粉体的结构起因于颗粒的大小形状表面性质等.PPT

特 种 陶 瓷 绪论 1、传统陶瓷与特种陶瓷 特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计的，具有优异特性的陶瓷。 2、特种陶瓷现状 多品种、小批量； 配角 3、特种陶瓷发展方向 紧密围绕国民经济发展的需求，例：电子信息、能源、环保、汽车等行业； 积极寻找特种陶瓷的“蓝海”，如：军工、电力； 寻找与人相关的产品； 结构—功能一体化：陶瓷牙，红外陶瓷等。 4.特种陶瓷性能 化学键：以离子键及共价键为主； 显微结构：多数包括晶体、玻璃相、气孔（无）； 化学组成：氧化物、非氧化物、金属陶瓷、纤维 （金属纤维或无机非金属纤维）增强陶瓷； 性能：高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、生物相容性等； 5、研究内容 探求材料的组成、结构与性能之间的关系。 首先是材料结构，包括原子结构、原子间的结合状态、键型或电子结构，还有晶体结构类型、相的体系以及它们的结合关系； 其次是材料尺寸因素、种类缺陷存在状态及分布； 第三是粉体特性、材料中的晶界对陶瓷性能的影响。 6、研究任务 1、研究现有材料性能及改变它的途径；2、发掘材料新性能；3、探索和发展新材料；4、研究制备材料的最佳工艺；5、对烧后制品进行冷加工技术。 7、研究趋向与展望 研究趋向： 从单一的力学、热学、电学、磁学、光学等向复合功能的发展； 制备过程中多种材料组成、形式的复合化，以改善陶瓷材料的脆性； 基础科学的研究。 展望： 特种陶瓷材料的产业化 the honour of “china” 第一章 特种陶瓷粉体的制备及其性能表征 制备工艺过程→显微结构→特殊性能 制备工艺过程：粉体制备、成型、烧结。 粉体制备是基础。 如：粉体的流动性、团聚状况、颗粒度→坯体的质地、致密度、是否有缺陷→陶瓷件的显微结构均匀性、致密度、内部有无缺陷、外表是否平整。 1.1 特种陶瓷粉体应有的特性 1、化学组成精确：它决定了产品晶相和性能； 2、化学组成均匀性好：化学组成分布不均匀将会导致产品局部化学组成偏离，进而产生局部晶相的偏析和显微结构的差异或异常； 3、纯度高：粉体的杂质含量要低，制备过程中尽量避免有害杂质的引入； 4、适当小的颗粒尺寸：可降低烧结温度，而且还可展宽烧结温度范围，一般在0.5～1μm，粒度过于小时，表面活性剧增，易吸附过多的空气和有害物质，并且易产生团聚； 5、球状颗粒且尺寸均匀单一：球状颗粒的流动性好、颗粒填充性好、气孔分布均匀，从而在成型与烧结致密化过程中，可对晶粒的生长和气孔的排除进行有效的控制；尺寸均匀单一可减小粉体的烧结活性差异，以获得显微结构均匀、性能优良、一致性好的产品； 6、分散性好，无团聚：软团聚与硬团聚之分，影响产品的致密性。 近年来超细陶瓷粉的制备受到特别的重视。所谓超细粉(ultra-fine Powder)通常是指平均粒度为0.01～0.1μm的粉末。粒度更细的粉末，如粒度为几个纳米(nm)，其表面原子数占总原子数40%以上，文献中又称之为原子簇(cluster)。 物质根据其聚集状态的不同可分为稳定状态、不稳定状态和介稳状态。通常，块状物质是稳定的，粒度在2nm左右的颗粒是不稳定的。后者在高倍电镜下观察，其结构处于不停的变化之中，很难摄取不变的显微结构。处于稳定和不稳定两种情况之间，即粒度大于3nm到微米级之间的粉末粒子都处于介稳状态。出现介稳状态的原因是颗粒的表面原子数占颗粒原子总数的比例较大，而且这个比例随粉末粒度的减小而增大。 由于粉末表面能的增加使粉末性质发生一系列变化，这一效应常称为超细粉末的“表面效应”。 (1)熔点下降。 式中:△T为块状物质熔点(T∞)与超细粒子熔点之差；γ为固—液界面的表面张力；ρ为密度；L∞为块状物质的熔化热；D为粒子直径。 例： (2)蒸汽压上升。 其中：P、P∞分别表示超细粒子和块状物质的蒸汽压，M-摩尔质量，R-气体常数，Tc-绝对温度。 例：Ag的熔点961℃，沸点2163℃，但粒径8nm的Ag粉在757℃加热10分钟后消失。 (3)超细粉烧结活性高, 抗氧化稳定性极差、易燃烧。 由于熔点下降、蒸汽压上升，因此用超细粉制备制件时，将会产生明显的烧结活性，烧结温度降低。 例：粒径20nm的Ag粉可以在60～80℃进行烧结。 由于超细粉末单个粒子体积小，原子数少，所以其性质与含“无限”多个原子的块状物质不同。这种效应称“体积效应”。 颗粒越小, 颗粒之间的静电引力、范德