微晶陶瓷

微晶陶瓷

微晶陶瓷一种导热高、不膨胀的新颖陶瓷材料.微晶陶瓷种类繁多主要有七类。微晶陶瓷具有机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等优良性能。

一种导热高、不膨胀的新颖陶瓷材料.该陶瓷材料具有热导率高和热膨胀系数接近于零，不吸水，绝缘性能好，产品结构致密均匀，抗冲击、耐磨与耐腐蚀等优良性能，外观平滑光亮，有较高的远红外发射率等特征。

1.前言

十八世纪法国化学家鲁米汝尔曾设想用玻璃制备多晶材料,直到二十世纪五十年代才由美国康宁公司实现。由于微晶陶瓷材料具有优良的力学、电学、磁学、光学等性能,且简单的制备工艺技术、廉价的原材料和低的制造成本，以及能工业化大规模生产的优势，不失为一种高性能低价位、应用市场广阔的新型陶瓷材料，已成为新型陶瓷材料开发应用的热点之一。

2.微晶陶瓷及其类型

微晶陶瓷的种类繁多，如按照功能相不同进行分类，主要有以下七类。

2.1金属单质微晶陶瓷传统的该类微晶陶瓷的典型是光敏微晶陶瓷，如用溶胶-凝胶法将金属单质Au、Ag等在SiO2玻璃中均匀析出形成的具有复相结构的材料，却具有独特的光学性能和半导体特性，其在压敏、气敏、湿敏等领域具有广泛的潜在应用。

2.2氧化物半导体微晶陶瓷以氧化物半导体如FeO、CdO、ZnO等过渡金属氧化物与玻璃形成的复相结构，通常具有良好的电性能，这类材料在电压敏等方面有着广阔的应用前景。

2.3 化合物半导体微晶陶瓷以PbS，CdS，CdTe，Zn（1-x）Cd xS等II-IV族化合物，以及AlP等III-V族化合物半导体与玻璃复合形成的一类新型精细复合功能材料，在非线性光学、光致发光等领域具有优良的性能和良好的应用前景。

2.4铁电微晶陶瓷早在上世纪六十年代，人们就采用熔融工艺研究铁电微晶陶瓷，主要包括PbTiO3、BaTiO3、NaNbO3等体系。这些材料具有良好的介电频率和介电温度特性，它对研究铁电体尺寸效应，对制备高性能电介质材料和微电子厚膜浆料等方面具有重要的理论和实用价值。

2.5 铁磁微晶陶瓷该类由BiFeO3、MnFe2O4、ZnFe2O4等铁磁相和玻璃相复合制备而成。对铁磁性微晶陶瓷传统工艺已有广泛的研究，铁磁微晶陶瓷材料在磁光控制、吸波材料、微波器件等具有重要的应用价值。

2.6生物微晶陶瓷将有生物活性的功能晶相(如羟基磷灰石等)与玻璃相复合;或将生物酶与玻璃相复合形成生物复相微晶陶瓷，使无机界与生物界联系起来，开辟了一个全新的新材料领域。

2.7光学微晶陶瓷将光变色晶相与玻璃复合形成的光致变色微晶陶瓷，甚至将光变色染料、激光染料等有机功能相与玻璃相复合，形成性能优良的非线性光学材料。

3.微晶陶瓷的制备技术

3.1熔融法最早的微晶陶瓷是用熔融法制备的，至今熔融法仍然是制备微晶陶瓷的主要方法。其工艺流程为：在原料中加入一定量的晶核剂(如ZrO2，CuO，Cr2O3等)并混合均匀，于1300～1500℃高温下熔制，均化后将玻璃熔体成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小且结构均匀的微晶陶瓷制品。熔融法的最大特点是可沿用任何一种玻璃的成型方法，如压延、压制、吹制拉制、浇注等;与通常的陶瓷成型工艺相比，适合自动化操作和制备形状复杂、尺寸精确的制品。

3.2烧结法烧结法制备微晶陶瓷的工艺流程如下为：配料→熔制→水淬→粉碎→过筛→成型→烧结→加工。烧结法制备微晶陶瓷不需要通过玻璃形成阶段，因此适于高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的微晶陶瓷的制备，如高温微晶陶瓷材料等。用该法制备的微晶陶瓷中可存在含量较高的氧化锆、莫来石、尖晶石等耐高温晶相。如将MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃粉碎后与方镁石混合烧结，形成莫来石质微晶陶瓷，耐温高达 1250℃。此外，烧结法还有一个显著的特点，即玻璃经过水淬后，颗粒细小，比表面积增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化，因而有时可以不使用晶核剂，也可以制备出性能良好的微晶陶瓷材料。烧结法制备的微晶陶瓷主要集中在CaO-Al2O3-SiO2，Li2O-Al2O3-SiO2，MgO- Al2O3-SiO2，等系统。

3.3溶胶-凝胶法最早是用来制备玻璃的，但近十多年来，一直是玻璃与陶瓷等先进材料制备技术的研究热点。

溶胶-凝胶法的主要优点是：(1)可以得到均质高纯材料;(2)可防止某些组分挥发并减少污染;(3)其制备温度比传统方法低得多，(4)可扩展组成范围，制备传统方法无法制备的材料，如不能形成玻璃的系统和具有高液相组成的微晶陶瓷。用溶胶-凝胶法制备的微晶陶瓷主要为具有高温、高强、高韧性以及其它特殊性能的高新技术材料。

3.4强韧化技术为了获得力学性能优良的材料，可在微晶陶瓷制备过程中采用一些特珠工艺，如表面涂层和离子交换法等工艺方法。其中表面涂层适用于高膨胀系数的微晶陶瓷，强化后的材料强度可提高3～5倍，对于低膨胀的微晶陶瓷，一般采用离子交换法。微晶陶瓷的微观结构对材料的力学性能有很大影响，采用热挤压、温度梯度等方法使晶体定向生长，可大幅度提高力学性能。此外，还可以在微晶陶瓷中加入高强度的纤维或晶须制成高强度的复合材料。

4.微晶陶瓷的性能与用途

微晶陶瓷集中了多种优良性能，如机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等，不仅适于代替传统材料以获得更好的经济效益和改善工作条件，而且开辟了一个没有替代材料可以满足其技术要求的全新领域，从而在许多领域获得了广泛的应用。

4.1航天工业利用其强度高，质轻及优良的热学性能，可用作飞机、人造地球卫星等的结构材料，如高速飞机的机翼前缘、喷气式发动机喷嘴、主晶相为堇青石，通过浇注法制造的雷达天线罩已被广泛应用。

4.2建筑装饰微晶陶瓷强度高、化学稳定性好，已经广泛用于建筑物的装饰领域。如微晶陶瓷玻化砖是在玻化瓷的表面复合一层微晶陶瓷的新型复合建筑材料，在机械强度、不吸污(吸水率为零，不会被茶、颜料和油污所污染)、白度、光泽度、耐化学试剂侵蚀、耐磨、耐腐蚀、放射性、热膨胀系数和热稳定性等方面远远优于普通陶瓷玻化砖，从而得到广泛的应用。

4.3机械工业微晶陶瓷具有良好的机械性能且能获得极光滑的表面，适用于作轴承;利用其强度高、耐磨性好的特点，可取代钢材制造斜槽、球磨机内衬以及研磨体;另外，还可制造特种切削工具、离合器、旋转叶片、活塞头等。

4.4电力电子工业微晶陶瓷的膨胀系数可在很大范围内变化，能与金属很好地焊接在一起;它的电性能优良以及在高温下尺寸稳定，能用于制造各种类型的绝缘体、电路板、整流罩、电容器、滤波器和混频器等。

4.5化工领域微晶陶瓷的化学稳定性好，耐磨，被用于制造输送腐蚀性液体的管道、阀门、泵等，还可用作反应器、电解池及搅拌器的内衬。另外，在核工业中，微晶陶瓷可用于制造反应控制棒、反应堆用密封剂、核废料储存材料，多孔复相微晶陶瓷可应用于过滤器、催化载体和气体传感器等;复相微晶陶瓷可应用于制备热交换器等。

4.6 生物医学具有梯度构造的CaO-P2O5-Al2O3-B2O3系生物微晶陶瓷与天然牙齿有相近的外观，可用于人工齿冠修复;铁钙硅铁磁体微晶陶瓷可将磁带生热所需的强磁性与良好的生物相容性结合，能满足温热治癌的要求;此外，微晶陶瓷在骨骼移植等方面已得到了应用。

5.玻璃陶瓷的发展前景

5.1耐高温玻璃陶瓷

耐高温玻璃陶瓷是随着烧结法、溶胶-凝胶法等新工艺在玻璃陶瓷制备中的应用而发展起来的新材料。当玻璃陶瓷中析出如莫来石、尖晶石、铯榴石等耐高温的晶体且含量较高时，材料可以耐很高的温度。如铯榴石玻璃陶瓷中，不仅析出了这种耐高温微晶，还析出了一些莫来石晶体，而且其残余玻璃相为晶体所包裹，这种材料可在1400℃左右的高温下使用。

5.2高力学性能的材料

玻璃陶瓷的微观结构对其力学性能有很大影响，可用控制结构来改善性能，如交织结构可以提高强度和韧性；采用温度梯度、热挤压等方法使晶体定向生长、也能大幅度提高力学性能，如以CaO-P2O5为基的玻璃陶瓷中析出定向微晶，其抗折强度可达700MPa,而且断裂韧性也显着提高；

复合材料是提高玻璃陶瓷力学性能的又一有效途径，可将具有不同于玻璃陶瓷基体力学性能的纤维、晶须或微粒与之复合，也可用金属等其它材料与之复合，还可以将玻璃陶瓷的纤维或小球体复合到其它基体中，如用SiC晶须增强MgO-Al2O3-SiO2基的玻璃陶瓷，基抗折强度与断裂韧性分别为500MPa及4.0MPa.m1/2,比未增强者提高两倍以上。复合材料的力学性能可与Si3N,等结构陶瓷媲美，是一类有前景的新型结构材料。

5.3生物玻璃陶瓷

生物玻璃陶瓷的主要优点是在玻璃中可引入CaO、P2O5,通过热处理可以析出羟基磷灰石晶体，具有优良的生物相容性与生物活化性，组成中的其它组分可析出其它类型的晶体，保证材料的化学稳定性、可切削性等，比金属、氧化铝等材料更有前途。迄今已进行许多临床试验，有的长达六年之久，而且都取得了可喜的成果。

5.4新型功能玻璃陶瓷

这类材料随着新技术、高科技的需求而发展，它运用玻璃工艺成形及通过受控晶化析出所需晶体的特性制备具有压电、半导、铁电、电光、非线形等各种特性的材料。现在研究的一些主要功能材料有透红外玻璃陶瓷、铁电与铁磁性玻璃陶瓷、掺Cr3+等离子的透明玻璃陶瓷，此外还有用于电子器件及其封接的玻璃陶瓷，用作催化剂载体与传感器的多孔掺杂玻璃陶瓷等。但是功能晶体析出量不够时，性能会导致"稀释"效应，材料虽具有某些功能特性，但性能指标差，不能满足应用要求。因此，如何提高功能晶体的晶化率和使材料尽可能为单一相或含最少异相是该类材料研究中的重点。

微晶玻璃陶瓷

微晶玻璃陶瓷又称可加工陶瓷，是以合成云母为主晶相的云母微晶玻璃，是一种可以机加工的陶瓷材料，该材料具备了良好的加工性能、真空性能、电绝缘特性及耐高温、耐化学腐蚀等优良性能。

一．加工性

微晶玻璃陶瓷最突出的特性是可用标准金属加工工具和设备进行车、铣、刨、磨、钻、锯切和攻丝等加工。是一般95瓷、氮化硅瓷等绝缘材料无法比拟的。微晶玻璃陶瓷加工

性能类似于铸铁，它能加工成各种形状复杂，精度要求高的产品。

微晶玻璃陶瓷虽系脆硬材料，但只要合理地确定加工工艺路线及装夹方式，注意加工方法，准确地选择切削用量，在一般设备上公差等级可控制在IT7级，光洁度达到0.5μm,加工精度控制在0.005mm是完全可行的。如加工设备优良，操作技术熟练，则精度可达μ级。

二．电性能

微晶玻璃陶瓷是一种优良的高温电绝缘材料，在许多电器设备中都可以应用，它有很高的电绝缘强度，高体积电阻及低介质损耗。

三. 热性能

微晶玻璃陶瓷是一种耐高温绝缘材料，同时又是能在超低温领域广泛使用的耐腐蚀电绝缘材料。它的使用范围在-270℃~+800℃。由于微晶玻璃陶瓷中的云母晶体具有一定的弹性，能制止微裂纹的延伸，因此它又具有较好的抗热冲击性能。它的低热膨胀系数保证了工件的尺寸稳定，可进行气密封结。

四．其它性能

微晶玻璃陶瓷经过180℃烘烤，160℃保温1小时，真空老练8小时，放气率为8.8×10-9 ml/s. cm2它不导磁，比重是普通钢材的1/3，比铝还轻，吸水率极低。

由于它完全由无机材料组成，因此还有不老化不变形，对各种有机溶剂十分稳定及良好的耐酸碱腐蚀性能等.

应用微晶玻璃陶瓷由于它具有各种优良综合性能，能满足高精度技术要求，无须模具设计及制作大大缩短研制周期，可以加速工程进展，节省研制费用，因此深受广大科研、教学和设计部门的欢迎。

它特别适合汽车、军工、航空航天、精密仪器、医疗设备、电真空器件、电子束暴光机、纺织机械、传感器、质谱仪和能谱仪等仪器中广泛使用。对于一些薄壁的线圈骨架，精密仪器的绝缘支架，形状复杂等精度要求高的器件，微晶玻璃陶瓷更为适用，它可加工成任意形状。它比氮化硼强度高，放气率低，比聚四氟乙烯耐温度，不变形，不变质，经久耐用，比氧化铝瓷更好加工性好，生产周期短，合格率高，设计人员可任意制作所需尺寸的产品。

陶瓷的分类及性能

陶瓷材料的力学性能 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 玻璃 — 工业玻璃 (光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 陶瓷 —普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘） ，化工，多孔 ……特种陶瓷 -电容器，压电，磁性，电光，高温 …… 金属陶瓷 -- 结构陶瓷，工具（硬质合金） ，耐热，电工 …… 玻璃陶瓷 — 耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷 … 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种

陶瓷（人工的化学或化工原料 --- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2) 坯料的成形 （可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 2 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4)塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7)热稳定性 — 抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷 220 ℃） (8)化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性 — 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（ NiO ， Fe3O4 等） (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷

磨料种类

磨料的种类 磨料可以分为天然磨料和人造磨料两大类。 一、天然磨料 自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料。常用的天然磨料有以下几种： 1．金刚石 金刚石是目前已知最硬的物质，其显微硬度为98.59Gpa。金刚石是碳的同素异型体，主要成份是碳，另外还含有0.02~4.8%的杂质，比重为3.15~3.53g/cm3。其产地非常有限，不但价格昂贵，而且极为缺乏。 金刚石因含杂质的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等，脆性较大，易沿结晶面裂开，结晶越大抵抗外力的作用越强，金刚石的计量单位是克拉，1克拉=0.2g。 天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面： 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 （1）用于修整砂轮； （2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）。 2．天然刚玉 天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa，比重为3.93~4.00g/cm3。自然界存在的天然刚玉主要有以下三种： （1）优质刚玉（俗称宝石）有蓝宝石（含钛）、红宝石（含铬）等； （2）普通刚玉，呈黑色或棕红色； （3）金刚砂，可分为绿宝石金刚砂和褐铁矿金刚砂，它是一种集合晶体，硬度较低。 在上述三种天然刚玉中，第一种主要用于首饰，而后二种可以作为磨料，用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等。 3．石榴石 石榴石的晶形较好，显微硬度为13.33Gpa。属于石榴石的矿物种类很多，但适合于作磨料的仅有铁铝

石榴石一种，其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%。 4。石英 石英的化学成份为SiO2，常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。显微硬度为8.04 Gpa，可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等。 随着科学技术的发展，人造磨料的品种已达几十种之多，天然磨料由于自身的缺陷，已被越来越多的人造磨料所取代，目前除了天然金刚石、石榴石外，其它种类的天然磨料用量甚微。 二、人造磨料 人造磨料分刚玉系列、碳化物系列、超硬系列等几大类。现将各类磨料的简要制造方法、特性及磨削对象分别叙述如下。 1．刚玉系列人造磨料 属于刚玉系的人造磨料有棕刚玉、白刚玉、锆刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、黑刚玉及矾土烧结刚玉等。 （1）棕刚玉（A） 棕刚玉是以铝矾土、无烟煤和铁屑为原料，在电弧炉内经高温冶炼而成。在冶炼过程中，无烟煤中的碳将矾土中的氧化硅、氧化铁和氧化钛等杂质还原成金属，为些金属结合在一起成为铁合金，由于其比重较刚玉熔液大而沉降至炉底与刚玉熔液分离。仅有少量的杂质夹杂在刚玉熔快中。 棕刚玉的主要矿物成份为物理刚玉，三方晶系，少量的矿物杂质有：硅酸钙、钙斜长石、富铝红柱石（又称莫来石）、钛化物、玻璃体及少量铁合金等。 棕刚玉的抗破碎能力较强，抗氧化、抗腐蚀，具有良好的化学稳定性，是一种用途广泛的磨料。适用于磨削抗张强度高的金属材料，如普通碳素钢、硬青铜、合金钢的细磨和精磨，磨加工螺纹和齿轮等，白刚玉还可用于精密铸造及高级耐火材料。 （3）铬刚玉（PA） 铬刚玉的冶炼工艺与白刚玉相同，只是在冶炼过程中加入一定量的氧化铬，呈浅紫色或玫瑰色。 铬刚玉中由于引入Cr3+改善了磨料的韧性，其韧性较白刚玉高，而硬度与白刚玉相近，用于加工韧性

现代陶瓷技术及应用

现代陶瓷技术及应用 陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末(如黏土、高岭土等)为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大，仅用于餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等)，而不适用于工业用途。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料，主要用于高温和腐蚀介质环境，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。下面对现代技术陶瓷三个主要领域：结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷作一简单介绍。 一、结构陶瓷 同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3)，因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。 氧化物陶瓷 主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题，原料价格低廉，生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能，高硬度和耐化学腐蚀性，主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高，机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平，但它在1400℃仍能保持这一强度水平，并且高温蠕变速率极低，因此被

认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹，因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低，无法单独作为受力元件，所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件，并已在陶瓷发动机上得到应用。 非氧化物陶瓷 主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同，非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力，并且能把这些性能的大部分保持到高温，这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难，必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品，有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%)，所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。 这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性，因此一直是陶瓷发动机的最重要材料，目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃，而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上，因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后，燃烧温度可提高到1400℃以上，并且不需要水冷系统，这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。 非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比，其成本较高，但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多，并且刀具寿命长、允许切削速度高，因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无润滑陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。

微晶氧化铝陶瓷的制备

[-- 微晶氧化铝陶瓷的制备、应用与发展 --] imrking2007-08-08 18:04 20世纪二三十年代以来，科学技术的高速发展，对陶瓷提出了新的挑战。尽管陶瓷中的玻璃相使其变得坚硬致密，然而也正是它妨碍了陶瓷强度的进一步提高。同时，玻璃相也是陶瓷绝缘性能，特别是高频绝缘性能差的根源。随着陶瓷制造工艺的不断进步，特别是对陶瓷烧结过程、显微结构的深入研究，人们已制造出玻璃相含非常低甚至几乎不含玻璃相而由许多微小晶粒结合成的结晶态陶瓷，实现了从传统陶瓷到先进陶瓷的重大飞跃。 先进陶瓷材料是指以精制高纯人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的工艺，经烧结而制得的陶瓷材料，以其具有的高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温及声、光、电、磁等优异性能而区别于传统陶瓷（日用陶瓷、建筑卫生陶瓷等），亦称为高技术陶瓷、精细陶瓷、精密陶瓷、现代技术陶瓷、工业陶瓷、特种陶瓷等[1]。无论从材料本身性能或材料所采用的制备技术来看，先进陶瓷材料已成为陶瓷科学和材料与工程科学领域里非常活跃、极富挑战性的前沿研究学科，微晶氧化铝陶瓷也是先进陶瓷材料中异军突起的重要陶瓷材料之一。 国内微晶氧化铝陶瓷简介 作为引领我国先进陶瓷技术与产业发展方向的中材高新材料股份有限公司，在20世纪末已出色完成一批用于航天等高科技领域和现代军事技术所不可替代的先进陶瓷关键材料，进入21世纪，又依托其在工业陶瓷领域三十多年所取得的一系列科技成果和研发经验等优势，加快了公司一系列陶瓷制品的产业化进程。目前，公司已是国内最大的微精耐磨氧化铝陶瓷生产企业之一，拥有微晶耐磨氧化铝球石、衬砖和衬片三大类产品，其中氧化铝瓷球拥有从φ3到φ80的14种规格，从75MQ到95MQ的9大系列；氧化铝衬砖拥有H40、H50、H60、H70等4种规格，90、95两大系列；氧化铝衬片有5种规格，4大系列。年生产总量可达22000吨，产品规模始终处于国内同行业的领跑地位，并居亚洲第一，产品质量已获中国产品质量协会颁发的最高信誉AAA等级证书。 中材高新微晶耐磨耐腐蚀氧化铝产品具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀等特性，作为磨介和研磨护层应用于物料的物理粉碎过程中，广泛用于建筑卫生陶瓷、工业陶瓷、电子陶瓷、高档耐火材料、特种水泥、搪瓷、非金属矿产品深加工、化工及医药、涂料等行业。它不仅可以提高产品质量、大幅度提高化工产品的研磨细度、减少化工产品杂质的引入，而且能提高研磨效率25%-35%，降低能耗30%以上。 近年来，中材高新积极改进生产工艺，提高产品质量。90B系列氧化铝制品（球石、衬砖等）的当量磨耗≤0.2‰，已远远优于行业标准，90G耐磨氧化铝球石已达到与意大利BITOSSI公司高档球相当的质量水平，其当量磨耗

陶瓷工艺学及答案

1. 陶瓷原料按工艺特性可分为哪四类原料？ 一般按原料的工艺特性分为：可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料和功能性原料四大类。 2. 传统陶瓷的三大类原料是什么？ 答：粘土、石英、长石 3. 指出粘土、粘土矿物、高岭土、高岭石的差异 答：黏土是一类岩石的总称，这有利于区分黏土、黏土矿物、高岭土、高岭石等这些名词的不同 黏土矿物：含水铝硅酸盐，组成黏土的主体，其种类和含量是决定黏土类别、工业性质的主要因素。高岭土主要由高岭石组成的黏土称为高岭土。 4. 说明原生粘土和次生粘土的特点 答：原生粘土：一次粘土，母岩风化后在原地留下来的粘土，产生的可溶性盐被水带走，因此质地较纯，耐火度高，颗粒较粗，可塑性差； 次生粘土：二次粘土、沉积粘土，由河水或风力将风化产生的粘土迁移至低洼地带沉淀所成。颗粒较细，可塑性好，夹杂其它杂质，耐火度差。 5. 粘土按耐火度可分为哪几类，各自特点是什么？P17 6. 粘土的化学组成主要是什么？主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 分别说明氧化铝、二氧化硅、氧化铁/二氧化钛、碱金属/碱土金

属氧化物、有机质对粘土烧结的影响 （1）SiO2 ：若以游离石英状态存在的SiO2多时，黏土可塑性降低，但是干燥后烧成收缩小。 （2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。 （3）Fe2O3＜1％，TiO2 ＜0.5％：瓷制品呈白色，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。 （4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。（5）H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。 7. 粘土中根据矿物的性质和数量可以分为哪两类？哪些是有益杂质矿物，哪些是有害杂质？ 根据性质和数量分为两大类：黏土矿物和杂质矿物 有益杂质：石英、长石 有害杂质：碳酸盐、硫酸盐、金红石、铁质矿物 8. 指出碳酸盐、硫酸盐对陶瓷烧结的影响 碳酸盐主要是方解石、菱镁矿；硫酸盐主要是石膏、明矾石等。一般影响不大，但以较粗的颗粒存在时。往往使坯体烧成后吸收空气中的水分而局部爆裂。 9. 粘土矿物主要有哪三类？各自结构上有什么特点？试用材料分析手段说明如何鉴别高岭石、蒙脱石等 粘土矿物。a．高岭石类: b．蒙脱石类: c．伊利石类:杆状以及蠕虫状。二次高岭土中粒子形状不规则，

磨料的种类

磨料的种类 一、天然磨料 自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料.常用的天然磨料有以下几种：1．金刚石 金刚石是目前已知最硬的物质,其显微硬度为98.59Gpa.金刚石是碳的同素异型体,主要成份是碳,另外还含有0.02~4.8%的杂质,比重为 3.15~3.53g/cm3.其产地非常有限,不但价格昂贵,而且极为缺乏. 金刚石因含杂质的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等,脆性较大,易沿结晶面裂开,结晶越大抵抗外力的作用越强,金刚石的计量单位是克拉,1克拉=0.2g. 天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面： （1）用于修整砂轮； （2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）. 2．天然刚玉 天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa,比重为3.93~4.00g/cm3.自然界存在的天然刚玉主要有以下三种： （1）优质刚玉（俗称宝石）有蓝宝石（含钛）、红宝石（含铬）等； （2）普通刚玉,呈黑色或棕红色； （3）金刚砂,可分为绿宝石金刚砂和褐铁矿金刚砂,它是一种集合晶体,硬度较低. 在上述三种天然刚玉中,第一种主要用于首饰,而后二种可以作为磨料,用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等. 3．石榴石 石榴石的晶形较好,显微硬度为13.33Gpa.属于石榴石的矿物种类很多,但适合于作磨料的仅有铁铝石榴石一种,其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%. 4.石英 石英的化学成份为SiO2,常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等.显微硬度为8.04 Gpa,可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等. 随着科学技术的发展,人造磨料的品种已达几十种之多,天然磨料由于自身的缺陷,已被越来越多的人造磨料所取代,目前除了天然金刚石、石榴石外,其它种类的天然磨料用量甚微. 二、人造磨料

微晶陶瓷

微晶陶瓷 微晶陶瓷一种导热高、不膨胀的新颖陶瓷材料.微晶陶瓷种类繁多主要有七类。微晶陶瓷具有机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等优良性能。 一种导热高、不膨胀的新颖陶瓷材料.该陶瓷材料具有热导率高和热膨胀系数接近于零，不吸水，绝缘性能好，产品结构致密均匀，抗冲击、耐磨与耐腐蚀等优良性能，外观平滑光亮，有较高的远红外发射率等特征。 1.前言 十八世纪法国化学家鲁米汝尔曾设想用玻璃制备多晶材料,直到二十世纪五十年代才由美国康宁公司实现。由于微晶陶瓷材料具有优良的力学、电学、磁学、光学等性能,且简单的制备工艺技术、廉价的原材料和低的制造成本，以及能工业化大规模生产的优势，不失为一种高性能低价位、应用市场广阔的新型陶瓷材料，已成为新型陶瓷材料开发应用的热点之一。 2.微晶陶瓷及其类型 微晶陶瓷的种类繁多，如按照功能相不同进行分类，主要有以下七类。 2.1金属单质微晶陶瓷传统的该类微晶陶瓷的典型是光敏微晶陶瓷，如用溶胶-凝胶法将金属单质Au、Ag等在SiO2玻璃中均匀析出形成的具有复相结构的材料，却具有独特的光学性能和半导体特性，其在压敏、气敏、湿敏等领域具有广泛的潜在应用。 2.2氧化物半导体微晶陶瓷以氧化物半导体如FeO、CdO、ZnO等过渡金属氧化物与玻璃形成的复相结构，通常具有良好的电性能，这类材料在电压敏等方面有着广阔的应用前景。 2.3 化合物半导体微晶陶瓷以PbS，CdS，CdTe，Zn（1-x）Cd xS等II-IV族化合物，以及AlP等III-V族化合物半导体与玻璃复合形成的一类新型精细复合功能材料，在非线性光学、光致发光等领域具有优良的性能和良好的应用前景。 2.4铁电微晶陶瓷早在上世纪六十年代，人们就采用熔融工艺研究铁电微晶陶瓷，主要包括PbTiO3、BaTiO3、NaNbO3等体系。这些材料具有良好的介电频率和介电温度特性，它对研究铁电体尺寸效应，对制备高性能电介质材料和微电子厚膜浆料等方面具有重要的理论和实用价值。 2.5 铁磁微晶陶瓷该类由BiFeO3、MnFe2O4、ZnFe2O4等铁磁相和玻璃相复合制备而成。对铁磁性微晶陶瓷传统工艺已有广泛的研究，铁磁微晶陶瓷材料在磁光控制、吸波材料、微波器件等具有重要的应用价值。 2.6生物微晶陶瓷将有生物活性的功能晶相(如羟基磷灰石等)与玻璃相复合;或将生物酶与玻璃相复合形成生物复相微晶陶瓷，使无机界与生物界联系起来，开辟了一个全新的新材料领域。 2.7光学微晶陶瓷将光变色晶相与玻璃复合形成的光致变色微晶陶瓷，甚至将光变色染料、激光染料等有机功能相与玻璃相复合，形成性能优良的非线性光学材料。 3.微晶陶瓷的制备技术 3.1熔融法最早的微晶陶瓷是用熔融法制备的，至今熔融法仍然是制备微晶陶瓷的主要方法。其工艺流程为：在原料中加入一定量的晶核剂(如ZrO2，CuO，Cr2O3等)并混合均匀，于1300～1500℃高温下熔制，均化后将玻璃熔体成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小且结构均匀的微晶陶瓷制品。熔融法的最大特点是可沿用任何一种玻璃的成型方法，如压延、压制、吹制拉制、浇注等;与通常的陶瓷成型工艺相比，适合自动化操作和制备形状复杂、尺寸精确的制品。

涂附磨具磨料及粒度详谈

涂附磨具磨料及粒度杂谈--赵新立 加入收藏字号：大中小【打印】2011-05-26 来源：《中国涂附磨具》2010 第1期随着中国经济的高速发展，涂附磨具在我国的发展是迅猛的。从手工使用的、品种单一的张页式砂布砂纸，到现在使用的纸、布、复合基、钢纸、无纺布等基材，到砂页、砂卷、砂带、异型制品的砂盘、砂页盘、砂页轮等等，众多的品种构成现代的、完善齐全的涂附磨具加工体系。这一发展过程仅仅用了不到三十年的时间，特别是近十几年来，涂附磨具生产企业更是蓬勃发展，在市场强劲需求的带动下，现在用于转换为砂带的全树脂涂附磨具产品的产量已经超过三千万平方米。 涂附磨具的高速发展形势是客观的，在涂附磨具的磨削主体——磨料上也进入了新的发展时期。过去涂附磨具常用的磨料如棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅等“焕发青春”，新品种磨料层出不穷，如锆刚玉、陶瓷刚玉、煅烧刚玉、半脆刚玉乃至CBN、人造金刚石等，还有空心球磨料、堆积磨料、软木磨料、混合磨料等新的组合，等等这些，都为涂附磨具注入新的活力。 可以这样讲，磨料是涂附磨具的灵魂。 回顾涂附磨具的定义：涂附磨具是用粘结剂将磨料粘附在可挠曲的基材上制成的磨具。 从涂附磨具的定义就可以确定涂附磨具的结构： 由图看出，涂附磨具在绝大多数情况下是一种单层磨料的磨具，其性能是由各个部分综合决定的。现代涂附磨具生产工艺除了对于磨料、植砂密度的要求外，对基材、粘结剂的要求是极为严格的。 从涂附磨具的结构上得出：涂附磨具可以理解为具有众多磨粒构成的多刀多刃的刀具。 涂附磨具的磨粒是均匀的分布在基材表面的，基本上是单层分布。涂附磨具表面的磨粒有很好的等高排列，特别是现代化的涂附磨具生产采用静电植砂工艺，保证了磨料的尖角朝外，磨料定向排列。涂附磨具表面磨粒的定向排列和等高性，是涂附磨具保持磨削的高效率和冷态磨削的重要因素。 涂附磨具的磨削具有弹性的、高效的、冷切削的磨削特点，广泛应用于： ①大型的平面厚、薄板材，包括金属带材的加工； ②大批量生产的各种金属、非金属工件的加工； ③复杂型面工件的成型磨削与抛光； ④各种直径的金属管、棒、辊材的外圆磨削、弯曲面磨削、内圆磨削等； ⑤利用页轮或筒型砂套可以替代抛光轮的抛光；

陶瓷材料复习题

1、分别以Al2O3、ZrO 2、Si3N4为例，从结合键的角度分析这上述陶材料的切削加工性。 2、分别根据鲍林第一、第二、第三规则，分析CsCl、NaCl、CaF2、TiO2晶体结构的稳定性。 3、分别分析纤锌矿结构(wurtzite型，ZnS型)、β-方石英结构的特点。 4、分析刚玉型结构的特点。 5、硅酸盐晶体结构有哪些特点 6、分析绿宝石Be3A12(Si6O18)结构的归类、结构特点，标出六节环结构。 7、分析透辉石的结构特点，标出链状结构。 8分析蒙脱石的结构特点，讨论其插层原理。 9根据XRD原理，解释晶态、非晶态XRD谱线的区别。 10根据TEM原理，分析非晶、晶态结构衍射花样差异的原因。 11非晶态材料有何结构特点可采用哪些方法进行表征论述其表征机理。 12 (1) 绘出典型非晶材料的示差扫描量热（DSC）曲线, 标出玻璃转变温度（Tg）、晶化温度（Tx）及过冷液态区（ΔTx）。(2) 阐述非晶材料在Tg，Tx温度点所发生的物理性质变化规律。(3) 非晶态材料在过冷液态区有哪些特殊性质，利用该性质可以作哪些应用，举例说明。 13 根据下图，选择适于制备耐火材料的成分，并据此成分，分析其冷却析晶过程。

14 根据上图，分析30% Al2O3含量组分的冷却析晶过程。 15 分析下图中，M1，M2，M3的冷却析晶过程。 16 根据下图： 1）分析图中不同成分熔体冷却时的析晶图。 2）为什么水泥烧成后总是采用急速冷却的办法

CS—CaO·SiO2(偏硅酸钙或硅灰石) C3S2—3CaO·2SiO2(二硅酸三钙) C2S—2CaO·SiO2(硅酸二钙) C3S—3CaO·SiO2(硅酸三钙) 17 分别分析以下系列相图中，M点的冷却析晶过程。

普通磨料品种

普通磨料品种、代号及应用范围 超硬, 涂层, 钻削, 工具磨, 铰刀 一、刚玉 (1)棕刚玉(A) 特性：棕褐色，硬度高，韧性大，价格便宜。 使用范围：磨削和研磨碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜。 (2)白刚玉(WA) 特性：白色，硬度比棕刚玉高，韧性比棕刚玉低。 使用范围：粗磨削、粗研磨、粗珩磨和超精加工淬火钢、高速钢、工具钢、合金钢、高碳钢、非铁金属及薄壁工件。 (3)铬刚玉(PA) 特性：玫瑰红或紫红色，韧性比白刚玉高。磨削工件表面粗糙度低。 使用范围：磨削、研磨和精珩磨淬火钢、合金钢、高速钢、轴承钢和磨削薄壁工件。成形磨削效果好。 (4)锆刚玉(ZA) 特性：黑色，强度高，耐磨性好。 使用范围：磨削或研磨耐热合金、耐热钢、钛合金和奥氏体不锈钢等。 (5)单晶刚玉(SA) 特性：浅黄或白色，硬度和韧性比白刚玉高。 使用范围：磨削、研磨或珩磨不锈钢、高钒钢、高速钢等强度高、韧性大的材料。 (6)微晶刚玉(MA) 特性：颜色与棕刚玉相似、强度高，韧性和自励性好。 使用范围：磨削或研磨不锈钢、轴承钢、球墨铸铁。适用于高速磨削。 (7)镨钕刚玉(NA) 特性：淡白色，硬度和韧性比白刚玉高，自励性好。 使用范围：磨削球墨铸铁、高磷和铜锰铸铁、不锈钢及高钒高速钢等。 (8)黑刚玉(BA) 特性：黑色，硬度较低，刚玉纯度低。 使用范围：制作树脂砂轮、砂带、砂布、砂纸，多用于研磨、抛光以及磨米等。 (9)烧结刚玉 特性：淡红色，硬度高，耐磨性好。 使用范围：磨削钟表、仪器、仪表的零件。 (10)矾刚玉 特性：黑色，颗粒状，抗压强度高、韧性大。 使用范围：重载荷磨削钢锭。 二、碳化物 (1)黑碳化硅(C) 特性：黑色，有光泽。可磨抗拉强度低，脆性高的金属。硬度比刚玉高，性脆而锋利，导热性和抗导电性好。 使用范围：磨削、研磨、粗珩磨铸铁、黄铜、铝、铸青铜、铸钢管和耐火材料等。 (2)碳化硼(BC) 特性：灰黑色，硬度比黑、绿碳化硅高，耐磨性好。 使用范围：研磨或抛光，硬质合金刀片、拉丝模、宝石、玛瑙、陶瓷和人造宝石，可代替金刚石。 (3)绿碳化硅(GC) 特性：绿色，半透明晶体，纯度高，硬度和脆性比黑碳化硅高，耐磨性好。

陶瓷结构

1.以力学性能和热学性能为主的结构陶瓷 2.以学电、磁、光、声性能为主的功能陶瓷 3.未来的趋势：结构与功能一体化 4.先进结构陶瓷脱胎于古老的传统陶瓷材料 5.所谓“先进”：在于它采用的原料是人工合成的，而传统陶瓷采用的是天然原料。 6.一般说来，瓷器应该具备的几个条件是： 1）是原料的选择和加工主要表现在Al203的提高和Fe2O3的降低，使胎质呈白色2）是经过1200℃以上的高温烧成，使胎质烧结致密、不吸水分、击之发出清脆的金石声 3）是在器表施有高温下烧成的釉，胎釉结合牢固，厚薄均匀 .唐代，并称“南青北白”的分别是南方越窑的青瓷与北方邢窑的白瓷。 [白瓷在青瓷的基础之上而发展起来的。它历经东汉的萌芽阶段、魏晋南北朝的烧制成功阶段，到隋代才达到釉色均匀、细腻莹润的程度。] 2.宋代五大名窑分别是：汝窑、官窑、哥窑、钧窑、定窑。 [一、色如天青的汝窑青瓷;二、釉质如玉的官窑青瓷;三、“巧用缺陷”的哥窑瓷器;四、釉色绚丽的钧窑瓷器;五、印花精美的定窑白瓷] 1.高岭土的应用是我国陶瓷技术的重大突破，我国也成为世界上第一个在瓷器中使用 此物质的国家。 [化学式：Al2O3-2SiO2-2H2O,白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土为白色] 2.中国古陶瓷的釉按照化学成分可分为：钙系釉和铁系釉 [碱金属氧化物含量超过50%，釉的黏度较低，流动性好，光滑度高，大大增加了瓷器的美感]【CaO MgO & K2O Na2O】 中国古陶瓷三大技术突破分别是？ (原料)高铝质黏土和瓷土在陶瓷中的应用 (温度)高温烧成 (釉)釉的发明 4.先进结构陶瓷从化学组成上分类，分为哪几种？ 氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、其他结构陶瓷 5.我国先进结构陶瓷的研究历程分为几个阶段？研究重点分别是什么？ 分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代初，重点研究氧化铝陶瓷；第二阶段为50年代末期至70年代初，重点研究稀土氧化物以及其二元相研究；第三阶段为70年代后，重点开展了氧化物相图及其相关联的研究。 陶瓷材料性能上的主要优点是？ 高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温“两高三耐” 2.无水冷陶瓷发动机通常运用了哪些陶瓷材料？与水冷发动机相比优势在哪？ ■通常运用氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷和莫来石陶瓷。 ■陶瓷水冷发动机是利用陶瓷材料耐高温、强度高、隔热性能好的特点，对柴油机燃烧零部件采用陶瓷或陶瓷涂层隔热，减少由汽气缸盖、气缸套传出的热量，去除气缸套、气缸盖中的冷却水，进而取消发动机独立的冷却水系统，同时增压器回收排气能量，提高了发动机的热效率。 [ 陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求的目标.发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零

2-X射线衍射测定陶瓷晶格的点阵常数---副本

实验二由X射线衍射谱计算陶瓷材料的晶格常数 2095年,德国医生兼教授伦琴（R. W. C. Roentgen）发现X射线（X-rays）。2001年,伦琴因X射线的发现获得了第一届诺贝尔物理学奖。2020年德国物理学家劳厄（M.von Laue）提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束X射线通过晶体时将发生衍射,衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强,在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花样,便可确定晶体结构。这一预见随即为实验所验证。2020年英国物理学家布拉格父子（W. H. Bragg and W. L. Bragg）在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式─布拉格定律。 2020年后,X射线衍射现象在晶体学领域得到迅速发展。它很快被应用于研究金属、合金和无机化合物的晶体结构,出现了许多具有重大意义的结果。被广泛地应用于物相分析、结构分析、精密测定点阵参数、单晶和多晶的取向分析、晶粒大小和微观应力的测定、宏观应力的测定、以及对晶体结构的不完整性分析等。 一、实验目的 （1）了解单晶和多晶粉末的X射线衍射技术的原理和方法。 （2）学会用Materials Studio软件处理粉末X射线衍射谱,并计算钙钛矿型陶瓷材料的晶格点阵常数、晶面所对应的Miller指数、及晶面间距。对结构进行鉴定。 二、实验原理 1．单晶体的X射线衍射（XRD）和布拉格公式 （1）X射线衍射 德国物理学家劳厄首先提出,晶体通过它的三维点阵结构可以使X射线产生衍射。 晶体由原子组成,当X射线射入晶体时,由于X射线是电磁波,在晶体中产生周期性变化的电磁波,迫使原子中的电子和原子核随其周期性振动。一般原子核的核质比要比电子小的多,在讨论这种振动时,可将原子核的振动略去。振动着的电子就成了一个发射新的电磁波的波源,以球面波的方式往四面八方散发出频率相同的电磁波,入射X射线虽按一定的方向射入晶体,但和晶体中的电子发生作用后,就由电子向各个方向发射射线,因此X射线进入晶体后的一部分改变了方向,往四面八方散发,这种现象叫散射。在原子系统中,所有电子的散射波都可以近似看成由原子中心发出,所以原子是散射波的中心。原子散射X射线的能力和原子中所含电子数目成正比,电子越多,散射能力越强。由于晶体中原子排列的周期性,周期排列使散射波中心发出的相干散射波将互相干涉、互相叠加,因而在某一方向得到加强的现象称为衍

陶瓷结构、组成及性能的关系

陶瓷结构、组成及性能的关系 高永升 材科062 2000604068 摘要：本文引用了哲学上的某些概念，综合论述了尺度的含义和陶瓷结构、组成、性能的 含义及三者的关系，并指出了三者关系的研究对于陶瓷材料研究方法论上的意义，提出了不同层次的结构和组成对陶瓷性能的决定和影响程度是不一样的观点。 关键词：陶瓷；尺度；结构；组成；性能 前言： 曾经有人预言：二十一世纪将是陶瓷材料时代。虽然说法有些夸张，但多少反映了在新世纪陶瓷的重要地位与作用。尽管陶瓷的种类、工艺、应用等层出不穷，归其一点，可以发现，我们研究陶瓷都是围绕陶瓷的结构、组成、性能及三者之间的关系而展开的。深入探究及理解三者之间的关系是陶瓷研究得以进行的重要课题。本文引用了哲学上的某些概念，对三者的关系进行了一些分析，做了综述。 正文： 一、尺度一物质系统的存在范围 要弄清楚陶瓷结构、组成、性能及三者关系，首先就要搞清什么是尺度。尺度(又称尺寸)简单的可认为是大小，或者说研究对象——物质系统有多大。陶瓷材料的研究对象既包括肉眼看不见的原子、离子、分子等等，又包括宏观物体，相应的尺度大小也从几埃变化到毫米、米。我们的研究对象总是处于某一尺度范围之间，对结构和组成的研究也处于同一范围，在某种程度上认为，性能也是这个范围的表现。目前，我们的研究尺寸已从过去的毫米、微米，进入到了纳米，到了将来，原子级别的尺寸(从几埃到几十埃)就会成为我们的主要研究范围。 二、结构一物质系统的空间存在形式 结构，从字面意义上可理解为结合、构成。从中我们可以引出两个问题：其一，什么东西结合?其二，怎样构成?由于我们研究对象的尺寸范围不同，相应的结构也不同。按尺寸范围，可以将陶瓷结构分为原子尺寸结构、微观结构、介观结构、宏观结构4个层次。原子尺寸结构的物质系统是结构的最基本单元，包括原子、离子、分子这些最小的物质单元，还包括少数相同或不同的原子(离子、分子)所组成的化合物。在纳米尺寸范围(一般指1～100nm)，我们的研究对象就成为原子、分子或原子团、分子团的排列组合，构成的具有纳米尺度的物质系统或结构。对于宏观系统，无论其外观形态如何，都是由数以千万计的原子、分子构成。不管采取哪种成形方法如压制法、注浆法、Sol-gel法、热分解法等等，都是为了获得某种宏观结构。重点谈一下陶瓷的微观结构。我们研究的微观结构的大概范围是几微米到几十微米，通过电子显微镜、STM、AFM，可以“看到”陶瓷主要是由形态和分布各异、大小和数量不同的晶体、玻璃体、气孔构成。其中常见晶型有体心立方(BBC)、面心立方(FCC)、密排六方(HCP)，共有7大晶系，14种布拉菲格子。界面(一种面缺陷)也是陶瓷微观结构的重要构成，包括表面、相界和晶界。在这个结构层次上还包括晶体的点缺陷(杂质原子、空位、