陶瓷材料顯微結構與性能

本書在有限的篇幅內為讀者提供了陶瓷材料結構與性能方面的大量信息，語言通俗易懂，既有理論深度，又注重簡潔實用，適用於從事陶瓷材料研究、生產的各個層次的讀者群。本書提出的方法對無機非金屬材料的研究具有普遍指導意義。

基本介紹

• 書名：陶瓷材料顯微結構與性能
• 作者：張金升 張銀燕 王美婷 許鳳秀
• 定價：￥49元
• 出版社：化學工業出版社

圖書信息

書　名：《陶瓷材料顯微結構與性能》

陶瓷材料顯微結構與性能封面

市場價：￥49元

作　者：張金升 張銀燕 王美婷 許鳳秀

出版社：化學工業出版社

上市日期：2007年5月

開　本：16開

頁　數：348頁

ISBN編號：978-7-122-00198-6

內容簡介

本書吸收了近年來大量最新科研成果，理論聯繫實際，圖文並茂地討論了陶瓷材料的顯微結構及其性能。陶瓷材料的顯微結構千變萬化，繁雜深奧，本書在系統介紹基本知識的同時，引用豐富的實例和圖片，深入淺出地分析陶瓷材料顯微結構的特點及其與材料性能的關係，為讀者呈現出一幅遊歷材料王國微觀世界的美麗圖景。書中不僅對作為最終產品的陶瓷材料顯微結構進行了全面論述，而且對工藝過程的中間產品如原料、坯體等的顯微結構也進行了分析介紹；不但研究結構方面的知識，同時涉及表征技術；既涉及結構陶瓷，又包括功能陶瓷，還兼顧普通陶瓷；對於與材料結構性能研究密切相關而大多數文獻中鮮有涉及的非平衡態研究、分形維數理論、體視學知識等也進行了論述。

讀者對象

本書可供從事陶瓷材料研究和生產的科技人員閱讀參考，亦可作為有關無機非金屬材料專業大學生或研究生的教材或參考書。

前　言

亘古以來，材料的製造、使用和發展一直伴隨著人類文明史的發展。人類能夠製造和使用的最早材料大概是無機非金屬材料，使用最廣泛的對人類生產生活影響最大的也是這類材料，即現在所謂的陶瓷材料。材料的研究和發展伴隨人類從蒙昧走向文明，然而，在漫長的材料發展史中，人類一直在巨觀層面上研究材料，只是到了近代，隨著顯微技術的發展，人們才得以進入一個美輪美奐的材料微觀世界，在這裡人們不但認識到物質微觀結構的奇妙和諧，也更加深刻地認識到了組成和微觀結構決定材料性能這一大自然的普適真理，從此人們採取各種辦法力圖改善材料顯微結構以便改善材料性能，由此產生了一門年輕但富於生命力的學科——材料顯微結構學。

材料的顯微結構對材料的性能是至關重要的，一切的巨觀性能都是材料微觀結構的反映。近代和現代的材料研究者深刻認識到這一點，勤勤懇懇地在這片新的領域耕耘，對材料的顯微結構理論、顯微結構表征技術和分析技術進行了大量研究，取得了豐碩的成果。人們利用各種顯微技術，包括光學顯微鏡、體視學方法、分形理論、X射線衍射、差熱分析、能譜分析、熱重分析、光譜分析、雷射分析等對材料顯微結構進行研究，尤其是最近幾十年發展起來的電子顯微技術、探針技術、電子衍襯技術，可以給出材料微觀結構直觀而清晰的映像，探索的領域不斷細微化，例如，高分辨電子顯微鏡已可將材料結構放大幾百萬倍至上千萬倍，可以直接看到晶格排列的形貌，為人們研究材料結構與性能提供了強有力的手段。利用各種先進的表征技術，人們得到信息豐富的顯微結構圖片，同時人們研究顯微圖片解析技術，同樣取得了豐碩的成果，目前人們已能從顯微結構的微妙變化精確地推定材料性能和加工工藝。隨著納米技術在20世紀末21世紀初的蓬勃興起，特別是掃描隧道電子顯微鏡的發展和使用，人們已經可以實現對單個原子的直接操作，這種學科前沿進展的意義是，人們可以製造納米機器人，實現逐個用原子構造物質，根據預定性能要求，設計材料組成和結構，並通過一定工藝實現它們，以滿足人們對材料性能的要求。

陶瓷材料顯微結構的解析是了解其性能的關鍵。陶瓷材料顯微結構複雜多變，顯微圖片浩如煙海，對顯微結構的分析散見於各類文獻中，而專門研究陶瓷材料顯微結構與性能的著作較少見，從事陶瓷材料科研和生產的科技人員及陶瓷專業的大學生、研究生和教師，亟切需要一本系統論述陶瓷材料顯微結構與性能的工具書。基於此目的，本書作者總結多年從事陶瓷研究、生產的經驗，參閱大量國內外文獻，去粗取精，綜合整理，撰寫成《陶瓷材料顯微結構與性能》一書。本書可作為由化學工業出版社出版的《先進陶瓷叢書》（尹衍升主編）的姊妹篇，從另外一個角度為人們提供了研究陶瓷材料結構與性能的有力工具。本書的特點在於引用400餘幅內容豐富的顯微結構圖片，系統地分析了陶瓷材料顯微結構特徵，在理論和實踐兩方面論述了陶瓷材料顯微結構與性能的關係，信息量大，涉及面廣，將專業性較強的顯微結構知識用淺顯的形式表現出來，適合從事陶瓷材料學習、研究和生產的不同的讀者群。

本書由山東交通學院張金升博士，文登市科技局張銀燕碩士，山東輕工學院王美婷副教授、許鳳秀副教授撰寫。在撰寫過程中得到了山東大學教授、中國海洋大學教授尹衍升先生的熱情指導和幫助，謹向尹先生致以崇高的敬意！同時向山東交通學院的李浩教授，郝秀紅、王彥敏、徐靜、張林、徐坤忠、孫向武等老師的熱情幫助，致以深深的謝意！書中引述了前人和同行的諸多研究成果，撰寫過程中得到許多專家學者的坦誠指教，謹向給作者提供無私幫助的前輩和同行表示感謝！

本書的出版得到了山東交通學院科研基金的資助，謹在此表示衷心的謝意!

作者

2007年3月

目　錄

緒論

第1章　陶瓷材料顯微結構的基本理論

1.1　基本概念

1.1.1　陶瓷材料的顯微結構和相組成

1.1.2　晶粒

1.1.3　晶粒的取向及織構

1.1.4　表面及界面的結構特徵

1.1.5　晶界

1.1.6　氣孔及裂隙

1.2　平衡和非平衡條件下組成物相與顯微結構之間的關係

1.2.1　相平衡結晶過程與顯微結構

1.2.2　同質多晶轉變與顯微結構

1.2.3　非平衡條件下的結晶過程與顯微結構

1.2.4　玻璃晶化及不混溶過程與顯微結構

1.2.5　燒結和固相反應與顯微結構

1.2.6　添加劑和雜質的存在與顯微結構

1.2.7　複合相結合過程與顯微結構

1.3　顯微結構特徵的研究

1.3.1　晶體生長形態研究中若干問題的說明

1.3.2　顯微結構特徵研究的若干要點說明

1.3.3　非晶態材料的顯微結構特徵

1.4　晶體生長過程中涉及的重要參數和顯微結構的關係

1.5　顯微結構圖像解析中若干問題的討論

第2章　陶瓷材料的顯微結構表征

2.1　陶瓷材料的顯微結構特徵與結構參數

2.1.1　陶瓷顯微結構類型

2.1.2　陶瓷顯微結構特徵分析

2.1.3　體視學方法在陶瓷研究中的套用

2.2　顆粒和粉體表征

2.2.1　粉體表征

2.2.2　表征顆粒的目的和目標

2.2.3　顆粒尺寸分布

2.2.4　顆粒尺寸分布測量

2.2.5　線上顆粒測量

2.2.6　統計直徑

2.2.7　粉末性能

2.3　坯體顯微結構及其表征

2.3.1　坯體的結構

2.3.2　生坯的結構

2.3.3　表征方法

2.4　陶瓷燒結體的顯微結構及其表征

2.4.1　表征技術

2.4.2　含缺陷陶瓷材料的顯微結構

2.4.3　增韌陶瓷的顯微結構

2.4.4　新型結構及製備方法

第3章　陶瓷材料顯微結構分析

3.1　傳統陶瓷的顯微結構特徵

3.1.1　瓷胎

3.1.2　釉層

3.1.3　骨質瓷

3.1.4　電瓷

3.2　結構陶瓷的顯微結構特徵

3.2.1　滑石瓷與鎂橄欖石瓷

3.2.2　氧化鋁瓷

3.2.3　氧化鈹瓷

3.2.4　氧化鋯瓷

3.2.5　氧化錫（SnO2）陶瓷

3.2.6　矽灰石（CS）瓷

3.2.7　金紅石瓷的顯微結構分析

3.3　非氧化物陶瓷的顯微結構特徵

3.3.1　氮化矽陶瓷與其它氮陶瓷

3.3.2　碳化物陶瓷

3.3.3　多相複合陶瓷

3.4　功能陶瓷的顯微結構特徵

3.4.1　概述

3.4.2　電容器瓷和電子陶瓷

3.4.3　磁性瓷

3.4.4　壓電瓷

3.4.5　遠紅外輻射陶瓷

3.4.6　光學陶瓷

3.4.7　熱敏電阻瓷

3.4.8　氧化鋅變阻器瓷

3.4.9　濕敏瓷

3.4.10　生物功能瓷

3.4.11　薄膜功能瓷

3.5　氧化物超導體和快離子導體的顯微結構特徵

3.5.1　氧化物超導體

3.5.2　快離子導體

3.6　複合材料的顯微結構

3.6.1　陶瓷基複合材料概況

3.6.2　複合材料中增強材料的顯微結構

3.6.3　陶瓷基複合材料的顯微結構

3.6.4　金屬陶瓷的顯微結構分析

3.7　非均質材料的顯微結構及其性質

3.7.1　概述

3.7.2　非均質材料顯微結構特徵

3.7.3　非均質材料巨觀性質的顆粒散射理論

3.8　分形學在無機非金屬材料顯微結構研究中的套用

3.8.1　概述

3.8.2　分形圖形

3.8.3　分形維數

3.8.4　分數維的測量方法

3.8.5　分形生長的動力學模型

3.8.6　分數維的測量設備

3.8.7　分數維測量的實例

3.8.8　展望

第4章　先進陶瓷的性能特點

4.1　材料性質與使用性能

4.1.1　材料的物理和化學性質及其使用性能

4.1.2　材料性質資料庫

4.2　陶瓷材料的性能特點

4.2.1　陶瓷材料的性能特點

4.2.2　先進陶瓷在性能上的特點

4.2.3　功能陶瓷的性能與特徵

4.2.4　絕緣陶瓷的性能與特徵

4.3　陶瓷的基本性能與顯微結構特徵的關係

4.3.1　可控氣孔率

4.3.2　室溫力學強度

4.3.3　斷裂能

4.3.4　抗高溫變形性

4.3.5　熱震阻力

4.3.6　硬度及抗磨耗性

4.3.7　熱導率

4.3.8　熱膨脹

4.3.9　光學功能

4.3.10　特殊的電功能

4.3.11　磁學功能

4.3.12　抗腐蝕性

4.3.13　連線能力

4.3.14總結

第5章　結構陶瓷的性能

5.1　概述

5.1.1　力學性能

5.1.2　高溫性能

5.1.3　耐磨性能

5.1.4　耐蝕性能

5.2　滑石瓷的性能和套用

5.3　氧化鋁（Al2O3）陶瓷

5.3.1　Al2O3瓷的類型和性能

5.3.2　高鋁瓷的組成和性能

5.3.3　氧化鋁陶瓷的特性及套用

5.3.4　著色氧化鋁瓷

5.4　其它高熔點氧化物陶瓷

5.4.1　氧化鋯陶瓷的性質和套用

5.4.2　熔融石英（SiO2）陶瓷

5.4.3　透明氧化物陶瓷

5.4.4　氧化鈹和氧化鎂陶瓷

5.5　高溫碳化物陶瓷

5.5.1　碳化矽陶瓷的性能和套用

5.5.2　碳化硼陶瓷

5.5.3　碳化鈦陶瓷

5.6　氮化物耐熱陶瓷

5.6.1　氮化矽陶瓷

5.6.2　六方氮化硼（HBN）陶瓷的性質和用途

5.6.3　立方氮化硼（CBN）和超硬工具材料

5.6.4　氮化鋁（AlN）陶瓷

5.7　高熱導率瓷

5.7.1　高熱導率材料的結構特點

5.7.2　BeO瓷

5.7.3　BN瓷

5.7.4　AlN瓷

5.8　其它結構陶瓷

5.8.1　二硼化鋯陶瓷

5.8.2　二矽化鉬陶瓷

5.9　結構陶瓷的合理使用

5.9.1　陶瓷的脆性斷裂和材料強度的韋伯（Weibull）分布

5.9.2　聯合強度理論和脆性材料的最佳化使用

5.9.3　斷裂韌性和陶瓷的韌化處理

第6章　功能陶瓷的性能

6.1　陶瓷材料的電性能

6.1.1　陶瓷材料的導電性及其機理

6.1.2　電導率

6.1.3　陶瓷材料的極化與介電常數

6.1.4　介電常數

6.1.5　陶瓷材料的介質損耗

6.1.6　絕緣強度

6.2　力學性質

6.2.1　彈性模量

6.2.2　機械強度

6.2.3　斷裂韌性

6.3　熱學性質

6.3.1　熱容

6.3.2　熱膨脹係數

6.3.3　熱導率

6.3.4　抗熱衝擊性

6.4　光學性質

6.5　磁學性質

6.6　耦合性質

6.7　功能陶瓷的腐蝕與氧化

6.8　其它物理性質

參考文獻