陶瓷

陶瓷( ceramics )，是指以天然礦物或人工合成的各種化合物為基本原料，經粉碎、成形和高溫燒結等工序而製成的一種無機非金屬固體材料。從產品的種類來講，陶瓷是指陶類和瓷類兩大類產品的總稱，後來發展到泛指整個硅酸鹽材料及新型無機材料。

陶瓷
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中文名稱：陶瓷

外文名稱：ceramics

原料：非金屬礦物

用途：製作各種器皿

目錄

歷史文化

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14000年前，我國出現最早的原始陶器。新石器時代晚期出現了印紋硬陶，不用印紋軟陶的易熔粘土，而改用一種含Fe2O3較低的、較純的粘土，燒成溫度已提高至1100℃左右，與瓷胎已比較接近，燒造溫度開始接近瓷器。為原始瓷的產生做好了準備。

原始瓷屬於瓷器生產的早期和低級階段，繼印紋硬陶出現後，夏代晚期才出現「原始瓷」，但出土物不多。商周原始瓷生產又有了很大的發展，在浙江、江西、江蘇、福建、安徽、河南、陝西、山東、山西等地都有出土。經不斷發展，東漢燒成青釉瓷。完成了陶器向瓷器的過渡。

原始瓷器胎以灰白為主，也有灰色較淡或較深，少數呈褐色，一般較緻密，略有吸水性。內外施玻璃釉，厚薄不勻，釉色青中帶灰、青中泛黃、黃中帶褐以至顏色較深的呈醬色。一般胎、釉結合不好，易剝落。胎的原料處理粗糙，有時肉眼可見到釉層下的粗顆粒石英砂和較大氣孔。

原始瓷胎所用的原料可能類似於瓷石組成的粘土原料，因原料都就近取於地層表面，故含雜質較多，處理也不夠精細，特別是Fe2O3和TiO2的含量有時也較多，使胎質呈灰白或褐色。原始瓷釉是粘土配以草木灰或其它CaO的礦物質，屬高溫鈣釉。原始瓷燒成溫度一般在1100～12。

原始瓷自夏代晚期出現，直至東漢時期才形成了真正的瓷器。在漢代窯址中，可以看出原始瓷向瓷器演變進化的整個過程。瓷器用瓷石或高嶺土做坯，表面施釉，在高溫中燒成。隨着社會的發展與進步，瓷器品種愈來愈多，應用範圍更加廣泛，釉色以青為主，也見黑釉瓷。裝飾方法有刻、劃、鏤、雕、印、貼、堆塑、彩繪等，製成了各種色彩鮮艷，永不褪色的彩瓷。以原料多、成本低等諸多優點，產品比金銀銅漆低廉，經濟實用，一經出現，就獲得人們的喜愛，發展迅速。這一時期的瓷窯遍布大江南北，制瓷技術愈來愈精。東漢時期瓷器的燒成，標誌着中國從陶向瓷發展的又一個飛躍，是我國陶瓷工藝技術發展過程的里程碑。從此世界上有的瓷器，它是中國的偉大發明，為人類文明作出了巨大貢獻。

材料分類

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陶瓷通常分為傳統陶瓷和特種陶瓷兩大類。

傳統陶瓷又稱普通陶瓷，它是以天然的硅酸鹽礦物（粘土、長石、石英等）為原料製成的，因此這類陶瓷也稱硅酸鹽陶瓷，主要用於日用、建築、衛生陶瓷製品及高、低壓絕緣用陶瓷製品等。

特種陶瓷又稱為現代陶瓷或新型陶瓷，它是為提高陶瓷的性能，以純度較高的人工化合物為基本原料，並沿用傳統陶瓷的製造工藝而製得的。

常用特種陶瓷有以下幾種：

1、氧化物陶瓷如氧化鋁瓷、氧化鎂瓷、氧化鈦瓷等。

2、非氧化物陶瓷如氮化硼瓷、碳化硅瓷、氟化鈣瓷等。

3、複合陶瓷如由氧化鋁和氧化鎂組合而成的鎂鋁尖晶石瓷，由氧化鋁與氮化硅組合而成的氧氮化硅鋁瓷等。

4、金屬陶瓷如氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、硼化物基金屬陶瓷等。

5、纖維增強陶瓷在陶瓷基體中添加金屬纖維或無機纖維而成的一種高強度、高韌性陶瓷。

材料性能

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陶瓷的產品種類很多，性能各異，歸納起來，其共同的特點是硬度高、抗壓強度大、耐高溫、耐腐蝕、隔熱、絕緣、耐磨等，某些特種陶瓷還具有透明、導電、導磁、導熱、超高頻絕緣等特性。而陶瓷的主要缺點是質脆，經不起敲打碰撞，並且陶瓷還存在成形精度差、難修復、裝配連接不良等不足。

陶瓷材料按其性能及用途可分為兩大類：結構陶瓷和功能陶瓷。

結構陶瓷

其陶瓷材料優異的特性在於高強度、高硬度、高的彈性模量、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗震性、高導熱性能、低膨脹係數、質輕等特點，因而在很多領域逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應用到金屬材料所不可勝任的領域，如發動機氣缸套、軸瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。結構陶瓷可分為３大類：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基複合材料。

1、氧化物陶瓷

氧化物陶瓷主要包括氧化鎂陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化錫陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫來石陶瓷。氧化物陶瓷最突出的優點是不存在氧化問題。氧化鋁陶瓷具有機械強度較高、絕緣電阻較大的特性，可用作真空器件、裝置瓷、厚膜和薄膜電路基板、可控硅和固體電路外殼、火花塞絕緣體等。其強度和硬度較大，可用作磨料磨具、紡織瓷件、刀具等。

氧化鎂陶瓷具有良好的電絕緣性，屬於弱鹼性物質，幾乎不被鹼性物質侵蝕，對鹼性金屬熔渣有較強的抗侵蝕能力。不少金屬鐵、鎳、鈾、釷、鉬、鎂、銅、鉑等都不與氧化鎂作用。因此，氧化鎂陶瓷可用作熔煉金屬的坩堝，澆注金屬的模具，高溫熱電偶的保護管以及高溫爐的爐襯材料等。

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2、非氧化物陶瓷

非氧化物陶瓷包括碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷不同於氧化物陶瓷，在自然界中儲量很少，需要人工合成原料，然後再按陶瓷工藝製成成品。氮化物、碳化物、硫化物的標準生成自由焓一般都大於相應氧化物，說明生成的氧化物更為穩定。所以，在原料的合成和陶瓷燒結時易生成氧化物。氧化物原子間的化學鍵主要是離子鍵，非氧化物之間一般是鍵性很強的共價鍵，因此，非氧化物陶瓷難熔、難燒結。

3、納米陶瓷

納米陶瓷又稱納米結構材料，納米複合材料是21世紀開發的新材料。它的研究是從微米複合向納米複合方向發展，納米陶瓷材料不僅能在低溫條件下像金屬材料那樣任意彎曲而不產生裂紋，而且能夠像金屬材料那樣進行機械切削加工，甚至可以做成陶瓷彈簧。納米陶瓷可作防護材料、高溫材料、人工器官的製造、臨床應用、以碳化硅為吸收劑的吸收材料、以陶瓷粉末為吸收劑的吸收材料以及壓電性能的應用。它的應用領域為微包覆、超級過濾、吸附、除臭、觸媒、固定氧、傳感器、光學功能元件、電磁功能元件等。

功能陶瓷

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功能陶瓷是指在應用時主要利用其非力學性能的材料，這類材料通常具有一種或多種功能。如電、磁、光、熱、化學、生物等功能，以及耦合功能，如壓電、壓磁、熱電、電光、聲光、磁光等功能。功能陶瓷已在能源開發、空間技術、電子技術、傳感技術、激光技術、光電子技術、紅外技術、生物技術、環境科學等領域得到廣泛應用。

1、電子陶瓷

電子陶瓷包括絕緣陶瓷、介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及導電、超導陶瓷。根據電容器陶瓷的介電特性將其分為６類：高頻溫度補償型介電陶瓷、高頻溫度穩定型介電陶瓷、低頻高介電係數型介電陶瓷、半導體型介電陶瓷、疊層電容器陶瓷、微波介電陶瓷。其中微波介電陶瓷具有高介電常數、低介電損耗、諧振頻率係數小等特點，廣泛應用於微波通信、移動通信、衛星通信、廣播電視、雷達等領域。

2、熱、光學功能陶瓷

耐熱陶瓷、隔熱陶瓷、導熱陶瓷是陶瓷在熱學方面的主要應用。其中，耐熱陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由於它們具有高溫穩定性好，可作為耐火材料應用到冶金行業及其他行業。隔熱陶瓷具有很好的隔熱效果，被廣泛應用於各個領域。

陶瓷材料在光學方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信號發生器和光導纖維，利用陶瓷光係數特性在生活中隨處可見，如塗料、陶瓷釉。核工業中，利用含鉛、鋇等重離子陶瓷吸收和固定核輻射波在核廢料處理方面廣泛應用。陶瓷還是固體激光發生器的重要材料，有紅寶石激光器和釔榴石激光器。光導纖維是現代通信信號的主要傳輸媒介，具有信號損耗低、高保真性、容量大等特性優於金屬信號運輸線。

3、生物、抗菌陶瓷

生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用於測量、診斷、治療外，主要是用作生物硬質組織的代用品，可應用於骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要應用於家庭用品、家用電器、玩具及其他領域，家用電器是目前應用最廣泛、使用量最大的行業之一。近幾年來我國的抗菌材料行業發展很快，在無機抗菌劑、有機抗菌劑、光催化型抗菌劑的產業化及應用開發等領域得到迅速發展。

4、多孔陶瓷

多孔陶瓷具有透光率高、比表面積大、密度低、傳導率低、耐高溫、耐腐蝕等優點，被應用於汽車尾氣處理、工業污水處理、熔融金屬過濾、催化劑載體、隔熱、隔音材料等。近幾年，多孔陶瓷的應用擴展到了航空領域、電子領域、醫用材料領域及生物領域等，已引起全球材料界的高度重視，並得到迅速發展。為了得到不同的多孔陶瓷，各種製備方法相繼提出，如添加造孔劑法、溶膠凝膠法、熱壓法、離子交換法等。

材料應用

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工業陶瓷是精細陶瓷中的一類，這類陶瓷在應用中能發揮機械、熱、化學等功能。由於工業陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐沖刷等一系列優越性，可替代金屬材料和有機高分子材料用於苛刻的工作環境，已成為傳統工業改造、新興產業和高新技術中必不可少的一種重要材料，在能源、航天航空、機械、汽車、電子、化工等領域具有十分廣闊的應用前景。

這些工業陶瓷的功能各有所長，應用廣泛，如利用高硬度、高耐磨性的陶瓷來生產機械零件、密封件、切削刀具等材料，利用高耐磨、高強及高韌性的陶瓷來生產汽車用耐磨、輕質部件、耐熱隔熱部件、燃汽輪機葉片、活塞頂、鑲塊等，利用耐腐蝕、與生物酶接觸化學穩定性好的陶瓷來生產冶煉金屬用坩鍋、熱交換器、生物材料如牙人工漆關節等，利用特有的俘獲和吸收中子的陶瓷來生產各種核反堆結構材料等。

功能陶瓷是知識和技術密集型產品。人們先後發現了氧化物導體，固體電解質，壓電、非線性光學材料，鐵氧體、記憶材料，太陽能電池，高溫氧化物超導體等。隨着電子產品向輕薄短小、多功能、高可靠性和高密度表面、高集成化的發展，功能材料也有着不斷的發展。

1、電子絕緣材料

目前國內外常用的電子絕緣材料是Al2O3。近年來出現的新型電子絕緣材料，如AlN陶瓷，具有高強度、高絕緣性、低介電常數、高的熱導率等優良的性能，且其熱膨脹係數能夠與單晶硅相匹配，主要應用是作為大規模集成電路和電力模塊電路的散熱基板。

2、電介質材料

用於調諧電路、保護邏輯及記憶單元的陶瓷電容器介質材料多數為BaTiO3基材料，此外還有高介的複合鈣鈦礦材料，以研製出頻率為105Hz時，介電常數高達105的高介材料目前晶界層電容器的出現，使常規瓷介電容器的介電常數提高數倍甚至數十倍。

3、磁性陶瓷材料

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磁性陶瓷材料可分為硬磁性和軟磁性材料兩類，前者不易磁化，也不易失去磁性。代表性硬磁材料為鐵氧體磁鐵和稀土磁體，主要用於磁鐵和磁存儲元件。軟磁性材料易磁化及去磁，磁場方向可以改變，主要用於交變磁場響應的電子部件。

4、壓電陶瓷材料

常用的壓電元件：傳感器、氣體點火器、報警器、音響設備、醫療診斷設備及通訊等。通常的壓電材料是PZT，新型的壓電陶瓷材料主要有：高靈敏、高穩定壓電陶瓷材料、電致伸縮陶瓷材料，熱釋電陶瓷材料等。

5、超導陶瓷材料

從二十世紀80年代對超導陶瓷的研究有重大突破以來，對高溫超導陶瓷材料的研究及應用就倍受關注。近十幾年以來，我國在這方面的研究一直處於世界先進水平。目前高溫超導材料的應用正朝着大電流應用、電子學應用、抗磁性等方面發展。

6、抗殺菌陶瓷材料

抗殺菌陶瓷材料是隨着科學的發展及社會的文明而產生的新一代功能材料。無機抗殺菌劑按作用於微生物的機理可分為三類：一類是主要通過物理吸附或離子交換將銀 、 銅 、鋅等具有抗殺菌作用的金屬或其離子固定在沸石、磷灰石、硅膠、玻璃等無機材料載體上而製成；第二類是二氧化鈦粒子光催化抗殺菌劑，二氧化鈦在光照下能使氧分子變成活性氧，使水產生活性氧自由基而發揮抗菌殺菌的作用；第三類是具有遠紅外輻射功能的抗殺菌材料，遠紅外線的抗殺菌功能效果有限，因此這種材料必須與前兩種材料配合使用，才能有更好的應用價值。

製造工藝

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1.坯料製備

原料粉碎一精洗(去掉雜質)一磨細(達到一定粒度)一配料(保證製品性能)一脫水(控制坯料水分)一煉坯、陳腐(去除空氣)

2.成型

(1)可塑法

(2)注漿法

(3)壓製法

3.燒結

燒結是指生坯在高溫加熱時發生一系列物理化學變化(水的蒸發,硅酸鹽分解,有機物及碳化物的氣化,晶體轉型及熔化),並使生坯體積收縮,強度、密度增加,最終形成緻密、堅硬的具有某種顯微結構燒結體的過程。常見的燒結方法有熱壓或熱等靜壓法、液相燒結法、反應燒結法。

新型陶瓷材料

傳統陶瓷主要採用天然的岩石、礦物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷則採用人工合成的高純度無機化合物為原料，在嚴格控制的條件下經成型、燒結和其他處理而製成具有微細結晶組織的無機材料。它具有一系列優越的物理、化學和生物性能，其應用範圍是傳統陶瓷遠遠不能相比的，這類陶瓷又稱為特種陶瓷或精細陶瓷。

按化學成分劃分

主要分為兩類：一類是純氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一類是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。

按性能與特徵劃分

可分為：高溫陶瓷、超硬質陶瓷、高韌陶瓷、半導體陶瓷。電解質陶瓷、磁性陶瓷、導電性陶瓷等。隨着成分、結構和工藝的不斷改進，新型陶瓷層出不窮。

新型陶瓷材料在性能上有其獨特的優越性。在熱和機械性能方面，有耐高溫、隔熱、高硬度、耐磨耗等;在電性能方面有絕緣性、壓電性、半導體性、磁性等;在化學方面有催化、耐腐蝕、吸附等功能;在生物方面，具有一定生物相容性能，可作為生物結構材料等。但也有它的缺點，如脆性。因此研究開發新型功能陶瓷是材料科學中的一個重要領域。

相關視頻

1、陶瓷製作3分鐘

2、古代陶瓷製作流程

外部連結

• 陶瓷製作工藝流程

• 聚焦性能優越的新型陶瓷材料