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陶瓷材料范文第1篇

關(guān)鍵詞：陶瓷材料；耐磨性能；顯微結(jié)構(gòu)

1 引言

近年來(lái)，先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料由于具有耐高溫、抗氧化、優(yōu)良的耐磨性能、低的膨脹系數(shù)以及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而受到各國(guó)科研工作者廣泛的關(guān)注，并且在一些工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了實(shí)際的應(yīng)用，如剛玉瓷、氮化硅、氮化硼等，由于其具有較高的硬度以及良好的耐磨性能而在工業(yè)化生產(chǎn)用作磨具[1，2]。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展、燒結(jié)方式的優(yōu)化、原料純度的提高，人們趨向于改善傳統(tǒng)陶瓷材料所固有的脆性的問(wèn)題，使得先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料能夠有更為廣闊的發(fā)展空間。

將陶瓷用作耐磨材料是最近幾十年才發(fā)展起來(lái)的，在20世紀(jì)八十年代，漸漸的出現(xiàn)一些如硼化物、碳化物以及氮化物之類的耐磨的陶瓷材料[3-6]，隨后各國(guó)都投入大量的資源開(kāi)始了研究，由于其發(fā)展較晚，所以對(duì)于陶瓷材料的耐磨損的機(jī)理也大多參照了金屬材料，許多的研究者對(duì)陶瓷材料的磨損建立了模型[7-13]，提出了不同的磨損機(jī)理，但總的來(lái)說(shuō)，影響陶瓷材料耐磨性能的因素主要有兩方面：其一，材料本身的組織結(jié)構(gòu)；其二，外部因素，諸如載荷、溫度以及氣氛等。本文主要從陶瓷材料本身出發(fā)，對(duì)陶瓷材料的耐磨機(jī)理進(jìn)行了總結(jié)。

2 陶瓷材料耐磨性機(jī)理的研究

2.1力學(xué)性能對(duì)陶瓷材料耐磨性能的影響

在早期研究陶瓷材料的耐磨性能時(shí)，對(duì)比于金屬材料，人們認(rèn)為陶瓷材料的硬度跟磨損有很大的關(guān)系，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，陶瓷的硬度和磨損的關(guān)系并不是那么的明顯，例如氧化鋁陶瓷的硬度要高于TZP陶瓷[14，15]，但是耐磨性能并不一定高于TZP陶瓷，雖然硬度在一定的程度上能夠反映晶界的結(jié)合強(qiáng)度，但是磨損最終是由于材料脫離磨損表面而形成的，所以陶瓷材料的硬度不再作為衡量磨損的一個(gè)預(yù)見(jiàn)性的指標(biāo)。也有研究報(bào)道，陶瓷材料的脆性直接影響磨損率，并且構(gòu)建了陶瓷脆性斷裂的模型，并且推導(dǎo)出了一些公式，Evans等[7]認(rèn)為陶瓷的磨損率符合以下關(guān)系式V=α?■E/H■?L，式中：V-磨損體積；W-載荷；KIC-斷裂韌性；H-硬度；α-與材料有關(guān)的系數(shù)；E-彈性模量；L-滑行距離；從式中可以看出，隨著材料斷裂韌性的和硬度的提高，陶瓷的磨損率逐漸的降低，耐磨性越好。Fischer[16] 通過(guò)對(duì)氧化鋯陶瓷材料耐磨性的影響的研究發(fā)現(xiàn)，陶瓷的磨損率跟斷裂韌性呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系，他們的關(guān)系滿足Wr=c?K■■，式中：Wr-磨損體積；KIC-斷裂韌性；c-常數(shù)；這些研究表明陶瓷的斷裂韌性越好，其耐磨性能也就越好。Wang等[17]通過(guò)對(duì)磨損狀態(tài)的分析認(rèn)為存在以下的關(guān)系式：V=C?■?■，其中：V-磨損體積；C-經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；P-載荷；D-滑行距離；σmax-滑行引起的最大切向應(yīng)力；σD -陶瓷斷裂的臨界應(yīng)力；Hv-顯微硬度。這表明陶瓷的磨損還跟表面的應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，陶瓷斷裂的R界應(yīng)力越小，在相同的情況下，陶瓷的磨損變得更嚴(yán)重。

2.2陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)耐磨性能的影響

陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)跟材料的宏觀性能有著極大的聯(lián)系，陶瓷材料的性能在很大程度上取決于其顯微組織，其顯微組織特征包括：晶相的種類，晶粒的大小、形態(tài)、取向和分布；位錯(cuò)、晶界的狀況，玻璃相的形態(tài)和分布；氣孔的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布；各種雜質(zhì)、缺陷、裂紋存在的開(kāi)式、大小、數(shù)量和分布；疇結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和分布等。陶瓷材料是晶粒和晶間組成的燒結(jié)體，耐磨性能跟材料的顯微結(jié)構(gòu)有著很大的聯(lián)系，晶粒的大小，晶界相的組成，晶界上的應(yīng)力的分布，氣孔等等一些因素均會(huì)影響到陶瓷材料的耐磨性能。

2.2.1晶粒的尺寸對(duì)陶瓷耐磨性能的影響

在金屬材料中，往往通過(guò)細(xì)化晶粒的強(qiáng)度從而來(lái)提高材料的力學(xué)性能，在工業(yè)化生產(chǎn)中，常常稱之為細(xì)晶強(qiáng)化，晶粒的粒徑越小，晶界的面積也就越大，晶界的分布也就會(huì)越曲折，這樣有效地增加了裂紋擴(kuò)展的路徑，有助于分散材料內(nèi)部的應(yīng)力集中，有利于提高陶瓷材料的性能。對(duì)氧化鋁、氧化鋯陶瓷的耐磨性能研究發(fā)現(xiàn)[21，22]，當(dāng)晶粒較小時(shí)，主要發(fā)生的是塑性變形和部分的穿晶斷裂，產(chǎn)生輕微的磨損，當(dāng)晶粒的尺寸較大的時(shí)候，材料的內(nèi)部發(fā)生的主要是沿晶斷裂，有大個(gè)的晶粒從材料的內(nèi)部整體的拔出，產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。

Yingjie he 等[23]通過(guò)研究四方氧化鋯中晶粒尺寸對(duì)滑動(dòng)摩擦的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶粒的尺寸從1.5 μm減小到0.18 μm時(shí)，TZP陶瓷的耐磨性能提高了8倍。當(dāng)晶粒的尺寸小于0.7 μm時(shí)，耐磨性和晶粒尺寸符合Hall-petch-type關(guān)系，即W-1∝G-1/2，其中：W―磨損量；G―晶粒的尺寸，這時(shí)磨損主要產(chǎn)生的是塑性變形和微裂紋的擴(kuò)展，對(duì)于晶粒的尺寸超過(guò)0.9 μm時(shí)，隨著晶粒尺寸的增大，陶瓷的耐磨性能是逐漸降低的，此時(shí)的磨損機(jī)制主要是沿晶斷裂所造成的晶粒拔出，從而造成嚴(yán)重磨損。Lee等[18]研究Y-TZP陶瓷也發(fā)現(xiàn)，大晶粒的材料去除率高，減少晶粒的尺寸能夠提高陶瓷的耐磨性能。Wang等[24]研究也表明小晶粒的氧化鋁陶瓷比粗晶粒的氧化鋁陶瓷具有更高的抗磨損突變性能。Dogan等[25]指出：材料的缺陷隨著晶粒尺寸的增大而不斷的增大，大尺寸的缺陷造成在磨損的過(guò)程中材料的去除量增加，從而引發(fā)嚴(yán)重磨損，如圖所示，通過(guò)比較細(xì)晶材料和粗晶材料，細(xì)晶材料即便是發(fā)生多處的晶粒拔出的現(xiàn)象，在整體材料的去除量上也可能小于粗晶材料單個(gè)或者幾個(gè)晶粒的去除量，在整體上的表現(xiàn)就是粗晶材料的磨損率要高于細(xì)晶材料。

2.2.2 氣孔率對(duì)陶瓷耐磨性能的影響

陶瓷制品當(dāng)中，氣孔對(duì)陶瓷的性能有著很重要的影響，氣孔相當(dāng)于一種缺陷的存在，它會(huì)造成應(yīng)力的集中，加速裂紋的擴(kuò)展，降低晶粒之間的結(jié)合強(qiáng)度，嚴(yán)重影響陶瓷制品的力學(xué)性能。Tucci等[26]指出在摩擦力的作用下，氣孔之間可能會(huì)彼此連接起來(lái)形成裂紋源，加速材料的磨損。Wotton[27]發(fā)現(xiàn)，氣孔的存在會(huì)極大的降低陶瓷制品的耐磨性能。M.C.gui[28]研究發(fā)現(xiàn)在不同的載荷的情況下，陶瓷的磨損率并不一樣，在低載荷時(shí)，氣孔不會(huì)造成裂紋的擴(kuò)展，而在高載荷的情況下，氣孔變得不穩(wěn)定，會(huì)在氣孔處形成裂紋，并且還會(huì)導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展，此時(shí)，制品會(huì)表現(xiàn)出極高的磨損率和較小的抗磨損突變性能，也有研究[29]表明在不同的載荷下，當(dāng)氣孔率增加時(shí)，容易造成晶間斷裂，引發(fā)磨粒磨損，加速磨損的過(guò)程，如圖2所示。

2.2.3 晶界相以及晶間雜質(zhì)的影響

陶瓷是由晶粒，晶界相和氣孔等組成，在燒結(jié)的過(guò)程中，加入到陶瓷當(dāng)中的一些添加劑和一些雜質(zhì)成分主要是以第二相或者玻璃相的形式存在于晶界上，他們的存在會(huì)對(duì)晶粒之間的結(jié)合強(qiáng)度造成一定的影響，在陶瓷摩擦磨損的過(guò)程中，裂紋很容易在晶界處產(chǎn)生，較低的晶界結(jié)合強(qiáng)度會(huì)造成在磨損過(guò)程中的沿晶斷裂，引起整片晶粒的拔出，造成嚴(yán)重磨損。

對(duì)氧化鋯的耐磨性能研究[30]中發(fā)現(xiàn)，在ZrO2陶瓷當(dāng)中添加適量的CaO、MgO和SiO2能夠提高陶瓷的耐磨性能，這是由于在晶界處生成了第二相，能夠降低晶粒間的微觀應(yīng)力，提高了晶界結(jié)合強(qiáng)度，降低了晶粒被整體拔出的幾率。對(duì)于氧化鋁陶瓷[31]來(lái)說(shuō)，由于晶粒在各向異性生長(zhǎng)時(shí)會(huì)在晶界處產(chǎn)生殘余的應(yīng)力，當(dāng)在其中加入稀土添加劑Sm2O3，有效的促進(jìn)了晶界上第二相六鋁酸鈣的形成，降低了晶界處玻璃相的含量，有效的緩解由于熱膨脹系數(shù)不同而造成的晶界處的應(yīng)力集中，增強(qiáng)了晶界結(jié)合強(qiáng)度，使得陶瓷的耐磨性能得到提高。L.esposito[32]研究了顯微結(jié)構(gòu)對(duì)氧化鋁陶瓷耐磨性能的影響發(fā)現(xiàn)，第二相的組成和玻璃相的組成決定材料的磨損特性，細(xì)晶的氧化鋁陶瓷制品的磨損率受玻璃相的影響比粗晶的大，也有研究表明，熱壓燒結(jié)的陶瓷的磨損率比無(wú)壓燒結(jié)的耐磨性能要好得多，這是因?yàn)?，第一方面，熱壓燒結(jié)有效地降低了陶瓷制品內(nèi)部的氣孔率，其次，熱壓燒結(jié)能夠降低晶粒之間的微觀應(yīng)力，有利于提高晶界結(jié)合強(qiáng)度，最終提高陶瓷的耐磨性能。多晶陶瓷的添加劑一般會(huì)以玻璃相的形式存在于陶瓷晶界上，在摩擦的過(guò)程，產(chǎn)生的高溫會(huì)降低玻璃的粘度，從而引發(fā)塑性變形，若鄰近的晶界的應(yīng)力不能相適應(yīng)則會(huì)引發(fā)晶界處的裂紋，引發(fā)嚴(yán)重磨損。

3 總結(jié)

由于陶瓷材料在工業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)出的卓越的性能，研究掌握影響陶瓷的耐磨性能的機(jī)理，使之更好的服務(wù)于現(xiàn)代化工業(yè)顯得尤為緊迫，各國(guó)的科研工作者已對(duì)此開(kāi)始了廣泛的研究工作，但是由于材料的磨損機(jī)理在不同的工作環(huán)境下是不一樣的，對(duì)不同耐磨材料磨損的機(jī)制，磨損的失效緣由進(jìn)行系統(tǒng)的分析，通過(guò)分析得出結(jié)論，然后構(gòu)建材料耐磨性和材料組織結(jié)構(gòu)性能之間的關(guān)系，深入剖析影響材料耐磨性能的機(jī)理，制備出性能優(yōu)良的耐磨陶瓷材料，可以大大的減少磨損，有利于提高機(jī)械設(shè)備和零件的使用安全年限，具有非常重要的理論意義和巨大的社會(huì)效益。

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陶瓷材料范文第2篇

關(guān)鍵詞:陶瓷材料;環(huán)境;藝術(shù);發(fā)展

1引 言

工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加速,以及人們物質(zhì)水平的不斷提高,為陶藝介入環(huán)境藝術(shù)提供了新的機(jī)遇;環(huán)境陶藝具有豐富的材料特性和藝術(shù)語(yǔ)言,聚集了人類的情感與泥土的原始性,它存在于公共環(huán)境空間,可以在很大程度上追求一種來(lái)自新藝術(shù)的感覺(jué)組合。如今,越來(lái)越多的陶藝家開(kāi)始關(guān)注和轉(zhuǎn)向公共環(huán)境藝術(shù)。

“環(huán)境陶藝”這個(gè)概念于20世紀(jì)90年代已經(jīng)開(kāi)始萌芽和興起,它是指陶藝家利用陶瓷為主要媒介材料,或以其它材料為輔, 為特定的環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)的環(huán)境陶藝作品。它主要是指公共空間的公共建筑物、建筑構(gòu)件、廣場(chǎng)、公園、道路、綠地、居住區(qū)、郊外空地及其它場(chǎng)地設(shè)立的以陶瓷材料為主的綜合媒介作品。我國(guó)古代就有許多在現(xiàn)代人眼中可以稱作環(huán)境陶藝的藝術(shù)作品,最早有文獻(xiàn)考證的建筑構(gòu)件是龍山文化時(shí)期的陶水管道,之后出現(xiàn)了質(zhì)樸且具有很強(qiáng)裝飾性的秦磚漢瓦,以及明代洪武時(shí)的《九龍壁》室外陶藝墻(圖1)。在當(dāng)代景德鎮(zhèn)就活躍著一批非常有才華的陶藝家,他們正積極而熱情地探討、研究并創(chuàng)作出許多優(yōu)秀的環(huán)境陶藝作品。

2陶瓷材料的種類及特點(diǎn)

2.1 陶瓷材料的種類

一般來(lái)說(shuō),陶瓷所用材料可分為陶泥和瓷泥,陶泥一般是在自然界可以找到,并可直接用于成形;而瓷泥則須經(jīng)過(guò)選料配料,并經(jīng)過(guò)加工而成。

2.2 陶瓷材料的特點(diǎn)

從成形手法上來(lái)講,陶和瓷泥的可塑性都非常強(qiáng),一般都可根據(jù)泥性的要求和作品成形的需要,采用泥板、泥條、模具(印坯和注漿)等不同的成形方法;從燒成溫度上來(lái)講,陶一般不會(huì)高于1000℃,瓷一般在1200～1300℃之間,根據(jù)釉料的性質(zhì)要求,瓷可分為高溫瓷、中溫瓷和低溫瓷;從燒成后的效果來(lái)講,陶泥由于它的原始野性(未經(jīng)人工精煉),燒成后表面粗糙、吸水性強(qiáng),因此具有原始和純美質(zhì)感,同時(shí)其作品具有粗獷大氣的藝術(shù)特點(diǎn);瓷泥由于經(jīng)過(guò)加工精練,泥坯表面比較光滑,適用于各種釉下彩繪和顏色釉裝飾,燒成后作品具有精細(xì)優(yōu)雅的藝術(shù)特點(diǎn)。此外,有時(shí)為了達(dá)到特殊的藝術(shù)效果還可進(jìn)行二次燒成。正是由于陶瓷材料在經(jīng)過(guò)燒成后,質(zhì)地堅(jiān)硬、耐高溫、耐水侵蝕、不易風(fēng)化的特點(diǎn),顯示出它相比于金屬、樹(shù)脂、木材、玻璃等材料獨(dú)特而強(qiáng)勁的優(yōu)勢(shì),成為環(huán)境藝術(shù)中最理想的材料之一。

3陶瓷材料在環(huán)境藝術(shù)中介入的價(jià)值體現(xiàn)

環(huán)境陶藝作為一門公共藝術(shù),不僅具備環(huán)境藝術(shù)公共性原則,而且也具備陶瓷藝術(shù)本身所獨(dú)有的特征,它還包含了更多社會(huì)人文和大眾的因素。

3.1 公共性

人們通過(guò)公共空間的活動(dòng),形成體現(xiàn)共同需要的環(huán)境秩序,藝術(shù)家在個(gè)人創(chuàng)意與公眾意愿之間尋找平衡點(diǎn),進(jìn)而創(chuàng)造出既有藝術(shù)家個(gè)性又有公共性的環(huán)境陶藝,由此可見(jiàn),公共性就成了陶藝最基本的特性。正是由于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)始終從人的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā),環(huán)境藝術(shù)便獲得了堅(jiān)實(shí)可靠的價(jià)值評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)――人文尺度、人文精神、人文價(jià)值和人文思想的構(gòu)建也必然成為這種評(píng)價(jià)的目的和追求。

3.2 審美性

審美性是環(huán)境藝術(shù)最重要的藝術(shù)特征之一。陶瓷藝術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展,形成了獨(dú)特的藝術(shù)語(yǔ)言和審美形態(tài)?，F(xiàn)代陶藝注重對(duì)自身媒介特征的搜索與實(shí)驗(yàn),充分體現(xiàn)了陶藝的本質(zhì)語(yǔ)言:泥、釉、火的內(nèi)在美感價(jià)值。環(huán)境陶藝放置于公共環(huán)境之中,其作用首先是美化環(huán)境,提高城市環(huán)境的藝術(shù)質(zhì)量和公眾的審美情趣。設(shè)計(jì)意識(shí)超前、品位高雅的環(huán)境陶藝作品多為人們所喜愛(ài),并可能成為某地區(qū)和城市標(biāo)志性的環(huán)境藝術(shù)作品。座落在景德鎮(zhèn)金嶺大道的《昂》(圖2)、《升騰》(圖3)兩套城雕,是景德鎮(zhèn)陶瓷的標(biāo)志性建筑,高達(dá)12 米。象征“陶”的“昂”,采用“H”型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),吸收印紋陶的制作方法,用雕刻、模壓技藝創(chuàng)作,用高溫顏色釉的暖色調(diào)裝飾,呈現(xiàn)出多種肌理層次,顏色醒目,與周邊的色彩環(huán)境形成鮮明對(duì)比,給觀眾留下深刻的印象;“升騰”則以青花瓷紋飾為裝飾圖案,體現(xiàn)出瓷都景德鎮(zhèn)的青花瓷器特色。

3.3 親和力

大家知道,人類自從開(kāi)始燒陶作日常用品,進(jìn)入新石器文明以后,由于土和火與人類文明進(jìn)程息息相關(guān),人們和陶就有一種不可割舍的親近感。尤其是人類文明進(jìn)入信息時(shí)代,自然界的原生狀態(tài)漸漸遠(yuǎn)離人類,陶卻能喚醒人們的自然審美知覺(jué),產(chǎn)生強(qiáng)有力的親近意識(shí)。

用于制備陶瓷材料的水、火、土都與人類的生活息息相關(guān),最早的陶器的發(fā)明就是因?yàn)榧乘团腼兊男枰?陶瓷已被歷史證明是用于傳達(dá)形式、結(jié)構(gòu)和人類情感的無(wú)與倫比的材料,人類的吃、住、行都是與陶資材料息息相關(guān),與人類的天然親和關(guān)系正是它的魅力所在。

都市的繁忙生活讓人壓抑,然而鋼筋混凝土籠罩下的都市環(huán)境,更今人感到冷漠與孤獨(dú);而陶藝能呼喚人們久違的自然審美知覺(jué),產(chǎn)生強(qiáng)烈的親近意識(shí)。這是因?yàn)樘沾刹牧显从谧匀?與人們有天然的親和力;尤其是經(jīng)過(guò)水的調(diào)配、火的熔煉之后所呈現(xiàn)出來(lái)的質(zhì)感更讓人產(chǎn)生想親近的欲望。所以,陶藝成了聯(lián)系人和環(huán)境的天然紐帶,環(huán)境陶藝是帶有某種特殊情感化的文化符號(hào)的藝術(shù)形式,親近自然,親近公眾,融合環(huán)境。

3.4 恒久性

環(huán)境陶藝具有耐磨損、抗腐蝕、強(qiáng)度高和耐久等特性,它不是瞬間藝術(shù),一件作品可以存在幾十年甚至上百年,并且隨著時(shí)間的推移,優(yōu)秀的作品在公眾不斷變化的開(kāi)放性評(píng)判中更彰顯其藝術(shù)價(jià)值。

4陶瓷材料在環(huán)境藝術(shù)中的發(fā)展空間

我們正面臨著一個(gè)新的城市建設(shè),這對(duì)城市的決策者、規(guī)劃者、投資者、建設(shè)者、管理者以及各行各業(yè)的從業(yè)人員和廣大人民群眾來(lái)說(shuō),都是一個(gè)難得的機(jī)遇。在這其中,城市環(huán)境規(guī)劃已經(jīng)成為衡量該城市文化水平的標(biāo)志之一,陶瓷這種自然而時(shí)尚的材料漸漸被人們所重視,無(wú)論是在大街小巷、廣場(chǎng)或者高檔酒店,都少不了利用陶瓷的裝飾來(lái)襯托環(huán)境。

現(xiàn)在,它不僅是一種時(shí)尚,而且已經(jīng)成為一種文化的代表:沒(méi)有它的存在,大街小巷將缺乏昔日的韻味;沒(méi)有它的存在,廣場(chǎng)上的鋼筋混凝土建筑哪怕再高也僅是呈現(xiàn)一種淡淡的灰色。我國(guó)城市公共環(huán)境藝術(shù)的發(fā)展正處于起步階段,每個(gè)城市都希望能產(chǎn)生具有自身特點(diǎn)的城市公共環(huán)境藝術(shù)。在這方面,以環(huán)境陶藝作為城市公共環(huán)境藝術(shù)的重要材料和手段,將有著特殊意義。環(huán)境陶藝作為一種文化載體,釋放文化能量,鐫刻城市歷史,記錄城市傳統(tǒng),從一個(gè)側(cè)面反映出一個(gè)城市的物質(zhì)、精神和文化特征。如果將其引入到城市公共空間和城市公共藝術(shù)中去,在形成自己特殊的城市面貌和獨(dú)特的城市文化個(gè)性方面,將具有廣闊的前景。

5結(jié) 語(yǔ)

陶瓷材料從用于制作日用品和藝術(shù)品到介入環(huán)境藝術(shù)創(chuàng)作,拓展了公共藝術(shù)的設(shè)計(jì)思路,是現(xiàn)代陶藝走出室內(nèi),步入公眾視野的一個(gè)奇幻的結(jié)合點(diǎn),增添了現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)的表現(xiàn)形式。我國(guó)現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)應(yīng)該憑借我們自身的文化底蘊(yùn),參與當(dāng)代全球文化的建構(gòu),實(shí)現(xiàn)自身形態(tài)的認(rèn)證。

參考文獻(xiàn)

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[3] 馮先銘.中國(guó)陶瓷[M].上海:上海古籍出版社,2002,12.

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術(shù)出版社,2006,10.

Ceramic Materials Adapting to the Environment

YANG Chao,LIU Wei

(Science and Technology Institute,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen333001,China)

陶瓷材料范文第3篇

【關(guān)鍵詞】碳化硅陶瓷；陶瓷材料；陶瓷燒結(jié)；燒結(jié)法

0.引言

由于碳化硅陶瓷具有超硬性能，又具有高溫強(qiáng)度和抗氧化性好、耐磨性能和熱穩(wěn)定性高、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可制備成各種磨削用的砂輪、砂布、砂紙以及各類磨料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造加工行業(yè)。它還可以應(yīng)用在軍事方面，例如將碳化硅陶瓷與其他材料一起組成的燃燒室及噴嘴，這種技術(shù)已應(yīng)用于火箭技術(shù)中。同時(shí)在航空、航天、汽車、機(jī)械、石化、冶金和電子等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，碳化硅密度居中，硬度和彈性模量較高，還可用于裝甲車輛和飛機(jī)機(jī)腹及防彈防刺衣等。由于碳化硅產(chǎn)品具有操作簡(jiǎn)單方便，使用壽命長(zhǎng)，使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，使碳化硅產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊，因此受到很多國(guó)家的重視，一直是材料學(xué)界研究的重點(diǎn)，如何制得高致密度的碳化硅陶瓷也是研究者一直關(guān)心的課題。目前制備碳化硅陶瓷的方法主要有以下幾種方法，由于制備方法的不同，碳化硅陶瓷材料的性能與制備工藝的不同有一定的相關(guān)性，本文對(duì)碳化硅陶瓷的制備方法及其應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

1.反應(yīng)燒結(jié)法制備陶瓷與應(yīng)用

反應(yīng)燒結(jié)法也可稱為活化燒結(jié)或強(qiáng)化燒結(jié)法。需要指出活化燒結(jié)和強(qiáng)化燒結(jié)的機(jī)理有所不同?；罨療Y(jié)的過(guò)程是指可以降低燒結(jié)活化能，使體系的燒結(jié)可以在較低的溫度下以較快速度進(jìn)行，并且使得燒結(jié)體性能得到提高的燒結(jié)方法。而強(qiáng)化燒結(jié)的過(guò)程泛指能增加燒結(jié)速率，或強(qiáng)化燒結(jié)體性能（通過(guò)合金化或者抑制晶粒長(zhǎng)大）的所有燒結(jié)過(guò)程?？梢?jiàn)它們的制備機(jī)理是存在差異的。反應(yīng)燒結(jié)強(qiáng)調(diào)反應(yīng)，這是一種化學(xué)過(guò)程，也就是有一種物質(zhì)變成另外一種物質(zhì)，例如，在制備碳化硅的過(guò)程中，就會(huì)在確定的溫度下發(fā)生Si+CSiC 的化學(xué)反應(yīng)。這種反應(yīng)過(guò)程就是將碳化硅粉料和碳顆粒制成多孔坯體，然后將多孔坯體干燥后利用馬弗爐加熱至1450～1470℃，在這樣的條件下就可以使，熔融的硅滲入坯體內(nèi)部與碳反應(yīng)生成碳化硅。這一機(jī)理的探討源于上世紀(jì)七十年代，當(dāng)時(shí)由于世界范圍內(nèi)的石油危機(jī)，能源問(wèn)題對(duì)世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，為了提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，科學(xué)家們開(kāi)始考慮使用高溫陶瓷材料替代內(nèi)燃機(jī)的金屬部件，這樣就可以提高效率。在1973年，英國(guó)人KennedyP和ShennanJV等開(kāi)始了反應(yīng)燒結(jié)制備碳化硅的深入研究[1]，1978年，英國(guó)劍橋大學(xué)的SawyerGR等人采用掃描電鏡、透射電鏡、光學(xué)顯微鏡和 X 射線衍射等手段對(duì)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的定量表征[2]，從碳化硅的制備機(jī)理給與了探討；1990年，日本的LimCB等人研究了反應(yīng)燒結(jié)碳化硅中強(qiáng)度、氣孔率與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，隨著研究的進(jìn)一步深入，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅產(chǎn)品開(kāi)始逐步走向商業(yè)化。

2.無(wú)壓燒結(jié)法制備陶瓷與應(yīng)用

無(wú)壓燒結(jié)法是在常壓條件，也就是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的惰性氣體氣氛中進(jìn)行燒結(jié)。這種燒結(jié)可以把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，這是一個(gè)傳統(tǒng)的工藝過(guò)程。人類很早就開(kāi)始利用這個(gè)工藝來(lái)生產(chǎn)陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高溫材料等。我國(guó)古代就可以制備精美的工藝瑰寶，流傳至今。

一般來(lái)說(shuō)，粉體經(jīng)過(guò)成型后，通過(guò)燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。給人類美的享受。它的燒結(jié)過(guò)程直接影響顯微結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、氣孔尺寸及晶界形狀和分布。無(wú)機(jī)材料的性能不僅與材料組成（化學(xué)組成與礦物組成）有關(guān)，還與材料的顯微結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。但這種燒結(jié)方法只停留在觀賞。在1956年，美國(guó)的AlliegroRA等人發(fā)現(xiàn)，加入某一物質(zhì)可以使熱壓燒結(jié)碳化硅中發(fā)生促進(jìn)燒結(jié)的作用，此后，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，許多物質(zhì)如：Al、Fe、Cr、Ca、Ni、Al+Fe、Zr和Mn等能夠促進(jìn)碳化硅的燒結(jié)過(guò)程。1975年，Prochazka S 等人在碳化硅坯體中加入不同的兩種物質(zhì)，通過(guò)無(wú)壓固相燒結(jié)成功制備出碳化硅陶瓷。ProchazkaS等人的實(shí)驗(yàn)采用的是高純的亞微米級(jí)β-SiC粉體，并在其中加入少量不同的兩種物質(zhì)，他們的研究結(jié)果對(duì)無(wú)壓燒結(jié)法的機(jī)理帶來(lái)了重要的影響因素，實(shí)驗(yàn)證明碳化硅的坯體通過(guò)固相燒結(jié)致密化，β-SiC在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生相變并發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這種晶粒的大小與陶瓷的強(qiáng)度有關(guān)。由于碳化硅是高熔點(diǎn)的強(qiáng)共價(jià)鍵材料，這項(xiàng)研究結(jié)果報(bào)道后引起了許多研究者大量的關(guān)注，并且對(duì)碳化硅燒結(jié)過(guò)程的研究論文得到大量的引用。在 ProchazkaS的研究成果發(fā)表后不久，人們就發(fā)現(xiàn) 加入不同的兩種物質(zhì)對(duì)β-SiC的燒結(jié)促進(jìn)作用同樣適用于α-SiC。因此，使大部分碳化硅陶瓷產(chǎn)品得到大量應(yīng)用。

3.液相燒結(jié)法制備陶瓷與應(yīng)用

液相燒結(jié)法最早應(yīng)用在7000年前，那就是古人用粘土燒制磚塊。開(kāi)發(fā)液相燒結(jié)技術(shù)是由愛(ài)迪生發(fā)明的電燈絲所驅(qū)動(dòng)。碳化硅的液相燒結(jié)開(kāi)始于1975年，LangeFF首次在碳化硅的熱壓燒結(jié)過(guò)程中加入了部分氧化鋁以促進(jìn)碳化硅坯體的致密化。當(dāng)今的利用高新技術(shù)廣泛采用液相燒結(jié)技術(shù)制造陶瓷，壓電陶瓷，鐵氧體和高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。Al2O3在高溫下與SiC粉料顆粒表面的SiO2反應(yīng)形成液相，成為碳化硅顆粒之間的晶間相，通過(guò)液相傳質(zhì)過(guò)程使坯體致密化。

與添加不同的兩種物質(zhì)的碳化硅固相燒結(jié)不同的是，利用液相燒結(jié)過(guò)程中需要燒結(jié)助劑較少，這種添加劑的添加量通常只有百分之幾，盡管用量較少，但在燒結(jié)完成后的晶間相中仍然會(huì)殘留較多的氧化物。因此，液相燒結(jié)碳化硅的斷裂方式通常是沿晶斷裂，具有較高的強(qiáng)度和斷裂韌性。ShinozakiSS和SuzukiK等人通過(guò)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于3%的Al2O3，分別采用無(wú)壓燒結(jié)和無(wú)壓燒結(jié)與熱等靜壓相結(jié)合的辦法，系統(tǒng)地研究了它們的組織和力學(xué)性能。通過(guò)一系列不同的燒結(jié)制度，研究了晶粒生長(zhǎng)、密度、強(qiáng)度和韋伯模數(shù)（強(qiáng)度分布的模數(shù)）的變化情況，并指出了晶粒的縱橫比與斷裂韌性之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了碳化硅陶瓷微觀組織的原位控制技術(shù)。

4.結(jié)語(yǔ)

碳化硅材料因其優(yōu)良的性能而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，不同制備工藝制得的產(chǎn)品性能有一定的差別。反應(yīng)燒結(jié)法具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)，但燒結(jié)過(guò)程中會(huì)在坯體中留有部分殘余硅，使材料的服役溫度下降。液相燒結(jié)可以制備出不含殘余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳化硅的強(qiáng)共價(jià)鍵性，必須在坯體中加入氧化鋁等作為燒結(jié)助劑形成液相才能使碳化硅坯體致密化。熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和火花等離子體燒結(jié)碳化硅性能較高，其密度和強(qiáng)度通常要高于無(wú)壓燒結(jié)，但在燒結(jié)過(guò)程也都需要加入B、C等作為添加劑促進(jìn)坯體的燒結(jié)致密化且生產(chǎn)成本高，不適于制備異型件。可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，滿足工業(yè)和工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)材料日益苛刻的性能要求。

【參考文獻(xiàn)】

陶瓷材料范文第4篇

【關(guān)鍵詞】二硼化鈦；復(fù)合材料；微波燒結(jié)；致密性

0 引言

陶瓷在高溫條件下仍具有很高的硬度，但是陶瓷的脆性限制了它的應(yīng)用。為了改善其性能，可采用液態(tài)金屬銅（Cu）作粘結(jié)劑，促使陶瓷的硬質(zhì)相致密化，從而提高陶瓷的性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨著Cu含量的變化，TiB2顆粒之間的孔隙逐漸被金屬相填充，使其致密性、韌性、強(qiáng)度都得到很大的提高。

1 原位合成制備TiB2/Cu陶瓷

通過(guò)TiB2基體內(nèi)部利用元素間或元素與復(fù)合相間的化學(xué)反應(yīng)合成強(qiáng)化相。于是將Ti粉、B粉和Cu粉按Ti+2B+xCu―>TiB2+xCu反應(yīng)方程式進(jìn)行配料。利用球磨機(jī)在無(wú)氧條件下球磨樣品粉末5h，充分混合后真空干燥。干燥后將粉末放置于壓力機(jī)中，梯度增壓到20MPa，保壓5min后取出壓片，以同樣的方法分別壓制3組含銅量為15%、25%和35%的樣品壓片，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒Y(jié)制取TiB2/Cu復(fù)合材料。

2 XRD射線測(cè)試分析與總結(jié)

已知在燒結(jié)過(guò)程中，Ti、B及Cu可能會(huì)發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：

2Ti + O2 = 2TiO

Ti + O2 = TiO2

4Ti + 3O2 = 2Ti2O3

Ti + 2B = TiB2

Ti + B = TiB

為了確定合成產(chǎn)物的反應(yīng)方向和最終相，對(duì)上式反應(yīng)的反應(yīng)自由能進(jìn)行了理論計(jì)算。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)在TiB2，TiB及TiCu三種可能產(chǎn)物中，TiB2的反應(yīng)自由能最低。這說(shuō)明在Ti-B-Cu體系中，TiB2是在理論上最穩(wěn)定的相。根據(jù)自由能計(jì)算參考數(shù)據(jù)可知，TiCu是可以可按下式和B反應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)門iB2。反應(yīng)式如下：

TiCu + 2B = TiB2 + Cu

通過(guò)用XRD射線測(cè)試后所得到的衍射峰的強(qiáng)度和衍射峰的數(shù)目可以看出，如圖1所得到的XRD射線測(cè)試的峰值圖，圖中含有TiB2和Cu，于是可以確定，通過(guò)用原位合成的方法能夠得到TiB2/Cu復(fù)合材料，根據(jù)成分配比，TiB2顆粒的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)達(dá)到80%左右。這一結(jié)果基本滿足要求。但同時(shí)在樣品中也發(fā)現(xiàn)有少量TiO、TiO2、CuO、TiB等雜質(zhì)，可能與燒結(jié)過(guò)程發(fā)生氧化有關(guān)。

圖1 樣品復(fù)合材料X射線譜

3 金相顯微鏡的測(cè)試與分析

通過(guò)金相顯微鏡的測(cè)試，我們根據(jù)3組對(duì)照實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：隨著Cu含量的增加，TiB2復(fù)合材料的顆粒逐漸變小，空洞也在減少。如圖2所示的3組電子掃描的圖片。三組對(duì)比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，金屬確實(shí)能夠改變TiB2陶瓷的致密性。

圖2 3組Cu含量為15%（a）、25%（b）、35%（c）的電子掃描的圖片

由圖2給出的3組分別含Cu15%、25%和35%的TiB2/Cu復(fù)合陶瓷的掃描照片。其中，灰色是TiB2相，白色是Cu相，黑色是孔洞?？锥吹拇嬖谥饕獊?lái)源于可能是在燒結(jié)過(guò)程中雜質(zhì)或單質(zhì)硼（B）的揮發(fā)造成。從圖中可以看出，該組織較為致密，僅有少量孔洞。同時(shí)從圖中可以看出，隨著Cu含量的增加，TiB2顆粒的尺寸逐漸減小?？赡苁请S著Cu含量的增加，體系中的液相逐漸增多，抑制了TiB2顆粒的長(zhǎng)大，另外隨著Cu含量的增加，金屬銅填充了陶瓷的空洞。

4 密度的測(cè)定與分析

用阿基米德排水法來(lái)測(cè)量復(fù)合材料的密度。利用浸在液體里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開(kāi)的液體的重力的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷材料密度的測(cè)量。利用式F浮=ρ水gV排，分別計(jì)算出15%、25%和35%的陶瓷復(fù)合材料的密度是6.32g/cm3，6.54g/cm3和7.03g/cm3。根據(jù)密度測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)：隨著銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，TiB2復(fù)合材料的密度也隨之增加。同時(shí)，由密度可以得出材料的相對(duì)密度，于是根據(jù)銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同時(shí)，材料相對(duì)密度的變化?？梢钥闯觯弘S著Cu含量的不斷增加，致密度呈逐漸增加趨勢(shì)，但是增加幅度逐漸變緩。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）將Ti粉、B粉和Cu粉按照一定的比例混合，通過(guò)原位合成的方法是能夠得到一定量的TiB2/Cu陶瓷材料；

（2）在TiB2陶瓷中添加金屬（Cu）粘結(jié)劑是能夠改變陶瓷材料的一些性能包括致密性。

【參考文獻(xiàn)】

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陶瓷材料范文第5篇

我國(guó)地域廣闊，陶瓷原料的儲(chǔ)量均非常豐富，我國(guó)陶瓷原料礦點(diǎn)分布遍及全國(guó)各省、市、自治區(qū)。許多原料可供使用上千年或上萬(wàn)年。僅以陶瓷粘土為例，依據(jù)最新統(tǒng)計(jì)資料，全國(guó)已經(jīng)探明的陶瓷粘土礦床達(dá)到180余處。其中高嶺土礦床，湖南占全國(guó)的29%，其次有江蘇、廣東、江西、遼寧、福建等省，探明的儲(chǔ)量均達(dá)到1000萬(wàn)噸以上。這一資源優(yōu)勢(shì)既能夠?yàn)槔^續(xù)推動(dòng)我國(guó)陶瓷發(fā)展打下基礎(chǔ)，又為我國(guó)發(fā)展陶瓷原料大批量出口，創(chuàng)造了豐厚的條件。

二、陶瓷材料的物理性能優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)我國(guó)城市雕塑、園林雕塑如雨后春筍般發(fā)展起來(lái)，但苦于材料不理想。銅、鋼、大理石等材料造價(jià)高，如果采用玻璃鋼和水泥又不耐用，而陶瓷材料卻能彌補(bǔ)以上材料的不足，將它用做園林雕塑和建筑裝飾雕塑經(jīng)濟(jì)價(jià)值潛力巨大。陶瓷材料具備一下物理性能優(yōu)勢(shì)：

（一）原料易得，健康環(huán)保

經(jīng)過(guò)科學(xué)工藝研究和藝術(shù)創(chuàng)造的陶瓷材料與傳統(tǒng)的天然石材相比，具有其獨(dú)特的環(huán)保優(yōu)越性。如有些石材，具有較強(qiáng)的放射性，且開(kāi)采時(shí)必然破壞自然生態(tài)環(huán)境；而陶藝材料它可以按照綠色生態(tài)和城市規(guī)劃的要求，在允許采掘陶土原料的地方，有計(jì)劃地采集原料。并可充分利用各種工業(yè)廢料，如工業(yè)粉煤灰、高嶺礦尾沙、銅礦工業(yè)尾沙等。

（二）易于加工成型，可塑性強(qiáng)

沒(méi)有其它任何材料能比陶泥更忠實(shí)地紀(jì)錄下其表面留下的任何痕跡，陶泥可以隨意的刺戮、切割、揉捏，發(fā)揮造型的可能性。陶泥能使陶藝在造型上更加活潑自由，較之目前常用于空間環(huán)境的各種材料，如玻璃、石材、木材、水泥等有著很大的表現(xiàn)空間。藝術(shù)家們?cè)趯?duì)瓷泥進(jìn)行探索時(shí)，充分挖掘泥性的表現(xiàn)力，將瓷泥原始基質(zhì)和潛能解放出來(lái)。

（三）易于保養(yǎng)與維護(hù)，性能穩(wěn)定

粘土經(jīng)1200多度高溫煅燒后形成的莫來(lái)石結(jié)構(gòu)使它非常堅(jiān)硬。形狀永久固定，性質(zhì)頗為穩(wěn)定。尤其經(jīng)過(guò)施釉后，表層的釉質(zhì)因高溫?zé)Y(jié)，不易滲水，抗壓、抗腐蝕、耐熱、耐光照、防風(fēng)化的性能很強(qiáng)，并能永遠(yuǎn)保持鮮艷色彩，即使是裸露在戶外空間也經(jīng)久耐用。在?？諝庵懈g成分較大的場(chǎng)所，石頭、水泥的雕像的表面就容易受到侵蝕，而陶瓷材料則能抵抗時(shí)間、氣侯的侵蝕。它不像鐵那樣的易銹，也不像水泥和石頭那樣可能崩解，它甚至比許多種的石頭還要耐久。

三、陶瓷材料性能的可開(kāi)發(fā)性

人類從認(rèn)識(shí)到粘土的價(jià)值之日起就不斷的對(duì)粘土材料進(jìn)行探索，從陶到瓷是第一個(gè)巨大的飛躍，在之后的一千多年瓷的性能得到了極大的開(kāi)發(fā)。陶瓷材料的開(kāi)發(fā)是與科技的進(jìn)步休戚相關(guān)的，隨著高科技手段的引入，現(xiàn)代陶瓷材料的性能已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。如今的陶瓷材料甚至已經(jīng)伸展到航天航空領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)己經(jīng)研制成功了一些新的反光陶瓷，是具有高折射率玻璃質(zhì)與陶瓷體復(fù)合的新型材料。這種材料甚至可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬、塑料、反光漆或其它材料，運(yùn)用于高速公路的路標(biāo)。

四、陶瓷材料獨(dú)特的藝術(shù)表現(xiàn)

陶瓷材料在建筑環(huán)境中顯示出其他材料藝術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)――造型變化的廣闊性和肌理美的觀賞性及釉色的神秘性。它作用于人的視覺(jué)，觸覺(jué)，能夠影響人的視覺(jué)和心理體念。強(qiáng)調(diào)泥性的特征在塑造成型和視覺(jué)感覺(jué)體驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的柔軟性、可塑性和感官上的觸動(dòng)，按自身的主體感覺(jué)來(lái)發(fā)掘、解放和探討環(huán)境陶藝的造型變化和豐富的觀賞性表現(xiàn)。環(huán)境陶藝如同材料本身得到尊重，給予了人性回歸。充分地展現(xiàn)人的觀念和充分地展現(xiàn)材料的美感，也就是充分挖掘材料本身所具備的語(yǔ)言表達(dá)功能是現(xiàn)代藝術(shù)的一個(gè)顯著特征。環(huán)境陶藝的泥性之美、釉色之美、燒成之美及工藝成型過(guò)程中藝術(shù)家通過(guò)手對(duì)粘土的引導(dǎo)和交流所留下的豐富“手語(yǔ)”痕跡，增加了環(huán)境陶藝與人性本源的諸多親切感與廣泛性。這種真人心靈的內(nèi)在和外在的因素共同形成了環(huán)境陶藝所具有的獨(dú)特的視覺(jué)語(yǔ)言和審美內(nèi)函。

五、陶瓷材料的人文關(guān)懷性