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第一篇 陶瓷性能与表征 2

第1章 陶瓷性能与表征 2

1．1 陶瓷材料的化学键 2

1．1．1 离子键与离子晶体 2

1．1．2 共价键与共价键晶体 4

1．1．3 范德华键与氢键 5

1．2 陶瓷基本物理性能 6

1．2．1 陶瓷的密度及测试 6

1．2．2 陶瓷硬度及表征 9

1．2．3 陶瓷的熔融与蒸发 13

1．3 陶瓷力学性能及表征 14

1．3．1 弹性变形与弹性模量 15

1．3．2 陶瓷的强度及表征 17

1．3．3 陶瓷的断裂韧性及表征 23

1．4 陶瓷热学性能及表征 25

1．4．1 陶瓷的热容 25

1．4．2 陶瓷的热膨胀 26

1．4．3 陶瓷的热导率 28

1．4．4 陶瓷抗热震性 31

1．5 陶瓷电学性能 36

1．5．1 陶瓷的绝缘与导电特性 36

1．5．2 陶瓷半导体特性 37

1．5．3 陶瓷介电性能 38

1．6 陶瓷的光学性能 40

1．6．1 陶瓷透光性 40

1．6．2 陶瓷的颜色 44

1．6．3 陶瓷激光器 47

1．7 陶瓷的高温性能 50

1．7．1 陶瓷的高温强度 50

1．7．2 陶瓷的高温蠕变 52

1．8 陶瓷的低温性能 56

1．8．1 陶瓷低温应用环境 56

1．8．2 低温下陶瓷的力学性能 57

1．8．3 低温下陶瓷的热学性能 59

1．8．4 陶瓷低温性能的测试 60

参考文献 61

第二篇 陶瓷的制备工艺 66

第2章 陶瓷粉体制备 66

2．1 概述 66

2．2 固相法 67

2．2．1 固相法简述 67

2．2．2 高温固相反应法 67

2．2．3 碳热还原反应法 68

2．2．4 盐类热分解法 69

2．2．5 自蔓延高温合成 70

2．3 液相法 75

2．3．1 液相法简述 75

2．3．2 化学沉淀法 76

2．3．3 溶胶-凝胶法 78

2．3．4 醇盐水解法 80

2．3．5 水热法 81

2．3．6 溶剂蒸发法 86

2．4 气相法 88

2．4．1 气相法简述 88

2．4．2 气相法原理与过程 88

2．4．3 气相合成陶瓷粉体分类 91

2．4．4 气相合成法特点与评价 94

2．4．5 气相法合成工艺 94

参考文献 105

第3章 陶瓷成型工艺 109

3．1 概述 109

3．2 干压成型 110

3．2．1 干压成型工艺简述 110

3．2．2 成型添加剂及造粒控制 111

3．2．3 粉料充模与压实过程 112

3．2．4 成型压力损失与密度分布 114

3．2．5 成型坯体的脱模及移出 115

3．2．6 干压成型缺陷及控制 116

3．3 等静压成型 116

3．3．1 等静压成型工艺及特点 116

3．3．2 等静压成型的缺陷与控制 117

3．3．3 冷等静压成型技术的应用 118

3．4 注浆成型 119

3．4．1 注浆成型工艺简述 119

3．4．2 注浆基本过程与控制 120

3．4．3 注浆成型用石膏模具 123

3．4．4 空心实心注浆及缺陷 124

3．4．5 其他注浆成型新方法 125

3．5 流延成型 128

3．5．1 流延成型工艺简述 128

3．5．2 流延成型机 129

3．5．3 流延成型工艺过程 130

3．5．4 非水基流延成型工艺 132

3．5．5 水基流延成型工艺 136

3．5．6 凝胶流延成型新工艺 138

3．6 挤压成型 139

3．6．1 挤压成型工艺简述 139

3．6．2 挤压成型设备与工艺 140

3．6．3 添加剂与塑性料制备 141

3．6．4 挤压过程与机理分析 143

3．6．5 挤压成型缺陷与控制 144

3．7 热压铸成型 144

3．7．1 热压铸成型简述 144

3．7．2 热压铸浆料制备及要求 146

3．7．3 热压铸模具与成型工艺参数 146

3．7．4 热压铸坯体的排蜡 147

3．7．5 热压铸产品缺陷与控制 148

3．8 注射成型 148

3．8．1 陶瓷注射成型简述 148

3．8．2 注射成型工艺过程与装置 149

3．8．3 陶瓷注射成型流变学 151

3．8．4 陶瓷注射成型用有机载体 154

3．8．5 注射工艺参数与坯体品质 157

3．8．6 陶瓷注射成型的热脱脂 159

3．8．7 水基萃取脱脂新工艺 160

3．8．8 其他脱脂新方法 162

3．8．9 陶瓷注射成型的缺陷及控制 164

3．8．10 陶瓷注射成型的典型应用 165

3．8．11 陶瓷微型注射成型新技术 167

3．9 凝胶注模成型 168

3．9．1 凝胶注模成型简述 168

3．9．2 单体聚合凝胶注模成型原理与工艺 170

3．9．3 影响单体聚合凝胶化反应的因素 172

3．9．4 不同陶瓷的凝胶注模成型 175

3．9．5 凝胶注模成型中的缺陷与控制 179

3．9．6 多糖类高分子凝胶注模成型 181

3．9．7 其他体系的凝胶注模成型 185

3．10 直接凝固注模成型 188

3．10．1 直接凝固注模成型简述 188

3．10．2 直接凝固注模成型原理与工艺 189

3．10．3 氧化物陶瓷的直接凝固注模成型 190

3．10．4 直接凝固注模成型陶瓷坯体强度的提高 192

3．10．5 非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型 194

3．10．6 直接凝固注模成型的应用及特点 196

3．11 固体无模成型 196

3．11．1 固体无模成型原理与分类 196

3．11．2 熔融沉积成型技术 197

3．11．3 三维打印成型技术 198

3．11．4 喷墨打印成型技术 199

3．11．5 分层实体成型技术 200

3．11．6 立体光刻成型技术 201

3．11．7 激光选区烧结成型 202

参考文献 203

第4章 陶瓷烧结技术 213

4．1 概述 213

4．2 烧结理论 214

4．2．1 烧结理论简述 214

4．2．2 烧结过程中的晶粒生长 215

4．2．3 固态烧结 218

4．2．4 液相烧结 223

4．3 热压烧结 229

4．3．1 热压烧结简述 229

4．3．2 热压炉与模具材料 229

4．3．3 热压烧结工艺 230

4．3．4 热压烧结的机理 231

4．3．5 热压烧结特点及应用 232

4．4 热等静压烧结 235

4．4．1 热等静压烧结简述 235

4．4．2 热等静压装置及发展 235

4．4．3 包套式热等静压烧结工艺 237

4．4．4 无包套热等静压烧结工艺 239

4．4．5 热等静压气体选择及烧结制度 240

4．4．6 热等静压特点及对材料性能的影响 242

4．4．7 热等静压技术的应用 244

4．5 气压烧结 246

4．5．1 气压烧结简述 246

4．5．2 氮化硅的高温分解与氮气压力作用 247

4．5．3 两步气压烧结法 248

4．5．4 其他含氮陶瓷的气压烧结 253

4．6 微波烧结 253

4．6．1 微波烧结简述 253

4．6．2 微波加热与烧结原理 254

4．6．3 微波烧结系统与加热特性 258

4．6．4 各种陶瓷的微波烧结 260

4．6．5 微波烧结与材料特性的关联 264

4．6．6 微波快速烧结的机理 268

4．6．7 微波促进相变及裂纹愈合效应 270

4．6．8 陶瓷材料的微波焊接 272

4．6．9 陶瓷微波烧结的应用 272

4．7 自蔓延致密化烧结 274

4．7．1 自蔓延致密化技术简述 274

4．7．2 机械加压自蔓延致密化 274

4．7．3 气体压力自蔓延致密化 277

4．7．4 离心力自蔓延致密化工艺 279

4．8 放电等离子烧结 280

4．8．1 放电等离子烧结简述 280

4．8．2 放电等离子烧结装置的结构及特点 280

4．8．3 放电等离子烧结原理与特殊效应 281

4．8．4 放电等离子烧结中温度与电流分布 282

4．8．5 放电等离子快速烧结与晶粒细化 286

4．8．6 纳米复合陶瓷的放电等离子烧结 288

4．8．7 其他陶瓷材料的放电等离子烧结 290

参考文献 297

第5章 陶瓷精密加工 304

5．1 概述 304

5．2 陶瓷的机械加工 304

5．2．1 磨削加工 305

5．2．2 研磨加工 310

5．2．3 抛光加工 312

5．2．4 ELID超精密磨削加工 313

5．3 陶瓷的化学加工 315

5．3．1 化学研磨抛光 315

5．3．2 电泳抛光与磨削 316

5．4 陶瓷的电火花加工 317

5．4．1 电火花加工原理及特点 317

5．4．2 导电陶瓷的电火花加工 318

5．4．3 非导电陶瓷放电加工 319

5．5 陶瓷的激光加工 320

5．5．1 激光加工原理及激光器特性 320

5．5．2 激光加工陶瓷工艺及影响因素 321

5．6 陶瓷的超声波加工 323

5．6．1 超声波加工原理 323

5．6．2 超声波加工装置与工艺 324

5．7 陶瓷打孔的加工技术 325

5．7．1 机械打孔加工方法 326

5．7．2 超声波打孔加工方法 326

5．7．3 激光打孔加工方法 327

参考文献 327

第三篇 氧化物与非氧化物陶瓷 332

第6章 氧化物结构陶瓷 332

6．1 概述 332

6．2 氧化铝陶瓷 333

6．2．1 氧化铝晶体结构 333

6．2．2 氧化铝粉体的制备 336

6．2．3 氧化铝陶瓷的烧结 339

6．2．4 氧化铝陶瓷显微结构与性能 343

6．2．5 氧化铝晶粒异向生长及机理 345

6．2．6 氧化铝陶瓷自增韧及其机理 349

6．2．7 氧化铝陶瓷特性与工业应用 354

6．2．8 氧化铝体系生物陶瓷 356

6．3 氧化锆陶瓷 360

6．3．1 简述 360

6．3．2 氧化锆晶型及晶体结构 361

6．3．3 氧化锆的稳定化与相图 363

6．3．4 氧化锆陶瓷的增韧机理 366

6．3．5 增韧氧化锆陶瓷的制备与性能 370

6．3．6 四方氧化锆陶瓷低温老化 376

6．3．7 氧化锆陶瓷的高温超塑性 379

6．3．8 氧化锆陶瓷的典型应用 381

6．4 氧化铍陶瓷 384

6．4．1 氧化铍晶体结构与物性 384

6．4．2 氧化铍陶瓷制备 384

6．4．3 氧化铍陶瓷特点与应用 387

6．5 氧化镁陶瓷 387

6．5．1 氧化镁晶体结构与物性 387

6．5．2 氧化镁陶瓷的制备 388

6．5．3 氧化镁陶瓷特点与应用 390

6．6 莫来石陶瓷 390

6．6．1 莫来石陶瓷简述 390

6．6．2 莫来石晶体结构与性质 391

6．6．3 莫来石陶瓷相图 391

6．6．4 高纯莫来石陶瓷的制备 392

6．6．5 莫来石陶瓷性能及应用 395

6．7 氧化锆增韧氧化铝陶瓷 396

6．7．1 氧化锆增韧氧化铝陶瓷简述 396

6．7．2 氧化锆增韧氧化铝陶瓷粉体的制备 397

6．7．3 氧化锆增韧氧化铝陶瓷烧结工艺 398

6．7．4 氧化锆增韧氧化铝体系及其增韧机制 400

6．7．5 不同体系氧化锆增韧氧化铝陶瓷的特性 403

6．8 氧化锆增韧莫来石陶瓷 405

6．8．1 氧化锆增韧莫来石陶瓷简述 405

6．8．2 氧化锆增韧莫来石陶瓷的制备 405

6．8．3 氧化锆增韧莫来石陶瓷的结构与性能 408

参考文献 409

第7章 氮化物陶瓷 417

7．1 概述 417

7．2 氮化硅陶瓷 418

7．2．1 氮化硅陶瓷简述 418

7．2．2 氮化硅的晶型与结构 418

7．2．3 氮化硅粉末的合成 420

7．2．4 氮化硅陶瓷的烧结方法 423

7．2．5 氮化硅陶瓷性能及高温特性 432

7．2．6 氮化硅陶瓷的工程应用 436

7．3 氮化铝陶瓷 439

7．3．1 氮化铝陶瓷简述 439

7．3．2 氮化铝晶体结构与物性 440

7．3．3 氮化铝陶瓷的热导率及导热机理 440

7．3．4 氮化铝粉末合成 441

7．3．5 氮化铝陶瓷的烧结 443

7．3．6 高热导率氮化铝陶瓷制备 446

7．3．7 氮化铝陶瓷特性与应用 447

7．4 赛隆陶瓷 449

7．4．1 赛隆陶瓷简述 449

7．4．2 β-赛隆陶瓷 450

7．4．3 α-赛隆陶瓷 453

7．4．4 （α＋β）-赛隆陶瓷 455

7．4．5 长柱状晶α-赛隆陶瓷 456

7．4．6 赛隆陶瓷的工程应用 457

7．5 氮化硼陶瓷 458

7．5．1 氮化硼晶体结构及特征 458

7．5．2 氮化硼粉末的制备 459

7．5．3 氮化硼陶瓷的烧结 460

7．5．4 氮化硼陶瓷的性能及应用 461

参考文献 463

第8章 碳化物陶瓷 468

8．1 概述 468

8．2 碳化硅陶瓷 469

8．2．1 碳化硅陶瓷简述 469

8．2．2 碳化硅晶型与结构 470

8．2．3 碳化硅粉体的合成 471

8．2．4 碳化硅陶瓷的烧结 473

8．2．5 碳化硅陶瓷的性能 480

8．2．6 碳化硅陶瓷的特点与用途 483

8．3 碳化硼陶瓷 486

8．3．1 碳化硼陶瓷简述 486

8．3．2 碳化硼化学组成与结构 486

8．3．3 碳化硼粉料的合成 487

8．3．4 碳化硼陶瓷的致密化烧结 488

8．3．5 碳化硼陶瓷的性能与应用 492

参考文献 494

第四篇 其他类型结构陶瓷材料 498

第9章 低膨胀陶瓷 498

9．1 概述 498

9．2 堇青石陶瓷 498

9．2．1 堇青石晶体结构及基本特性 498

9．2．2 堇青石陶瓷相图与制备 500

9．2．3 降低堇青石陶瓷热膨胀系数的方法 502

9．2．4 堇青石陶瓷的工业应用 505

9．3 钛酸铝陶瓷 507

9．3．1 钛酸铝晶体结构与相图 508

9．3．2 钛酸铝的热膨胀性和强度与其结构的关系 509

9．3．3 钛酸铝陶瓷的制备及性能改善 510

9．3．4 钛酸铝陶瓷的典型性能及工程应用 513

9．4 熔融石英陶瓷 514

9．4．1 熔融石英陶瓷简述 514

9．4．2 熔融石英陶瓷的制备与性能 515

9．4．3 熔融石英陶瓷增强及其复合材料 517

9．4．4 熔融石英陶瓷的特性与工程应用 518

9．5 锂质陶瓷 520

9．5．1 锂质陶瓷简述 520

9．5．2 晶体结构及Li2O-Al2O3-SiO2三元相图 521

9．5．3 锂质耐热陶瓷制备与性能 522

9．5．4 锂质陶瓷的应用 523

参考文献 523

第10章 可加工陶瓷 527

10．1 概述 527

10．2 云母玻璃陶瓷 527

10．2．1 显微结构与可切削机理 527

10．2．2 云母玻璃陶瓷制备工艺 529

10．2．3 云母玻璃陶瓷性能调控 530

10．2．4 云母玻璃陶瓷的特性及应用 531

10．3 Ti3SiC2系陶瓷 532

10．3．1 Ti3SiC2系陶瓷简述 532

10．3．2 Ti3SiC2系晶体结构及物性 532

10．3．3 Ti3SiC2系陶瓷的制备与性能 533

10．3．4 Ti3SiC2系陶瓷可加工性 536

10．3．5 Ti3SiC2系陶瓷的工程应用 537

10．4 稀土磷酸盐／氧化物复合陶瓷 538

10．4．1 稀土磷酸盐／氧化物陶瓷简述 538

10．4．2 稀土磷酸盐（LaPO4、CePO4）的结构与特性 538

10．4．3 稀土磷酸盐／氧化物陶瓷可加工性及机理 539

10．4．4 几类主要的稀土磷酸盐／氧化物可加工陶瓷 540

10．5 含h-BN的可加工复合陶瓷 544

10．5．1 含h-BN的可加工陶瓷简述 544

10．5．2 Si3N4（AlN）／h-BN体系 544

10．5．3 SiC（B4C）／h-BN体系 547

10．5．4 Al2O3（ZrO2）／h-BN体系 548

参考文献 550

第11章 透明陶瓷 554

11．1 概述 554

11．2 陶瓷透明性原理及制备关键因素 554

11．2．1 陶瓷透明性原理 554

11．2．2 影响透明性的主要因素 556

11．2．3 透明陶瓷制备关键工艺因素 557

11．3 陶瓷透光率的表征及测试 558

11．4 氧化铝透明陶瓷 558

11．4．1 氧化铝透明陶瓷简述 558

11．4．2 透明氧化铝陶瓷制备技术 559

11．4．3 透明氧化铝陶瓷的应用 562

11．5 氧化镁透明陶瓷 564

11．5．1 透明氧化镁陶瓷特点与性能 564

11．5．2 透明氧化镁陶瓷的烧结 565

11．6 氧化钇透明陶瓷 566

11．6．1 氧化钇透明陶瓷简述 566

11．6．2 氧化钇透明陶瓷的致密化烧结 567

11．6．3 氧化钇透明陶瓷的应用 568

11．7 镁铝尖晶石透明陶瓷 569

11．7．1 镁铝尖晶石透明陶瓷简述 569

11．7．2 镁铝尖晶石透明陶瓷特性 569

11．7．3 镁铝尖晶石透明陶瓷的制备 570

11．8 钇铝石榴石激光透明陶瓷 572

11．8．1 钇铝石榴石激光透明陶瓷的发展历程 572

11．8．2 钇铝石榴石晶体结构及特性 574

11．8．3 钇铝石榴石激光透明陶瓷与单晶的比较 574

11．8．4 钇铝石榴石激光透明陶瓷的制备 576

11．8．5 钇铝石榴石激光透明陶瓷的应用 578

11．9 氮化铝透明陶瓷 579

11．9．1 氮化铝透明陶瓷的发展与性能 579

11．9．2 氮化铝透明陶瓷的烧结工艺 580

11．10 赛隆透明陶瓷 582

11．10．1 赛隆透明陶瓷发展与性能 582

11．10．2 α-赛隆透明陶瓷的制备 583

11．10．3 （α＋β）-赛隆透明陶瓷的制备 586

11．11 阿隆透明陶瓷 586

11．11．1 阿隆陶瓷的组成结构与相图 586

11．11．2 阿隆透明陶瓷的制备方法 587

11．11．3 阿隆透明陶瓷的性能及应用 590

参考文献 590

第12章 超高温陶瓷 595

12．1 概述 595

12．1．1 超高温陶瓷的概念 595

12．1．2 超高温陶瓷研究背景 596

12．1．3 超高温陶瓷研究体系与进展 597

12．2 超高温陶瓷晶体结构与物性 598

12．3 超高温陶瓷的基本性能 599

12．3．1 力学性能 599

12．3．2 热学性能 600

12．3．3 电学性能 602

12．3．4 高温抗氧化性及机理 603

12．4 ZrB2（HfB2）基超高温陶瓷的制备与性能 604

12．4．1 ZrB2（HfB2）致密化烧结工艺 604

12．4．2 添加剂对ZrB2（HfB2）烧结和性能的影响 609

12．5 ZrB2（HfB2）-SiC系超高温陶瓷 611

12．5．1 ZrB2（HfB2）-SiC陶瓷的力学性能 611

12．5．2 ZrB2（HfB2）-SiC系陶瓷的抗氧化性能 612

12．5．3 ZrB2（HfB2）-SiC基多相超高温陶瓷 614

参考文献 615

索引 618