第三节 陶瓷材料基本知识 第四军医大学口腔医学院 口腔材料教研室

（Introduction to ceramic materials） 陶瓷概述 （Introduction to ceramic materials） 一、陶瓷简介 二、陶瓷的结构 三、普通陶瓷 四、特种陶瓷 五、陶瓷的性能 2

经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。 一、陶瓷简介 1.陶瓷的定义 以粘土、长石、石英为主要原料， 经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。 广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料。 成型 烧结 粉体 坯体 陶瓷 3

2.发展概况 陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。 china：陶瓷；中国 china: 昌南镇 4 4

我国是陶瓷生产大国，日用陶瓷、建卫陶瓷产量均为世界第一，占世界产量的2/3。 我国又是陶瓷出口大国，2009年出口金额为56.78亿美元，出口170多个国家。 出口额占世界整个行业的40%，其中佛山占60%。 5 5

先进陶瓷材料 6 6

3.主要化学组成（质量%） SiO2 Al2O3 R2O+RO 65～75 7～30 4～33 7

离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。 MgO、Al2O3、ZrO2 共价晶体-以共价键结合的晶体。 金刚石、SiC、Si3N4、BN 4.陶瓷的结构 陶瓷材料的结合键 离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。 MgO、Al2O3、ZrO2 共价晶体-以共价键结合的晶体。 金刚石、SiC、Si3N4、BN 8 8

陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、玻璃相、气相组成。 陶瓷材料的相组成 陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、玻璃相、气相组成。 9 9

主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧化物 晶体相 陶瓷材料最主要的组成相 主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧化物 10 10

玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。 积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧结温度；阻止晶型转变、抑制晶粒长大。 不利影响：降低陶瓷强度和耐热性能。 11 11

云母玻璃陶瓷中的玻璃相 12

陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。 气相 陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。 气孔对陶瓷的性能是不利的，它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。 13 13

二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔 植骨用多孔陶瓷 14

三、普通陶瓷 (traditional ceramics) 以天然硅酸盐(粘土、石英、长石)为原料烧成的制品。 普通陶瓷 日用瓷 建卫瓷 工业瓷 普通陶瓷的分类 15

1.日用瓷 茶具瓷 餐具瓷 16

2.建卫瓷 内墙砖-建筑瓷 17 卫浴瓷

3.工业瓷 微孔陶瓷过滤板 18 电瓷绝缘子

陶 吧 19

四、特种陶瓷 (advanced ceramics) 以非硅酸盐类化合物或人工合成化合物为原料烧成的制品。 特种陶瓷 结构陶瓷 功能陶瓷 特种陶瓷的分类 20

1.结构陶瓷 结构陶瓷的种类 氧化物结构陶瓷 Al2O3 ZrO2 碳化物结构陶瓷 SiC C 氮化物结构陶瓷 Si3N4 21

化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。 氧化物结构陶瓷 特点： 化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。 氧化铝 氧化锆 22

Al2O3陶瓷的性能特点及应用 强度高、硬度高： 机械加工磨料、磨具 熔点高、抗腐蚀： 耐火材料 优良的化学稳定性： 坩埚 人体关节 强度高、硬度高： 机械加工磨料、磨具 熔点高、抗腐蚀： 耐火材料 优良的化学稳定性： 坩埚 人体关节 优良的光学特性： 透光材料 纳蒸汽灯管 23

氧化铝坩埚 透明氧化铝 24

性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱 SiC陶瓷 性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱 应用：高温结构材料 发动机、喷管等。 25

碳化硅陶瓷轴承 碳化硅耐腐蚀潜水泵 26

2.功能陶瓷 功能陶瓷的种类 光学陶瓷 光纤 激光晶体材料 生物陶瓷 人工关节 口腔陶瓷 27

光学陶瓷 激光晶体材料 光 纤 28

生物陶瓷 人工关节 口腔陶瓷 29

五、陶瓷材料的性能 (一) 力学性能 硬度 陶瓷的硬度很高-1000Hv~1500Hv （普通淬火钢-500~800Hv）。 (一)   力学性能 硬度 陶瓷的硬度很高-1000Hv~1500Hv （普通淬火钢-500~800Hv）。 刚度 陶瓷的刚度很高-刚度反映其化学键能 30 30

实际强度要较理论强度低-组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷 (一) 力学性能 强度 理论强度高-离子键和共价键 实际强度要较理论强度低-组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷 晶粒越细，强度越高。 高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属材料-常用于高温材料 31

(一) 力学性能 强度特点： 压缩强度远高于拉伸强度。 表 长石烤瓷材料主要机械性能 机械性能 数值范围 压缩强度(MPa) 345 (一)   力学性能 强度特点： 压缩强度远高于拉伸强度。 表 长石烤瓷材料主要机械性能 机械性能 数值范围 压缩强度(MPa) 345 拉伸强度(MPa) 34.6 32

陶瓷的塑性和韧性较低，无塑性变形，脆性断裂-陶瓷最大的弱点。 (一)   力学性能 塑性和韧性 陶瓷的塑性和韧性较低，无塑性变形，脆性断裂-陶瓷最大的弱点。 断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的微裂纹， 在受到外应力时快速扩展。 33 33

陶瓷由离子键和共价键结合，具有较高的熔点。 熔点 （二）陶瓷的热学性能 陶瓷由离子键和共价键结合，具有较高的熔点。 熔点 陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由于晶体结构和化学键决定的。一般为10-5~10-6/K。 热膨胀 34

陶瓷是良好的绝缘体，具有介电特性，介电损耗很小。 电学性能 （三）陶瓷的电学和光学性能 陶瓷是良好的绝缘体，具有介电特性，介电损耗很小。 电学性能 陶瓷由于晶界和气孔的存在一般不透明。通过改变烧结方法和控制晶粒的大小，可制备出透明氧化物陶瓷。 光学性能 35