玻璃物质的粘度随温度的变化
(3) 玻璃相结构特点玻璃相主要由氧化硅和其它氧化物组成。硅氧四面体组成不规则的空间网, 形成玻璃的骨架。
石英玻璃和石英晶体结构
钠硅酸盐玻璃的结构示意图
3. 气相
气相是陶瓷组织内部残留下来的孔洞。它的形成原因比较复杂，几乎与原料和生产工艺的各个过程都有密切的联系，影响因素也比较多。
根据气孔情况，陶瓷分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除了多孔陶瓷以外，气孔的存在对陶瓷的性能都是不利的，它降低了陶瓷的强度，常常是造成裂纹的根源。所以都尽量使其含量降低。
一般，普通陶瓷的气孔率为5%～10%；特种陶瓷的在5%以下；金属陶瓷则要求低于0.5%。
1.4.2 陶瓷材料的性能特点 一、陶瓷的工艺性能
陶瓷材料加工的工艺路线比较简单。
主要工艺是成形：包括粉浆成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等。 陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金刚石砂磨加工外，几乎不能进行任何其它加工。
陶瓷材料各种成形工艺比较
工艺 优点 缺点
粉浆成形
可做形状复杂件、薄塑件，成本低 收缩大，尺寸精度低，生产率低
压制成形
可做形状复杂件，有高密度和高强度，精度较高 设备较复杂，成本高
挤压成形
成本低，生产率高
不能做薄壁件，零件形状需对称
可塑成形
尺寸精度高，可做形状复杂件 成本高
1.4.2 陶瓷材料的性能 一、陶瓷的力学性能 1. 刚度
陶瓷刚度（由弹性模量衡量）各类材料中最高，因为陶瓷具有很强的结合键。
各种常见材料的弹性模量和硬度 材料
弹性模量/MPa 硬度/HV 橡胶 6.9 很低 塑料 1380 ～17
铝合金 72300 ～170
钢
207000 300～800
碳化钛 390000 ～3000
金刚石 1171000 6000～10000
弹性模量对组织不敏感；气孔降低弹性模量；温度升高弹性模量也降低。
2. 硬度
陶瓷硬度是各类材料中最高的，因其结合键强度高。 陶瓷硬度
陶瓷硬度为1000 HV～5000 HV, 淬火钢为500 HV～800 HV, 高聚物最硬不超过20 HV。陶瓷的硬度随温度的升高而降低, 但在高温下仍有较高的数值。
3. 强度
晶界使陶瓷实际强度比理论值低得多（1/1000～1/100）。晶界上有晶粒间的局部分离或空隙；晶界上原子间键被拉长, 键强度被削弱；相同电荷离子的靠近产生斥力, 会造成裂缝。
陶瓷的晶界结构
致密度、杂质和各种缺陷影响陶瓷的实际强度。
刚玉（Al2O3）陶瓷块抗拉强度为280 MPa。
刚玉陶瓷纤维（缺陷少），抗拉强度为2100 MPa，提高1～2个数量级。
陶瓷强度对应力状态特别敏感，抗拉强度很低，抗弯强度较高，抗压强度很高。
4. 塑性
陶瓷在室温下几乎没有塑性。陶瓷晶体滑移系很少，位错运动所需切应力很大；共价键有明显的方向性和饱和性，离子键的同号离子接近时斥力很大；在高温慢速加载，特别是组织中存在玻璃相时，陶瓷也表现出一定的塑性。
5. 韧性
(1) 陶瓷是非常典型的脆性材料冲击韧性10 kJ/m2以下, 断裂韧性值很低。
(2) 对表面状态特别敏感由于表面划伤、化学侵蚀、冷热胀缩不均等，很易产生细微裂纹；受载时，裂纹尖端产生很高的应力集中，由于不能由塑性变形使高的应力松弛，所以裂纹很快扩展，表现出很高的脆性。
(3) 改善陶瓷韧性的方法预防陶瓷中特别是表面上产生缺陷；在陶瓷表面形成压应力（如加预压应力可做成\不碎\陶瓷）；消除陶瓷表面的微裂纹。
三、陶瓷的物理性能和化学性能 1. 热膨胀性能
陶瓷的线膨胀系数很低，比高聚物低，比金属更低。 2. 导热性
由于陶瓷无自由电子传热，导热性很低，较好绝热材料。 3. 热稳定性
热稳定性很低（比金属低得多）：线膨胀系数大和导热性低。 4. 化学稳定性
结构非常稳定，很好的耐火材料和坩埚材料。金属原子被屏蔽在紧密排列的间隙中，很难再同介质中的氧发生作用；对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抵抗能力，与许多金属的熔体也不发生作用。
5. 导电性
变化范围很广：由于缺乏电子导电机制, 多数陶瓷是良好的绝缘体；不少陶瓷既是离子导体, 又有一定的电子导电性；许多氧化物（ZnO、NiO、Fe3O4）是重要的半导体材料。
陶瓷材料的性能特点具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。
7. 陶瓷材料的生产过程包括原料的制备、坯料的成形和制品的烧结三大步骤。典型陶瓷的组织由晶体相、玻璃相和气相组成。晶体相是陶瓷的主要组成，决定材料的基本性能。普通陶瓷的晶体相主要是硅酸盐，特种陶瓷的晶体相为氧化物、碳化物、氮化物、硼化物和硅化物，金属陶瓷则还有金属。玻璃相为非均质的酸性和碱性氧化物的非晶态固体，起粘结剂作用。气相是陶瓷组织中残留的孔洞，极大地破坏材料的机械性能。
陶瓷的性能特点是:具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差,不易加工。
第5章陶瓷材料
内容提要：
介绍现今意义上陶瓷材料的分类，简述工程陶瓷的基本工艺过程，介绍普通陶瓷（包括日用陶瓷和工业陶瓷）、特种陶瓷（氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷）的组成、性能特点和应用。
学习目标：
熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和应用。
对其它陶瓷材料作一般了解。
学习建议：
1.参观陶瓷生产厂，了解陶瓷生产工艺；参观现代化厨房，观察各种陶瓷材料的具体应用。
2.建议本章学时：2学时。 概述
传统意义上的陶瓷主要指陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦等。这些材料都是用粘土、石灰石、长石、石英等天然硅酸盐类矿物制成的。因此，传统的陶瓷材料是指硅酸盐类材料。
现今意义上的陶瓷材料已有了巨大变化，许多新型陶瓷已经远远超出了硅酸盐的范畴，不仅在性能上有了重大突破，在应用上也已渗透到各个领域。所以, 一般认为，陶瓷材料是指各种无机非金属材料的通称。
陶瓷材料通常分为玻璃、玻璃陶瓷和工程陶瓷（也叫烧结陶瓷）三大类。 玻璃制品 耐热陶瓷
1. 玻璃
包括光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃等在内的工业玻璃及建筑玻璃和日用玻璃等无固定熔点的受热软化的非晶态固体材料；
2. 玻璃陶瓷
耐热耐蚀的微晶玻璃、无线电透明微晶玻璃、光学玻璃陶瓷等； 3. 工程陶瓷