文档介绍：第五章 功能陶瓷材料
郑伟宏
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1、陶瓷材料的发展概况
陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。
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我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌，它是中华分类
相对这种用天然无机物烧结的传统陶瓷
精细陶瓷 (Fine Ceramics)又称先进陶瓷(Advanced Ceramics)：
以精制的高纯天然无机物或人工合成的
无机化合物为原料，采用精密控制的制
造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特
性能的优异特性的陶瓷
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精细陶瓷与传统陶瓷的主要区别
在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，特种陶瓷一般以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料。
在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的成分决定，所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地。由于特种陶瓷的原料是纯化合物，因此成分由人工配比决定，其性质的优劣由原料的纯度和工艺，而不是由产地决定。
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在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结，保护气氛烧结、热压、热静压等手段。
在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能，从而使其在高温、机械、电子、宇航、医学工程各方面得到广泛的应用。
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精细陶瓷的种类繁多，按照化学组成可分为：氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷
精细陶瓷组织结构特点：陶瓷的结合键一般为强固的离子键和共价键；显微组织的不均匀性和复杂性
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精细陶瓷的性能特点：
熔点高、密度小
化学稳定性好，抗腐蚀、抗氧化
高强度、高刚度、高硬度、耐磨损
具有一定的热强性(抗蠕变等)
绝缘性、压电性、半导体性、磁性等电特性
生物体适应性、催化剂等生物化学、化学的功能
光学功能及其他一些特殊功能
韧性、塑性很小，塑性变形能力差，易发生脆性破坏
加工成型性能较差
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氧化物陶瓷在耐热性和硬度方面不能适应新的用途
精细陶瓷的发展趋势是，原料由以氧化物为主的氧化物陶瓷正转向非氧化物陶瓷(碳化物、氮化物、硼化物等)
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精细陶瓷的制备方法
精细陶瓷材料的性能主要由材料的化学组分和显微组织结构所决定
在化学组成确定后，工艺是控制显微组织结构的主要手段
精细陶瓷材料的制备方法大致相同，但在一些细节和技术上却有很大变化
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陶瓷材料一般经过原料粉碎配制、成型和烧结等过程
陶瓷材料显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，而各种的相对量变化很大，分布不均匀
陶瓷材料一旦烧结成型，不能用冷热加工工艺改变其显微组织和结构
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精细陶瓷典型的制备工艺流程：
主要成分原料+掺杂成分→混合→预烧合成→粉碎 →造粒→成型→烧结→冷加工→成品
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精细陶瓷的粉体制备
精细陶瓷制备工程中非常重要的工序之一是原料粉体的制备
高质量的坯体要求原料粉体是高纯和超细的
理想粉体应是：形状规则一致；粒径均匀细小；不结块；纯度高；能控制相
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精细陶瓷的粉体制备方法一般可分为机械法和合成法。
机械法
机械法是采用机械粉碎方法将机械能转化为颗粒的表面能，使颗粒破碎为细粉。
机械法是十分常用的制取粉末的方法，它用来作为成形前的粉末准备工序。
常用的机械制粉法为：滚动球磨、振动球磨搅动（高纯）球磨和气流粉碎等。
工艺简单、成本低，但难于制取1μm以下的微细粉末
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合成法
合成法是由离子、原子、分子通过反应、成核和成长、收集后处理等手段获取微细粉末
此法是制取精细陶瓷的最常用方法，此法能制得纯度高、均匀性好、颗粒微细（1微米以下）的粉末
合成法的特点是纯度、粒度可控，均匀性，颗粒微细；并可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化
通常化学合成法包括固相法、液相法和气相法
制得粉末纯度高、均匀性好、颗粒细微(1μm以下)
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固相法
主要由化合或还原－化合法、自蔓延高温合成法、固相热分解法
多数元素直接合成法实际上是金属元素的燃烧，是强烈的放热化学反应。利用这种反应热形成自蔓延的燃烧过程制取化合物粉末，就称为自蔓延高温合成法。
自蔓延高温合成法对于合成复杂氧化物有优势
3Cu+2BaO2+→YBa2Cu3O7-X
↓
O2
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液相法
液相法制备粉末可分为反应沉淀法、溶胶－