材料科學(xué)與工程導(dǎo)論及總結(jié)

1、材料科學(xué)與工程導(dǎo)論及總結(jié)內(nèi)容：學(xué)習(xí)材料學(xué)的基本知識；主要涉及到各種材料的組成、 結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用以及它們之間的關(guān)系。目的：材料類專業(yè)的入門課及專業(yè)基礎(chǔ)課之一。了解材料的 基本知識，逐步擴大材料的專業(yè)知識面，培養(yǎng)分析和解決有關(guān)材 料問題的初步能力。1、材料的定義與分類材料是人類用來制造有用的構(gòu)件、器件或物品的物質(zhì)。材料與物質(zhì)的區(qū)別：對材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以評價， 對物質(zhì)則不能這樣；材料總是和一定的用途相的；材料可由一種物質(zhì)或若干種物質(zhì)構(gòu)成；同一種物質(zhì)，由于制備方法或加工方法的不同，可成為 用途各異的不同類型的材料。按化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點：金屬材料、無機非金屬材料、高 分子材料、

2、復(fù)合材料按材料性能：結(jié)構(gòu)材料、功能材料按使用領(lǐng)域：建筑材料、電子材料、耐火材料、醫(yī)用材料2、材料的地位和作用材料是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類社會進步的里程 碑和劃時代的標志。材料、能源、信息被稱為人類社會的“三大 支柱”?？v觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，每一種重要新 材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都把人類支配自然的能力提高到一個新的水 平。材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會引起生產(chǎn)技術(shù) 的重大變革，甚至引起一次世界性的技術(shù)革命，大大地加速社會 發(fā)展的進程，從而把人類物質(zhì)文明推向前進。人類文明的發(fā)展史就是材料的發(fā)展史材料的發(fā)展史就是人類文明的發(fā)展史石器時代、青銅器時代、鐵器時代、 、半導(dǎo)體時代新

3、材料是高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)3、材料的性質(zhì)材料性質(zhì)：是材料的功能特性和效應(yīng)的描述，是材料對電. 磁.光.熱.機械載荷的反應(yīng)。材料性質(zhì)描述：力學(xué)性質(zhì)：強度、硬度、剛度、塑性、韌性 材料在力的作用下所表現(xiàn)出的特性即為材料的力學(xué)性質(zhì)。（1）彈性模量彈性模量是指材料在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變（即與應(yīng)力相對應(yīng)的單位變形量）的比值，用E表示，即:（2）強度在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力稱為強度。（有多種強度類型）材料在外力作用下發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力叫屈服強度，用 os表示。工程上規(guī)定，試樣產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力值為該 材料的條件屈服強度，記為。0.2?？估瓘姸仁菍⒃?/p>

4、樣在拉力機上施以靜態(tài)拉伸負荷，使其破壞 （斷裂）時的載荷。彎曲強度是指采用簡支粱法將試樣放在兩支點上，在兩支點 間的試樣上施加集中載荷，使試樣變形直至破裂時的載荷。壓縮強度是指在試樣上施加壓縮載荷至破裂（對脆性材料而 言）或產(chǎn)生屈服現(xiàn)象（對非脆性材料而言）時，原單位橫截面積 上所能承受的載荷。（3）塑性材料在斷裂前發(fā)生永久變形的能力叫塑性，以材料斷裂后的 永久變形為衡量。塑性指標有延伸率和斷面收縮率：。與W越大，材料的塑性越好。（4）硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標，反映材料表面抵抗微區(qū)塑 性變形的能力。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度 等，還常用莫氏硬度。（5）韌性韌性是指材料抵抗

5、裂紋萌生與擴展的能力。度量韌性的指標有兩類。一類是沖擊韌性，用材料受沖擊而破斷的過程所吸收的 沖擊功的大小來表征材料的韌性。另一類是斷裂韌性，用材料裂 紋尖端應(yīng)力強度因子的臨界值K1C來表征材料的韌性（6）疲勞強度疲勞強度指材料抵抗交變載荷的性能。交變載荷是指大小和 （或）方向重復(fù)循環(huán)變化的載荷。在交變應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力 的最大值低于材料的屈服強度，材料經(jīng)較長時間的工作也會發(fā)生 斷裂，這種現(xiàn)象稱為材料的疲勞。當應(yīng)力低于某數(shù)值時，在無限多的循環(huán)周次下，材料仍不斷 裂，此應(yīng)力值稱為疲勞強度或疲勞極限。3.2電學(xué)性質(zhì)（1）導(dǎo)電性材料導(dǎo)電性的量度為電阻率或電導(dǎo)率。電阻R與導(dǎo)體的長度 l成正比，與導(dǎo)體

6、的截面積S成反比，即：般來說，金屬材料及部分陶瓷材料和部分高分子材料是導(dǎo) 體，普通陶瓷材料與大部分高分子材料是絕緣體。（2）介電常數(shù)當電壓加到兩塊中間是真空的平行金屬板上時，板上的電荷 Q0與施加電壓V成正比比例系數(shù)C0就是電容。如果兩板間放入絕緣材料，在相同電壓下，電荷增加了 Q1,貝Q= Q0+ Q1 = CV電介質(zhì)引起電容量增加的比例，稱為相對介電常數(shù)3.3熱學(xué)性能熱容：1mol固體溫度升高1K時所吸收的熱量J/ （mol K）熱導(dǎo)率：單位時間內(nèi)在1K溫差的1cm3正方體的一個面向其所對的另一個面流過的熱量，單位J/ （cm s K）。熱膨脹系數(shù)：單位長度物體的長度隨溫度的變化率，單位K

7、-1。使用性能（效能）：是指材料在某種環(huán)境或條件作用下，最 終使用狀態(tài)（產(chǎn)品或元件）下表現(xiàn)出的行為。所以，性質(zhì)是材料本身特征的體現(xiàn)；使用性能則是包括材料 在內(nèi)的整個系統(tǒng)特征的體現(xiàn)。材料的應(yīng)用要考慮以下幾個因素：一、材料的使用性能二、使用壽命及可靠性三、環(huán)境適應(yīng)性（包括生產(chǎn)過程與使用期間）四、價格4、材料學(xué)的形成和發(fā)展4.2材料科學(xué)的提出與建立材料科學(xué)是在金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子科學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合 物理、化學(xué)發(fā)展起來的。不同材料盡管各有特點，但它們之間卻有相通的原理、共性 和相似的研究、生產(chǎn)方法。材料科學(xué)：是有關(guān)材料成分、結(jié)構(gòu)與工藝對于材料性質(zhì)與用 途的影響規(guī)律的知識與運用?？梢哉f，材料科學(xué)是一種

8、近年來形成的交叉學(xué)科和應(yīng)用科 學(xué)，與工程技術(shù)的較為密切，所以人們往往把材料科學(xué)與工程在 一起，稱之為“材料科學(xué)與工程”。近年來，又稱為“材料科學(xué) 技術(shù)”。材料工程是指運用材料科學(xué)的理論知識和經(jīng)驗知識，為滿足 各種特定需要而發(fā)展、制備和改進各種材料的工藝技術(shù)。4.3 材料科學(xué)的內(nèi)容材料科學(xué)的內(nèi)容可以用一個四面體來表示，也就是材料科學(xué) 是研究一種材料的成分（結(jié)構(gòu)）、合成（工藝）、性質(zhì)與效能及它 們之間的關(guān)系。4.4材料科學(xué)的任務(wù)材料科學(xué)是一門交叉性學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)，它是物理、化學(xué)、冶金學(xué)、金屬學(xué)、高分子科學(xué)、計算科學(xué)等學(xué)科相互 融合與交叉的結(jié)果，是與實際應(yīng)用結(jié)合非常密切的科學(xué)，也是一 個正在發(fā)展的科

9、學(xué)，隨有關(guān)學(xué)科的發(fā)展而得到充實和完善。它的根本任務(wù)是揭示材料成分、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)在 關(guān)系，設(shè)計、合成并制備出具有優(yōu)良使用性能的材料，以滿足工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展對材料日益增長的需 要。新材料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破，將對21世紀基礎(chǔ)科學(xué)和幾乎 所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性影響納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動性的重點領(lǐng)域之O電子信息材料技術(shù)進展迅速，光電子材料、光子材料將成為 發(fā)展最快和最有前途的電子信息材料。新型功能材料及其應(yīng)用技術(shù)面臨新的突破（超導(dǎo)材料、智能 材料、生物醫(yī)用材料）。新型結(jié)構(gòu)材料發(fā)展前景樂觀（高溫合金、難熔金屬、金屬間 化合物、金屬基復(fù)合材料、高分子材料、鈦合金、鎂合

10、金）。作業(yè)名詞解釋：材料材料科學(xué)材料科學(xué)的內(nèi)容及任務(wù)舉例說明材料在人類文明進程中的作用第二章無機非金屬材料1、無機非金屬材料概論無機非金屬材料：主要是指由一種或多種金屬元素同一種非 金屬元素（如O, S , C, N等,通常為O）所形成的化合物，多為金屬氧 化物和金屬非氧化物。也可以認為金屬材料和有機高分子材料以外的固體材料通稱無機非金屬材料。無機非金屬材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼 化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸鹽、 鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無機材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型無 機材料等。其中陶瓷一詞，隨著與陶瓷

11、工藝相近的無機材料的不斷出 現(xiàn)，其概念的外延也不斷擴大。最廣義的陶瓷概念幾乎與無機非 金屬材料的含意相同。通常把它們分為傳統(tǒng)（普通）無機非金屬材料和新型（特種） 無機非金屬材料兩大類。主要特性：熔點高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐 蝕、耐磨損、耐氧化、彈性模量大、強度高。一般為脆性材料2、陶瓷材料（普通陶瓷、特種陶瓷）2.1陶瓷的概念陶瓷（ceramics）是以非金屬礦物或化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)原料處 理、成型、燒成等工序制成的產(chǎn)品。2. 2陶瓷的分類早期，陶瓷是陶器與瓷器的總稱。瓷器的坯體致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，通常 施釉，敲之聲音清脆。陶器通常有一定吸水率，斷面粗糙無光，不

12、透明，敲之聲音 粗啞，有的無釉，有的施釉。傳統(tǒng)的陶瓷如日用陶瓷、建筑陶瓷等是用粘土類及其它天然 礦物原料經(jīng)粉碎加工、成型、燒成等過程而得的器皿。這類陶瓷 可稱為傳統(tǒng)（普通）陶瓷。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對陶瓷制品的性能與應(yīng)用提出 了新的要求，因而制成了許多新品種，它們的生產(chǎn)過程雖然還是 原料處理、成型、燒成等這種傳統(tǒng)的方式，但采用的原料已擴大 到高度精選的天然原料或人工合成原料，使用高度可控的生產(chǎn)工 藝，因而往往具有一些特殊的性能，相對于傳統(tǒng)陶瓷，這類陶瓷 制品稱為新型（特種）陶瓷。陶瓷材料的化學(xué)鍵陶瓷材料是以離子鍵（如MgO、A12O3）、共價鍵（如Si3N4、 BN）以及離子共價混合鍵（

13、SiO2）結(jié)合在一起。金屬氧化物主要是離子鍵結(jié)合。由于離子鍵沒有方向性，只 要求正負離子相間排列并盡量緊密堆積，因而離子品體的密度較 高，鍵強度也較高。這類材料強度高、硬度高，但脆性大。離子 品體固態(tài)絕緣，熔融后可導(dǎo)電。共價鍵具有方向性與飽和性，這就決定了共價晶體中原子的 堆積密度較小。共價品體鍵強度較高，且具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，故這 類材料熔點高、硬度高、脆性大，熱膨脹系數(shù)小。雖然陶瓷材料的鍵性主要為離子鍵和共價鍵，但實際上許多 陶瓷的結(jié)合鍵是混合鍵結(jié)合，既有離子性，又有共價性。陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)通常由三種不同的相組成，品相、玻璃 相和氣相。品相：陶瓷材料中最主要的組成相，品相一

14、般由原料帶入或 玻璃相析品而成。品相分為主晶相和次晶相。主晶相是構(gòu)成材料 的主體，其性質(zhì)、數(shù)量及結(jié)合狀態(tài)，直接決定材料的基本性質(zhì)。玻璃相：是一種低熔點的非晶態(tài)固體，是材料在高溫燒成過 程中，由于化學(xué)反應(yīng)或熔融冷卻形成的。通常，其機械強度要比 品相低一些，抗沖擊強度要高一些，在較低溫度下開始軟化。玻璃相的作用， 充填品粒間隙，粘結(jié)品粒，提高陶 瓷材料的致密程度； 降低燒成溫度，改善工藝； 抑制品粒 長大氣相（氣孔）：大部分氣孔是在工藝過程中形成并保留下來 的，有的氣孔則通過特殊的工藝方法獲得。氣孔含量在090% 之間變化，陶瓷的許多電性能和熱性能都隨氣孔率、氣孔尺寸及 分布的不同在很大范圍內(nèi)變化

15、。2.4.1機械性能彈性模量陶瓷材料具有牢固的離子鍵和共價鍵，其彈性模量比金屬材 料的彈性模量大得多，大約在103104MPa之間甚至更高。陶瓷材料的彈性模量除了與結(jié)合鍵有關(guān)外，還與組成相的種 類、分布、比例及氣孔率的大小有關(guān)。強度陶瓷材料在理論上具有很高的斷裂強度，但實際斷裂強度 往往比金屬材料低得多?？箟簭姸缺瓤估瓘姸却蟮枚啵洳顒e程度大大超過金屬。氣孔和材料密度對陶瓷斷裂強度有很大影響。陶瓷材料耐熱沖擊性較差，嚴重限制了陶瓷材料在急冷急 熱條件下的使用。品粒愈小，強度愈高。塑性與韌性陶瓷材料最突出的弱點是很低的塑性與韌性。只有極少數(shù)具 有簡單晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料在室溫下具有塑性。如MgO、

16、KCl、 KBr等。一般的陶瓷材料在室溫下塑性為零。這是因為大多數(shù)陶 瓷材料品體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑移系統(tǒng)少，位錯生成能高，而且位錯的 可動性差，通常呈現(xiàn)典型的脆性斷裂。硬度陶瓷、礦物材料常用莫氏硬度和維氏硬度來衡量材料抵抗破 壞的能力。莫氏硬度是以陶瓷、礦物之間相互刻劃能否產(chǎn)生劃痕 來確定，只能表示材料硬度的相對大小。一般陶瓷的硬度較大。2.4.2熱性能熱容陶瓷材料的摩爾熱容對結(jié)構(gòu)變化不敏感，但單位體積的熱容 卻與氣孔率有關(guān)，由于多孔材料質(zhì)量輕，所以單位體積熱容小。 因此，多孔輕質(zhì)耐火磚的溫度上升所需的熱量遠低于致密的耐火 磚。熱膨脹陶瓷材料的線膨脹系數(shù)約為(10-510-7) /C。陶瓷的線膨 脹

17、系數(shù)一般低于高聚物和金屬。導(dǎo)熱性陶瓷的熱傳導(dǎo)主要依靠于原子的熱振動。由于沒有自由電子 的傳熱作用，陶瓷的導(dǎo)熱性比金屬小。陶瓷多為較好的絕熱材料。熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性就是抗熱震性，是指材料承受溫度的急劇變化或在 一定溫度范圍內(nèi)冷熱交替而不致破壞的能力。陶瓷的熱穩(wěn)定性很 低，比金屬低得多。這是陶瓷的一個主要缺點。2.4.3電性能電導(dǎo)率陶瓷材料在一般情況下沒有自由活動的電子，電阻率比較 低，絕大部分陶瓷都是良好的絕緣體。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，某些陶瓷材料的半導(dǎo)性和導(dǎo)電性已被 人們發(fā)現(xiàn)，隨之制成各種半導(dǎo)體陶瓷及導(dǎo)電陶瓷。（2）介電常數(shù)大部分離子晶體的介電常數(shù)為 =512，但有少數(shù)晶體的介 電常數(shù)很高。如金紅

18、石（TiO2 ）晶體的 =110114，鈣鈦礦（CaTiO3）晶 體的=150。這類晶體的晶體結(jié)構(gòu)比較獨特，在外電場作用下， 由于離子之間的相互作用，引起了極其強大的內(nèi)電場。在此內(nèi)電 場作用下，離子的電子殼層發(fā)生強烈變形，離子本身也發(fā)生強烈 的位移，使材料具有很高的介電常數(shù)。（3）介電損耗當電介質(zhì)在電場作用下，單位時間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱 為電介質(zhì)的損耗功率或簡稱為介質(zhì)損耗，用損耗角正切tan表示。介質(zhì)損耗是所有應(yīng)用于交流電場中電介質(zhì)的重要指標之一。 介質(zhì)損耗不但消耗了電能，而且由于溫度上升可能影響元器件的 正常工作；介質(zhì)損耗嚴重時，甚至?xí)鸾橘|(zhì)的過熱而破壞絕緣 性質(zhì)。漏導(dǎo)損耗：因電導(dǎo)而引

19、起的介質(zhì)損耗為漏導(dǎo)損耗。極化損耗：一切介質(zhì)在電場中均會呈現(xiàn)出極化現(xiàn)象。除電子、 離子彈性位移極化基本上不消耗能量外，其它緩慢極化（如松馳 極化）在極化的緩慢建立過程中都會因克服阻力而引起能量損耗，這種損耗一般稱為極化損耗。陶瓷材料是由晶相、玻璃相、氣相組成，其能量損耗主要來 源于漏導(dǎo)損耗、松馳質(zhì)點的極化損耗及結(jié)構(gòu)損耗。在結(jié)構(gòu)緊密的離子品體中，極化損耗很小，一般是由漏導(dǎo)引 起。以這類品體為主品相的陶瓷彳主彳主用在高頻的場合，如剛玉瓷、 滑石瓷等。（4）絕緣強度電介質(zhì)能絕緣和儲存電荷，是指在一定的電壓范圍內(nèi)，即在 相對弱電場范圍內(nèi)，介質(zhì)保持介電狀態(tài)。當電場強度超過某一臨 界值時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)?/p>

20、導(dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱介質(zhì)的擊穿。陶瓷材料的擊穿強度一般為460kV/mm。2.4.4光學(xué)性能隨著遙感、計算機、激光、光纖通訊、自動化等技術(shù)的發(fā)展 和“透明陶瓷”的出現(xiàn)，陶瓷材料在光學(xué)領(lǐng)域有了較重要的應(yīng)用。 光學(xué)材料的性質(zhì)一般指材料對各種光和射線的反射、透射、折射 和吸收等性質(zhì)。對陶瓷材料，主要是指其透光性。為了提高陶瓷的透光性，一般使用高純原料，加入抑制品粒 長大的摻雜劑，采用適當?shù)墓に嚺艢饪字苽浼毱返耐该魈沾刹?料。2.4.5化學(xué)穩(wěn)定性陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。在以離子品體為主的陶瓷中，金屬原 子為氧原子所包圍，被屏蔽在其緊排列的間隙之中，很難再同介 質(zhì)中的氧發(fā)生作用，甚至在千度以上的高溫下也是如

21、此，所以具 有很高的耐火性能或不可燃性，是很好的耐火材料。另外，陶瓷對酸、堿、鹽等腐蝕性很強的介質(zhì)均有較強的抗 蝕能力，與許多金屬的熔體也不發(fā)生作用，所以也是很好的坩堝 材料。3.1普通陶瓷的生產(chǎn)過程普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，是以天然存在的礦物為主要原料的 陶瓷制品。其生產(chǎn)工藝流程如下：1）原料精選普通陶瓷中必不可少的三組分是石英、粘土和長石。石英石英具有耐熱、抗蝕、高硬度等性質(zhì)，在普通陶 瓷中，石英構(gòu)成了陶瓷制品的骨架，賦予制品耐熱、耐蝕等特性。石英的粘性很低，屬非可塑性原料，無法做成制品的形狀， 為了使其具有成型性，需摻入粘土?？伤苄裕涸谔沾晒I(yè)中，可塑性是指泥料在外力作用下能被 塑造成各種形

22、狀，在外力除去后，仍能保持這種形狀的性能。粘土粘土是一種含水鋁硅酸鹽礦物，層狀結(jié)構(gòu)，主要化 學(xué)成分為SiO2、A12O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。粘土具有獨特的 可塑性與結(jié)合性，調(diào)水后成為軟泥，能塑造成型，燒后變得致密 堅硬。長石長石是一族礦物的總稱，為架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。長 石在高溫下為有粘性的熔融液體，并潤濕粉體，作為助熔劑能溶 解一部分粘土及部分石英，促進成瓷反應(yīng)的進行，并降低燒成溫 度。上述三組份，石英骨架成分、粘土提供可塑性、長石為助熔劑（2）坯料制備陶瓷原料經(jīng)過配料和加工后成為坯料，根據(jù)陶瓷制品的性質(zhì) 以及制品所用的成型方法，制成可塑料、注漿料和壓制粉料。（3）成型半干法成型（

23、8%15%的水）：利用外部機械壓力，使 具有一定可塑性的泥料壓縮并形成具有一定尺寸、形狀和強度的 坯體的成型方法。注漿成型（40%左右的水）：將制備好的泥漿注入多孔性 模型內(nèi)，泥漿在貼近模壁處的一層被模子吸去水分，形成一均勻 的泥層，并隨時間延長而逐漸加厚，達到一定厚度后，倒出多余 泥漿，泥層繼續(xù)脫水并與模型脫離，最后按模型形狀形成坯體?？伤艹尚头ǎ?0%左右的水）：將預(yù)制好的坯料投入擠泥機 中，擠成泥條，然后切割，按所需制成荒坯，再用手工或壓機壓 制，使坯體具有規(guī)定的形狀和尺寸。（4）生坯的干燥使含水物料（如濕坯、原料、泥漿等）中的液體水汽化而排 除水分的過程，稱為干燥。成型后的各種坯體還呈

24、可塑狀態(tài)，在 運輸和再加工過程中很容易變形或破損。為提高成型后坯體的強度，還要進行干燥，以除去一部分水 分，使坯體失去可塑性。經(jīng)過干燥的坯體，也可以在燒成初期經(jīng) 受快速升溫，從而縮短燒成周期，提高窯爐的周轉(zhuǎn)率，節(jié)約能耗。燒成經(jīng)過成型及干燥過程后，生坯中顆粒之間只有很小的附 著力，因而強度相當?shù)?。要使顆粒相互結(jié)合使坯體形成較高的強 度，只有在無液相或有液相的燒結(jié)溫度下才能實現(xiàn)。目的:是去除坯體內(nèi)所含溶劑、粘結(jié)劑、增塑劑等，并減 少坯體中的氣孔，增強顆粒間的結(jié)合強度，并產(chǎn)生玻璃和莫來石 等新的物相。4、特種陶瓷特種陶瓷是指相對于普通陶瓷而言，新發(fā)展起來的陶瓷，主 要包括以耐高溫、高耐磨、耐腐蝕為特

25、征的結(jié)構(gòu)陶瓷，如軸承陶 瓷；以及進行能量和信號轉(zhuǎn)換的功能陶瓷，如壓電陶瓷。特種陶瓷與普通陶瓷的區(qū)別：在原材料方面普通陶瓷以天然礦物如粘土、石英和長石等為主要原料；而 特種陶瓷則使用經(jīng)人工合成的高質(zhì)量的粉體作為主要材料。在結(jié)構(gòu)方面普通陶瓷材料由于化學(xué)和相組成的復(fù)雜多樣，雜質(zhì)成份和雜 質(zhì)相眾多而不易控制，顯微結(jié)構(gòu)粗劣而不夠均勻，多氣孔；特種陶瓷則一般化學(xué)和相組成較簡單明晰，純度高，即使是復(fù)相材料，也是人為調(diào)控設(shè)計添加的，所以特種陶瓷材料的顯微 結(jié)構(gòu)一般均勻而細密。(3)制備工藝方面普通陶瓷用的礦物經(jīng)混合可直接用于濕法成型，材料的燒結(jié) 溫度較低，燒成后一般不需加工；而特種陶瓷用高純度粉體一般添加有機

26、的添加劑才能適合 于干法或濕法成型，材料的燒結(jié)溫度較高，燒成后一般尚需加工。(4)在性能和用途方面特種陶瓷不僅后者在性能上遠優(yōu)于傳統(tǒng)陶瓷，而且特種陶瓷 材料還發(fā)掘出普通陶瓷材料所沒有的性能和用途。普通陶瓷材料一般限于日用和建筑使用；特種陶瓷具有不同的特殊性質(zhì)和功能，從而使其在高溫、機 械、電子、宇航、醫(yī)學(xué)工程等方面得到廣泛的應(yīng)用。4.1特種陶瓷的制備工藝特種陶瓷的主要制備工藝是粉末制備，成型和燒結(jié)。其工藝 流程圖如下4.1.1 粉體制備方法特種陶瓷的原料具有下述特點：純度高；顆粒細??；只加入 很少甚至完全不加入助熔劑與提高可塑性的添加劑；采用原料是 人工合成的粉末原料。目前制取特種陶瓷用粉體原

27、料的方法有粉碎法和合成法兩 類。合成法包括固相法、液相法和氣相法。（1）粉碎法機械磨細是制取粉末原料最傳統(tǒng)的方法。（2）固相法制備陶瓷粉體化學(xué)反應(yīng)法BaCO3 + TiO2 BaTiO3 + CO2 f熱分解反應(yīng)法CaCO3 f CaO + CO2 f氧化物還原法SiO2 + 2C f SiC + CO2 f直接固態(tài)反應(yīng)法Si + C = SiC（3）液相法制備陶瓷粉體沉淀法沉淀法是在可溶性前驅(qū)物溶液中添加適當?shù)某恋韯?，使得溶液中的陽離子生成不溶性沉淀，然后再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、加熱分解等工藝來合成粉體，該法具有反應(yīng)過程簡 單、成本低等優(yōu)點。溶膠-凝膠法（Sol-Gel法） 將金屬氧化物或氫氧

28、化物的 溶膠變?yōu)槟z，經(jīng)干燥、煅燒，制得高純度超細氧化物粉末。水熱法是指在密封壓力容器中，以水或其他溶劑作為 溶媒（也可以是固相成分之一），在高溫（100C）、高壓條件 下制備、研究材料的一種方法。（4）氣相法制取陶瓷粉體 蒸發(fā)-凝聚法（PVD）將原料用電弧或等離子體高溫加 熱至氣化，然后在加熱源與環(huán)境之間很大的溫度梯度條件下急 冷，凝聚成粉狀顆粒。 化學(xué)氣相反應(yīng)法（CVD）化學(xué)氣相反應(yīng)法是采用揮發(fā)性 金屬化合物蒸氣通過化學(xué)反應(yīng)合成所需物質(zhì)的方法。4.1.2成型技術(shù)模壓成型、注漿成型等技術(shù)可用于特種陶瓷的成型。此外， 為了保證特種陶瓷制品的優(yōu)異性質(zhì)，可采用以下方法成型，以提 高坯體的致密度、均勻性或尺寸精度等。（1）冷等靜壓法（2）注射成型法（3）軋模成型4.1.3燒結(jié)技術(shù)（1）普通燒結(jié)普通陶瓷多半在隧道窯中進行。但特種陶瓷主要在電爐中進 行。采用的燒結(jié)氣氛由產(chǎn)品性能需要和經(jīng)濟因素決定，可以用保 護氣氛（如氬、氮氣等），也可在真空或空氣中進行。（2）熱壓燒結(jié)將干粉末填入模具內(nèi)，再從單軸方向施加壓力，并同時進行 燒結(jié)。這個一種成型與燒結(jié)同時進行的工藝方法。采用熱壓燒結(jié)， 使燒結(jié)機理由以擴散為主變?yōu)樗苄粤鲃訛橹?，從而可在較低溫度 下進行燒結(jié)