陶瓷材料显微结构与性能

本书在有限的篇幅内为读者提供了陶瓷材料结构与性能方面的大量信息，语言通俗易懂，既有理论深度，又注重简洁实用，适用于从事陶瓷材料研究、生产的各个层次的读者群。本书提出的方法对无机非金属材料的研究具有普遍指导意义。

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内容简介

前　言

目　录

图书信息

书　名：《陶瓷材料显微结构与性能》

市场价：￥49元

作　者：张金升 张银燕 王美婷 许凤秀

出版社：化学工业出版社

上市日期：2007年5月

开　本：16开

页　数：348页

ISBN编号：978-7-122-00198-6

内容简介

本书吸收了近年来大量最新科研成果，理论联系实际，图文并茂地讨论了陶瓷材料的显微结构及其性能。陶瓷材料的显微结构千变万化，繁杂深奥，本书在系统介绍基本知识的同时，引用丰富的实例和图片，深入浅出地分析陶瓷材料显微结构的特点及其与材料性能的关系，为读者呈现出一幅游历材料王国微观世界的美丽图景。书中不仅对作为最终产品的陶瓷材料显微结构进行了全面论述，而且对工艺过程的中间产品如原料、坯体等的显微结构也进行了分析介绍；不但研究结构方面的知识，同时涉及表征技术；既涉及结构陶瓷，又包括功能陶瓷，还兼顾普通陶瓷；对于与材料结构性能研究密切相关而大多数文献中鲜有涉及的非平衡态研究、分形维数理论、体视学知识等也进行了论述。

读者对象

本书可供从事陶瓷材料研究和生产的科技人员阅读参考，亦可作为有关无机非金属材料专业大学生或研究生的教材或参考书。

前　言

亘古以来，材料的制造、使用和发展一直伴随着人类文明史的发展。人类能够制造和使用的最早材料大概是无机非金属材料，使用最广泛的对人类生产生活影响最大的也是这类材料，即现在所谓的陶瓷材料。材料的研究和发展伴随人类从蒙昧走向文明，然而，在漫长的材料发展史中，人类一直在宏观层面上研究材料，只是到了近代，随着显微技术的发展，人们才得以进入一个美轮美奂的材料微观世界，在这里人们不但认识到物质微观结构的奇妙和谐，也更加深刻地认识到了组成和微观结构决定材料性能这一大自然的普适真理，从此人们采取各种办法力图改善材料显微结构以便改善材料性能，由此产生了一门年轻但富于生命力的学科——材料显微结构学。

材料的显微结构对材料的性能是至关重要的，一切的宏观性能都是材料微观结构的反映。近代和现代的材料研究者深刻认识到这一点，勤勤恳恳地在这片新的领域耕耘，对材料的显微结构理论、显微结构表征技术和分析技术进行了大量研究，取得了丰硕的成果。人们利用各种显微技术，包括光学显微镜、体视学方法、分形理论、X射线衍射、差热分析、能谱分析、热重分析、光谱分析、激光分析等对材料显微结构进行研究，尤其是最近几十年发展起来的电子显微技术、探针技术、电子衍衬技术，可以给出材料微观结构直观而清晰的映像，探索的领域不断细微化，例如，高分辨电子显微镜已可将材料结构放大几百万倍至上千万倍，可以直接看到晶格排列的形貌，为人们研究材料结构与性能提供了强有力的手段。利用各种先进的表征技术，人们得到信息丰富的显微结构图片，同时人们研究显微图片解析技术，同样取得了丰硕的成果，目前人们已能从显微结构的微妙变化精确地推定材料性能和加工工艺。随着纳米技术在20世纪末21世纪初的蓬勃兴起，特别是扫描隧道电子显微镜的发展和使用，人们已经可以实现对单个原子的直接操作，这种学科前沿进展的意义是，人们可以制造纳米机器人，实现逐个用原子构造物质，根据预定性能要求，设计材料组成和结构，并通过一定工艺实现它们，以满足人们对材料性能的要求。

陶瓷材料显微结构的解析是了解其性能的关键。陶瓷材料显微结构复杂多变，显微图片浩如烟海，对显微结构的分析散见于各类文献中，而专门研究陶瓷材料显微结构与性能的著作较少见，从事陶瓷材料科研和生产的科技人员及陶瓷专业的大学生、研究生和教师，亟切需要一本系统论述陶瓷材料显微结构与性能的工具书。基于此目的，本书作者总结多年从事陶瓷研究、生产的经验，参阅大量国内外文献，去粗取精，综合整理，撰写成《陶瓷材料显微结构与性能》一书。本书可作为由化学工业出版社出版的《先进陶瓷丛书》（尹衍升主编）的姊妹篇，从另外一个角度为人们提供了研究陶瓷材料结构与性能的有力工具。本书的特点在于引用400余幅内容丰富的显微结构图片，系统地分析了陶瓷材料显微结构特征，在理论和实践两方面论述了陶瓷材料显微结构与性能的关系，信息量大，涉及面广，将专业性较强的显微结构知识用浅显的形式表现出来，适合从事陶瓷材料学习、研究和生产的不同的读者群。

本书由山东交通学院张金升博士，文登市科技局张银燕硕士，山东轻工学院王美婷副教授、许凤秀副教授撰写。在撰写过程中得到了山东大学教授、中国海洋大学教授尹衍升先生的热情指导和帮助，谨向尹先生致以崇高的敬意！同时向山东交通学院的李浩教授，郝秀红、王彦敏、徐静、张林、徐坤忠、孙向武等老师的热情帮助，致以深深的谢意！书中引述了前人和同行的诸多研究成果，撰写过程中得到许多专家学者的坦诚指教，谨向给作者提供无私帮助的前辈和同行表示感谢！

本书的出版得到了山东交通学院科研基金的资助，谨在此表示衷心的谢意!

作者

2007年3月

目　录

绪论

第1章　陶瓷材料显微结构的基本理论

1.1　基本概念

1.1.1　陶瓷材料的显微结构和相组成

1.1.2　晶粒

1.1.3　晶粒的取向及织构

1.1.4　表面及界面的结构特征

1.1.5　晶界

1.1.6　气孔及裂隙

1.2　平衡和非平衡条件下组成物相与显微结构之间的关系

1.2.1　相平衡结晶过程与显微结构

1.2.2　同质多晶转变与显微结构

1.2.3　非平衡条件下的结晶过程与显微结构

1.2.4　玻璃晶化及不混溶过程与显微结构

1.2.5　烧结和固相反应与显微结构

1.2.6　添加剂和杂质的存在与显微结构

1.2.7　复合相结合过程与显微结构

1.3　显微结构特征的研究

1.3.1　晶体生长形态研究中若干问题的说明

1.3.2　显微结构特征研究的若干要点说明

1.3.3　非晶态材料的显微结构特征

1.4　晶体生长过程中涉及的重要参数和显微结构的关系

1.5　显微结构图像解析中若干问题的讨论

第2章　陶瓷材料的显微结构表征

2.1　陶瓷材料的显微结构特征与结构参数

2.1.1　陶瓷显微结构类型

2.1.2　陶瓷显微结构特征分析

2.1.3　体视学方法在陶瓷研究中的应用

2.2　颗粒和粉体表征

2.2.1　粉体表征

2.2.2　表征颗粒的目的和目标

2.2.3　颗粒尺寸分布

2.2.4　颗粒尺寸分布测量

2.2.5　在线颗粒测量

2.2.6　统计直径

2.2.7　粉末性能

2.3　坯体显微结构及其表征

2.3.1　坯体的结构

2.3.2　生坯的结构

2.3.3　表征方法

2.4　陶瓷烧结体的显微结构及其表征

2.4.1　表征技术

2.4.2　含缺陷陶瓷材料的显微结构

2.4.3　增韧陶瓷的显微结构

2.4.4　新型结构及制备方法

第3章　陶瓷材料显微结构分析

3.1　传统陶瓷的显微结构特征

3.1.1　瓷胎

3.1.2　釉层

3.1.3　骨质瓷

3.1.4　电瓷

3.2　结构陶瓷的显微结构特征

3.2.1　滑石瓷与镁橄榄石瓷

3.2.2　氧化铝瓷

3.2.3　氧化铍瓷

3.2.4　氧化锆瓷

3.2.5　氧化锡（SnO2）陶瓷

3.2.6　硅灰石（CS）瓷

3.2.7　金红石瓷的显微结构分析

3.3　非氧化物陶瓷的显微结构特征

3.3.1　氮化硅陶瓷与其它氮陶瓷

3.3.2　碳化物陶瓷

3.3.3　多相复合陶瓷

3.4　功能陶瓷的显微结构特征

3.4.1　概述

3.4.2　电容器瓷和电子陶瓷

3.4.3　磁性瓷

3.4.4　压电瓷

3.4.5　远红外辐射陶瓷

3.4.6　光学陶瓷

3.4.7　热敏电阻瓷

3.4.8　氧化锌变阻器瓷

3.4.9　湿敏瓷

3.4.10　生物功能瓷

3.4.11　薄膜功能瓷

3.5　氧化物超导体和快离子导体的显微结构特征

3.5.1　氧化物超导体

3.5.2　快离子导体

3.6　复合材料的显微结构

3.6.1　陶瓷基复合材料概况

3.6.2　复合材料中增强材料的显微结构

3.6.3　陶瓷基复合材料的显微结构

3.6.4　金属陶瓷的显微结构分析

3.7　非均质材料的显微结构及其性质

3.7.1　概述

3.7.2　非均质材料显微结构特征

3.7.3　非均质材料宏观性质的颗粒散射理论

3.8　分形学在无机非金属材料显微结构研究中的应用

3.8.1　概述

3.8.2　分形图形

3.8.3　分形维数

3.8.4　分数维的测量方法

3.8.5　分形生长的动力学模型

3.8.6　分数维的测量设备

3.8.7　分数维测量的实例

3.8.8　展望

第4章　先进陶瓷的性能特点

4.1　材料性质与使用性能

4.1.1　材料的物理和化学性质及其使用性能

4.1.2　材料性质数据库

4.2　陶瓷材料的性能特点

4.2.1　陶瓷材料的性能特点

4.2.2　先进陶瓷在性能上的特点

4.2.3　功能陶瓷的性能与特征

4.2.4　绝缘陶瓷的性能与特征

4.3　陶瓷的基本性能与显微结构特征的关系

4.3.1　可控气孔率

4.3.2　室温力学强度

4.3.3　断裂能

4.3.4　抗高温变形性

4.3.5　热震阻力

4.3.6　硬度及抗磨耗性

4.3.7　热导率

4.3.8　热膨胀

4.3.9　光学功能

4.3.10　特殊的电功能

4.3.11　磁学功能

4.3.12　抗腐蚀性

4.3.13　连接能力

4.3.14总结

第5章　结构陶瓷的性能

5.1　概述

5.1.1　力学性能

5.1.2　高温性能

5.1.3　耐磨性能

5.1.4　耐蚀性能

5.2　滑石瓷的性能和应用

5.3　氧化铝（Al2O3）陶瓷

5.3.1　Al2O3瓷的类型和性能

5.3.2　高铝瓷的组成和性能

5.3.3　氧化铝陶瓷的特性及应用

5.3.4　着色氧化铝瓷

5.4　其它高熔点氧化物陶瓷

5.4.1　氧化锆陶瓷的性质和应用

5.4.2　熔融石英（SiO2）陶瓷

5.4.3　透明氧化物陶瓷

5.4.4　氧化铍和氧化镁陶瓷

5.5　高温碳化物陶瓷

5.5.1　碳化硅陶瓷的性能和应用

5.5.2　碳化硼陶瓷

5.5.3　碳化钛陶瓷

5.6　氮化物耐热陶瓷

5.6.1　氮化硅陶瓷

5.6.2　六方氮化硼（HBN）陶瓷的性质和用途

5.6.3　立方氮化硼（CBN）和超硬工具材料

5.6.4　氮化铝（AlN）陶瓷

5.7　高热导率瓷

5.7.1　高热导率材料的结构特点

5.7.2　BeO瓷

5.7.3　BN瓷

5.7.4　AlN瓷

5.8　其它结构陶瓷

5.8.1　二硼化锆陶瓷

5.8.2　二硅化钼陶瓷

5.9　结构陶瓷的合理使用

5.9.1　陶瓷的脆性断裂和材料强度的韦伯（Weibull）分布

5.9.2　联合强度理论和脆性材料的优化使用

5.9.3　断裂韧性和陶瓷的韧化处理

第6章　功能陶瓷的性能

6.1　陶瓷材料的电性能

6.1.1　陶瓷材料的导电性及其机理

6.1.2　电导率

6.1.3　陶瓷材料的极化与介电常数

6.1.4　介电常数

6.1.5　陶瓷材料的介质损耗

6.1.6　绝缘强度

6.2　力学性质

6.2.1　弹性模量

6.2.2　机械强度

6.2.3　断裂韧性

6.3　热学性质

6.3.1　热容

6.3.2　热膨胀系数

6.3.3　热导率

6.3.4　抗热冲击性

6.4　光学性质

6.5　磁学性质

6.6　耦合性质

6.7　功能陶瓷的腐蚀与氧化

6.8　其它物理性质

参考文献