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陶瓷
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陶瓷( ceramics )，是指以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料，经粉碎、成形和高温烧结等工序而制成的一种无机非金属固体材料。从产品的种类来讲，陶瓷是指陶类和瓷类两大类产品的总称，后来发展到泛指整个硅酸盐材料及新型无机材料。

中文名称：陶瓷

外文名称：ceramics

原料：非金属矿物

用途：制作各种器皿

历史文化

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14000年前，我国出现最早的原始陶器。新石器时代晚期出现了印纹硬陶，不用印纹软陶的易熔粘土，而改用一种含Fe2O3较低的、较纯的粘土，烧成温度已提高至1100℃左右，与瓷胎已比较接近，烧造温度开始接近瓷器。为原始瓷的产生做好了准备。

原始瓷属于瓷器生产的早期和低级阶段，继印纹硬陶出现后，夏代晚期才出现“原始瓷”，但出土物不多。商周原始瓷生产又有了很大的发展，在浙江、江西、江苏、福建、安徽、河南、陕西、山东、山西等地都有出土。经不断发展，东汉烧成青釉瓷。完成了陶器向瓷器的过渡。

原始瓷器胎以灰白为主，也有灰色较淡或较深，少数呈褐色，一般较致密，略有吸水性。内外施玻璃釉，厚薄不匀，釉色青中带灰、青中泛黄、黄中带褐以至颜色较深的呈酱色。一般胎、釉结合不好，易剥落。胎的原料处理粗糙，有时肉眼可见到釉层下的粗颗粒石英砂和较大气孔。

原始瓷胎所用的原料可能类似于瓷石组成的粘土原料，因原料都就近取于地层表面，故含杂质较多，处理也不够精细，特别是Fe2O3和TiO2的含量有时也较多，使胎质呈灰白或褐色。原始瓷釉是粘土配以草木灰或其它CaO的矿物质，属高温钙釉。原始瓷烧成温度一般在1100～12。

原始瓷自夏代晚期出现，直至东汉时期才形成了真正的瓷器。在汉代窑址中，可以看出原始瓷向瓷器演变进化的整个过程。瓷器用瓷石或高岭土做坯，表面施釉，在高温中烧成。随着社会的发展与进步，瓷器品种愈来愈多，应用范围更加广泛，釉色以青为主，也见黑釉瓷。装饰方法有刻、划、镂、雕、印、贴、堆塑、彩绘等，制成了各种色彩鲜艳，永不褪色的彩瓷。以原料多、成本低等诸多优点，产品比金银铜漆低廉，经济实用，一经出现，就获得人们的喜爱，发展迅速。这一时期的瓷窑遍布大江南北，制瓷技术愈来愈精。东汉时期瓷器的烧成，标志着中国从陶向瓷发展的又一个飞跃，是我国陶瓷工艺技术发展过程的里程碑。从此世界上有的瓷器，它是中国的伟大发明，为人类文明作出了巨大贡献。

材料分类

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陶瓷通常分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。

传统陶瓷又称普通陶瓷，它是以天然的硅酸盐矿物（粘土、长石、石英等）为原料制成的，因此这类陶瓷也称硅酸盐陶瓷，主要用于日用、建筑、卫生陶瓷制品及高、低压绝缘用陶瓷制品等。

特种陶瓷又称为现代陶瓷或新型陶瓷，它是为提高陶瓷的性能，以纯度较高的人工化合物为基本原料，并沿用传统陶瓷的制造工艺而制得的。

常用特种陶瓷有以下几种：

1、氧化物陶瓷如氧化铝瓷、氧化镁瓷、氧化钛瓷等。

2、非氧化物陶瓷如氮化硼瓷、碳化硅瓷、氟化钙瓷等。

3、复合陶瓷如由氧化铝和氧化镁组合而成的镁铝尖晶石瓷，由氧化铝与氮化硅组合而成的氧氮化硅铝瓷等。

4、金属陶瓷如氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、硼化物基金属陶瓷等。

5、纤维增强陶瓷在陶瓷基体中添加金属纤维或无机纤维而成的一种高强度、高韧性陶瓷。

材料性能

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陶瓷的产品种类很多，性能各异，归纳起来，其共同的特点是硬度高、抗压强度大、耐高温、耐腐蚀、隔热、绝缘、耐磨等，某些特种陶瓷还具有透明、导电、导磁、导热、超高频绝缘等特性。而陶瓷的主要缺点是质脆，经不起敲打碰撞，并且陶瓷还存在成形精度差、难修复、装配连接不良等不足。

陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。

结构陶瓷

其陶瓷材料优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、高导热性能、低膨胀系数、质轻等特点，因而在很多领域逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的领域，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为３大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。

1、氧化物陶瓷

氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷。氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。氧化铝陶瓷具有机械强度较高、绝缘电阻较大的特性，可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。其强度和硬度较大，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。

氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属铁、镍、铀、钍、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模具，高温热电偶的保护管以及高温炉的炉衬材料等。

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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。非氧化物陶瓷不同于氧化物陶瓷，在自然界中储量很少，需要人工合成原料，然后再按陶瓷工艺制成成品。氮化物、碳化物、硫化物的标准生成自由焓一般都大于相应氧化物，说明生成的氧化物更为稳定。所以，在原料的合成和陶瓷烧结时易生成氧化物。氧化物原子间的化学键主要是离子键，非氧化物之间一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷难熔、难烧结。

3、纳米陶瓷

纳米陶瓷又称纳米结构材料，纳米复合材料是21世纪开发的新材料。它的研究是从微米复合向纳米复合方向发展，纳米陶瓷材料不仅能在低温条件下像金属材料那样任意弯曲而不产生裂纹，而且能够像金属材料那样进行机械切削加工，甚至可以做成陶瓷弹簧。纳米陶瓷可作防护材料、高温材料、人工器官的制造、临床应用、以碳化硅为吸收剂的吸收材料、以陶瓷粉末为吸收剂的吸收材料以及压电性能的应用。它的应用领域为微包覆、超级过滤、吸附、除臭、触媒、固定氧、传感器、光学功能元件、电磁功能元件等。

功能陶瓷

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功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类材料通常具有一种或多种功能。如电、磁、光、热、化学、生物等功能，以及耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛应用。

1、电子陶瓷

电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为６类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。

2、热、光学功能陶瓷

耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性好，可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。

陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。

3、生物、抗菌陶瓷

生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域，家用电器是目前应用最广泛、使用量最大的行业之一。近几年来我国的抗菌材料行业发展很快，在无机抗菌剂、有机抗菌剂、光催化型抗菌剂的产业化及应用开发等领域得到迅速发展。

4、多孔陶瓷

多孔陶瓷具有透光率高、比表面积大、密度低、传导率低、耐高温、耐腐蚀等优点，被应用于汽车尾气处理、工业污水处理、熔融金属过滤、催化剂载体、隔热、隔音材料等。近几年，多孔陶瓷的应用扩展到了航空领域、电子领域、医用材料领域及生物领域等，已引起全球材料界的高度重视，并得到迅速发展。为了得到不同的多孔陶瓷，各种制备方法相继提出，如添加造孔剂法、溶胶凝胶法、热压法、离子交换法等。

材料应用

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工业陶瓷是精细陶瓷中的一类，这类陶瓷在应用中能发挥机械、热、化学等功能。由于工业陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲刷等一系列优越性，可替代金属材料和有机高分子材料用于苛刻的工作环境，已成为传统工业改造、新兴产业和高新技术中必不可少的一种重要材料，在能源、航天航空、机械、汽车、电子、化工等领域具有十分广阔的应用前景。

这些工业陶瓷的功能各有所长，应用广泛，如利用高硬度、高耐磨性的陶瓷来生产机械零件、密封件、切削刀具等材料，利用高耐磨、高强及高韧性的陶瓷来生产汽车用耐磨、轻质部件、耐热隔热部件、燃汽轮机叶片、活塞顶、镶块等，利用耐腐蚀、与生物酶接触化学稳定性好的陶瓷来生产冶炼金属用坩锅、热交换器、生物材料如牙人工漆关节等，利用特有的俘获和吸收中子的陶瓷来生产各种核反堆结构材料等。

功能陶瓷是知识和技术密集型产品。人们先后发现了氧化物导体，固体电解质，压电、非线性光学材料，铁氧体、记忆材料，太阳能电池，高温氧化物超导体等。随着电子产品向轻薄短小、多功能、高可靠性和高密度表面、高集成化的发展，功能材料也有着不断的发展。

1、电子绝缘材料

目前国内外常用的电子绝缘材料是Al2O3。近年来出现的新型电子绝缘材料，如AlN陶瓷，具有高强度、高绝缘性、低介电常数、高的热导率等优良的性能，且其热膨胀系数能够与单晶硅相匹配，主要应用是作为大规模集成电路和电力模块电路的散热基板。

2、电介质材料

用于调谐电路、保护逻辑及记忆单元的陶瓷电容器介质材料多数为BaTiO3基材料，此外还有高介的复合钙钛矿材料，以研制出频率为105Hz时，介电常数高达105的高介材料目前晶界层电容器的出现，使常规瓷介电容器的介电常数提高数倍甚至数十倍。

3、磁性陶瓷材料

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磁性陶瓷材料可分为硬磁性和软磁性材料两类，前者不易磁化，也不易失去磁性。代表性硬磁材料为铁氧体磁铁和稀土磁体，主要用于磁铁和磁存储元件。软磁性材料易磁化及去磁，磁场方向可以改变，主要用于交变磁场响应的电子部件。

4、压电陶瓷材料

常用的压电元件：传感器、气体点火器、报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯等。通常的压电材料是PZT，新型的压电陶瓷材料主要有：高灵敏、高稳定压电陶瓷材料、电致伸缩陶瓷材料，热释电陶瓷材料等。

5、超导陶瓷材料

从二十世纪80年代对超导陶瓷的研究有重大突破以来，对高温超导陶瓷材料的研究及应用就倍受关注。近十几年以来，我国在这方面的研究一直处于世界先进水平。目前高温超导材料的应用正朝着大电流应用、电子学应用、抗磁性等方面发展。

6、抗杀菌陶瓷材料

抗杀菌陶瓷材料是随着科学的发展及社会的文明而产生的新一代功能材料。无机抗杀菌剂按作用于微生物的机理可分为三类：一类是主要通过物理吸附或离子交换将银 、 铜 、锌等具有抗杀菌作用的金属或其离子固定在沸石、磷灰石、硅胶、玻璃等无机材料载体上而制成；第二类是二氧化钛粒子光催化抗杀菌剂，二氧化钛在光照下能使氧分子变成活性氧，使水产生活性氧自由基而发挥抗菌杀菌的作用；第三类是具有远红外辐射功能的抗杀菌材料，远红外线的抗杀菌功能效果有限，因此这种材料必须与前两种材料配合使用，才能有更好的应用价值。

制造工艺

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1.坯料制备

原料粉碎一精洗(去掉杂质)一磨细(达到一定粒度)一配料(保证制品性能)一脱水(控制坯料水分)一炼坯、陈腐(去除空气)

2.成型

(1)可塑法

(2)注浆法

(3)压制法

3.烧结

烧结是指生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化(水的蒸发,硅酸盐分解,有机物及碳化物的气化,晶体转型及熔化),并使生坯体积收缩,强度、密度增加,最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。常见的烧结方法有热压或热等静压法、液相烧结法、反应烧结法。

新型陶瓷材料

传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。

按化学成分划分

主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。

按性能与特征划分

可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。

新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等;在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能;在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。

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外部连结

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