式是K2(Al，F(xiàn)e。Mg)4(Si,Al8O(OH)2n·H2O，化學(xué)式為(K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O)·nH2O。

第二十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一3、粘土的工藝性質(zhì)

粘土的礦物組成、化學(xué)成份和晶體結(jié)構(gòu)決定了粘土的性質(zhì)。粘土的可塑性粘土的觸變性粘土的結(jié)合性干燥收縮和燒成收縮吸附性粘土的燒結(jié)性第二十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1)粘土的可塑性

粘土與適量的水混練以后形成泥團(tuán)，這種泥團(tuán)在外力的作用下產(chǎn)生變形但不開裂，當(dāng)外力去掉以后，仍然能保持其原有形狀，粘土的這種性質(zhì)稱之為粘土的可塑性，可塑性是陶瓷塑性成型的基礎(chǔ)。第二十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一影響粘土可塑性的因素i)粘土的顆粒越細(xì)，比表面就越大，分散程度就越高，可塑性就越好。ii)粘土與水之間必須按照一定的數(shù)量比例配合，才能產(chǎn)生好的可塑性。水量不夠，可塑性體現(xiàn)不出來或不完全，過多則變?yōu)槟酀{又失去可塑性。iii)粘土礦物中的無機(jī)雜質(zhì)成份，將會降低粘土的可塑性，某些有機(jī)雜質(zhì)反而會增加粘土的可塑性。第二十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2)粘土的觸變性

粘土泥漿或泥團(tuán)受到振動或攪拌時，粘度會降低而流動性增加，靜置后逐漸恢復(fù)原狀。此外，泥料在放置一段時間后，在維持原有水分的情況下也會出現(xiàn)變稠和固化現(xiàn)象。這種性質(zhì)統(tǒng)稱為粘土的觸變性。第二十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一在陶瓷生產(chǎn)中，希望泥料有一定觸變性。但是，觸變性過大，泥漿在管道中不利輸送，注漿成型后易變形，坯料觸變性過小時生坯強(qiáng)度不夠，影響脫模與修坯。

第二十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一3)粘土的結(jié)合性

粘土塑性泥團(tuán)干燥后，變得堅(jiān)實(shí)，具有一定的強(qiáng)度，能夠維持粘土顆粒之間的相互結(jié)合而不分散，這就是粘土的結(jié)合性。第二十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一4)顆粒度

顆粒度是各種粘土礦物的主要特征之一。一般，粘土礦物的顆粒平均尺寸在1～5微米，大部分在2微米以下，而這一部分直接影響到粘土的可塑性，坯體的干燥收縮、孔隙度和強(qiáng)度，以及燒成收縮和燒結(jié)性等。因此顆粒尺寸對粘土的工藝性能有很大影響。第二十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一5)吸附性

由于粘土顆粒具有很大的表面積與表面能，所以許多粘土都是良好的吸附劑。粘土能從溶液中吸附酸與堿，也可以使有色物質(zhì)溶液脫色，漂白粘土是油脂工業(yè)中良好的漂白劑。第二十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一6)干燥收縮和燒成收縮

塑性泥料干燥后，因其水分蒸發(fā)，孔隙減少，顆粒之間的距離縮短而產(chǎn)生體積收縮，稱之為干燥收縮，燒結(jié)后，由于粘土顆粒中產(chǎn)生液相填充在孔隙中，以及某些結(jié)晶物質(zhì)生成，又使體積進(jìn)一步收縮，稱之為燒成收縮，兩種收縮構(gòu)成粘土的總收縮。

第三十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一7)粘土的燒結(jié)性

粘土的燒結(jié)性是粘土的重要特性之一，它決定著粘土在陶瓷生產(chǎn)中的適用性，作為選擇燒成溫度，確定燒成范圍的主要參考性能指標(biāo)。世界陶瓷最大生產(chǎn)國，占50％份額。2007年有9830家企業(yè)，總產(chǎn)值2342億元。我國工業(yè)的快速發(fā)展，有些地方黏土資源已面臨短缺。第三十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一二、石英類原料

石英是重要的陶瓷原料之一。石英是一種結(jié)晶狀的SiO2礦物，存在的形態(tài)很多，以原生狀態(tài)存在的有水晶、脈石英、瑪瑙，以次生狀態(tài)存在的有砂巖、粉砂、蛋白石、燧石等，以變質(zhì)狀態(tài)存在的有石英巖和碧玉等。第三十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1、石英原料的性質(zhì)

1)化學(xué)性質(zhì)石英的化學(xué)成份隨其所含的雜質(zhì)而異。脈石英和石英巖中SiO2的含量很高（約97～99％），而石英砂中SiO2含量較低。

第三十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2)比重

石英原料的比重隨其晶型的不同而變化，石英為2.65，方石英為2.33，鱗石英為2.33。

第三十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2、石英的晶型及其轉(zhuǎn)化

石英是由[SiO4]-4互相以頂點(diǎn)連接而成的三維空間架狀結(jié)構(gòu)。連接后在三維空間擴(kuò)展，由于它們以共價鍵連接，連接之后又很緊密，因而空隙很小，其它離子不易侵入網(wǎng)穴中，則使晶體純凈，硬度與強(qiáng)度高，熔融溫度也高。第三十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一按照[SiO4]-4的連接方式，石英有三種存在形態(tài)8種變體；

石英870℃以下鱗石英1170℃以下方石英1713℃以下

第三十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一石英晶型轉(zhuǎn)化中的體積變化

第三十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一預(yù)先煅燒塊狀石英，然后急速冷卻，使組織破壞，利于石英的破碎。在制品燒成和冷卻時，在處于晶型轉(zhuǎn)化的溫度階段，應(yīng)適當(dāng)控制升溫與冷卻速度，防止制品的開裂。

第三十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一3、石英在坯、釉中的作用

石英在陶瓷制備中起著骨架作用,防止坯體軟化變形。石英熔化在釉層中，同樣起著網(wǎng)絡(luò)骨架作用，能改善釉面性能，提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，電瓷的絕緣性能及陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性，抗腐蝕性等。第三十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一三．長石類原料

長石是陶瓷生產(chǎn)中的主要溶劑性原料。在燒成過程中，長石熔融（<1300℃）形成乳白色的粘稠玻璃體。這種玻璃體的特點(diǎn)是冷卻后不再析晶，并能在高溫下熔解一部分高嶺土分解物與石英顆粒，促進(jìn)成瓷反應(yīng)的進(jìn)行，這種作用通常稱為助熔作用。

第四十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1．長石原料的種類

根據(jù)化學(xué)成分和結(jié)晶情況的不同，可將長石分為四種：鉀長石：K2O·Al2O3·6SiO2鈉長石：Na2O·Al2O3·6SiO2鈣長石：CaO·Al2O3·2SiO2鋇長石：BaO·Al2O3·2SiO2

第四十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2．長石的性質(zhì)

鉀長石一般呈粉紅色或肉紅色，個別呈白色、灰色、淺黃色等，比重為2.52～2.59，硬度6～6.5，斷口呈玻璃光澤，解理清楚。

鈉長石與鈣長石一般呈白色或灰白色，其他物理性質(zhì)與鉀長石近似，比重為2.62。斜長石呈淺灰或淺綠的白色，比重為2.62～2.76，硬度為6。第四十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一長石在瓷坯釉中主要起助熔作用

長石的熔融溫度為：鉀長石：1190℃鈉長石：1100℃鈣長石：1550℃

鋇長石：1725℃第四十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)、常用人工合成原料現(xiàn)代陶瓷種類繁多，大部分人工合成，如：Al2O3、ZrO2、TiO2、碳化物氮化物及各種電子陶瓷原料等。第四十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一一．氧化鋁（Al2O3）

氧化鋁應(yīng)用：無線電陶瓷、耐磨材料、耐火材料、電瓷等工業(yè)領(lǐng)域制備氧化鋁陶瓷和其他高性能陶瓷的主要原料之一。

第四十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一氧化鋁粉末的特性工業(yè)氧化鋁：白色、松散的結(jié)晶粉末，是由許多粒徑小于0.1微米的γ－Al2O3或α－Al2O3組成的多孔球形聚集體平均顆粒為40～70微米。但是，也有粒徑大于100微米，也有小于1微米或更小的納米級顆粒。第四十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1．氧化鋁的晶態(tài)與性能

常見的有三種即：α、β和γ三種形態(tài)其他的晶型比較少見。α－Al2O3：俗稱剛玉，屬三方晶系，它是氧化鋁三種形態(tài)中最穩(wěn)定的晶型，一直穩(wěn)定到熔點(diǎn)。自然界中只有α－Al2O3存在如:剛玉、紅寶石、藍(lán)寶石等礦物。第四十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一β－Al2O3:實(shí)際上是一種Al2O3含量很高的多鋁酸鹽礦物?；瘜W(xué)組成可近似表示為：

MeO·6Al2O3和Me2O·11Al2O3。其中:MeO指CaO、BaO及SrO等堿土金屬氧化物。

Me2O指Na2O、K2O及Li2O等堿金屬氧化物。第四十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一γ－Al2O3:是低溫形態(tài)，在1050～1500℃范圍內(nèi)不可逆地轉(zhuǎn)化為α－Al2O3。它在自然界中不存在，只能用人工合成方法制取。第四十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2．Al2O3的預(yù)燒

由于Al2O3有不同晶型，不同晶型在其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)上又有很大區(qū)別，而這些晶型可以通過溫度的變化而改變。第五十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一一般在使用Al2O3前都要預(yù)燒，

保證γ－Al2O3→α－Al2O3

，

減少燒成收縮，γ→α收縮大約14.3%第五十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一α－Al2O3是高溫穩(wěn)定型，當(dāng)Al2O3坯體中含有γ－Al2O3時，在加熱干燥或燒成時，發(fā)生γ－Al2O3→α－Al2O3的晶型轉(zhuǎn)變，相變產(chǎn)生的體積變化將有可能導(dǎo)致坯體的部分收縮或一些缺陷

第五十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一3．Al2O3的制備

1)工業(yè)氧化鋁

工業(yè)氧化鋁是通過鋁礬土(Al2O3·3H2O)和硬水鋁石制備的。通過堿的處理，使鋁礬土中的Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镹aAlO2(Na3AlO3),即工業(yè)生產(chǎn)常用的拜耳法第五十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一拜耳法

Al2O3·3H2O+2NaOH→2NaAlO3+4H2ONaAlO2溶于水，SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)則留在殘?jiān)?。在溶液中加入Al(OH)3晶種，不斷攪拌使Al(OH)3沉淀，然后煅燒成Al2O3。第五十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一在精細(xì)陶瓷種氧化鋁陶瓷的產(chǎn)量最大，但在氧化鋁粉產(chǎn)業(yè)中用于陶瓷生產(chǎn)只是少部分。第五十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一大量的氧化鋁粉體用于電解鋁生產(chǎn)第五十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一二．氧化鋯（ZrO2）

氧化鋯是制備性能優(yōu)良的氧化鋯陶瓷制品、氧化鋯增韌復(fù)合陶瓷及鐵電、非鐵電、鋯質(zhì)壓電陶瓷的主要原料。近十幾年來，氧化鋯相變增韌陶瓷的出現(xiàn)，使得氧化鋯相變增韌陶瓷一度成為研究的熱點(diǎn)。

第五十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1．氧化鋯的性質(zhì)

氧化鋯是一種白色粉末，密度為5.68～6.27，熔點(diǎn)為2680℃，是很好的耐火材料。在不同溫度下ZrO2有三種晶體形態(tài)即：立方晶系（cubicsystem）、四方晶系（tetragonalsystem）、單斜晶系（monoclinicsystem）。

第五十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ZrO2變體及其性質(zhì)

晶型

晶格常數(shù)/nm密度/g/cm-3abcβ/(o)單斜（m）0.518180.521420.5383581.225.56四方（t）0.554850.52672--6.1立方（c）0.50800---5.68~5.91m相t相c相液相1170℃900℃2370℃2680℃第五十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一四方ZrO2向單斜ZrO2轉(zhuǎn)化時，伴隨有一定量(3~4%)的體積膨脹與剪切應(yīng)變。該相變是非擴(kuò)散型馬氏體相變。這種體積膨脹與剪切效應(yīng)是ZrO2相變增韌的理論基礎(chǔ)。第六十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2)氧化鋯的相變增韌機(jī)理

氧化鋯相變發(fā)生體積膨脹，純氧化鋯很難制造出零件。必須要進(jìn)行晶型的穩(wěn)定。常用的穩(wěn)定添加劑：CaO、MgO、Y2O3、CeO2等一些稀土氧化物，能與ZrO2形成置換固溶體，改變了t-ZrO2與m-ZrO2的自由能狀態(tài)，使得t→m的相變溫度Ms降低，可以到室溫。

第六十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一控制ZrO2相變的參數(shù)顆粒尺寸穩(wěn)定劑的種類和數(shù)量應(yīng)力狀態(tài)第六十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一顆粒尺寸的變化，使粉料的比表面發(fā)生變化。細(xì)界面能增加由于t-ZrO2的比表面能小于m-ZrO2的比表面能，所以當(dāng)顆粒尺寸減小，t-ZrO2→m－ZrO2相變溫度Ms也降低。

第六十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一亞穩(wěn)態(tài)C－ZrO2——全穩(wěn)定化ZrO2（FullyStabilizedZirconia,FSZ)

Y2O3>8%mol(C+t),(c+t+m),(t+m)－ZrO2——部分穩(wěn)定氧化鋯（partiallyStabilizedZirconia,PSZ）

Y2O3

質(zhì)量分?jǐn)?shù)5～12.5%

亞穩(wěn)t-ZrO2——四方氧化鋯多晶體（TetragonalZirconiaPolycrystals,TZP)Y2O32～3%mol穩(wěn)定劑的種類和數(shù)量第六十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一應(yīng)力狀態(tài)第六十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一3)超純、超細(xì)ZrO2粉的制備

工業(yè)用的ZrO2是從天然鋯英石礦物中分離出來的，所以粉料的粒度較大，純度也不高，一般用在鋯質(zhì)耐火材料上。

氯氧化鋯直接高溫煅燒------氧化鋯

在精細(xì)陶瓷中一般采用超細(xì)氧化鋯粉，目前主要采用中和共沉淀法，加入穩(wěn)定劑。

第六十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一第六十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一溶液過濾共沉淀壓濾清洗煅燒第六十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一噴霧干燥第六十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一廣東華旺300~350元/公斤東方鋯業(yè)江西微億（泛美亞）河北鵬達(dá)焦作市維鈉精細(xì)陶瓷有限公司日本TOSOH800~1000元/公斤國內(nèi)氧化鋯陶瓷粉體生產(chǎn)現(xiàn)狀市場價格：～150元/公斤工業(yè)氧化鋯：～50元/公斤成型性能、燒結(jié)溫度、強(qiáng)度和密度第七十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ZirconiaBackPlateDFM–RevisedRawMaterialMixingMaterialPreparationinTapeFormCuttoSize/ShapeDebinding&SinteringNo1SinteringNo2BlackColoringHighTempVacuumFurnaceCncMachiningofOpenings&EdgesRoughGrindingLapping/PolishLaserEngravingInspection/Packing第七十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ZirconiaBackPlateDFM–Revised

JapanesePowder(DKKK)&CCTCDatasheetandCharacteristicsComparison項(xiàng)目

Item單位

Unit檢測方法

InspectionMethodDKKK

DataCCTC

Data粉體的成份

CompositionsofthepowderY2O3%熒光X射線

fluorescenceX-ray5.655.55Al2O3%熒光X射線

fluorescenceX-ray0.250.24Fe2O3%ICP分析

ICPanalysis0.0060.007Na2O%ICP分析

ICPanalysis0.0070.006SiO2%ICP分析

ICPanalysis0.0070.008粉體的物理特性

ThePhysicalCharecteristicsofthepowderIg.Loss%1000℃，1h（含水）（withH2O）0.730.51H2O%110℃，1h0.30.32比表面積

BETm2/g比表面積檢測儀

BETanalyzer13.213.5微晶尺寸

CrystallitesizenmTEM檢測

TEMinspection2725粒子尺寸（D50）

Particlesize(D50)μmMS2000激光粒度儀

MS2000Laserparticlesizeanalyzer0.480.46燒結(jié)體的物理性能

Thephysicalcharecteristicsofthesinteredbody密度

sintereddensityg/cm3排水法

Displacementmethodofwater6.056.08吸水率

waterabsorption%煮沸法

boilingmethod00抗彎曲強(qiáng)度

bendingstrengthMpa萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)

Universalmechanicaltestingmachine11001095表面維氏硬度Surfacevicker-hardnessHV維氏硬度檢測儀

VickerHardnessTester1250-13201220-1300第七十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一3．氧化鈦(TiO2)

氧化鈦是生產(chǎn)、制備陶瓷電容器的主要原料,也是合成一系列鐵電和非鐵電鈦酸鹽的主要原料。每年約400萬噸的產(chǎn)量，已成為世界無機(jī)化工產(chǎn)品中三種最大銷售值商品之一，僅次于合成氨和磷酸，名列第三位。

第七十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一1)氧化鈦的性質(zhì)

氧化鈦是一種細(xì)分散的白色代黃粉末，有多種變體，常見的有三種即銳鈦礦、板鈦礦、金紅石。由于氧化鈦反射全部的可見光波長，所以有高度的白色，因此氧化鈦又稱之為鈦白粉。被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖和橡膠等工業(yè).第七十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一TiO2的三種形態(tài)中，以金紅石性能最好，特別是它的介電常數(shù)很大。銳鈦礦、板鈦礦TiO2分別在915℃和650℃轉(zhuǎn)化為金紅石，并伴有體積收縮。因此，在使用TiO2前都要在1100～1300℃煅燒TiO2，以保正所有的TiO2都轉(zhuǎn)化為金紅石型結(jié)構(gòu)。

第七十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一金紅石的煅燒制度對電性能影響很大。

在煅燒或燒成金紅石瓷和其它含鈦瓷時，氣氛或雜質(zhì)的影響，可使部分氧化鈦失氧：

第七十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一a)在還原氣氛或弱還原氣氛

第七十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一b)燒成時的高溫分解

TiO2→TiO2-x+1/2xO2↑第七十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一c)原料中所含的雜質(zhì)

原料中所含的雜質(zhì)Mg、Al、Si、Fe等，大部分能與Ti4+起置換反應(yīng)，進(jìn)入晶格內(nèi)，影響到TiO2的性能。

第七十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2)TiO2的制備

金紅石在自然界中很少見。人工提取氧化鈦的方法有很多種，但工業(yè)上常用的還是硫酸水解法和氯化法。

第八十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一硫酸法

將含鈦的礦石中加入硫酸，再水解FeOTiO2+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2OTiOSO4+nH2O=TiO2·nH2O+H2SO4TiO2·nH2O==TiO2+nH2O第八十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一第八十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一氯化法是于1959年由美國杜邦公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的。該法是將天然金紅石或高鈦渣粉料與焦炭或石油焦混合后進(jìn)行高溫氯化，生成四氯化鈦，再經(jīng)高溫氧化生成二氧化鈦，最后經(jīng)過濾、水洗、干燥和粉碎而得到鈦白粉產(chǎn)品。第八十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一

90年代以前，硫酸法一直占據(jù)鈦白粉工業(yè)的主導(dǎo)地位，1992年后，轉(zhuǎn)為氯化法占主導(dǎo)地位。目前世界上新建或改擴(kuò)建鈦白粉廠多以氯化法為主，杜邦公司全部采用氯化法。氯化法鈦白粉生產(chǎn)在技術(shù)上有一定難度，基本由少數(shù)幾個大公司所壟斷。第八十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一4.碳化物陶瓷原料

（carbideceramicpowder)

碳化物通式：MexCy(Me:金屬元素)熔點(diǎn)都非常高，許多碳化物的熔點(diǎn)都在3000℃以上，是一類非常耐高溫的材料。碳化物的硬度高，特別是B4C，僅次于金剛石和立方氮化硼。

在高溫下，所有碳化物都會被氧化。都具有較小的電阻率和較高的導(dǎo)熱率。第八十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一常用碳化物原料

（SiC、TiC、B4C）

碳化硅（SiC），高溫強(qiáng)度高、抗氧化性能好、抗腐蝕性能好、導(dǎo)熱系數(shù)高、

熱膨脹系數(shù)小和抗熱震性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。

第八十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一i)SiC的晶型

SiC有多種變體，主要有兩種晶型：α－SiC，屬六方晶系，是高溫穩(wěn)定型。β－SiC，屬等軸晶系，是低溫型。β－SiC→α－SiC2100℃左右，速度很慢，

2400℃轉(zhuǎn)變迅速。

第八十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ii)SiC粉的合成

工業(yè)上常用的SiC合成方法:用碳還原二氧化硅，即將石英砂（SiO2）加焦炭直接通電還原，反應(yīng)溫度通常在1900℃以上；SiO2+3CSiC+2CO產(chǎn)量很大，價格低3000～5000元/噸第八十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一b)碳化鈦TiC1)性質(zhì)TiC-----面心立方晶體結(jié)構(gòu)密度：4.9---3.93g/cm3硬度：9－10（莫氏硬度〕良好的化學(xué)穩(wěn)定性第八十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2〕制備方法工業(yè)上利用TiO2與C反應(yīng)2TiO2+CTi2O3+COTi2O3+C2TiO+COTiO+2CTiC+CO第九十頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一c)碳化硼性質(zhì)

B4C:六方晶系顯微硬度：50000MPa

金剛石：80000－100000MPa高B含量：核材料抗氧化能力差第九十一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一2)制備方法

碳熱法2B2O3+7CB4C+6CO第九十二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一5.氮化物陶瓷原料

(nitrideceramicpowder）

常用氮化物原料

作為陶瓷材料用的氮化物主要有Si3N4、BN、TiN、AlN等。

第九十三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一(1).氮化硅Si3N4

i)Si3N4的晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

Si3N4有兩種晶體結(jié)構(gòu)，α－Si3N4和β－Si3N4，兩者都屬于六方晶系。第九十四頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一α－Si3N4在1400～1600℃轉(zhuǎn)化成β－Si3N4，α－Si3N4顯微硬度為32.65～24.5GPa,β－Si3N4顯微硬度為16～10GPa第九十五頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一ii)Si3N4粉的制備一般采用硅粉直接氮化碳熱還原法；第九十六頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一a)硅粉直接氮化法將有一定細(xì)度的硅粉，置于氮化爐中，通氮?dú)饧訜岬揭欢囟?，即可得到Si3N4粉；

精細(xì)陶瓷用氮化硅粉體性能要求：α-Si3N4含量>92%含氧量<2%游離硅含量<1%平均粒度~0.5μm第九十七頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一Si粉氮化應(yīng)從600℃開始，于1100℃左右劇烈反應(yīng)，反應(yīng)為放熱，因此氮化初期應(yīng)避免溫度突然上升。得到的Si3N4粉主要為α相及少量β相，如溫度過高，則β相含量增加。

第九十八頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一b)碳熱還原法以細(xì)而純的SiO2作為原料，以C作為還原劑，同時通N2進(jìn)行氮化，其反應(yīng)式為；

第九十九頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一這種方法，反應(yīng)溫度較高、反應(yīng)時間短，便于連續(xù)化生產(chǎn)，但α相含量不高、殘留碳等問題。

粉末原料的合成對Si3N4陶瓷最終性能是至關(guān)重要的。一般要求Si3N4原料要純、細(xì)并不能有團(tuán)聚現(xiàn)象，而且應(yīng)具備有高的α相含量。

第一百頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一研究結(jié)果表明：高α相含量的粉末制得的Si3N4陶瓷，力學(xué)性能較好，其原因在于，α相多的原料最終獲得的產(chǎn)物含有針狀Si3N4晶體，β相多的原料最終獲得的產(chǎn)物中含有粒狀的Si3N4晶體

氮化硅系列陶瓷具有優(yōu)異的綜合性能第一百零一頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一(2)氮化硼（BN)高硬度、良好的加工性與石墨結(jié)構(gòu)相同，稱白石墨，良好的固體潤滑性具有高導(dǎo)熱系數(shù)，良好的電絕緣性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性第一百零二頁，共一百二十二頁，編輯于2023年，星期一i)BN的晶體結(jié)構(gòu)

有兩種晶體結(jié)構(gòu)，六方、立方

第一百零三頁，共一百二十二頁，編輯于2023年