李成

摘??要：陶瓷在食器、裝飾的使用和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中扮演重要的角色。黏土經(jīng)淬取而成為陶瓷的原料。黏土具有韌性，常溫下遇水可塑，微干可雕，全干可磨，燒至700?℃可成能盛水的陶器;燒至1?230?℃會(huì)瓷化，可完全不吸水且耐高溫、耐腐蝕。陶瓷的用途多種多樣，被廣泛應(yīng)用于當(dāng)今文化、科技的發(fā)展中。

關(guān)鍵詞：陶瓷;膠態(tài)澆鑄;黏土;力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TQ174??????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.040

陶瓷是陶器和瓷器的總稱，中國(guó)人早在公元前8?000—2?000年（新石器時(shí)代）就發(fā)明了陶器。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物或碳化物，常見的陶瓷材料有黏土、氧化鋁和高嶺土等，其硬度一般較高，但可塑性較差。

1??陶瓷材料的分類

陶瓷材料一般可分為傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷和現(xiàn)代特種陶瓷。

傳統(tǒng)碳酸鹽陶瓷可分為陶器和瓷器，其各自的特點(diǎn)分別為：①陶器的結(jié)構(gòu)不致密，斷面粗糙，敲擊聲比較渾濁;②瓷器的結(jié)構(gòu)比較致密，質(zhì)地細(xì)膩，斷面呈石狀或貝殼狀，敲擊聲清脆悅耳。綜合上述特點(diǎn)看，陶與瓷的區(qū)別在于胚體的孔隙度，即吸水率，而黏土最終會(huì)形成陶，還是形成瓷，取決于原料的成分和燒結(jié)溫度。如果原料粗糙、燒結(jié)溫度低，則形成陶;反之，則形成瓷。

現(xiàn)代特種陶瓷可分為功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷，其各自的特點(diǎn)分別為：①功能陶瓷具有電、磁、聲、化學(xué)和生物等性能;②結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐磨、耐蝕、抗高溫、耐熱和高強(qiáng)度等力學(xué)性能，是陶瓷在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。例如高熔點(diǎn)氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2和VO2等）、碳化物陶瓷（SiC、WC、TiC和BC等）、硼化物陶瓷（ZrB2）、氮化物陶瓷（Si3N4、BN和ZrN等）和硅化物陶瓷（MoSi2、ZrSi）。

無(wú)論是傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷，還是現(xiàn)代特種陶瓷，其力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能均相差不多。

2??陶瓷材料的力學(xué)性能

陶瓷材料在工程材料中具有最高的彈性模量和硬度。陶瓷在受力后可產(chǎn)生一定的彈性變形，其彈性模量為1?000～1.0×106?MPa，硬度大多在1?500?HV以上。Si3N4和BN具有接近金剛石的硬度。陶瓷材料的理論強(qiáng)度很高，但由于其組織中的晶界和非晶相的影響，在拉伸狀態(tài)下很容易擴(kuò)展形成裂紋，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度降低。陶瓷在拉伸時(shí)幾乎沒(méi)有塑性，在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生一定彈性變形后會(huì)直接脆斷。

3??陶瓷材料的物理性能

陶瓷材料的物理性能主要有以下3點(diǎn)：①熱性能陶瓷材料的熱性能包括熔點(diǎn)、熱容、導(dǎo)熱性、熱膨脹和耐熱沖擊等;②電性能陶瓷材料的導(dǎo)電性變化范圍很寬;③光學(xué)性能陶瓷具有特殊的光學(xué)性能，可作為激光材料、光導(dǎo)纖維材料、光存儲(chǔ)材料或熒光物質(zhì)等。

4??陶瓷材料的化學(xué)性能

陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，這是因?yàn)樗粌H鍵結(jié)構(gòu)力強(qiáng)，而且在離子晶體中金屬原子被包圍在非金屬原子的間隙中，形成了穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，無(wú)法再與介質(zhì)中的氧發(fā)生反應(yīng)，即使在1?000?℃的高溫下也不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

5??陶瓷材料成型方法

5.1??膠態(tài)澆鑄成型

膠態(tài)澆鑄成型是一種將具有流動(dòng)性的漿料制成可自我支撐性狀材料的成型方法。該方法利用了漿料具有的流動(dòng)性，將物料干燥并固化后得到一定形狀的成型體。具體包括以下4種方法：注漿成型（SlipCasting）、流延成型（TapeCasting）、軋膜成型和注射成型。除了上述常用的成型方法外，實(shí)際生產(chǎn)中還采用了以下4種成型方法。

5.2??紙帶成型

紙帶成型與流延成型法類似。該方法是以一卷具有韌性的、低灰分的紙帶（比如電容紙）作為載體，使這種紙帶以一定的速度通過(guò)泥漿槽，黏附上適當(dāng)厚度的漿料，并通過(guò)烘干區(qū)形成一層薄瓷胚，卷軸待用。在燒結(jié)過(guò)程中，這層低灰分襯紙將被徹底燃盡。比如泥漿中采用熱塑性高分子物質(zhì)作為黏結(jié)劑時(shí)，在加熱軟化的情況下，可將胚帶加壓定型。

5.3??滾壓成型

滾壓成型與軋膜成型相似。該方法是以熱塑性有機(jī)高分子物質(zhì)作為黏合載體，將載體與陶瓷粉料放在一起，加入封閉式混練器混煉，煉好后再進(jìn)入熱軋輥箱，軋制成一定厚度引出后用冷空氣冷卻，卷軸待用。如果要想制作其他定型胚帶，則可適時(shí)對(duì)胚片進(jìn)行壓花。該方法與紙帶成型法均可用以制作垂直多孔筒狀熱交換器，兩者各有優(yōu)點(diǎn)，用滾壓法所制的胚體孔型較好，空氣易流通，但制作工藝較難掌握。

5.4??印刷成型

印刷成型是指將超細(xì)粉料、黏合劑、潤(rùn)滑劑和溶劑等充分混合，調(diào)制成流動(dòng)性較好的稀漿料，并采用絲網(wǎng)漏印法，即可印出一層極薄的胚料。

5.5??噴涂成型

噴涂成型中所用的漿料與流延法、印刷法相似，但必須調(diào)制得更加細(xì)膩，以便在壓縮空氣通過(guò)噴嘴后形成霧粒。該方法主要用來(lái)制造獨(dú)石電容器。噴涂時(shí)，以事先刻制好的掩膜遮住不需要被噴涂的部分，噴涂至一定程度時(shí)可進(jìn)行干燥處理，干燥后再開始第二次、第三次噴涂，到達(dá)預(yù)定厚度時(shí)更換掩膜，噴涂所需的其他漿料。按這種反復(fù)更換掩膜、交替噴涂金屬漿料和陶瓷漿料的方法噴涂，可形成獨(dú)石電容器結(jié)構(gòu)。

6??陶瓷的發(fā)展前景

信息、能源和新材料被譽(yù)為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱。陶瓷作為一種既傳統(tǒng)又具有科技性的材料，以其優(yōu)異的性能在材料領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，受到人們的高度重視，在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展中將發(fā)揮巨大的作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，陶瓷材料在21世紀(jì)必將獲得驚人的發(fā)展。展望未來(lái)，陶瓷材料將在以下3個(gè)方面獲得重大突破，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)代科技的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步作出貢獻(xiàn)：①納米陶瓷。納米陶瓷是陶瓷材料的一個(gè)分支，指平均晶粒<100?nm的陶瓷材料。②生物陶瓷。生物陶瓷指直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用和生物化學(xué)等領(lǐng)域的陶瓷材料。③信息陶瓷。信息陶瓷指與信息技術(shù)相關(guān)的陶瓷材料，包括絕緣陶瓷、電子陶瓷、敏感陶瓷和磁性陶瓷等。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕

Development?of?Ceramic?Materials

Li?Cheng

Abstract：?Ceramics?play?an?important?role?in?the?development?of?tableware，?decorative?use?of?science?and?technology.?Clay?by?Cuiqu?become?ceramic?raw?materials.?Clay?has?the?toughness，?plastic?water?at?room?temperature，?slightly?dry?can?be?carved，?all?dry?grind，?till?700?℃?can?be?filled?with?water?into?pottery;?till?1?230?℃?will?be?porcelain，?can?be?completely?non-absorbent?and?temperature?resistance?corrosion.?Uses?a?variety?of?ceramics，?are?widely?used?in?today's?culture，?the?development?of?technology?in.

Key?words：?ceramics;?colloidal?casting;?clay;?mechanical?properties