陶瓷材料的物质结构有那些？陶瓷材料的性能特点有哪些？简述常用的结构陶瓷的分类。
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
分类
普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。
特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。
编辑本段性能特点力学性能陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。
热性能陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。
电性能大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。
化学性能陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。
光学性能陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。
编辑本段常用特种陶瓷材料根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
1．结构陶瓷氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3，一般含量大于45%。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能。耐高温，一般可要1600℃长期使用，耐腐蚀，高强度，其强度为普通陶瓷的2~3倍，高者可达5~6倍。其缺点是脆性大，不能接受突然的环境温度变化。用途极为广泛，可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等，也可作刀具和模具。
氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4，这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，线膨胀系数在各种陶瓷中最小，使用温度高达1400℃，具有极好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐其它各种酸的腐蚀，并能耐碱、各种金属的腐蚀，并具有优良的电绝缘性和耐辐射性。可用作高温轴承、在腐蚀介质中使用的密封环、热电偶套管、也可用作金属切削刀具。
碳化硅陶瓷主要组成物是SiC，这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。
六方氮化硼陶瓷主要成分为BN，晶体结构为六方晶系，六方氮化硼的结构和性能与石墨相似，故有“白石墨”之称，硬度较低，可以进行切削加工具有自润滑性，可制成自润滑高温轴承、玻璃成形模具等。
2．工具陶瓷硬质合金主要成分为碳化物和粘结剂，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘结剂主要为钴（Co）。硬质合金与工具钢相比，硬度高（高达87~91HRA），热硬性好（1000℃左右耐磨性优良），用作刀具时，切削速度比高速钢提高4~7倍，寿命提高5~8倍，其缺点是硬度太高、性脆，很难被机械加工，因此常制成刀片并镶焊在刀杆上使用，硬质合金主要用于机械加工刀具；各种模具，包括拉伸模、拉拔模、冷镦模；矿山工具、地质和石油开采用各种钻头等。
金刚石天然金刚石（钻石）作为名贵的装饰品，而合成金刚石在工业上广泛应用，金刚石是自然界最硬的材料，还具备极高的弹性模量；金刚石的导热率是已知材料中最高的；金刚石的绝缘性能很好。金刚石可用作钻头、刀具、磨具、拉丝模、修整工具；金刚石工具进行超精密加工，可达到镜面光洁度。但金刚石刀具的热稳定性差，与铁族元素的亲和力大，故不能用于加工铁、镍基合金，而主要加工非铁金属和非金属，广泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、宝石、玛瑙等的加工。
立方氮化硼（CBN）具有立方晶体结构，其硬度高，仅次于金刚石，具热稳定性和化学稳定性比金刚石好，可用于淬火钢、耐磨铸铁、热喷涂材料和镍等难加工材料的切削加工。可制成刀具、磨具、拉丝模等
其它工具陶瓷尚有氧化铝、氧化锆、氮化硅等陶瓷，但从综合性能及工程应用均不及上述三种工具陶瓷。
3．功能陶瓷功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的领域比较多，常用功能陶瓷的特性及应用见表。
常用功能陶瓷的组成、特性及应用
种类 性能特征 主要组成 用途 介电陶瓷 绝缘性 Al2O3、Mg2SiO4 集成电路基板 热电性 PbTiO3、BaTiO3 热敏电阻 压电性 PbTiO3、LiNbO3 振荡器 强介电性 BaTiO3 电容器 光学陶瓷 荧光、发光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 红外透过性 CaAs、CdTe 红外线窗口 高透明度 SiO2 光导纤维 电发色效应 WO3 显示器 磁性陶瓷 软磁性 ZnFe2O、γ-Fe2O3 磁带、各种高频磁心 硬磁性 SrO．6 Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 半导体陶瓷 光电效应 CdS、Ca2Sx 太阳电池 阻抗温度变化效应 VO2、NiO 温度传感器 热电子放射效应 LaB6、BaO 热阴极
编辑本段应用(一)工程塑料的开发利用
目前，主要的工程塑料制品已有10多种，其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍。以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料，可以节省大量能源、人力和物力。
(二)合成橡胶的开发利用
由于生产合成橡胶的原料丰富，其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求，所以合成橡胶出现几十年来，品种已很丰富，一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类。通用合成橡胶性能与天然橡胶相似，用于制造一般的橡胶制品，如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点，多用于特殊环境和高科技领域，如航空、航天、军事等方面。
(三)合成纤维的开发利用
合成纤维的品种有几十种，但最常见的是六大种：聚酸胺纤维(商品名尼龙)、聚胺纤维(商品名涤纶)、聚乙烯纤维(商品名腈纶)、聚丙烯纤维(商品名丙纶)、聚乙烯酸纤维(商品名维纶)、聚氯乙烯纤维(商品名氨纶)。
高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但又都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。但是，随着高技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色。
四、陶瓷材料
陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类。
(一)结构陶瓷。
这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。
(二)电子陶瓷
指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。
(三)生物陶瓷
生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。
精细陶瓷是新型材料特别值中得注意的一种，它有广阔的发展前途。这种具有优良性能的精细陶瓷，有可能在很大的范围内代替钢铁以及其他金属而得到广泛应用，达到节约能源、提高效率、降低成本的目的；精细陶瓷和高分子合成材料相结合．可以使交通运输工具轻量化、小型化和高效化。
精陶材料将成为名副其实的耐高温的高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。精细陶瓷与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料。有些科学家预言．由于精细陶瓷的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代
编辑本段更多信息什么是陶瓷？什么是陶瓷材料
原来的陶瓷就是指陶器和瓷器的通称。也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体。传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐。刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高，纯度不大，颗粒的粒度也不均一，成型压强不高。这时得到陶瓷称为传统陶瓷。后来发展到纯度高，粒度小且均一，成型压强高，进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷。
接下来的阶段，人们研究构成陶瓷的陶瓷材料的基础，使陶瓷的概念发生了很大的变化。陶瓷内部的力学性能是与构成陶瓷的材料的化学键结构有关，在形成晶体时能够形成比较强的三维网状结构的化学物质都可以作为陶瓷的材料。这重要包括比较强的离子键的离子化合物，能够形成原子晶体的单质和化合物，以及形成金属晶体的物质。他们都可以作为陶瓷材料。其次人们借鉴三维成键的特点发展了纤维增强复合材料。更进一步拓宽了陶瓷材料的范围。因此陶瓷材料发展成了可以借助三维成键的材料的通称。
陶瓷的概念就发展成为可以借助三维成键的材料，通过成型和高温烧结所得到的烧结体。（这个概念把玻璃也纳入了陶瓷的范围）
研究陶瓷的结构和性能的理论也得到了展开：陶瓷材料，内部微结构（微晶晶面作用，多孔多相分布情况）对力学性能的影响得到了发展。材料（光，电，热，磁）性能和成形关系，以及粒度分布，胶着界面的关系也得到发展，陶瓷应当成为承载一定性能物质存在形态。这里应该和量子力学，纳米技术，表面化学等学科关联起来。陶瓷学科成为一个综合学科。
这种发展在一定程度上和高分子成型关联起来。它们应当相互影响。
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电子材料特种陶瓷金属材料复合材料粉末冶金材料纳米材料氧化物陶瓷电子材料 特种陶瓷 金属材料 复合材料 粉末冶金材料 纳米材料 氧化物陶瓷
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陶瓷材料分为普通材料和特种材料。根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。常用功能陶瓷有介电陶瓷、光学陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷。此外其他的品种还有精细陶瓷、结构陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷。
尽管先进陶瓷有许多种，甚至难以统计，但材料学家还是按其功能和用途，大致将它们分成三类。
第一类叫电子陶瓷。电子陶瓷是指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。电子陶瓷主要包括电介质陶瓷、电光陶瓷、半导体陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷等。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。
第二类先进陶瓷是结构陶瓷，它是用于作结构零件的。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等，都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也使用不了多久就会损坏，这时，先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。因为它天生硬质，就是不怕磨。另外还有在高温下工作的结构零件，用一般金属和合金甚至耐热合金也“忍受”不了。如洲际导弹的端头，回收人造地球卫星的前缘，火箭尾喷管的内衬和航天飞机的外蒙皮等，在和空气摩擦时能产生几千度的高温，在这些地方，先进的结构陶瓷具有“非它莫属”的地位。
先进高温结构陶瓷按化学成分可分为：碳化硅陶瓷、碳陶瓷；氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化铝陶瓷；氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷及增韧氧化物陶瓷。
第三类先进陶瓷是生物陶瓷，它是用于制造人体骨骼-肌肉系统、用于修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。因为它关系到人的健康和生命，属于“人命关天”的材料，所以性能特别，首先是它必须和人体组织有相容性，即用生物陶瓷制成的人体代用“零件”，在植入体内后，绝不能引起人体组织的发炎和不适应。
生物陶瓷是使人延年益寿的材料，人体到了一定年龄，各种“零件”会老化甚至坏死。这时，只要把有病变的器官或组织去掉，用生物陶瓷器件取代，人又能恢复健康。例如人的牙齿和骨骼是经常受损的“零部件”。这时要恢复牙齿和骨骼的功能，往往要借助生物陶瓷的功能。据美国统计，有两千万人无牙或缺齿，其中至少有20％是满口假牙，这些假牙就是生物陶瓷制造的。
在原料、工艺方面有别于传统陶瓷，通常采用高纯、超细原料，通过组成和结构设计并采用精确的化学计量和新型制备技术制成性能优异的陶瓷材料。
陶瓷分为四种类别：材料科学技术（一级学科），无机非金属材料（二级学科），陶瓷（三级学科），先进陶瓷（四级学科）。
新兴行业的发展对材料提出了更高的要求，先进陶瓷作为新材料的一个重要组成部分，其在国民经济中发挥着越来越重要的作用。
一、先进陶瓷简介
陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代“三大固体材料”。按原料将陶瓷分为传统陶瓷和先进陶瓷。
1、传统陶瓷以天然矿物为原料，主要是天然硅酸盐矿物。
2、先进陶瓷是采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料，具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计，并具有优异特性的陶瓷。
先进陶瓷的生产主要分为：粉体制备、坯体成型、坯体烧结、精加工。
陶瓷粉体的制备技术：固相反应法、液相反应法、气相反应法。
先进陶瓷的成型技术：干法压制成型、塑性成型、浆料成型、固体无模成型。
先进陶瓷的烧结技术：常压烧结、无压烧结、热等静压烧结、气氛烧结、真空烧结以及热压烧结。
二、先进陶瓷分类
1、 按化学成分分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷。
2、 按性能和用途分为：功结构陶瓷和功能陶瓷。
A 结构陶瓷
结构陶瓷的定义：以强度、刚性、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能为特征的材料。
结构陶瓷的种类：高温高强陶瓷、模具陶瓷、耐磨陶瓷、特种耐火陶瓷等。
结构陶瓷的用途：发动机、热交换器、密封件、切削刀具、防弹装甲等。
结构陶瓷的特性：优良的力学性能，热学性能、化学能。
B 功能陶瓷
功能陶瓷的定义：以声、光、电、磁、热等物理性能为特征。
功能陶瓷的种类：电子陶瓷、敏感陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷等。
功能陶瓷的用途：微电子、信息、自动控制和智能机械、生物功能。
功能陶瓷的特性：具备特殊性能并行使特殊功能。
三、国外先进陶瓷发展
鉴于先进陶瓷在工业发展中的特殊地位，欧美日等发达国家均投入巨资制订研究计划来促进其发展。目前世界先进陶瓷发展处于领先地位的有美国、日本、欧盟、俄罗斯等。
美国
发展重点：高温结构陶瓷
（1）资助纳米陶瓷涂层、生物医学陶瓷和光电陶瓷的研究、产业化。
（2）在航空航天、核能等领域的应用处于领先地位。
（3）2000年，实施为期20年的美国先进陶瓷发展计划，到2020年，先进陶瓷成为一种经济适用的首选材料，应用于节能环保、新一代信息技术、生物医药、高端装备制造、新能源和新能源汽车等战略性新兴产业中。
日本
发展重点：功能陶瓷
（1）在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、陶瓷部件、高性能陶瓷电池、陶瓷发动机等研发上处于领先地位。
（2）占世界先进陶瓷约一半的市场份额。
（3）在先进陶瓷材料的制备、产业化、民用领域方面占据领先地位。
（4）近年来，日本将先进陶瓷作为战略性产业，将先进陶瓷看作是决定未来国际竟争力的高科技产业，不断加大投资力度。
欧盟
发展重点：功能陶瓷、高温结构陶瓷
（1）在部分细分应用领域和机械装备领域处于领先地位。
（2）目前研究的重点为发电设备中应用的新型材料技术，如陶瓷活塞盖、排气管里衬、涡轮增压转子及燃气轮转子等。
俄罗斯、乌克兰
（1）俄罗斯、乌克兰在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面实力雄厚。
（2）在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面，不但在实验室研制成功，而且已开发成有明确应用目的的制品，相当一 部分已投入商业生产。
四、国内先进陶瓷发展
20世纪50年代开始先进陶瓷的研究。
70年代后重视先进陶瓷材料研究，取得一系列创意性成果：研制出纤维补强复相陶瓷。
在纳米陶瓷粉体的制备与团聚方面的研究，以及纳米陶瓷固相烧结理论等方面均有国际一流的创新成果。
1995年后进入高速发展时期，2015年总产值超450亿元，其中70%来自功能陶瓷。
如丁鼎陶瓷等等企业在先进陶瓷行业中占据主流地位，其业务涵盖陶瓷劈刀、5G介质滤波器、陶瓷喷嘴、氧化锆、氧化铝、钨合金等材料系统，适用于5G基站、工业零配件、核心配件、精密结构件、手表表环、饰品、雾化芯、转轴、陶瓷散件、套管、针规、纺织工业结构件等诸多领域。大型企业如微软、华为、苹果、中国移动等都成为了丁鼎陶瓷的合作伙伴，可谓用途广泛。陶瓷因其质地温润圆滑、硬度大、可塑性强、绝缘、可配磁性等等特质，成为工业精密结构件的重要选择。
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近几年，我国对于先进陶瓷的研究也是不断地注入财力和物力，但是其总体水平和发达国家，尤其是美日欧等还存在着一定的差距。主要表现在：技术及新产品工程转化极度匮乏；高端粉体制备及分散技术远远落后；制造装备加工技术落后。
根据世界先进陶瓷发展趋势和应用领域的发展情况，预计未来几年高端陶瓷粉体、电子陶瓷、生物陶瓷、节能环保、新能源领域用陶瓷和航空航天用陶瓷等几个方向发展增速较快。
国内在研发与产能和良品率均达到一定级别的企业可谓凤毛麟角，极高的行业门槛和工艺追求，确保了该行业精英企业的绝对优势，在工艺与技术越来越精良的情况下，随着技术的不断堆磊，国内多数大型企业采购订单如今倾向于国内化，这也是进一步刺激国内市场经济，助推国内陶瓷产业企业追求甚至超越国外陶瓷先进企业的水平，为国家振兴与经济发展提供了巨大的推力，是我国大型企业应有的价值典范标杆。
以丁鼎陶瓷打头的国内先进陶瓷制造者们，作为此次5G基站兴建行业滤波器的制造商，以及行业先进陶瓷的生产研发机构，既是社会的生产建设者，也是振兴中华的首批重要工业担当。
①按用途来分，可分为日用陶瓷，艺术(陈列)陶瓷，卫生陶瓷，建筑陶瓷，电器陶瓷，电子陶瓷，化工陶瓷，纺织陶瓷，透千(燃气输机)陶瓷等等。
②按是否施釉来分，可分为有釉陶瓷和无釉陶瓷两类。
⑧人们为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，铁电陶瓷、耐酸陶瓷，高温陶瓷、压电陶瓷，高韧性陶瓷，电解质陶瓷、光学陶瓷(即透明陶瓷)，磁性陶瓷，电介质陶瓷，磁性陶瓷和生物陶瓷等等。
④可简单分为硬质瓷，软质瓷、特种瓷三大类。
我国所产的瓷器以硬质瓷为主。硬质瓷器，坯体组成熔剂量少，烧成温度高，在1360℃以上色白质坚，呈半透明状，有好的强度，高的化学稳定性和热稳定性，又是电气的不良传导体，如电瓷、高级餐具瓷，化学用瓷，普通日用瓷等均属此类，也可叫长石釉瓷。
软质瓷器与硬质瓷不同点是坯体内含的熔剂较多，烧成温度稍低，在1300℃以下，因此它的化学稳定性，机械强度，介电强度均低，一般工业瓷中不用软质瓷，其特点是半透明度高，多制美术瓷，卫生用瓷，瓷砖及各种装饰瓷等，通常如骨灰瓷、熔块瓷属于此类。
特种瓷种类很多，多以各种氧化物为主体，如高铝质瓷，它是以氧化铝为主，镁质瓷，以氧化镁为主；滑石质瓷，以滑石为主；铍质瓷，以氧化铍或绿柱石为主；锆质瓷，以氧化锆为主；钛质瓷，以氧化钛为主。
上述特种瓷的特点多是，由不含粘土或含极少量的粘土的制品，成型多用干压、高压方法，在国防工业，重工业中多用此类瓷，如火箭，导弹上的挡板，飞机、汽车上用的火花塞，收音机，内用的半导体，快速切削用的瓷刀等等
