陶瓷教案.docx

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陶瓷教案

陶瓷

陶瓷是陶器和瓷器的总称。

中国人早在约公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶器。

陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。

陶瓷材料的成份主要是氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化钛等。

常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土、石英、钾钠长石等。

陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差。

除了在食器、装饰的使用上，在科学、技术的发展中亦扮演重要角色。

陶瓷原料是地球原有的大量资源黏土经过淬取而成。

而粘土的性质具韧性，常温遇水可塑，微干可雕，全干可磨；烧至700度可成陶器能装水；烧至1230度则瓷化，可完全不吸水且耐高温耐腐蚀。

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。

陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。

它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼，成形，煅烧而制成的各种制品。

由最粗糙的土器到最精细的精陶和瓷器都属于它的范围。

对于它的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物（如粘土、石英等），因此与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业，同属于“硅酸盐工业”的范畴。

陶瓷工艺流程

一、淘泥高岭土是烧制瓷器的最佳原料，千百年来，多少精品陶瓷都是从这些不起眼的瓷土演变而来，制瓷的第一道工序：

淘泥，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。

二、摞泥淘好的瓷泥并不能立即使用，要将其分割开来，摞成柱状，以便于储存和拉坯用。

三、拉坯将摞好的瓷泥放入大转盘内，通过旋转转盘，用手和拉坯工具，将瓷泥拉成瓷坯。

四、印坯拉好的瓷坯只是一个雏形，还需要根据要做的形状选取不同的印模将瓷坯印成各种不同的形状。

五、修坯刚印好的毛坯厚薄不均，需要通过修坯这一工序将印好的坯修刮整齐和匀称。

六、捺水捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的尘土，为接下来的画坯、上釉等工序做好准备工作。

七、画坯在坯上作画是陶瓷艺术的一大特色，画坯有好多种，有写意的、有贴好画纸勾画的，无论怎样画坯都是陶瓷工序的点睛之笔

八、上釉画好的瓷坯，粗糙而又呆涩，上好釉后则全然不同，光滑而又明亮：

不同的上釉手法，又有全然不同的效果。

九、烧窑千年窑火，延绵不息，经过数十道工具精雕细的瓷坯，在窑内经受千度高温的烧炼，就像一只丑小鸭行将达化一只美天鹅。

十、成瓷经过几天的烧炼，窑内的瓷坯已变成了件件精美的瓷器，从打开的窑门中迫不及待地脱颖而出。

十一、成瓷缺陷的修补，一件完美的瓷器有时烧出来会有一点瑕疵，用JS916-2（劲素成）进行修补，可以让成瓷更完美。

陶瓷的分类陶瓷制品的品种繁多，它们之间的化学成分．矿物组成，物理性质，以及制造方法，常常互相接近交错，无明显的界限，而在应用上却有很大的区别。

因此很难硬性地归纳为几个系统，详细的分类法各家说法不一，到现在国际上还没有一个统一的分类方法。

常用的有如下两种从不同角度出发的分类法：

（一）按用途的不同分类

1．日用陶瓷：

如餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗等。

2．艺术（工艺）陶瓷：

如花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、陈设品等。

3．工业陶瓷：

指应用于各种工业的陶瓷制品。

①建筑一卫生陶瓷：

如砖瓦，排水管、面砖，外墙砖，卫生洁具等；

②化工（化学）陶瓷：

用于各种化学工业的耐酸容器、管道，塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等；

③电瓷：

用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。

电机用套管，支柱绝缘子、低压电器和照明用绝缘子，以及电讯用绝缘子，无线电用绝缘子等；④特种陶瓷：

用于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品，有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。

特种陶瓷是随着现代电器，无线电、航空、原子能、冶金、机械、化学等工业以及电子计算机、空间技术、新能源开发等尖端科学技术的飞跃发展而发展起来的。

这些陶瓷所用的主要原料不再是粘土，长石，石英，有的坯休也使用一些粘土或长石，然而更多的是采用纯粹的氧化物和具有特殊性能的原料，制造工艺与性能要求也各不相同。

工程陶瓷又叫结构陶瓷，因其具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点，得到了广泛的应用。

但是工程陶瓷的缺陷在于它的脆性（裂纹）、均匀性差、可靠性低、韧性、强度较差，其应用受到了较大的限制。

一、功能陶瓷functionalceramics

定义：

对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料

功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分．它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！

而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。

杰出代表：

大名鼎鼎的超导陶瓷材料就是功能陶瓷的杰出代表。

1987年美国科学家发现钇钡铜氧陶瓷98K时具有超导性能，为超导材料的实用化开辟了道路，成为人类超导研究历程的重要里程碑。

压电陶瓷在力的作用下表面就会带电，反之若给它通电它就会发生机械变形。

电容器陶瓷能储存大量的电能，目前全世界每年生产的陶瓷电容器达百亿支，在计算机中完成记忆功能。

而敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、力等外界条件的变化而产生敏感效应：

热敏陶瓷可感知微小的湿度变化，用于测温、控温；而气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测、控制、报警和空气调节；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、自动曝光、和自动记数。

磁性陶瓷是部分重要的信息记录材料。

其他功能陶瓷：

此外，还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用

在奇妙的材料世界里还有许多未知的现象有待于我们去探究，相信随着科学技术的进一步发展，人类也必然会发掘出功能材料的新功能，并将其派上新用场。

二、纳米陶瓷

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属似柔韧性和可加工性。

英国材料学家Cahn指出，纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。

纳米耐高温陶瓷粉涂层材料是一种通过化学反应而形成耐高温陶瓷涂层的材料。

纳米技术与纳米陶瓷利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。

纳米陶瓷粉体纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级（1～100nm）尺寸的亚稳态中间物质。

随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应。

具体地说纳米粉体材料具有以下的优良性能：

极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能，可以显著降低材料的烧结温度、节能能源；使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性；可以从纳米材料的结构层次（l～100nm）上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。

另外，由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。

如果粉料的颗粒堆积均匀，烧成收缩一致且晶粒均匀长大，那么颗粒越小产生的缺陷越小，所制备的材料的强度就相应越高，这就可能出现一些大颗粒材料所不具备的独特性能。

纳米陶瓷的制备纳米陶瓷的制备工艺主要包括纳米粉体的制备、成型和烧结。

目前世界上对纳米陶瓷粉体的制备方法多种多样，但应用较广且方法较成熟的主要有气相合成和凝聚相合成2种，再加上一些其它方法。

气相合成：

主要有气相高温裂解法、喷雾转化法和化学气相合成法，这些方法较具实用性。

化学气相合成法可以认为是惰性气体凝聚法的一种变型，它既可制备纳米非氧化物粉体，也可制备纳米氧化物粉体。

这种合成法增强了低温下的可烧结性，并且有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度。

原料的坩埚中经加热直接蒸发成气态，以产生悬浮微粒和或烟雾状原子团。

原子团的平均粒径可通过改变蒸发速率以及蒸发室内的惰性气体的压强来控制，粒径可小至3～4nm，是制备纳米陶瓷最有希望的途径之一。

凝聚相合成（溶胶一凝胶法）：

是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形成配合物，通过控制PH值、反应温度等条件让其水解、聚合，经溶胶→凝胶而形成一种空间骨架结构，再脱水焙烧得到目的产物的一种方法。

此法在制备复合氧化物纳米陶瓷材料时具有很大的优越性。

凝聚相合成已被用于生产小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米团。

从纳米粉制成块状纳米陶瓷材料，就是通过某种工艺过程，除去孔隙，以形成致密的块材，而在致密化的过程中，又保持了纳米晶的特性。

方法有：

沉降法：

如在固体衬底上沉降；原位凝固法：

在反应室内设置一个充液氮的冷却管，纳米团冷凝于外管壁，然后用刮板刮下，直接经漏斗送人压缩器，压缩成一定形状的块材；烧结或热压法：

烧结温度提高，增加了物质扩散率，也就增加了孔隙消除的速率，但在烧结温度下，纳米颗粒以较快的速率粗化，制成块状纳米陶瓷材料。

纳米陶瓷的特性

90年代初，日本Niihara首次报道了以纳米尺寸的碳化硅颗粒为第二相的纳米复相陶瓷，具有很高的力学性能。

纳米颗粒Si3N4、SIC超细微粉分布在材料在内部晶粒内，增强了晶界强度，提高了材料的力学性能，易碎的陶瓷可以变成富有韧性的特殊材料。

纳米陶瓷的特性主要在于力学性能方面，包括纳米陶瓷材料的硬度，断裂韧度和低温延展性等。

纳米级陶瓷复合材料的力学性能，特别是在高温下使硬度、强度得以较大的提高。

有关研究表明，纳米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越性，而且纳米陶瓷出现将有助于解决陶瓷的强化和增韧问题。

在室温压缩时，纳米颗粒已有很好的结合，高于500℃很快致密化，而晶粒大小只有稍许的增加，所得的硬度和断裂韧度值更好，而烧结温度却要比工程陶瓷低400～600℃，且烧结不需要任何的添加剂。

其硬度和断裂韧度随烧结温度的增加（即孔隙度的降低）而增加，故低温烧结能获得好的力学性能。

通常，硬化处理使材料变脆，造成断裂韧度的降低，而就纳米晶而言，硬化和韧化由孔隙的消除来形成，这样就增加了材料的整体强度。

因此，如果陶瓷材料以纳米晶的形式出现，可观察到通常为脆性的陶瓷可变成延展性的，在室温下就允许有大的弹性形变。

应用。

由于纳米陶瓷具有的独特性能，如做外墙用的建筑陶瓷材料则具有自清洁和防雾功能。

随着高技术的不断出现，人们对纳米陶瓷寄予很大希望，世界各国的科研工作者正在不断研究开发纳米陶瓷粉体并以此为原料合成高技术纳米陶瓷。

精密陶瓷precisionceramics

采用严格控制配料及特定工艺制成不经机械研磨加工，就具有表面光滑平整，公差尺寸合乎要求的陶瓷。

其工艺是以热固性塑料（如硅酮树脂）为黏合剂，按一定比例加入陶瓷粉料，混匀后用注塑机成型或流延法成型。

然后，经高温烧结成制品。

根据原材料性质的不同和制品性能、形状、尺寸的差异，选择不同的黏合剂和成型方法，可制成表面光滑、气孔率低的电子陶瓷和结构陶瓷制品

主要用于制作电路基片、线圈骨架、电子管插座、高压绝缘瓷、火箭的前锥体等。

也可制成用于浇制合金的高气孔率精密铸造型芯。

还可用作抗震性好的高温材料。

生物陶瓷

生物陶瓷不仅具有不锈钢塑料所具有的特性，而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。

生物陶瓷除用于测量、诊断治疗等外，主要是用作生物硬组织的代用材料，可用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。

生物硬组织代用材料有体骨、动物骨，后来发展到采用不锈钢和塑料，由