第七章 陶瓷基复合材料与陶瓷材料相比：高韧性，良好的抗疲 劳性； 与树脂基材料相比：高硬度，良好的导 电、导热性； 与金属类材料相比：高硬度、耐磨性， 优秀的高温性能。

陶瓷的概念传统上，陶瓷的概念是指以粘土及其天然矿 物为原料，经过粉碎混炼、成型、焙烧等工艺过 程所制得的各种制品。亦称为“普通陶瓷” 程所制得的各种制品。亦称为“普通陶瓷”。 广义的陶瓷概念是用陶瓷生产方法制造的无 机非金属固体材料和制品的统称。

陶瓷材料的特点陶瓷材料的相组成特点 陶瓷材料通常由三种不 同的相组成，即晶相 (1)、玻璃相(2)和气相 (3)[气孔]。

晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物 理化学性质的主要是晶相。 玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材 料致密度、降低 烧结温度和抑制 晶粒长大。 气相是在工艺过 程中形成并保留 下来的。

陶瓷材料的结合键特点陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、 硅化物等，因而其结合键以离子键( 硅化物等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价 键(如Si3N4)及两者的混合键为主。

离子键

共价键

韧 性 陶

陶瓷材料的性能特点陶瓷材料具有高熔点、高硬度、 高化学稳定性，耐高温、耐氧 化、耐腐蚀等特性。 陶瓷材料还具有密度小、弹性 柎 点。 能陶瓷还具有 特 性能。 、 、 等 、耐 、 度高等特性陶瓷硬度恪 的

瓷 硬 度 压 痕

基体材料氧化物陶瓷： 氧化物陶瓷： 氧化铝、氧化锆、氧化铍、莫来石陶瓷 非氧化物陶瓷： 非氧化物陶瓷： 氮化硅、氮化硼和氮化钛陶瓷、 碳化硅、碳化硼、碳化钛、二硅化钼陶瓷

增强体材料颗粒增强体 纤维增强体

基体材料 — 氧化物陶瓷大多数典型的陶瓷特别是特种陶瓷的 主要组成 和晶体相。主要由离子键结合，也有一定成分的共价 键。其结构取决于结合键类型、各种离子的大小以及 在极小空间保持电中性的要求。 陶瓷最重要的氧化物是几种简单类型的氧化物AO, 陶瓷最重要的氧化物是几种简单类型的氧化物AO, 等(A AO2,A2O3,ABO3和AB2O4等(A,B表示阳离子)。 结构特点：氧离子(一般比阳离子大)进行紧密 排列、金属阳离子位于一定的间隙中，最重要的是四 面体和八面体间隙)。

结构 类型 A2O3

氧离子排 列方式 密排六方

阳离子填充方式 2/3八面体间隙

结构名 称 刚玉

举例 Al2O3, Fe2O3,Cr2O3,Ti2O3,V2O3,Ga2O 3,Rh2O3 FeTiO3,NiTiO3,CoTiO3 CaTiO3, SrTiO3,SrSnO3,SrZrO3,SrHfO 3, BaTiO3 FeAl2O4, ZnAl2O4,MgAl2O4

ABO3

密排六方 面心立方

2/3 八 面 体 间 隙 钛铁矿 (A,B)

1/4八面体间隙 (B)

钙钛矿

AB2O4

面心立方

1/8四面体(A)

尖晶石 1/2 八 面 体 间 隙 (B)1/8四面体(A) 反尖晶 1/8 八 面 体 间 隙 石 (A,B) 1/2八面体(A) 橄榄石 1/8四面体间隙(B)

面心立方

FeMgFeO4, MgTiMgO4

密排六方

Mg2SiO4, Fe2SiO4

结构类 型 AO2

氧离子排列 方式 面心立方 面心立方 面心立方

阳离子填充方 式 全部八面体间 隙 1/2四面体间隙 1/2四面体间隙

结构名 称 岩盐

举例 MgO, CaO, SrO, BaO, CdO,VO, MnO, FeO, CoO, NiO

闪锌矿 BeO 纤维 锌矿 萤石 ZnO

简单立方

1/2立方体间隙

ThO2,CaO2,PrO2,UO2,ZrO2,Hf O2, NpO2,PuO2,AmO2

面心立方

全部四面体 间隙

反萤石 Li2O,Na2O,K2O,Rb2O 金红石 Al2O3,Fe2O3,Cr2O3,Ti2O3,V2O3, Ga2O3,Rh2O3

畸 形 面 心 立 1/2八面体间隙 方

纯氧化物陶瓷氧化铝陶瓷Al2O3+少量SiO2。根据Al2O3含量可分为刚玉-莫来 瓷(75瓷，wAl2O3=75%)和刚玉瓷(95瓷，99瓷)。 晶体结构 氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有 三种： α-Al2O3、β-Al2O3 、γ-Al2O3 。

制备方法： 制备方法： 原料煅烧 配料 球磨 成形 烧结

性能与应用： 性能与应用：高强度、 高温稳定性： 装饰瓷， 喷嘴、火箭、 1 ) 高强度 、 高温稳定性 ： 装饰瓷 ， 喷嘴 、 火箭 、 导弹 的导流罩 ； 高硬度、 高耐磨性：切削工具，模具，磨料，轴承， 2 ) 高硬度 、 高耐磨性 ： 切削工具 ， 模具 ， 磨料 ， 轴承 ， 人造宝石； 人造宝石；

3) 低的介电损耗、 高电阻率、 高绝缘性： 火花塞， 电 ) 低的介电损耗 、 高电阻率 、 高绝缘性 ： 火花塞 ， 路基板，管座； 路基板，管座； 4)熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管，热电偶保 熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管， 护套等； 护套等； 5)离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。 离子导电性：太阳能电池材料和蓄电池材料等。 6)生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。 生物相容性：还可用于制作人工骨骼和人造关节等。

氧化锆陶瓷晶体结构 m-ZrO2:单斜晶系(<1170℃) t- ZrO2:四方晶系(1170~2370 ℃) c-ZrO2:立方晶系(2370~2715 ℃) 备注：氧化锆熔点为2715 ℃。

氧化锆的晶型转变：立方相 四方相 氧化锆的晶型转变：立方相 四方相 单斜相。四 方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化， 易使制品开裂。

在氧化锆中加入某些氧化物( CaO、MgO、 在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等) 能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结 构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ),其力学性能 构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ),其力学性能 低，抗热冲击性差。 减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方 相的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆稳

定，所以称部分稳定氧化锆(PSZ)。