陶瓷材料

互联网2013-11-14

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传统的陶瓷，如：日用瓷、卫生瓷、建筑瓷等，主要是以天然硅酸盐矿物为原料，经过配料、成型、烧成等工艺而制成。这类陶瓷也称为硅酸盐陶瓷。随着科学技术的发展，陶瓷制品的原料发生了很大变化，从天然矿物原料发展到氧化物原料以及人工合成原料。性能上也有相应的变化，从普通陶瓷材料发展到具有各种特殊性能的功能陶瓷和结构陶瓷材料 ( 我们称这些为特种陶瓷 ) 。陶瓷材料化学键的特点是以离子键及共价键为主要结合力；工艺上主要特点一般是先成型后烧成；从组织结构上看多数陶瓷材料可能包括晶体相、玻璃相 ( 非晶相 ) 和气孔。

陶瓷材料一般具有耐高温、耐腐蚀、高硬度、高强度以及具有某些特殊性能 ( 如：压电性、磁性、光学性能等 ) ，这主要是由材料的化学组成 ( 包括杂质等 ) 和结构状态 ( 包括晶体的结构，化学键的种类以及晶体中的缺陷等 ) 所决定的。本节着重介绍陶瓷材料的结构状态以及由此而引起的性能差异。

原子或分子通过化学键结合在一起组成化合物时，依键的性质，原子、分子可以在空间形成不同的排列或堆积方式，即取不同的结构。结构与材料的物理性能有着密切的关系。化学键性基本相同的物质，其性质可以有很大差别。例如，同属于硅酸盐类矿物的石棉和云母，前者可分散成纤维，后者可剥成薄片。在新型陶瓷材料中有重要意义的各种复合氧化物，虽然化学键性大致相同，而有的具有压电性，铁电性或铁磁性，有的则没有，因此只根据化学键的性质不能对材料性能做出推测。因为，除键性以外，结构的形式也是决定材料性能的重要因素。

陶瓷材料中，以离子键 ( 如 MgO ， Al _{2} O _{3} ， ZrO _{2} 等 ) 、共价键 ( 如金刚石、 Si _{3} N _{4} 、 BN 、 Si 、 Ge 、 GaAs 等 ) 以及离子键向共价键过渡的混合键结合在一起。一般说来，两元素的电负性差值较大 ( 一般大于 1.7) 形成离子键，电负性相近形成共价键，两者之间形成过渡键型。表 8-1 列出电负性差与键性质的关系。

离子键结合的物质在陶瓷材料中占有重要地位，所以我们重点讨论离子键及离子型晶体的有关内容。