第一篇：陶瓷實踐論文

溫度對燒結(jié)(Zn0.6,Mg0.4)TiO3介質(zhì)陶瓷的影響

摘要：通過采用普通電子陶瓷燒結(jié)工藝合成(Zn0.6,Mg0.4)TiO3介質(zhì)陶瓷，并對其徑向收縮率及表觀密度進行測定，從而得出燒結(jié)(Zn0.6,Mg0.4)TiO3介質(zhì)陶瓷的最佳溫度為1100℃。

關(guān)鍵詞：介質(zhì)陶瓷

徑向收縮率

表觀溫度

0引言

近年來，隨著移動通訊和衛(wèi)星的迅猛發(fā)展，對新型高性能微波介電材料的需求急劇增加【1~3】。適用于微波頻段的介電材料體系很多，鈦鐵礦就是重要的一種。鈦鐵礦MTiO3（M=Zn2+，Mg2+ 等）結(jié)構(gòu)實際上是一種有序型剛玉結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)和α-Al2O3一樣，氧離子按六方密堆排列，不同的是2個Al3+為M2+和Ti4+取代。這種特殊結(jié)構(gòu)使其在微波頻段具有優(yōu)良的介電性能【4~6】。鈦酸鋅是一種重要的鈦鐵礦微波介電材料，曾被作為催化劑、顏料、脫硫劑等使用【7~9】。

本試驗中我們利用ZnO和TiO2原料以及一般燒結(jié)工藝制備六方鈦鐵礦ZnTiO3微波陶瓷，由于Mg2+（0.66?）相對Zn2+（0.74 ?）較小的離子半徑使其很容易取代鋅位，（Zn，Mg）TiO3鈦鐵礦固溶體應(yīng)很容易生成，故使用MgO對其進行參雜改性，并且（Zn，Mg）TiO3波鈦鐵礦固溶體應(yīng)很容易生成【10】

。本文中我們重點研究Zn/Mg為6/4時鈦酸鋅鎂瓷體六方鈦鐵礦在不同溫度下的收縮性及表觀密度，從而確定最佳燒結(jié)溫度。另外，本試驗采用普通電子陶瓷燒結(jié)工藝制備出了具有純六方鈦鐵礦結(jié)構(gòu)的微波介電材料基體（Zn0.6,Mg0.4)TiO3。試驗與測試

陶瓷制備通常分為配料與備料、成型、燒結(jié)三方面。配料是根據(jù)材料的設(shè)計化學(xué)組成，選擇所需的化學(xué)原料，進行配方的計算，然后按照計算的結(jié)果，進行稱料，來滿足材料設(shè)計的要求，備料是在配料之后，把各種原料進行研磨混合，已達到均勻分布與細(xì)化顆粒的目的，同時一般加入一些塑化劑，以便原料具有可加工性；成型是將陶瓷粉料加入塑化劑制成坯料并進一步加工成特定形狀的坯體的過程，是實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形狀、性能設(shè)計的關(guān)鍵步驟之一，主要有三種方式：干法成型、塑法成型、流法成型；燒結(jié)是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高溫材料等領(lǐng)域的一個重要工序，它是一種或多種固體粉末經(jīng)過成型，通過加熱，是粉末產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，在經(jīng)過物質(zhì)遷移是粉末體收縮，在低于熔點溫度下變成致密、堅硬燒結(jié)體的過程。

本實驗采用普通電子陶瓷燒結(jié)工藝，將分析純的ZnO（99.0%），MgO（98.0%），TiO2（99.0%）按照摩爾比ZnO：MgO：TiO2=6:4:10進行配料，在行星式球磨機中以料球水比為1:0.7:0.9的比例進行球磨混料4h（瑪瑙球，水介質(zhì)），濕料在110℃的烘箱中烘干后，在900℃預(yù)燒并保溫2h，升溫過程中10℃/min。預(yù)燒粉體經(jīng)PVA造粒，干壓成型（15MPa）制成圓片，在560℃除去粘結(jié)劑。然后將圓片置于耐高溫陶瓷片上，選取1000℃、1100℃、1200℃、1250℃4個溫度下燒結(jié)4h，升溫速度10℃/min，在900℃保溫2h。

用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測量燒結(jié)前后圓片的直徑及厚度，并用精度為0.01g的天平進行稱量其燒結(jié)前后的質(zhì)量。表觀密度和徑向收縮率分別由下式求得：

其中：m為燒結(jié)后陶瓷圓片的質(zhì)量（g）；為燒結(jié)后陶瓷圓片的厚度（mm）；d為燒結(jié)后陶瓷圓片的直徑（mm）；

為陶瓷坯體的直徑（mm）。

3結(jié)果與分析

通過計算，我們得到如下表的數(shù)據(jù)，表明隨溫度升高，表觀密度和徑向收縮率均先增大后減小，由圖可知，最佳溫度為1100℃，在最佳溫度時，徑向收縮率為0.004214g/mm3，表觀密度為17.62558%。

表1 不同溫度下坯體的徑向收縮率及表觀密度數(shù)據(jù) Tab.1 Different temperature given photo-cell and radial shrinkage and apparent density data 溫度（℃）1000 1100 1200 1250

徑向收縮率（%）

16.62252 17.62558 14.12139 15.64665

表觀密度（g/mm3）

0.004101 0.004214 0.003861 0.003884

0.004250.004200.004150.0041018 密 收度縮率'Y2 收縮率16Y1 密度0.004050.004000.003950.003900.***001***14X 溫度

圖1 溫度、密度及收縮率之間的關(guān)系

Fig.1 Temperature shrinkage, density and the relationship between them 4結(jié)論

本次試驗，我們得到最佳溫度為1100℃，在最佳溫度時，徑向收縮率為0.004214g/mm3，表觀密度為17.62558%。

參考文獻

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第二篇：陶瓷論文

姓名：王剛 學(xué)號：PB11203289

陶瓷制作與鑒賞

——陶瓷課的一點心得體會

這學(xué)期有幸能夠上王祥老師的《陶瓷藝術(shù)鑒賞與制作》，在學(xué)習(xí)過程中王老師教了我們許多關(guān)于陶瓷的知識，特別是關(guān)于歌窯的故事更加令我著迷；其實對我來說最大的樂趣應(yīng)該就是去陶藝中心實踐了吧，能夠把自己腦袋里想的東西做出來絕對是一件很有成就感的事。下面我將從陶瓷的制作和鑒賞兩方面來談?wù)勎业氖斋@。

一般一件陶瓷作品要經(jīng)過九個步驟才能成型。第一是練泥。從礦區(qū)采取瓷石，先以人工用鐵錘敲碎至雞蛋大小的塊狀,再利用水碓舂打成粉狀，淘洗，除去雜質(zhì)，沉淀后制成磚狀的泥塊。然后再用水調(diào)和泥塊，去掉渣質(zhì)，用雙手搓揉，或用腳踩踏，把泥團中的空氣擠壓出來，并使泥中的水分均勻。第二是拉坯。將泥團摔擲在轆轤車的轉(zhuǎn)盤中心，隨手法的屈伸收放拉制出坯體的大致模樣。拉坯是成型的第一道工序。拉坯成型首先要熟悉泥料的收縮率。第三是印坯。印模的外形是按坯體內(nèi)形弧線旋削而成的，將晾至半干的坯覆在模種上，均勻按拍坯體外壁，然后脫模。第四個是利坯：將坯覆放于轆轤車的利桶上，轉(zhuǎn)動車盤，用刀旋削，使坯體厚度適當(dāng)，表里光潔，這是一道技術(shù)要求很高的工序。利坯,也稱“修坯”或“旋坯”,是最后確定器物形狀的關(guān)鍵環(huán)節(jié),并使器物表面光潔、形體連貫、規(guī)整一致。利坯工不僅需要熟悉泥料性能,而且要熟練掌握造型的曲線變化和燒成時各部位的收縮比,以及各部分留泥的厚薄程度。一般來說,在同一器物的不同部位,坯體厚度各不相同,因為不同部位在高溫?zé)蓵r的收縮率和受力情況不一致,因而利坯時應(yīng)控制不同部位的泥坯厚度,以防止其燒造時變形。利坯時對于坯體厚薄程度的控制及其識別方法,是掌握利坯技術(shù)和確保利坯質(zhì)量的關(guān)鍵。按一般經(jīng)驗,測定坯體厚薄是以手指上下?lián)崦⑤p輕彈叩,聽其不同部位的響聲。坯體較厚者,彈之發(fā)出“咯咯”之聲,修至中等厚度時則發(fā)出“咚咚”之聲;高檔瓷坯體修至適當(dāng)薄度時,彈之則發(fā)出“卟卟”的脆聲。第五是曬坯。將加工成型后的坯擺放在木架上晾曬。第六步是刻花：用竹、骨或鐵制的刀具在已干的坯體上刻畫出花紋。第七步是施釉。普通圓器采用醮釉或蕩釉。琢器或大型圓器用吹釉。大部分陶瓷制品均需經(jīng)施釉后才能進窯燒造。施釉工藝看似簡單,卻是極為重要和較難掌握的一道工序。要做到坯體各部分的釉層均勻一致,厚薄適當(dāng),還要關(guān)注到各種釉的不同流動性,實在不是件容易的事。第八步是燒窯。首先把陶瓷制品裝入匣缽，匣是陶瓷制品焙燒的容器,以耐火材料制成,作用是防止瓷坯與窯火直接接觸,避免污染,尤其對白瓷燒造最為有利。燒窯時間過程約一晝夜，溫度在1300度左右。最后一步是彩繪：釉上彩如五彩、粉彩等，是在已燒成瓷的釉面上描繪紋樣、填彩，再入紅爐以低溫?zé)?，溫度約700—800度。

我們在陶藝中心是直接從拉坯開始的，使用的陶土都是老師認(rèn)真加工后的。剛開始由于眼高手低做出來的作品都不好，后來我從最基本的形狀做起，然后在上面加一些裝飾，因為我們在電視上看到工人師傅們很容易就做出各種形狀，但我們應(yīng)該知道這些工人師傅已經(jīng)有很多經(jīng)驗了，我們是初學(xué)者應(yīng)該從最簡單的做起。雖說如此還是有幾名同學(xué)做的作品非常成功，讓人羨慕。我們作品經(jīng)過曬坯后用朱紅色和藏青色上了色，最后上了釉。我在老師的幫助下做了幾個作品，雖然不完美，但還是挺有成就感的。

我們談完制作后再談?wù)勌沾傻蔫b賞。中國陶瓷，歷史悠久，品種繁多，它是我國歷代文化的結(jié)晶。喜愛古陶瓷藝術(shù)品的人不少，但是懂得鑒定的人卻為數(shù)不多。因為，古陶瓷鑒定是一門綜合的技術(shù)，要掌握它，需要下一番功夫。例如，要鑒定一件陶瓷古董的真假，首先要對中國幾千年各地陶瓷的生產(chǎn)有所了解，才能從胎質(zhì)、釉色、造型、紋飾、款識甚至重量等方面入手，作出準(zhǔn)確的判斷。對初學(xué)者來說，如能潛心鉆研，循序漸進，掌握一些古陶瓷的鑒別方法是完全可以做得到的。為此我結(jié)合老師上課講的內(nèi)容和收集的資料做了一個小總結(jié)。

第一個方法是觀胎辨釉也就是根據(jù)各期陶瓷胎質(zhì)、釉色的特點來判斷。一般來說，從胎質(zhì)、釉色可以看出其年代和窯口。例如，距今4000年前的商周時代的青釉瓷器，又稱原始青瓷，是青瓷的低級階段，其胎為灰白色和灰褐色，胎質(zhì)堅硬，瓷化程度較高；其釉色青，釉層較薄，厚薄不均。又如，五代時的釉色為天青色。這種釉釉色瑩潤，施釉較薄，青中閃著淡淡的藍(lán)色。永樂時期白釉最負(fù)盛名，釉質(zhì)肥厚，潤如堆脂，純白似玉，釉面光凈晶瑩；胎色純白，胎質(zhì)細(xì)膩，并且有厚薄不均現(xiàn)象。如在強光下透視可以看到胎釉呈一種粉紅、肉紅或蝦紅色的傾向。這一特征，是其它瓷器中所沒有的。明代宣德年間，與明永樂年間時間雖近，但瓷胎釉色卻迥然不同。同一器皿，永樂胎厚，宣德胎薄。宣德時大件琢器底部多無釉，露胎處常有紅色點，俗稱“火石紅斑”，還有鐵銹斑點。清代康熙時瓷器的胎釉，胎色細(xì)白，胎質(zhì)純凈，細(xì)膩堅硬，與各朝代的同一器皿相比，它的胎體最重。此外，這一時期的同一件器，往往施兩種白釉，器內(nèi)、口緣、器外底施粉白釉，其釉較稀薄，往往見有小縮釉現(xiàn)象；底部還現(xiàn)有坯胎中旋紋痕跡。器身施亮青釉，其釉瑩潤光亮，胎釉結(jié)合極堅密。一件器皿施兩種釉，是清代康熙年間生產(chǎn)的瓷器的最大特點。掌握好各朝陶瓷瓷胎、色釉的主要特點，是我們鑒別古陶瓷的年代和窯口的可靠的依據(jù)。

第二個方法是觀察造型即 從各朝代陶瓷的造型去判斷。陶瓷鑒定，造型是一個重要依據(jù)。它有明顯的時代性，直接反映出不同社會時期人們的審美觀。不同的造型，打著鮮明的時代的印記。因此，認(rèn)識、熟記各個時代器物的造型，是非常重要的，例如，拿起一把“雞頭壺”，我們應(yīng)該知道這種壺是三國、兩晉、南北朝的產(chǎn)物。說起“宮式碗”，則應(yīng)該知道是明正德年間產(chǎn)品的一種造型。如果是“觀音尊”、“棒槌瓶”、“花觚”、“太白缸”、“柳葉瓶”等等，這些都應(yīng)是清代康熙時期生產(chǎn)的器物。所以說，型制對古陶瓷鑒定是非常重要的.第三個方法是辨別款識即從歷代陶瓷的款識來判別?？钭R也叫年款，是在一件瓷器的器皿底中央、器皿心里，身的中部或口緣等部位，書寫上某某皇帝的年號，如“大明成化年制”等字樣，以表示年記。除了記年款，還有殿名款（如體和殿）、堂名款（如中和堂，這是康熙皇帝在圓明園居住過的殿堂）、齊名款、軒名款、贊譽款、吉祥款、陶工款、供養(yǎng)款、干支款（如康熙辛亥中和堂制）、花樣款（如白兔、雙魚、折枝花朵等），等等。這些都稱為款識，是表示某個朝代生產(chǎn)的器物。

總的來說，我覺得從陶藝制作課上收獲很多，也感悟到一些事情，尤其是做任何事情都要心靜，不能太急躁，否則往往會欲速則不達?；貞浧饎?chuàng)作和收獲的那份快樂和滿足，就會很開心和激動不已。感謝此次指導(dǎo)我學(xué)習(xí)的王老師，犧牲自己的創(chuàng)作時間來為我們指導(dǎo)，作為一個大四畢業(yè)班的學(xué)生對于能修這門課程深感榮幸，此次陶藝制作課是我大學(xué)以來最快樂的公選課經(jīng)歷！

第三篇：陶瓷論文

關(guān)于中國陶瓷的論文

班級：光電21班（120121）學(xué)生：張湛（120121121）

摘要：選修課上老師仔細(xì)為我們講解了有關(guān)陶瓷的知識，各種各樣美麗的陶瓷以及它背后的文化背景深深印在我的心里。中國是“陶瓷的故鄉(xiāng)”，陶瓷就是中國的象征。一部中國陶瓷史就是一部形象的中國歷史和民族文化史。陶瓷，是中華民族重要的核心文化之一，我們有責(zé)任有義務(wù)加以重視并予以弘揚。

一． 陶瓷簡介

陶瓷是陶器與瓷器的總稱陶瓷，中國人早在約公元前8000－2000年（新石器時代）就發(fā)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。常見的陶瓷材料有粘土、氧化鋁、高嶺土等。陶瓷材料一般硬度較高，但可塑性較差。除了在食器、裝飾的使用上，在科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展中亦扮演重要角色。陶瓷,是人類在生存空間中最早出現(xiàn)的幾種藝術(shù)形式之一。從初始的以實用為目的,漸漸隨著技術(shù)的進步而增加了美學(xué)的功能,使其成為集實用和欣賞為一體的工藝美術(shù)品,最終,陶瓷又?jǐn)[脫了實用的初衷,成為完全意義上的欣賞品 二． 陶瓷的發(fā)展史

陶瓷的產(chǎn)生和發(fā)展，實際上是同人們的生活和生產(chǎn)實踐緊密相連的。大約在70萬年以前的原始時代，人們就發(fā)現(xiàn)，將泥巴晾干后加火一燒就變得堅硬起來，而且可以做成各種形狀用來盛水，放食物等等，這便是陶器產(chǎn)生的初始。陶器的發(fā)明是人類文明的重要進程，它揭開了人類利用自然、改造自然、與自然做斗爭的新的一頁，具有重大的歷史意義，是人類生產(chǎn)發(fā)展史上的一個里程碑。下面具體分析陶瓷的發(fā)展史。

1：夏、商、周朝時期的陶瓷文化

商朝殷虛的遺址中挖出的陶片、陶罐包括很多種款式，有灰陶、黑陶、紅陶、彩陶、白陶，以及帶釉的硬陶，這些陶器上的紋飾、符號、文字與殷商時代的甲骨文和青器有密切的關(guān)系。青器的成本高只能為貴族享用，廣大民眾的各種生活器皿只能采用陶器。因此可以了解商代制陶工藝也得到普遍的發(fā)展，帶釉的硬陶在這個時期已經(jīng)出現(xiàn)了，釉色青綠而帶褐黃，胎質(zhì)比較硬，呈灰白色。陶器在此時已經(jīng)不在局限於盛物器皿，應(yīng)用范圍較廣，大略可分為日用品類、建筑類、殉葬類、祭祀禮器類。朝廷對於制陶工作也很重視。

2：秦漢時期陶瓷文化

秦漢-古代的建筑多采用木料來架構(gòu)，不易久存，所以一些偉大的建筑，如秦代的阿房宮和漢代的未央宮，都無法完整保存下來，但仍可在殘存的廢墟中發(fā)現(xiàn)瓦當(dāng)及漢磚等遺物，藉以略窺古代建筑的規(guī)模。

3：隋唐朝時期的陶瓷文化

西元五百八十九年，楊堅篡北周并南陳，統(tǒng)一中原，改國號為隋，隋的朝代雖短，但在瓷器燒制上，卻有了新的突破，不但有青瓷燒造，白瓷也有很好的發(fā)展，另外此時在裝飾手法上也有了創(chuàng)新，如在器物上另外的泥片—貼花，就是一例。

4：唐朝時期的陶瓷文化

到了唐代，瓷器制作可為以蛻變到成熟的境界，而跨入真正的瓷器時代。因為陶與瓷的分野，在乎質(zhì)白堅硬或半透明，而最大的關(guān)鍵在于火燒溫度。漢代雖有瓷器，但溫度不高，質(zhì)地脆弱只能算是原瓷，而發(fā)展到唐代，不但釉藥發(fā)展成熟，火燒溫度能達到攝氏一千度以上，所以我們說唐代是真正進入瓷器的時代。唐代最著名的窯為越窯與邢窯。5：元朝時期陶瓷文化

元代入主中原九十一年，瓷業(yè)較宋代為衰落，然而這時期也有新的發(fā)展，如青花和釉里紅的興起，彩瓷大量的流行，白瓷成為瓷器的主流，釉色白泛青，帶動以後明清兩代的瓷器發(fā)展，得到很高的成就。6：明朝時期陶瓷文化

我國的陶藝發(fā)展到了明代又進入一個新的旅程，明代以前的瓷器以青瓷為主，而明代之後以白瓷為主特別是青花、五彩成明代白瓷的主要產(chǎn)品，而景德鎮(zhèn)更成為主要的窯廠，規(guī)模最大，一直延續(xù)明清兩代五、六百年而不衰，描寫當(dāng)時盛況為「晝間白煙掩空，夜間紅焰燒天」。明代開始，窯址都趨於集中在景德鎮(zhèn)，無論官窯或民窯都偏向於彩繪瓷器，宋瓷前都以單色釉為主，而明代後走入了彩繪世界，瓷胎也趨向薄、細(xì)、白的求，在坯身上記住款式也從此開始，年代、堂號、人名都有，使研究考據(jù)有更確實的辨認(rèn)。

7：清朝時期陶瓷文化

清朝中國瓷器可謂登峰造極。數(shù)千年的經(jīng)驗，加上景德鎮(zhèn)的天然原料，督陶官的管理，清朝初年的康熙、雍正、乾隆三代，因政治安定，經(jīng)濟繁榮，皇帝重視，瓷器的成就也非常卓越，皇帝的愛好與提倡，使得清初的瓷器制作技術(shù)高超，裝飾精細(xì)華美，成就不凡，是悠久的中國陶瓷史上最光耀燦爛。從上述陶瓷在各個時期的發(fā)展歷程看，它是輝煌的，璀璨的。美來自于生活，制陶者正是從表現(xiàn)生活的角度，有寓意地，間接表現(xiàn)了人的思想和感情，或直接描繪了現(xiàn)實生活的風(fēng)俗和風(fēng)貌。舉一個具體的例子，秦漢時期也是我國陶瓷發(fā)展史上的一個重要時期。秦代陶俑以其完美的藝術(shù)形式，生動逼真的神態(tài)，深刻揭示了各種人物的內(nèi)心世界，不僅表明了我雕塑藝術(shù)現(xiàn)實主義傳統(tǒng)的久遠(yuǎn)和我國古代制陶水平之高，并且還為世人展示了中華民族深沉雄大的民族風(fēng)格。然而昔日的璀璨在今天已經(jīng)不復(fù)存在，在這個燈紅酒綠的社會，在這個日新月異的時代，占據(jù)著主流的已經(jīng)不是這些寓意豐富的古典。許多窯址遭到了破壞，許多陶瓷無人問津。這是當(dāng)今陶瓷面臨的一個困境，作為大學(xué)生的我們面對這樣一個現(xiàn)象是不是應(yīng)該深思，我們應(yīng)何去何從？象征中國的陶瓷應(yīng)該何去何從？ 三． 現(xiàn)代陶瓷。

現(xiàn)代陶瓷，又稱精細(xì)陶瓷、特種陶瓷或高性陶瓷，按其應(yīng)用功能分類，大體可分為高強度、耐高溫和復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類。在陶瓷坯料中加入特別配方的無機材料，經(jīng)過1360度左右高溫?zé)Y(jié)成型，從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能，成為一種新型特種陶瓷，通常具有一種或多種功能，如：電、磁、光、熱、聲、化學(xué)、生物等功能；以及耦合功能，如壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。四．中國瓷器的鑒賞

一般來說，年代越早的瓷器越是古樸?？创善鞯耐獗恚€有幾個特征：永樂年間制作的瓷器的底部中央大多是外凸內(nèi)凹，底圈的邊比較寬；明朝中期的瓷器腹中部有明顯的接痕，眼看手摸都感覺得到；清代以后，采用了旋削對接方法，消除了這條接痕，因此我們可以通過有沒有這條線來斷定是清代初期還是清代后期的作品，以及分辨真?zhèn)纹贰４善魃系挠圆剩罉?、宣德青花用的是進口的青料，色澤濃翠，自然暈散而有黑疵鐵斑。成化青料主要采用江西樂平的“平等青”，成色典雅素靜，清麗明快。嘉靖、萬歷青料幾乎都采用回青料，成色濃艷，藍(lán)中略泛紫色。清代康熙青料基本上使用浙江料，成色鮮藍(lán)青翠，明艷凈麗，層次分明，甚至在一筆中分出深淺濃淡的筆韻。而雍正的青花以仿永、宣濃翠暈散為主，由于采用國產(chǎn)青料，青花的暈散和黑斑只能用筆點染而成。

在元代之前，瓷器上很少有落款年份的字樣，從明代開始，特別是官窯制作出來的瓷器很時興落年款，因此是哪一朝代制造的，就可以一目了然。不同時代，落款的方法、筆法，甚至部位都有所不同。因此在瓷器上多加觀察非常的必要?！?012年11月13日

第四篇：陶瓷論文

陶瓷材料概述

注：（這個表頭你參照一下其他人的，我不清楚是不是這樣寫）

學(xué)生姓名：

某某某

學(xué)

院：

某某某學(xué)院

專業(yè)年級：

2009級金屬材料*班

題

目：

陶瓷材料概論

指導(dǎo)教師：

某某某

日期

：

摘要：

本文介紹了陶瓷材料的發(fā)展歷史，并根據(jù)陶瓷材料的不同特性及用途對其進行了較為準(zhǔn)確的分類，并對各類陶瓷的應(yīng)用進行了概述。并從陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、陶瓷的成型與燒結(jié)、陶瓷的韌化等幾個方面詳細(xì)的介紹了陶瓷材料。通過對陶瓷特性及應(yīng)用領(lǐng)域的總結(jié)，對陶瓷材料未來的發(fā)展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的應(yīng)用方向及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵字：陶瓷材料 結(jié)構(gòu) 成型 燒結(jié) 前景

前言：

陶瓷材料在人類生活和現(xiàn)代化建設(shè)中是不可缺少的一種材料。它是繼金屬材料，非金屬材料之后人們所關(guān)注的無機非金屬材料中最重要的材料之一。它兼有金屬材料和高分子材料的共同優(yōu)點，在不斷改性的過程中，已經(jīng)使它的易碎性有了很大的改善。陶瓷材料按其性能及用途可分為兩大類：結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。現(xiàn)代先進陶瓷的性能穩(wěn)定、高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、耐酸耐堿、耐磨損、抗氧化以及良好的光學(xué)性能、聲學(xué)性能、電磁性能、敏感性等性能遠(yuǎn)優(yōu)于金屬材料和高分子材料；而且，先進陶瓷是根據(jù)所要求的產(chǎn)品性能，經(jīng)過嚴(yán)格的成分和生產(chǎn)工藝制造出來的高性能材料，因此可用于高溫和腐蝕介質(zhì)的環(huán)境當(dāng)中，是現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。

陶瓷材料在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的作用。陶瓷又可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷，結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點;功能陶瓷在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁光學(xué)和其它方面具有一些特殊的功能，使陶瓷在各個方面得到了廣泛應(yīng)用[1]。但陶瓷存在脆性(裂紋)、均勻性差、韌性和強度較差等缺陷，因而使其應(yīng)用受到了一定的限制。

但隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生。納米陶瓷粉體是介于固體與分子之間的具有納米尺寸(1～100 nm)的亞穩(wěn)態(tài)中間物質(zhì)。隨著粉體的超細(xì)化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響，從而為工程陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。

一、陶瓷的結(jié)構(gòu)

陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。

陶瓷材料多相多晶材料，一般由晶相，玻璃相和氣相組成。其顯微結(jié)構(gòu)是由原料，組成和制造工藝所決定的。晶相是陶瓷材料的主要組成相，是化合物或或固溶體。陶瓷中的晶相主要有硅酸鹽，氧化物和非氧化物三種。玻璃相是一種低熔點的非晶態(tài)固相。它的作用是連接晶相，填充晶相間的間隙，提高致密度，降低燒結(jié)溫度，抑制晶粒長大等。玻璃相的組成隨著胚料組成，分散度，燒結(jié)時間以及爐內(nèi)氣氛的不同而變化。玻璃相會降低陶瓷的強度，耐熱耐火性和絕緣性。氣相是指陶瓷孔隙中的氣體。陶瓷的性能受氣孔的含量，形狀，分布等的影響。氣孔會降低陶瓷的強度，增大介電損耗，降低絕緣性，降低致密度，提高絕熱性和抗震性。對功能陶瓷的光，電，磁等性能也會有影響。

氧化物陶瓷:氧化物陶瓷材料的原子結(jié)合以離子鍵為主，存在部分共價鍵，因此具有許多優(yōu)良的性能。大部分氧化物具有很高的熔點，良好的電絕緣性能，特別是具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，在上程領(lǐng)域已得到了較廣泛的應(yīng)用。例如：氧化鋁陶瓷: A1203為主晶相。根據(jù)A1203含量和添加劑的不同，有不同系列。如根據(jù)A1203含量不同可分為75瓷，85瓷，95瓷，99瓷等;根據(jù)其主晶相的不同可分為莫來石瓷、剛玉-莫來瓷和剛玉瓷;根據(jù)添加劑的不同又分為鉻剛玉、鈦剛玉等。

氮化物陶瓷

氮化物包括非金屬和金屬元素氮化物，他們是高熔點物質(zhì)。氮化物陶瓷的種類很多，但都不是天然礦物，而是人工合成的。日前工業(yè)上應(yīng)用較多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼、氮化鋁、氮化鈦等。

例如：氮化硅陶瓷:Si3N4陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小，因此具有較好的抗熱震性能;在陶瓷材料中，Si3N4的彎曲強度比較高，硬度也很高，Si3N4陶瓷耐氫氟酸以外的所有無機酸和某些堿液的腐蝕，;高溫氧化時材料表面形成的氧化硅膜可以阻礙進一步氧化，抗執(zhí)化溫度達1800℃。

玻璃陶瓷材料

將特定組成(含晶核劑)的玻璃進行晶化熱處理，在玻璃內(nèi)部均勻析出大量微小晶體并進一步長大，形成致密微晶相，玻璃相填充于晶界，得到像陶瓷一樣的多晶固體材料統(tǒng)稱為玻璃陶瓷，也稱之為微晶玻璃。

低膨脹玻璃陶瓷

這類玻璃陶瓷的特點是其顯微組織為架狀硅酸鹽，主晶相分別為β一石英、β一鉀輝石、β一鉀霞石，具有熱膨脹系數(shù)低(可為負(fù)值)、強度高、熱穩(wěn)定性能好、使用溫度高等特點，并可制成透明和濁白兩種類型。

表面可強化玻璃陶瓷

玻璃陶瓷的強度比一般玻璃要大好幾倍，抗彎強度可達到88-250MPa，但在某些特殊場合仍然不能滿足要求，需要進一步提高強度。

二、陶瓷粉體制備

納米陶瓷粉體的制備是納米陶瓷材料制備的基礎(chǔ)，現(xiàn)在已發(fā)展了多種納米陶瓷粉體的制備方法。

1、物理制備方法

物理制備方法主要是高能機械球粉碎法：

機械粉碎法：沖擊式粉碎、球磨粉碎、行星式研磨、振動粉碎等。

2、化學(xué)制備方法

氣相合成:在惰性氣氛中,蒸發(fā)的單體凝結(jié)成原子團。一般是先建立單體群,靠與冷惰性氣體原子碰撞來冷卻單體,靠單體累加或原子團間的碰撞使原子團生長。這種合成法對制備納米陶瓷粉有下列優(yōu)點:a)增強了低溫下的可燒結(jié)性,這主要是由于高的驅(qū)動力和短的擴散距離所致。b)有相對高的純凈性和高的表面及晶粒邊界純度。c)這類方法相對來說較為簡單,易于達到高速率生產(chǎn)。

爐源法:它是用以建立單體的最簡單技術(shù),原料在坩堝中經(jīng)加熱直接蒸發(fā)生氣態(tài),以產(chǎn)生懸浮微?；驘熿F狀原子團。越接近源,小原子團的尺寸越均勻;遠(yuǎn)離源,原子團變大,其粒徑分布變寬。離開蒸發(fā)源到一定距離時,原子團達到極限粒徑該特征距離值取決于惰性氣體的壓強和源的蒸發(fā)速率。原子團極限粒徑將隨蒸發(fā)速率的加大和惰性氣體原子量的增大而增加。原子團的平均粒徑可由改變蒸發(fā)速率以及蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體的壓強來控制,粒徑可小至3~4nm。粒徑分布顯示對數(shù)正態(tài)分布,這種分布表明團—團聚結(jié)的特征。在惰性氣體中,加一種強制對流的氣流,可降低原子團粒徑的平均值,其粒徑分布寬度亦趨窄。對高蒸氣壓的樣品,可用升華代替蒸發(fā)。例如MgO,在200Pa的He壓中,加熱到接近于1600℃(MgO的熔點為2850℃)。經(jīng)升華后,發(fā)現(xiàn)是缺氧的,但可將它暴露在引入真空室的氧氣氛下,而最終使其轉(zhuǎn)化成符合化學(xué)計量比的MgO。

爐源法可制備氧化物陶瓷粉。如要制備TiO2,可在He中蒸發(fā)金屬Ti來獲得,先制取松散的金屬粉,然后由引入到小室的氧氣進行氧化,典型的氧壓為2kPa。實驗證明,惰性氣體氣壓的控制不僅影響顆粒大小,有時也影響形成材料的物相。

用加熱生成單體,技術(shù)簡單,但其局限性也很明顯,故只有少數(shù)幾種陶瓷材料如TiO2、CaF2等用該方法來制備納米粉。熱解法:是指采用高溫先使反應(yīng)劑氣體的氣相分解,再產(chǎn)生所要組分原子的飽和蒸氣。熱解主要有兩種:激光熱解和火焰熱解。

激光熱解是將一種用惰性氣體為載體的流動的反應(yīng)劑氣體用激光快速加熱,實現(xiàn)快速的,反應(yīng)劑氣體的氣相分解。當(dāng)分解物被載流氣體的原子(分子)碰撞而達到淬冷后,原子團進行成核和生長。這種技術(shù)被廣泛用于合成Si3N4、SiC、Al2O3等納米陶瓷粉。對制取非金屬化合物,靠將乙烯加入氣體混合物以產(chǎn)生碳化物;靠將NH3加入以產(chǎn)生氮化物。激光熱解優(yōu)點是可連續(xù)加工,可用激光功率和反應(yīng)劑流率來控制產(chǎn)率。

另一種是火焰熱解,這是一種揮發(fā)性化合物如TiCl4或SiCl4在氫—氧焰中的反應(yīng),它導(dǎo)致生成彌散度較高的氧化物團,用于制取Al2O3、SiO2、Bi2O3、ZrO2和TiO2等。這種技術(shù)的主要優(yōu)點是高純、具有化學(xué)可變性,以及有合成混合氧化物的可能。

2.1凝聚相合成:主要有下列三種方法。

離子性材料中的分解和沉淀反應(yīng):已被用于產(chǎn)生納米團,例如Mg(OH)2和MgCO3的分解產(chǎn)生具有大約2nm直徑的MgO分子團。

Sol-gel法(溶膠—凝膠法):被用在各類系統(tǒng)中產(chǎn)生小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2納米團。要獲得納米結(jié)構(gòu),可引入具有最終平衡相結(jié)晶陶瓷的先驅(qū)物作為籽晶,進行催化成核,在基體中引入晶核的目的是為了降低形成所需相的成核能。要制備包含一個或多個高蒸氣壓組分的化學(xué)計量比化合物,遇到一定的困難。如要制備(BaPb)TiO3,嚴(yán)重的問題就是由于高蒸氣壓組分鉛的損失,而該困難可由sol-gel法避免,與其它高溫方法比,該方法是在低溫下進行的。

三、陶瓷的成型與燒結(jié)

陶瓷的主要制備工藝過程包括坯料制備、成型和燒結(jié)。其生產(chǎn)工藝過程可簡單地表示為：坯料制備、成型、干燥、燒結(jié)、后處理、成品。制備：通過機械或物理或化學(xué)方法制備坯料，在制備坯料時，要控制坯料粉的粒度、形狀、純度及脫水脫氣，以及配料比例和混料均勻等質(zhì)量要求。按不同的成型工藝要求，坯料可以是粉料、漿料或可塑泥團；成型：將坯料用一定工具或模具制成一定形狀、尺寸、密度和強度的制品坯型（亦稱生坯）；燒結(jié)：生坯經(jīng)初步干燥后，進行涂釉燒結(jié)或直接燒結(jié)。高溫?zé)Y(jié)時，陶瓷內(nèi)部會發(fā)生一系列物理化學(xué)變化及相變，如體積減小，密度增加，強度、硬度提高，晶粒發(fā)生相變等，使陶瓷制品達到所要求的物理性能和力學(xué)性能。

燒結(jié)是指成型后的坯體在低于熔點的高溫作用下、通過坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞，氣孔排除，體積收縮，強度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅固燒結(jié)體的致密化過程。

1.成型工藝

是陶瓷材料制備過程的重要環(huán)節(jié)之一,在很大程度上影響著材料的微觀組織結(jié)構(gòu),決定了產(chǎn)品的性能、應(yīng)用和價格。過去,陶瓷材料學(xué)家比較重視燒結(jié)工藝,而成型工藝一直是個薄弱環(huán)節(jié),不被人們所重視?，F(xiàn)在,人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識到在陶瓷材料的制備工藝過程中,除了燒結(jié)過程之外,成型過程也是一個重要環(huán)節(jié)。在成型過程中形成的某些缺陷(如不均勻性等)僅靠燒結(jié)工藝的改進是難以克服的，成型工藝已經(jīng)成為制備高性能陶瓷材料部件的關(guān)鍵技術(shù),它對提高陶瓷材料的均勻性、重復(fù)性和成品率,降低陶瓷制造成本具有十分重要的意義。下面簡單介紹了陶瓷成型方法的發(fā)展及技術(shù)特點。

成型方法： 1.1 膠態(tài)澆注成型

膠態(tài)澆注成型是將具有流動性的漿料制成可自我支撐形狀的一種成型方法。該法利用漿料的流動性,使物料干燥并固化后得到一定形狀的成型體。主要包括以下幾種方法: ① 注漿成型 ② 流延成型 ③ 注凝成型

④ 直接凝固注模成型 ⑤ 膠態(tài)振動注模成型 ⑥ 溫度誘導(dǎo)絮凝成型 1.2 流延成型

流延成型是制備層狀陶瓷薄膜的一種成型方法。這種成型方法可以制作厚度小于0.05mm的薄膜，能制備電容器、熱敏電阻、鐵氧體和壓電陶瓷坯體，特別有利于生產(chǎn)混合集成電路基片等制品。1.3 離心沉積成型

離心沉積成型,是一種制備板狀、層狀納米多層復(fù)合材料的方法。其原理是不同的漿料依次在離心力的作用下一層層地均勻沉積成一個整體也可利用顆粒大小或質(zhì)量的不同沉積出各層不同性質(zhì)的材料。采用離心沉積成型層狀材料具有以下特點通過沉積不同的材料,可以改善材料的韌性沉積的各層可以是電、磁、光性質(zhì)的結(jié)合,具有多功能性可以制成各向異性的新型材料。

1.4 電泳沉積成型

電泳沉積成型是利用直流電場促使帶電顆粒發(fā)生遷移, 進而沉積到極性相反的電極上而成型。沉積過程中在電泳遷移的作用下顆粒間的距離縮短,吸引力起主要作用,漿料的穩(wěn)定分散性開始失去,粉體顆粒逐漸沉積到電極上。分為顆粒電泳遷移和顆粒在電極上放電沉積兩個相繼的過程,為了使顆粒能單獨沉淀到電極上而不受其他帶電顆粒的影響,需要陶瓷漿料具有很好的分散性。

1.5 注射成型

陶瓷注射成型是利用高分子聚合物在高溫下熔融、低溫下凝固的特性進行成型的,成型之后再把高聚物脫除。注射成型的優(yōu)點是能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的產(chǎn)品,并且具有很高的產(chǎn)品尺寸精度和均勻的顯微結(jié)構(gòu)、機加工量少、表面光滑,適合自動化和大規(guī)模生產(chǎn),因而頗受人們的重視[6]。缺點是模具設(shè)計加工成本和有機物脫脂過程的成本較高。最近國內(nèi)外研究注射成形主要是圍繞此類問題進行,其進展主要有：

1)水溶液注射成形 2)氣體輔助注射成形。1.6 無模成型

隨著電子計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展,借助計算機直接加工制造各種復(fù)雜形狀產(chǎn)品的技術(shù)取得了長足進步。90年代初H.Marcus等人提出固體無模成型制造(solid freeform fabrication)新思路。該技術(shù)直接利用計算機CAD設(shè)計,將復(fù)雜的三維立體構(gòu)件經(jīng)計算機軟件分割切片處理,形成計算機可執(zhí)行的像素單元文件,再通過計算機控制的外部設(shè)備,將要成型的陶瓷粉體(或陶瓷坯帶)快速形成(或切割成)實際的像素單元,將一個一個單元疊加即可直接成型出所需要的三維立體構(gòu)件。另外還有“自反應(yīng)噴射成型”“ 注射成型”等。2.陶瓷的燒結(jié)

陶瓷的燒結(jié)是坯體在高溫下致密化過程和現(xiàn)象的總稱。

隨著溫度升高，陶瓷坯體中具有比表面大，表面能較高的粉粒，力圖向降低表面能的方向變化，不斷進行物質(zhì)遷移，晶界隨之移動，氣孔逐步排除，產(chǎn)生收縮，使坯體成為具有一定強度的致密的瓷體。

燒結(jié)的推動力為表面能。燒結(jié)可分為有液相參加的燒結(jié)和純固相燒結(jié)兩類。燒結(jié)過程對陶瓷生產(chǎn)具有很重要的意義。為降低燒結(jié)溫度，擴大燒成范圍，通常加入一些添加物作助熔劑，形成少量液相，促進燒結(jié)。如添加少量二氧化硅促進鈦酸鋇陶瓷燒結(jié)；又如添加少量氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅促進氧化鋁陶瓷燒結(jié)。

主要燒結(jié)方法有以下幾種：按傳質(zhì)分類： 固相燒結(jié)（只有固相傳質(zhì)）液相燒結(jié)（出現(xiàn)液相）氣相燒結(jié)（蒸汽壓較高）

按壓力分類：常壓燒結(jié)、壓力燒結(jié)

按氣氛分類：普通燒結(jié)、氫氣燒結(jié)、真空燒結(jié) 按反應(yīng)分類： 固相燒結(jié) 液相燒結(jié) 氣相燒結(jié) 活化燒結(jié) 反應(yīng)燒結(jié)

特種燒結(jié)包括：熱壓燒結(jié)、反應(yīng)熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、超高壓燒結(jié)、真空（加壓）燒結(jié)、氣氛燒結(jié)（氣壓燒結(jié)）、原位加壓成型燒結(jié)法

四、納米陶瓷材料

陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。但是傳統(tǒng)陶瓷材料存在脆性(裂紋)、均勻性差、韌性和強度較差等缺陷。為了在使得陶瓷材料的強度、韌度和超塑性大幅度提高，引進了納米技術(shù)。

在原有工作的基礎(chǔ)上,人們認(rèn)識到,材料的性能和它的晶粒尺寸關(guān)系極為密切,諸如強度、蠕變、硬度、電學(xué)性能、光學(xué)性能等,無一不與晶粒尺寸成一定的指數(shù)關(guān)系。納米陶瓷是80年代中期發(fā)展起來的先進材料。由于它是界于宏觀物質(zhì)和微觀原子、分子的中間研究領(lǐng)域,它的出現(xiàn)開拓了人們認(rèn)識物質(zhì)世界的新層次,對材料的工藝,制備科學(xué),以至整個材料科學(xué)帶來了新的研究內(nèi)涵。雖然,電子顯微鏡,包括掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡以及高分辨電鏡和分析電鏡等現(xiàn)代表征技術(shù)的發(fā)展,使人們能進入到納米量級(10-9m)線度上來研究納米陶瓷中晶界的化學(xué)組分及顯微結(jié)構(gòu),但由納米材料所引起的諸如超微粉體學(xué),燒結(jié)動力學(xué),各種摻入純物質(zhì)的納米陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)以及由此引起的物理性能的變化,都是當(dāng)今研究陶瓷的熱門話題,還有待于人們進一步的研究。

五、陶瓷材料的發(fā)展前景

近幾十年來，陶瓷材料的應(yīng)用及發(fā)展是非常迅速的，陶瓷材料作為繼金屬材料、高分子材料后最有潛力的發(fā)展材料之一，它在各方面的綜合性能明顯優(yōu)于現(xiàn)在使用的金屬材料和高分子材料。陶瓷材料的應(yīng)用前景還是相當(dāng)廣闊的，尤其是能源、信息、空間技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，更加拉動了具有特殊性能材料的應(yīng)用。先進陶瓷材料的制備技術(shù)日新月異，世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展令人矚目，展望未來，納米陶瓷材料的發(fā)展已經(jīng)取得驚人的成績，有了重大突破。相信在不久的將來，陶瓷材料會有更好、更快的發(fā)展，展示出其重要的應(yīng)用價值。

六、結(jié)論

陶瓷材料作為材料業(yè)的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。納米陶瓷作為一種新型高性能陶瓷，是近年發(fā)展起來的一門全新的科學(xué)技術(shù)，它將成為新世紀(jì)最重要的高新技術(shù)，將越來越受到世界各國科學(xué)家的關(guān)注。納米陶瓷的研究與發(fā)展必將引起陶瓷工業(yè)的發(fā)展與變革，以及引起陶瓷學(xué)理論上的發(fā)展乃至建立新理論體系，以適應(yīng)納米尺度的研究需要，使納米陶瓷材料具有更佳的性能，以致使新的性能、功能的出現(xiàn)成為可能。

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第五篇：納米陶瓷論文

納米陶瓷概論

說到陶瓷,在許多人的印象中,是一種堅硬易碎的物體,缺乏韌性,缺乏塑性。它是一個多少帶有模糊概念的術(shù)語。許多陶瓷學(xué)家把陶瓷看成是用無機非金屬化合物粉體,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成,以多晶聚集體為主的固態(tài)物。這一定義雖同時指出了材料的制備特征和結(jié)構(gòu)特征,但卻把玻璃、搪瓷、金屬陶瓷等摒除在外。所以,在許多場合,陶瓷(ceramic)泛指一切經(jīng)高溫處理而獲得的無機非金屬材料。

1、陶瓷的發(fā)展歷史

陶瓷是人類最早利用自然界提供的原料制造而成的材料。舊石器時代,人們就發(fā)現(xiàn)經(jīng)火煅燒過的粘土,其硬度和強度都大大提高,而且不再被水瓦解。于是,就有了利用粘土的可塑性,將其加工成所需的形狀,然后用火燒制成的陶器。隨著金屬冶煉術(shù)的發(fā)展,人類掌握了通過鼓風(fēng)機提高燃燒溫度的技術(shù),并且發(fā)現(xiàn),有一些經(jīng)高溫?zé)频奶掌?由于局部熔化變得更加致密堅硬,完全改變了陶器多孔,透水的缺點。經(jīng)過長期的摸索和經(jīng)驗積累,以粘土,石英,長石等礦物原料配制而成的瓷器出現(xiàn)了。

從陶器發(fā)展到瓷器,是陶瓷發(fā)展過程中的一次重大飛躍。這種傳統(tǒng)的瓷器,從結(jié)構(gòu)上來看,是由玻璃相結(jié)合在一起的、由許多微小的晶粒構(gòu)成的物體。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們迫切需要大量強度很高,絕緣性能良好的陶瓷材料。此時,人們發(fā)現(xiàn),盡管陶瓷中的玻璃相使陶瓷變得堅硬、致密,然而它卻妨礙了陶瓷強度的提高。同時,玻璃相也是陶瓷絕緣性能,特別是高頻絕緣性能不好的根源。于是,玻璃相含量比傳統(tǒng)陶瓷低的一些強度高,性能好的材料不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)在,許多科學(xué)與技術(shù)方面使用的高性能陶瓷(High performance Ceramics)都是幾乎不含有玻璃相的結(jié)晶態(tài)陶瓷。為了有別于傳統(tǒng)陶瓷,稱之為先進陶瓷(Advanced Ceramics)或高技術(shù)陶瓷(High Tech Ceramics);有時也稱為精細(xì)陶瓷(Fine Ceramics)或工程陶瓷(Engineering Ceramics)。

從傳統(tǒng)陶瓷到先進陶瓷,是陶瓷發(fā)展過程中的第二次重大飛躍。兩者的區(qū)別

在于,在原材料、制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)等方面存在相當(dāng)?shù)牟顒e或側(cè)重。傳統(tǒng)陶瓷多數(shù)采用天然礦物原料,或經(jīng)過處理的天然原料;而先進陶瓷則多數(shù)采用合成的化學(xué)原料,有時甚至是經(jīng)特殊工藝合成的化學(xué)原料。傳統(tǒng)陶瓷的制備工藝比較穩(wěn)定,其側(cè)重點在效率,質(zhì)量控制等方面,對材料顯微結(jié)構(gòu)的要求并不十分嚴(yán)格;而先進陶瓷則必須在粉體的制備,成型燒結(jié)方面采取許多特殊的措施,并控制材料顯微結(jié)構(gòu)。

近年來,先進陶瓷在材料和制備技術(shù)方面的研究都取得了很大的進展,特別是把陶瓷的制備、組成、結(jié)構(gòu)和性能聯(lián)系起來進行。綜合研究的結(jié)果使陶瓷學(xué)家認(rèn)識到,陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)有著舉足輕重的作用。即使化學(xué)組成完全相同,采用不同的制備工藝技術(shù),有時甚至只有很微小的差別便可能導(dǎo)致顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生很明顯的變化,材料的性能常常相差非常大。相當(dāng)長一段時期中,人們主要依靠顯微技術(shù),借助于金相學(xué)發(fā)展起來的研究方法,在微米量級(10-6m)的線度上,對陶瓷的晶粒,晶界等顯微結(jié)構(gòu)進行研究,發(fā)現(xiàn),晶界以及與晶界有聯(lián)系的在不同層次上的缺陷,如氣孔,裂紋,位錯等對陶瓷力學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)影響非常大。目前,絕大部分先進陶瓷的晶粒大小約為1~10μm,如果晶粒的線度能夠降到0·01~0·1μm(10~100 nm),這時,晶粒中將有10%~30%左右的原子處在晶粒的表面,即晶界上。此時,晶粒和晶界的區(qū)別,晶粒內(nèi)原子排列嚴(yán)格有序的結(jié)晶狀態(tài)和晶界區(qū)域原子排列無序的非晶狀態(tài)之間的差別都變得模糊了。這就已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的陶瓷了,而是一種嶄新的陶瓷,我們稱它為納米陶瓷(Nanoscopic Ceramics)。從先進陶瓷發(fā)展到納米陶瓷是陶瓷發(fā)展過程中的第三次飛躍。納米陶瓷將給人們提供更新更好的材料。

2、納米陶瓷

2.1、納米陶瓷

在原有工作的基礎(chǔ)上,人們認(rèn)識到,材料的性能和它的晶粒尺寸關(guān)系極為密切,諸如強度、蠕變、硬度、電學(xué)性能、光學(xué)性能等,無一不與晶粒尺寸成一定的指數(shù)關(guān)系。以正方形的晶粒密堆積計算,當(dāng)晶界相的厚度約為晶粒長度的45%時,兩者的體積相當(dāng),晶界相的厚度是有限度的,一般為數(shù)個納米,這意味著晶粒尺寸減小時,晶界相的相對體積增加,晶界相占整個體積的比例增大,晶界相的作用對整個性能的影響更為顯著。由于界面原子排列的無序狀態(tài),界面原子鍵合的不飽和

性都將引起材料物理性能上的變更,故當(dāng)晶粒尺寸小到一定程度時,某些性能將會發(fā)生突變。如:由于晶粒尺寸的減小將使材料的力學(xué)性能有數(shù)量級的提高,同時,由于晶界數(shù)量的大大增加,使可能分布于晶界處的第二相物質(zhì)的數(shù)量減小,晶界變薄使晶界物質(zhì)對材料性能的負(fù)影響減少到最低程度;晶粒的細(xì)化使材料不易造成穿晶斷裂,有利于提高材料的斷裂韌性;并且將有助于晶粒間的滑移,使材料具有塑性行為。因此,諸如高硬度、高強度和陶瓷超塑性的材料不斷出現(xiàn),若這些新型的陶瓷材料具有納米級水平顯微結(jié)構(gòu),即晶粒尺寸,晶界寬度,第二相分布,氣孔尺寸,缺陷尺寸等都限于100 nm量級,則為納米陶瓷。

納米陶瓷是80年代中期發(fā)展起來的先進材料。由于它是界于宏觀物質(zhì)和微觀原子、分子的中間研究領(lǐng)域,它的出現(xiàn)開拓了人們認(rèn)識物質(zhì)世界的新層次,對材料的工藝,制備科學(xué),以至整個材料科學(xué)帶來了新的研究內(nèi)涵。雖然,電子顯微鏡,包括掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡以及高分辨電鏡和分析電鏡等現(xiàn)代表征技術(shù)的發(fā)展,使人們能進入到納米量級(10-9m)線度上來研究納米陶瓷中晶界的化學(xué)組分及顯微結(jié)構(gòu),但由納米材料所引起的諸如超微粉體學(xué),燒結(jié)動力學(xué),各種摻入純物質(zhì)的納米陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)以及由此引起的物理性能的變化,都是當(dāng)今研究陶瓷的熱門話題,還有待于人們進一步的研究。2.2、納米粉末的制備：

要制成納米陶瓷,主要包括兩大步驟:一是制取納米陶瓷粉,二是致密化成塊狀納米材料。納米粉的制備技術(shù)有氣相合成和凝聚相合成兩大類,再加上一些其它方法。

2.2.1、氣相合成:在惰性氣氛中,蒸發(fā)的單體凝結(jié)成原子團。一般是先建立單體群,靠與冷惰性氣體原子碰撞來冷卻單體,靠單體累加或原子團間的碰撞使原子團生長。這種合成法對制備納米陶瓷粉有下列優(yōu)點:a)增強了低溫下的可燒結(jié)性,這主要是由于高的驅(qū)動力和短的擴散距

離所致。b)有相對高的純凈性和高的表面及晶粒邊界純度。c)這類方法相對來說較為簡單,易于達到高速率生產(chǎn)。

爐源法:它是用以建立單體的最簡單技術(shù),原料在坩堝中經(jīng)加熱直接蒸發(fā)生氣態(tài),以產(chǎn)生懸浮微?；驘熿F狀原子團。越接近源,小原子團的尺寸越均勻;遠(yuǎn)離源,原子團變大,其粒徑分布變寬。離開蒸發(fā)源到一定距離時,原子團達到極限粒徑該

特征距離值取決于惰性氣體的壓強和源的蒸發(fā)速率。原子團極限粒徑將隨蒸發(fā)速率的加大和惰性氣體原子量的增大而增加。原子團的平均粒徑可由改變蒸發(fā)速率以及蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體的壓強來控制,粒徑可小至3~4nm。粒徑分布顯示對數(shù)正態(tài)分布,這種分布表明團—團聚結(jié)的特征。在惰性氣體中,加一種強制對流的氣流,可降低原子團粒徑的平均值,其粒徑分布寬度亦趨窄。對高蒸氣壓的樣品,可用升華代替蒸發(fā)。例如MgO,在200Pa的He壓中,加熱到接近于1600℃(MgO的熔點為2850℃)。經(jīng)升華后,發(fā)現(xiàn)是缺氧的,但可將它暴露在引入真空室的氧氣氛下,而最終使其轉(zhuǎn)化成符合化學(xué)計量比的MgO。

爐源法可制備氧化物陶瓷粉。如要制備TiO2,可在He中蒸發(fā)金屬Ti來獲得,先制取松散的納米金屬粉,然后由引入到小室的氧氣進行氧化,典型的氧壓為2kPa。實驗證明,惰性氣體氣壓的控制不僅影響顆粒大小,有時也影響形成材料的物相。

用加熱生成單體,技術(shù)簡單,但其局限性也很明顯,故只有少數(shù)幾種陶瓷材料如TiO2、CaF2等用該方法來制備納米粉。

濺射源法:DC和RF磁控濺射已成為薄膜生長的標(biāo)準(zhǔn)方法,事實上它可適用于金屬、合金、半導(dǎo)體和陶瓷的沉積,理所當(dāng)然的也可用于納米陶瓷的制備。濺射源法的標(biāo)準(zhǔn)操作壓是10-2-10-1Pa,比爐源法所需的壓力范圍低幾個數(shù)量級。除了其應(yīng)用性廣泛外,濺射源法比大多數(shù)熱蒸發(fā)技術(shù),尚有其它的優(yōu)點:a)靠等離子電流工作,濺射條件是穩(wěn)定的,并易于控制。

b)與熱蒸發(fā)法相比,濺射反應(yīng)室壁的熱負(fù)荷要小得多。這樣就降低了室壁中的微粒排放,而使由微粒造成的雜質(zhì)結(jié)合的減少。商用磁控濺射裝置可用來制備7~50nm直徑的納米陶瓷分子團,已用磁控濺射研究了TiO2、ZrO2等陶瓷納米晶的生成。

熱等離子體合成法:把反應(yīng)劑注入高溫等離子體,伴隨著熱反應(yīng)氣體的快速淬火,在足夠低的溫度下納米粒子被合成,通過快速冷卻導(dǎo)致一個或更多個可沉淀樣品的成核。熱等離子體合成法對產(chǎn)生納米粒子是一個有效的方法,原因有以下幾點:a)熱等離子體反應(yīng)器中的溫度常高,有利于注入反應(yīng)劑的完全溶解和快速反應(yīng)。這樣在反應(yīng)劑和最終產(chǎn)品的選擇上,允許明顯的化學(xué)可變性。b)熱等離子體的高能量密度使得能在相對緊縮的反應(yīng)器中,獲得高額的產(chǎn)量。c)等離子體合成過程

中可達高淬火速率,生產(chǎn)納米粒子就能獲得高過飽和度,還有可能合成感興趣的亞穩(wěn)相。從上述幾點考慮,熱等離子體合成是制取高溫納米陶瓷最有希望的途徑,例如碳化物、氮化物、硼化物等用該方法生產(chǎn)就較為容易。與其它高溫合成法比較,其缺點是等離子體反應(yīng)器更多的受加工條件中冷邊界層和不均勻性的影響,對提高產(chǎn)品質(zhì)量不利;以及由于高溫淬冷的不均勻性,導(dǎo)致粒子成核速率和粒徑分布相對來說變化較大。為了改進這些不足,提出一種等離子體膨脹過程?？客ㄟ^陶瓷襯砌的噴咀,等離子體進行亞聲速膨脹,使不均勻的影響降到最小,膨脹提供了一種可控的等離子氣體動力淬冷的方法。噴咀膨脹的構(gòu)想對粒子成核和生長有利,且保持了等離子體加工過程的可量測性。與靠附加冷稀釋氣體進行淬冷的方法相比,膨脹過程對淬冷條件的控制有明顯的優(yōu)勢。

熱解法:是指采用高溫先使反應(yīng)劑氣體的氣相分解,再產(chǎn)生所要組分原子的飽和蒸氣。熱解主要有兩種:激光熱解和火焰熱解。

激光熱解是將一種用惰性氣體為載體的流動的反應(yīng)劑氣體用激光快速加熱,實現(xiàn)快速的,反應(yīng)劑氣體的氣相分解。當(dāng)分解物被載流氣體的原子(分子)碰撞而達到淬冷后,原子團進行成核和生長。這種技術(shù)被廣泛用于合成Si3N4、SiC、Al2O3等納米陶瓷粉。對制取非金屬化合物,靠將乙烯加入氣體混合物以產(chǎn)生碳化物;靠將NH3加入以產(chǎn)生氮化物。激光熱解優(yōu)點是可連續(xù)加工,可用激光功率和反應(yīng)劑流率來控制產(chǎn)率。

另一種是火焰熱解,這是一種揮發(fā)性化合物如TiCl4或SiCl4在氫—氧焰中的反應(yīng),它導(dǎo)致生成彌散度較高的氧化物團,用于制取Al2O3、SiO2、Bi2O3、ZrO2和TiO2等。這種技術(shù)的主要優(yōu)點是高純、具有化學(xué)可變性,以及有合成混合氧化物的可能。

2.2.2 凝聚相合成:主要有下列三種方法。

離子性材料中的分解和沉淀反應(yīng):已被用于產(chǎn)生納米團,例如Mg(OH)2和MgCO3的分解產(chǎn)生具有大約2nm直徑的MgO分子團。

Sol-gel法(溶膠—凝膠法):被用在各類系統(tǒng)中產(chǎn)生小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2納米團。要獲得納米結(jié)構(gòu),可引入具有最終平衡相結(jié)晶陶瓷的先驅(qū)物作為籽晶,進行催化成核,在基體中引入晶核的目的是為了降低形成所需相的成核能。要制備包含一個或多個高蒸氣壓組分的化學(xué)計量比化合物,遇到一定的困難。如

要制備(BaPb)TiO3,嚴(yán)重的問題就是由于高蒸氣壓組分鉛的損失,而該困難可由sol-gel法避免,與其它高溫方法比,該方法是在低溫下進行的。

水熱反應(yīng):即水在高于沸點時的反應(yīng),已被用來合成納米團。至今所用的兩種反應(yīng)是水熱沉淀和氧化,兩種反應(yīng)可產(chǎn)生水中的結(jié)晶狀金屬氧化物的懸浮物。已制成了簡單氧化物(ZrO2,Al2O3、TiO2,MgO)以及混合氧化物(ZrO2-Y2O3,ZrO2-MgO、ZrO2-Al2O3、BaTiO3)等的10nm~100nm的納米團。

其它方法主要有沉積方法,如CVD(化學(xué)氣相沉積)法,Ti和Si的氮化物和碳化物納米團均可由此法生成。低溫球磨即在液氮中的高能球磨。舉例就Al基質(zhì)而言,可形成含有彌散的粒徑小于50nm的AlN納米團。

塊狀納米陶瓷材料的獲得:從納米粉制成塊狀納米陶瓷材料,就是通過某種工藝過程,除去孔隙,以形成致密的塊材,而在致密化的過程中,又保持了納米晶的特性。

4、結(jié)束語

納米陶瓷作為一種新型高性能陶瓷,是近年發(fā)展起來的一門全新的科學(xué)技術(shù),它將成為新世紀(jì)最重要的高新技術(shù),將越來越受到世界各國科學(xué)家的關(guān)注。納米陶瓷的研究與發(fā)展必將引起陶瓷工業(yè)的發(fā)展與變革,以及引起陶瓷學(xué)理論上的發(fā)展乃至建立新理論體系,以適應(yīng)納米尺度的研究需要,使納米陶瓷材料具有更佳的性能以致使新的性能、功能的出現(xiàn)成為可能。我們期待著納米陶瓷在工程領(lǐng)域乃至日常生活中得到更廣泛的應(yīng)用。

參 考 文 獻 李泉等·化學(xué)通報,1995 2 杜偉壇,杜海清·無機化學(xué)學(xué)報,1996 3 Huang IR, Ling B, Jiang DL, TAN SH, ibid:569 4 張志琨等,科學(xué)通報,1996 5 隋同波,王廷籍·硅酸鹽學(xué)報,1993 6 雅菁,徐明霞等·材料研究學(xué)報,1996 7 鄭秀華等.納米粉燒結(jié)特性及性能的影響.材料研究學(xué)報,1996 戴金輝,葛兆明編.無機非金屬材料概論,哈爾濱:工業(yè)大學(xué)出版社, 1999 9 Tian Jie-Mo.J Am Ceram Soc, 1999 10 林宗壽主編.無機非金屬材料工學(xué).武漢:工業(yè)大學(xué)出版社,1999 11 國家自然科學(xué)基金委員會.無機非金屬材料科學(xué).北京:科學(xué)出版社, 1997 12 施錦行.中南工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理與熱能工程系.1997