特种陶瓷工艺学_刘维良主编.pdf

书书书图书在版编目(C I P)数据特种陶瓷工艺学/刘维良主编 南昌:江西高校出版社，2010 8“十一五”国家级规划教材ISBN 978 7 5493 0049 5.特 .刘 .特种陶瓷 工艺学 高等学校 教材.TQ174 1中国版本图书馆 CIP 数据核字(2010)第 169882 号出 版 发 行社址邮 政 编 码总编室电话销 售 电 话网址印刷照排经销开本印张字数版次印数书号定价江西高校出版社江西省南昌市洪都北大道 96 号330046(0791)8504319(0791)8511423www juacp com江西教育印务实业有限公司江西太元科技有限公司照排部各地新华书店787mm 1092mm1/1632 5791 千字2010 年 8 月第 1 版第 1 次印刷1 2000 册ISBN 978 7 5493 0049 565 00 元赣版权登字 07 2010 144版权所有侵权必究书书书【内容简介】本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。供无机非金属材料专业本科教学用书。全书共分十八章，详细介绍了特种陶瓷主要品种的化学组成、制备工艺、晶体结构、性能和用途。着重对特种陶瓷主要品种的化学组成工艺过程显微结构性能之间的关系作了详细的介绍，并列举了典型应用实例。该书还综合了国内外无机非金属材料学科前沿的最新技术和科技成果。该书除作教材外，还可作从事特种陶瓷的科研人员、工程技术人员、研究生等的工具书和参考文献。前言本书是根据普通高等教育“十一五”国家级规划教材的要求，按照无机非金属材料专业教材编写计划编写而成。本书是在现代陶瓷教科丛书 先进陶瓷工艺学 的基础上，总结了在教学使用中的经验和教训，紧密结合学科、专业、科技发展和教学需要，按照无机非金属材料专业特种陶瓷工艺学 专业课程教学大纲规定的教学内容重新编写而成。本书立足于我国特种陶瓷工业发展的现状和国际发展前沿，力求在先进性、科学性和实用性等方面有所体现。无机非金属材料学科的发展日新月异，为了使教学跟上 21 世纪时代发展的步伐，培养高质量的专业人才，使学生全面地了解无机非金属材料学科的知识，本书综合了国内外无机非金属材料学科的最新技术和科研成果，吸收了国内现有教材、有关书籍的有益内容，同时结合了景德镇陶瓷学院和其他院校的科技成果以及专业教学实践活动经验，组织编写而成。本书由景德镇陶瓷学院刘维良教授任主编。各章编写人员为:景德镇陶瓷学院刘维良教授(绪论，第 2、3、4、5、6、7、8、9、11、12、17、18 章)，喻佑华教授(第 13、14、15 章)，李月明教授(第 10 章)，江西理工大学王平教授(第 16 章)。在统稿过程中，景德镇陶瓷学院陈建华讲师参与了大量的编辑和整理工作。本书由北京科技大学材料学院李福遷教授、北京航空航天大学材料学院陈汴琨教授和景德镇陶瓷学院顾幸勇教授担任主审。本书编写时间比较紧迫，编写资料的搜集尚欠详尽，加之编者水平有限，书中错误和不当之处在所难免，恳请专家和读者批评指正!编 者2010 年 04 月目录1绪论1 1普通陶瓷与特种陶瓷1 2特种陶瓷的分类、特性与用途1 3特种陶瓷的研究方法1 4特种陶瓷的发展前景习题与思考题2氧化铝陶瓷2 1Al2O3的结晶形态与性能2 2工业 Al2O3原料的制备2 3Al2O3粉的预烧2 4Al2O3陶瓷的制造2 5Al2O3陶瓷的烧结2 6Al2O3陶瓷的性能2 7Al2O3陶瓷的用途习题与思考题3氧化锆陶瓷3 1概述3 2ZrO2的性质与晶型转变3 3稳定 ZrO2与部分稳定 ZrO23 4ZrO2增韧陶瓷(ZTC)的韧化机理3 5氧化锆粉末的制备3 6氧化锆陶瓷的制备3 7增韧氧化锆陶瓷材料及制备习题与思考题4碳化物陶瓷4 1碳化硅(SiC)陶瓷4 2碳化钛(TiC)陶瓷4 3碳化硼(B4C)陶瓷4 4其他碳化物陶瓷习题与思考题5氮化物陶瓷5 1氮化硅(Si3N4)陶瓷5 2氮化铝(AlN)陶瓷1目录5 3氮化硼(BN)陶瓷5 4氮化钛(TiN)陶瓷5 5赛隆(Sialon)陶瓷习题与思考题6硅化物陶瓷6 1概述6 2二硅化钼(MoSi2)陶瓷6 3硅化锶(SrSi2)陶瓷6 4硅化铌(Nb5Si3)陶瓷6 5硅化镁(Mg2Si)陶瓷习题与思考题7硼化物陶瓷7 1概述7 2硼化钛(TiB2)陶瓷7 3硼化锆(ZrB2)陶瓷7 4二硼化镁(MgB2)习题与思考题8复合材料8 1概述8 2复合材料用补强剂8 3纤维补强陶瓷基复合材料8 4颗粒补强陶瓷基复合材料8 5层状复合补强增韧陶瓷基复合材料8 6金属陶瓷8 7梯度陶瓷习题与思考题9纳米陶瓷9 1概述9 2纳米陶瓷的制造方法9 3纳米陶瓷的显微结构分析、表面分析和性能9 4纳米陶瓷的应用前景和展望习题与思考题10低膨胀陶瓷10 1概述10 2堇青石质低膨胀陶瓷10 3锂辉石质低膨胀陶瓷10 4钛酸铝低膨胀陶瓷10 5磷酸盐低膨胀陶瓷10 6低膨胀微晶玻璃2特种陶瓷工艺学习题与思考题11多孔陶瓷11 1概述11 2普通多孔陶瓷11 3蜂窝陶瓷11 4开口气孔泡沫陶瓷11 5轻质隔热材料习题与思考题12绝缘陶瓷12 1绝缘陶瓷的分类及性能要求12 2镁质绝缘陶瓷12 3氧化铝质绝缘陶瓷12 4莫来石质绝缘陶瓷12 5氮化物绝缘陶瓷习题与思考题13电容器陶瓷13 1高频温度补偿型介电陶瓷13 2高频温度稳定型介电陶瓷13 3低频高介型介电陶瓷13 4半导体(低频)型介电陶瓷13 5叠层(独石)电容器瓷13 6微波介电陶瓷习题与思考题14压电和热释电陶瓷14 1压电陶瓷的结构与压电性14 2压电陶瓷的性能参数14 3典型耦合压电陶瓷14 4压电陶瓷的生产工艺14 5压电陶瓷的应用14 6热释电陶瓷习题与思考题15敏感陶瓷15 1敏感陶瓷的分类及应用15 2敏感陶瓷的结构与性能15 3敏感陶瓷的半导化过程15 4热敏陶瓷15 5压敏陶瓷15 6光敏陶瓷习题与思考题3目录16磁性陶瓷16 1概述16 2铁氧体的晶体结构16 3铁氧体制造16 4铁氧体微观结构与性能16 5铁氧体的类型及用途16 6叠层电感(缩写 MLCI)元件16 7钕铁硼强磁性材料习题与思考题17生物陶瓷17 1概述17 2生物惰性陶瓷17 3生物活性陶瓷17 4医用陶瓷习题与思考题18抗菌陶瓷18 1概述18 2陶瓷用无机抗菌剂18 3抗菌陶瓷的制备18 4抗菌剂的性能表征与评价方法以及抗菌陶瓷的评价标准18 5国内外抗菌材料及制品的研究开发应用状况及发展前景习题与思考题参考文献4特种陶瓷工艺学书书书1绪论1 1普通陶瓷与特种陶瓷陶瓷与人类的发展是密切相关的。我国的陶瓷有着悠久的历史。英文单词“china”其首写字母大写时意为“中国”，小写时意为“瓷器”，据考证，它是中国景德镇在北宋真宗景德年之前(即公元 1004 年之前)的古名昌南镇的音译。可见，我国是陶瓷之国，瓷器是中国劳动人民的伟大发明之一。在一个相当长的历史时期，我国的陶瓷发展经历了三个阶段，取得三个重大突破。三个阶段是陶器、原始瓷器(过渡阶段)、瓷器;三个重大突破是原料的选择和精制;窑炉的改进和烧成温度的提高;釉的发现和使用。尽管如此，长期以来陶瓷发展是靠工匠技艺的传授，产品主要是日用器皿、陈设瓷、建筑瓷(如墙地砖)、卫生瓷等，通常称为普通陶瓷(或称传统陶瓷)。近四十年来，随着新技术(如电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等)的兴起，以及基础理论和测试技术的发展，陶瓷材料研究突飞猛进。为了满足新技术对陶瓷材料提出特殊性能的要求，从原材料、工艺和性能上均与普通陶瓷有很大差别的一类陶瓷应运而生了。于是就出现了一系列名词称呼这类陶瓷以区别于普通陶瓷或传统陶瓷。这些名词有:高性能陶瓷(High Performance Ceramics)、先进陶瓷(Advanced Ceramics)、精细陶瓷(Fine Ceramics)、特种陶瓷(Special Ceramics)、新型陶瓷(New Ceramics)、近代陶瓷(Modern Ceramics)、高技术陶瓷(High Technology Ceramics)、工程陶瓷(Engineering Ceramics)等。各个国家和各种文献、著作称谓均不统一，为了与无机非金属材料专业培养计划中课程设置相互一致性，本教材以“特种陶瓷”称呼之。特种陶瓷尚无精确定义，一般来说，通常认为特种陶瓷是:“采用高度精选或合成的原料，能精确控制化学组成，按照便于进行显微结构设计和控制的制造技术加工，并且具有高性能的一类陶瓷。”特种陶瓷和普通陶瓷一样都是经过高温热处理而制成的无机非金属材料。特种陶瓷与普通陶瓷主要区别见表 1 1。表 1 1特种陶瓷与普通陶瓷的主要区别区别点普 通 陶 瓷高 性 能 陶 瓷原料天然矿物原料人工精制化工原料和合成原料成分主要由黏土、长石、石英的产地决定原料是纯化合物，由人工配比决定成型注浆、可塑法成型为主模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、注射成型为主11绪论区别点普 通 陶 瓷高 性 能 陶 瓷烧成温度一般在 1350 以下，燃料以煤、油、气为主结构陶瓷常需 1600左右高温烧结，功能陶瓷需精确控烧成温度，燃料以电、气、油为主加工一般不需加工常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光性能以外观效果为主，较低力学性能和热性能以内在质量为主，常呈现耐温、耐腐蚀、耐磨和各种电、光、热、磁、敏感、生物性能用途炊、餐具，陈设品和墙地砖、卫生洁具主要用于宇航、能源、冶金、机械、交通、家电等行业1 2特种陶瓷的分类、特性与用途特种陶瓷按其特性和用途，可分为两大类:结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用的陶瓷基复合材料。其分类、特性和用途见表 1 2。表 1 2结构陶瓷的分类、特性和用途系 列材 料特 性用 途氧化物Al2O3、ZrO2、MgO、SiO2、BeO、莫来石高强度、高硬度、高韧性、高导热性、耐磨性各种受力构件、汽车、车床、机床零件、拉丝模具、刀具、测量工具、磨介非氧化物碳化物SiC、B4C、TiC氮化物Si3N4、BN、AlN、Sialon硅化物MoSi2、TiSi2、Mg2Si硼化物ZrB2、TiB2耐高温、超硬性、抗热震、抗氧化汽车发动机零件、燃汽轮机叶片、高温润滑材料、耐磨材料、耐火材料纳米陶瓷纳米氧化物、非氧化物超塑性、高韧性各种高性能结构零件低膨胀陶瓷堇青石、锂辉石、钛酸铝 2 106/耐急冷急热结构零件陶瓷基复合材料Cf/SiO2SiCw/ZrO2高温力学性能优良火箭头罩、飞行器表面瓦、发动机零部件功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷大致上可分为电子陶瓷(包括电绝缘、电介质、铁电、压电、热释电、敏感、导电、超导、磁性等陶瓷)、透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、光学、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。功能陶瓷的分类、特性和用途见表 1 3。2特种陶瓷工艺学表 1 3功能陶瓷的分类、特性和用途功能系 列材 料特 性用 途电子陶瓷绝缘陶瓷A12O3、BeO、MgO、A1N、BN、SiC高绝缘性集成电路基片、装置瓷、真空瓷、高频绝缘瓷介电陶瓷TiO2、La2Ti2O7、MgTiO3介电性陶瓷电容器、微波陶瓷铁电陶瓷BaTiO3、SrTiO3铁电性陶瓷电容器压电陶瓷PZT、PT、LNN、(PbBa)NaNb5O15压电性换能器、谐震器、滤波器、压电变压器、压电电动机、声纳热释电陶瓷Pb TiO3、PZT热电性探测红外辐射计数和温度测定敏感陶瓷磁性热敏PTC、NTC半导性、传感性热敏电阻(温度控制器)、过热保护器气敏SnO2、ZnO、ZrO2传感性气体传感器，氧探头，气体报警器湿敏Si Na2O V2O5系传感性湿度测量仪、湿度传感器光敏CdS、CdSe传感性光敏电阻、光传感器、红外光敏元件压敏ZnO、SiC传感性压力传感器软磁Mn Zn 铁氧体软磁性记录磁头、磁芯、电波