绪论陶瓷的过去、现在和来.ppt

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1、课程名称：陶瓷材料学,参考教材：特种陶瓷工艺学授课老师：杨连威学时：32h考核方式：闭卷考试电子邮箱：办公室：综合实验楼308#联系方式：0335-8050104,教学内容,绪论第一篇 特种陶瓷生产工艺原理 包括三章(粉体、成型、烧结）第二篇 高温结构陶瓷 包括三章（氧化物、非氧、复合）第三篇 功能陶瓷 包括七章（电介质、铁电、敏感、导电、超导、磁性、金属化封装）,绪论 补充陶瓷,一 陶瓷简介 二 陶瓷的过去 三 陶瓷的现在 四 陶瓷的未来,一 陶瓷简介,什么叫 陶瓷？陶？瓷？,一、陶瓷的定义,陶瓷是陶器和瓷器的总称。发明时间 陶瓷：约11700年前。瓷器：约2000年前。陶瓷的特性：与金属、

2、高分子材料比较，具有高硬度、耐磨、绝缘、抗腐蚀等特点，但是脆性大。,陶瓷简介,陶器,陶器是指以粘土为原料，加水混和后，制成各种器物，干燥后经火焙烧（8001000），产生质的变化，形成陶器。特点：坯体不透明，有微孔，具有吸水性。距今有11700年的历史。品种有灰陶、红陶、白陶、彩陶和黑陶等。,瓷器,瓷器是一种由瓷石、高岭土等组成，外表施有釉或彩绘的物器。瓷器的成形要通过在窑内经过高温（约1200-1400）烧制，瓷器表面的釉色会因为温度的不同从而发生各种化学变化。烧结的瓷器胎一般仅含3%不到的铁元素，且不透水，因其较为低廉的成本和耐磨不透水的特性广为世界各地的民众所使用。,思考？,陶器与瓷器的

3、区别？,陶器,瓷器,瓷器,陶器,陶与瓷的断面比较,陶器的断面,瓷器的断面,陶器与瓷器的区别主要有如下几点：,一、使用原料不同 陶器使用一般黏土即可制坯烧成，瓷器则需要选择特定的材料，以高岭上作坯。烧成温度在陶器所需要的温度阶段，则可成为陶器，例如古代的白陶就是如此烧成的。高岭土在烧制瓷器所需要的温度下，所制的坯体则成为瓷器。但是一般制作陶器的黏土制成的坯体，在烧到1200时，则不可能成为瓷器，会被烧熔为玻璃质。二、烧成温度不同 陶器烧成温度一般都低于瓷器，最低甚至达到800以下，最高可达1100左右。瓷器的烧成温度则比较高，大都在1200以上，甚至有的达到1400左右。,三、坚硬程度不同 陶器

4、烧成温度低，坯体并未完全烧结，敲击时声音发闷，胎体硬度较差，有的甚至可以用钢刀划出沟痕。瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结，敲击时声音清脆，胎体表面用一般钢刀很难划出沟痕。四、釉料不同 陶器有不挂釉和挂釉的两种。挂釉的陶器釉料在较低的烧成温度时即可熔融。瓷器的釉料有两种，既可在高温下与胎体一次烧成，也可在高 温素烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成。,1、陶瓷是生活和现代化建设中不可缺少的材料之一。2、陶瓷材料和金属、高分子材料并称为三大固体材料。3、特种陶瓷在航天、国防、军事等方面具有独特的作用。,二、陶瓷的地位,陶瓷的发展,传统陶瓷：硅酸盐构成，混合物，成分不固定。特种陶瓷：成分固定 如氧化物、碳

5、化物、氮化物、硼化物、金属陶瓷以及金属纤维或者非金属纤维增强的纤维陶瓷等。在工艺工程上也突破了传统方法，更主要的是由于化学组分、显微结构以及性能不同于普通陶瓷，因此成为特种陶瓷。,英国：技术陶瓷(technical ceramics)20世纪50年代；最早美国：高级陶瓷、近代陶瓷（advanced ceramics）、高效陶瓷(high performance ceramics)日本：精细陶瓷(fine ceramics)、新型陶瓷(new ceramics)中国：工业陶瓷(industrial ceramics)、特种陶瓷(special ceramics),2.特种陶瓷,定义：采用高精度精

6、选的原料，具有能精 确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制的方法进行制造、加工，具有优异特性的陶瓷。按特性和用途可分为：结构陶瓷和功能陶瓷两大类,特种陶瓷与普通陶瓷的区别,原料：传统陶瓷原料组分：以黏土为原料。特种陶瓷：组分确定。以提纯的氧化物、碳化物、氮化物、硼化 物、硅化物等为原料。成分：传统陶瓷的成分，不确定.由黏土的成分决定。特种陶瓷的成分由人为决定。,制备工艺：传统陶瓷800-1200，用炉窑生产。特种陶瓷 1200-3000，突破炉窑，用特定的设备，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压烧结。性能：传统陶瓷：性能差、强度差、硬度低、不耐高温、无 特殊光、电等功能。特种

7、陶瓷：优越，强度高、硬度高、耐高温、耐腐蚀、有特殊光、电等功能。,指具有一种或多种功能，如电、磁、声、光、热等功能，以及耦合功能，如压电、热电、声光等功能的陶瓷材料。,结构陶瓷,功能陶瓷,是指主要利用其力学和机械性能的陶瓷，分为氧化物结构陶瓷、非氧化物结构陶瓷等.,绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、导电陶瓷、高温超导陶瓷、铁氧体陶瓷、敏感陶瓷等,功能陶瓷分类,陶瓷的评价,古老陶瓷，文明的象征和载体艺术陶瓷美的使者和源泉现代陶瓷科技发展的动力和催化剂未来陶瓷 举足轻重的地位和作用,二、陶瓷的过去古老陶瓷，文明的象征和载体,陶器11700多年的历史瓷器2000多年的历史，是我我国

8、的伟大发明。外国人用china（陶瓷）代表中国。足以说明中国陶瓷在世界文化交流发展中的巨大作用。,裴李岗文化时期的陶器（距今约8000年）。出土于河南省郑州市新郑市裴李岗村。出土的陶器主要以泥质红陶和夹砂红陶为主，红陶在中国出现最早，烧成温度900左右。,仰韶文化,时间：仰韶文化是距今约50007000年中国新石器时代的一种文化。地址：1921年首次在河南省三门峡市渑池县仰韶村发现。它位于黄河中游地区。文化特征:生产工具以磨制石器为主，常见的有刀、斧、锛、凿、箭头、纺织用的石纺轮等。骨器也相当精致。彩陶文化:各种水器、甑、灶、鼎、碗、杯、盆、罐、瓮等。日用陶器以细泥红陶和夹砂红褐陶为主，主要呈

9、红色，多用手制法，用泥条盘成器形，然后将器壁拍平制造。红陶器上常有彩绘的几何形图案或动物形花纹，是仰韶文化的最明显特征，故也称彩陶文化。,仰韶文化遗址发掘现场,仰韶文化时期陶器 1972年河南省郑州市大河村出土,彩陶双连壶,仰韶文化的其他出土文物,龙山文化,时间：距今约46004000年。地址：1928年考古学家吴金鼎首次发现于山东历城龙山镇（今属章丘）。文化特征：黑陶，薄如蛋壳，表面光亮如漆，是中国制陶史上的鼎峰时期。考古学家把这种以精美的磨光黑陶为主要特征的文化遗存命名为“龙山文化”,初次发现,1928年的春天，考古学家吴金鼎在今山东省历城县龙山镇发现了举世闻名的城子崖遗址。发掘出了与石器

10、、骨器共存的薄胎而带黑色光泽的陶片。山东龙山文化发现的玉器较多。,城子崖遗址,龙山文化时期出土的黑陶（距今约46004000年）,殷商时代（公元前14世纪-公元前11世纪）的陶器从无釉到有釉，是制陶技术上的重大成就。为从陶过渡到瓷创造了必要的条件，这一时期釉陶的出现是我国陶瓷发展过程中的“第一次飞跃”。,商代早期陶器（河南荥阳出土）,商代几何纹白陶瓿 陶器向瓷器过渡,西汉（公元前206公元24年）1975年河南省三门峡市出土,北齐武平六年（公元575年）1971年河南省安阳县范粹墓出土,彩绘陶甗yan,汉代以后，釉陶发展成瓷器，瓷器的出现，是釉陶的第二次飞跃。在浙江出土的东汉越窑青瓷是迄今为止

11、我国发掘的最早瓷器，距今已有1700年。当时的釉具有半透明性，而胎还是欠致密的。这种“重釉轻胎倾向”一直贯穿到宋代的五大名窑(汝窑、钧窑、官窑、哥窑、定窑)。,黄釉舞乐扁壶,釉 yu,定义：覆盖在陶瓷、搪瓷表面的玻璃质薄层。是用矿物原料（长石、石英、滑石、高岭土等）和化工原料按一定比例配合，经过研磨制成釉浆，施于坯体表面，经一定温度煅烧而成。作用：增加制品的机械强度、热稳定性和电介强度，美化器物、便于拭洗、不被尘土腥秽侵蚀等。,五大名窑(汝窑、钧窑、官窑、哥窑、定窑),汝窑：宋徽宗年间建立，前后不足20年。窑址在河南汝州。汝窑以青瓷为主，胎体较薄，釉层较厚，有玉石般的质感。汝窑传世作品不足百件

12、，因此非常珍贵。,钧窑,地址：河南禹县（时称钧州）。时间：宋徽宗年间（继汝窑之后的第二座官窑）。烧制各种皇室用瓷。“黄金有价钧无价”和“家有万贯，不如钧瓷一件”的美誉 钧瓷的釉色千变万化，灿若云霞，宋代诗人曾以 夕阳紫翠忽成岚赞美之。,官窑,时间：宋徽宗年间。地址：京师汴梁。特点：主要烧制青瓷，釉色以月色、粉青、大绿三种颜色最为流行。官瓷胎体较厚，天青色釉略带粉红颜色，釉面开大纹片。这是因胎、釉受热后膨胀系数不同产生的效果。瓷器足部无釉，烧成后是铁黑色，口部釉薄，微显胎骨，即通常所说的“紫口铁足”。瓷器传世很少，珍稀名贵。,哥窑,地址：处州（浙江省丽水市）。据历史传说为章生一、章生二兄弟各建一

13、窑，哥哥建的窑称为“哥窑”，弟弟建的窑称为“弟窑”。特征：釉面有大大小小不规则的开裂纹片，俗称开片或文武片。小纹片的纹理呈金黄色，大纹片的纹理呈铁黑色，故有金丝铁线之说。釉色主要有粉青、月白、米黄数种。,定窑,地址：定州（河北曲阳县）。特点：以烧白瓷为主，瓷质细腻，质薄有光，釉色润泽如玉。制作精湛，造型典雅。花纹千姿百态。,唐代：“第三次飞跃”是瓷器由半透明釉发展到半透明胎。唐代越窑的青瓷、邢窑的白瓷、宋代景德镇湖田、湘湖窑的影青瓷都享有盛名。到元、明、清朝代，彩瓷发展很快，釉色从三彩发展到五彩、斗彩，一直发展到粉彩、珐琅彩和低温、高温颜色釉。,唐三彩,钧瓷,景德镇陶瓷,艺术陶瓷美的使者和源泉

14、,陈设陶瓷和美术陶瓷，装扮着大千世界，被描述为：,钧窟玫瑰紫釉盆托,小荷才露,繁荣昌盛 49960元,造型精美！,品种繁多！,流光溢彩！,变化万千！,至真至纯！,浑然天成！,古朴典雅！,美轮美奂！,乾隆宝瓶-“万寿连延”,乾隆宝瓶-“万寿连延”价钱？,2010.10.7 香港女富豪 张永珍 2.5266亿港元拍下(1港元约0.8566元人民币).,张永珍生于1932年，祖籍江苏武进。张家在清末已是上海有名的古董收藏家族和艺术世家。张永珍的祖父是清末著名篆刻家张揖如，朝廷重臣李鸿章曾用张揖如雕刻的漆器作为慈禧六十大寿的贺礼。,三、陶瓷的现在现代陶瓷科技发展的动力和催化剂,时至今日，几乎每个现代科

15、学技术的尖端领域都有现代陶瓷的足迹,氮化硅陶瓷轴承,轴承方面,氧化铝陶瓷轴承,金属轴承,具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界独领风骚。,陶瓷轴承的优点优点 抗腐蚀。能在满腐蚀性介质的恶劣条件下作业。密度低。转动时对外圈的离心作用可降低40，进而使用寿命大大延长。受热胀冷缩的影响比钢小。在轴承的间隙一定时，可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作。弹性模量比钢高，受力时不易变形，有利于提高工作速度，并达到较高的精度。,航天飞机外的温度是多少？,在太空中，没有了空气的调节作用，向阳面舱外温度超过100，背阳面为零下100。飞船返回时的速度很快，跟大气层的摩擦产生的温度达到

16、1600多。,航空飞机各部分耐温图,航天飞机方面,碳纤维耐热陶瓷瓦,2009年 德国制造。特点：反复经受1700摄氏度的高温，具有很强的抗冲击性和耐化学性。在大尺寸下性能稳定，没 有裂纹。有望解决目前美国航天飞机耐热陶瓷瓦脱落的难题。试用：2010年6月，俄罗斯发射的联盟号火箭上首次使用，效果理想。目前，美国宇航局对其很感兴趣，已在美国新研制的“X-38”空天飞机上进行过试验。,联盟号火箭,“X-38”空天飞机,陶瓷瓦,军事方面,特种陶瓷材料具有高硬度和重量轻的特点，是优良的抗弹材料之一。重量只及钢的60%70%，而其强度可达钢的34倍，能有效地抗御各种轻武器的射击。目前，陶瓷材料已广泛用作防

17、弹衣、车辆和飞机等武器装备的防护装甲。,陶瓷装甲-陶瓷的防弹机理,弹丸倾彻陶瓷材料示意图,弹头撞击装甲的瞬间产生的超压冲击波，沿着陶瓷装甲和弹头传播，造成两者损坏。弹头受压而碎裂。在撞击点四周会形成圆锥形的碎裂区。陶瓷具有硬度高，耐高温，阻止弹头穿透装甲。高硬度陶瓷对弹头产生较大的反作用力，降低弹头速度。陶瓷的类型：碳化硼(B4C)和碳化硅(SiC),陶瓷装甲具有金属装甲无可比拟的优越性能。目前各军事强国的主战坦克，大都采用陶瓷复合装甲。,英国的“奇伏坦”式坦克、美国的“XM-1”式坦克 德国的“豹-2”式坦克 采用含有特种陶瓷材料的复合装甲。这类陶瓷复合装甲不仅能抗 御常规弹药的攻击，而且还

18、能承受中子弹和反坦克导弹的攻击。,英国的“奇伏坦”式坦克Chieftain Main Battle Tank,奇伏坦坦克的车体装甲,英国比较重视坦克的装甲防护性能，所以车体和炮塔都采用较厚的装甲。奇伏坦坦克的车体装甲厚度一般为8090mm，装甲最厚的部位是炮塔正面，达150mm。该坦克将要安装斯蒂尔布鲁(Stillbrew)装甲。Stillbrew装甲:SiC/Si3N4,英国的“奇伏坦”式坦克两伊战争中应用,两伊战争全面爆发3个月后，兵强马壮的伊拉克军队连续进攻，席卷了伊朗南部的大片土地。在萨达姆候赛因看来，被国内争端困扰的伊朗政权似乎已陷入崩溃，这位独裁者总是过高估计自己的力量！1981年

19、1月5日上午10时，伊拉克士兵正懒洋洋地躺在苏桑吉尔德的阵地上晒太阳。突然，炮弹如疾风暴雨般呼啸而来，惊慌失措的伊拉克士兵蜷缩在战壕里。等到炮火延伸射击后，他们透过逐渐消散的烟雾恐怖地看到，伊朗军队的英制“酋长”(奇伏坦)式主战坦克和M113步兵战车排成整齐的队形出现在阵地正面。它的120毫米线膛炮发射出毁灭性的炮火，遭到奇袭的伊拉克一线防御部队土崩瓦解，被俘2000余人，“酋长”(奇伏坦)式坦克也籍此一战扬名。在两伊战争期间，英国曾走私奇伏坦坦克（Chieftain tank）的壳体到伊拉克，事后则把有关文件悉数销毁。,装甲构成：陶瓷、橡胶和特种树脂等多种材料复合而成。功效：能在一定程度上承

20、受原子武器的冲击波和热辐射，是目前世界上最先进的复合装甲。,德国的“黑豹-87”式坦克,美法两国联合试制。防护装甲：一种特制陶瓷。功效：正面能够经受20亳米炮弹的轰击，其两侧能够经受13.7毫米枪弹的射击，其防护能力是其它同类车辆所望尘莫及的。,M-113军用装甲运输车,整套防弹衣分为三大部分：1 可拆洗式背心外套（丛林迷彩）；2 软质防弹内层（KM-2凯夫拉纤维材料）；3 前后两片的防弹插板（B4C）。,美国的“拦截者”防弹衣用碳化硼 陶瓷材料。,SiC陶瓷制品,特点：具有极高的高温强度，高硬度，良好的耐腐蚀性和耐磨性，高的抗热冲击性，比重小，导热性好等特性，在航天航空，机械，石油化工，纺织

21、，食品加工，兵工以及电子等部门获得广泛的应用。,方形碳化硅装甲陶瓷板,圆形碳化硅装甲陶瓷板,SiC陶瓷制品,密封方面,SiC密封件,橡胶密封件,陶瓷密封件的优点：机械强度高、高温耐磨性能好、耐化学腐蚀性能强、气密性好，温度突变时不透水，抗老化等。用途：广泛用于冶金、机械、化工、医药、食品、汽车等行业密封。,敏感陶瓷,某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、声、光、磁、电压及气体、离子的变化特别敏感，这类陶瓷称为敏感陶瓷。,分类：,热敏陶瓷；对温度变化敏感,气敏陶瓷；对气体浓度敏感,湿敏陶瓷；对湿度敏感,声敏陶瓷；对声波强度敏感,光敏陶瓷；对光照强度敏感,磁敏陶瓷；对磁通量和磁场信息敏感,压敏

22、陶瓷.对电压变化敏感,气敏陶瓷,气体与人类的日常生活密切相关，随着科技的发展，人们接触和使用的气体原来越多。尤其是有毒有害（CO、SO2、苯、甲苯等)、易燃易爆气体，严重地危害生命、财产和环境的安全。例如 生活环境中的CO浓度达0.81.15 ml/L时，出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态。达1.84ml/L时，则几分钟内死亡。因此对对气体的检测具有重要意义，气敏传感器发挥着极其重要的作用。,气体传感器类型,常用气敏传感器的主要类型有接触燃烧式电化学式半导体式,接触燃烧式气体传感器,检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层）。使用时对铂丝通以电流，保持300400的高温，此

23、时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度上升，其电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，可知可燃性气体的浓度。,电化学气敏传感器,一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质。气体与电介质接触时，发生氧化或还原反应，因此产生电流。电流的大小与气体的浓度成正比。因此可检测某种气体的含量。电化学气敏传感器有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛。,半导体传感器,与其他传感器比较，半导体传感器具有显著优点：结构简单灵敏度高使用方便价格便宜等 因此应用十分广泛。,1SnO2气敏陶瓷,最常见的气敏材料之一，以SnO2为基本材料，加入贵金属催化剂、粘结

24、剂等，按照常规的陶瓷工艺方法制成的。对许多可燃性气体（CO、乙醇、煤气等）有很高的灵敏度，但对不同气体的选择性较差。使用温度200-300，原因是温度低时，气体脱附的速度慢，温度高时，气体脱附的速度快。,2.ZnO系气敏陶瓷,气体选择性强；用贵金属催化剂提高其灵敏度，因此对各种气体的灵敏度与催化剂的种类有关。加入Pt，对异丁烷、丙烷、乙烷等碳氢化合物有较高灵敏度，但是对H2、CO、CH4等灵敏性差。加入Pd，和Pt恰好相反：对H2、CO、CH4有较高灵敏度，但是对异丁烷、丙烷、乙烷等碳氢化合物等灵敏性差。加入Ag，对乙醇、苯和煤气等物有较高灵敏度，且成本低，因此是有希望的气敏元件。,磁性材料的

25、应用1.磁悬浮列车,上海磁悬浮列车平均时速300公里/小时，最高时速430公里/小时磁悬浮所用的材料为新型陶瓷YBaCuO等。,传统轮轨技术：速度低、噪音大,磁悬浮技术：采用磁力悬浮的方式，使列车悬浮在轨道上方行驶，具有如下优点：减少摩擦力，大幅度提高车辆的行驶速度；不会造成噪音或空气污染，并可提高能源的使用效率；,隐身飞机,F117隐形战斗机 为了躲避敌方雷达的监测，在飞机表面涂一层特殊的磁性材料吸波材料，它可以吸收雷达发射的电磁波，使得雷达电磁波很少发生反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，不能发现飞机，这就使飞机达到了隐身的目的。磁性材料吸波材料为SiC、铁氧体等陶瓷材料。,特种陶瓷在自

26、动控制装置、仪器仪表、精密机械、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、航空航天技术等部门均发挥着重要作用。,特种陶瓷研究热点包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷材料的制备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的高匀、超细技术。,新型进陶瓷如何制备？,可参考教材陶瓷材料学无非非金属材料,四、陶瓷的未来,新型陶瓷走红未来陶瓷市场 当前新型陶瓷这门课程才60年的历史，但是很多问题尚未解决。如陶瓷的韧性提高；烧结温度降低；气敏、压电特性的激励，超导的机理等。,当前，一些经济发达国家，特别是日本，美国和西欧国家，投入大量人力，物力和财力来深入研究上述问题。一旦这些问题解决，新型陶瓷材料将带来巨大的技术革命。因此未来的陶瓷，具有举足轻重的巨大作用。,END！Thanks！,大学的特点以及要求,自我学习自我管理自我成才 德是立身之本 才是养命之源。,祝福大家在大学四年中 健康快乐、德才兼备！欢 迎大家和我 联 系！联系方式：杨连威 yllw0126,