无机材料工艺学陶瓷显微结构与性能研究特选.ppt

第五章第五章 陶瓷的显微结构与性质陶瓷的显微结构与性质绪绪 言言（一）（一） 材料性能、化学组成、工艺材料性能、化学组成、工艺 过程、显微结构之间的关系过程、显微结构之间的关系显微结构的研究尺度范围介于数纳米至显微结构的研究尺度范围介于数纳米至 0.1mm之间它的形成主要之间它的形成主要取决于材料的化学组成及加工工艺过程（工艺条件）取决于材料的化学组成及加工工艺过程（工艺条件）组织结构组织结构Structure化学组成化学组成/加工工艺加工工艺Composition/Processing物化性能物化性能Property使用性能使用性能Performance1行业实操第五章第五章 陶瓷的显微结构与性质陶瓷的显微结构与性质绪绪 言言◆◆ 化学组成不同的材料，即使工艺过程相同，其显微结构会不同化学组成不同的材料，即使工艺过程相同，其显微结构会不同同样，即使材料的化学组成相同，如果其加工工艺条件不同，也会形同样，即使材料的化学组成相同，如果其加工工艺条件不同，也会形成不同的显微结构成不同的显微结构组织结构组织结构Structure化学组成化学组成/加工工艺加工工艺Composition/Processing物化性能物化性能Property使用性能使用性能Performance2行业实操显显微微结结构分析构分析晶相情况晶相情况玻璃相情况玻璃相情况气孔情况气孔情况其它其它晶相的种晶相的种类类、相、相对对数量数量 (百分含量百分含量)；晶粒的几；晶粒的几何形何形态态、大小、分布及、大小、分布及取向；取向；结结晶特性；晶界晶特性；晶界结结构；晶体缺陷情况；构；晶体缺陷情况；表面表面结结构特征及缺陷情构特征及缺陷情况等。

况等玻璃相的含玻璃相的含量、分布等量、分布等气孔相的数量、气孔相的数量、形形态态、大小、、大小、分布及位置；分布及位置；微裂微裂纹纹的大小、的大小、数量、走向及数量、走向及分布情况等分布情况等材料中的晶材料中的晶体、玻璃相体、玻璃相及气孔在空及气孔在空间间的相互分的相互分布关系 （二）显微结构分析的内容（二）显微结构分析的内容第五章第五章 陶瓷的显微结构与性质陶瓷的显微结构与性质显微结构是指在各种显微镜下观察到的材料组织结构就显微结构是指在各种显微镜下观察到的材料组织结构就陶瓷、耐火材料而言，它所包含的内容主要如下：陶瓷、耐火材料而言，它所包含的内容主要如下： 3行业实操绪绪 言言（三）显微结构分析的作用（三）显微结构分析的作用第五章第五章 陶瓷的显微结构与性质陶瓷的显微结构与性质1. 通过研究材料的显微结构，以及生产加工所用原料甚至半成品通过研究材料的显微结构，以及生产加工所用原料甚至半成品的显微结构研究，对材料的性能进行评价的显微结构研究，对材料的性能进行评价2. 通过材料或制品中结构缺陷的检测分析，从显微结构上找出缺通过材料或制品中结构缺陷的检测分析，从显微结构上找出缺陷产生的原因，提出改善或防止结构缺陷的措施。

陷产生的原因，提出改善或防止结构缺陷的措施3. 通过材料的显微结构研究，从材料物理化学的基本原理出发，通过材料的显微结构研究，从材料物理化学的基本原理出发，为新材料的设计或材料改性提供依据或参考为新材料的设计或材料改性提供依据或参考4. 研究工艺条件对显微结构的影响规律及机理，以求优化生产工研究工艺条件对显微结构的影响规律及机理，以求优化生产工艺条件，改进材料的效能艺条件，改进材料的效能4行业实操5.1 陶瓷坯体的显微结构和相组成陶瓷坯体的显微结构和相组成一、显微结构的形成一、显微结构的形成陶瓷坯体显微结构的形成是构成坯体的各种原料在高温下相互陶瓷坯体显微结构的形成是构成坯体的各种原料在高温下相互反应、作用和影响的结果如前所述，粘土反应、作用和影响的结果如前所述，粘土-长石长石-石英三组分石英三组分配料的普通陶瓷显微结构的形成情况配料的普通陶瓷显微结构的形成情况5行业实操石英石英长石长石粘土粘土残余石英颗粒周残余石英颗粒周围的富硅玻璃相围的富硅玻璃相长石、石英长石、石英共熔的玻璃相共熔的玻璃相长石玻璃长石玻璃含微小莫来石的长含微小莫来石的长石相与高岭石中活石相与高岭石中活性性SiO2生成的玻生成的玻璃璃长石、石英、高岭长石、石英、高岭土共熔生成的玻璃土共熔生成的玻璃富硅玻璃相中析出的二次方石英富硅玻璃相中析出的二次方石英未熔解的残余石英未熔解的残余石英残余石英边缘转化的方石英残余石英边缘转化的方石英长石熔体中析出的粒状或针状莫来石长石熔体中析出的粒状或针状莫来石长石残骸形成的二次莫来石鸟巢长石残骸形成的二次莫来石鸟巢大气孔附近玻璃基质中析出的二次莫来石大针晶大气孔附近玻璃基质中析出的二次莫来石大针晶高岭石分解生成的鳞片状一次莫来石高岭石分解生成的鳞片状一次莫来石原料原料玻璃相玻璃相结晶相结晶相粘土质瓷坯的物相组成变化粘土质瓷坯的物相组成变化5.1 陶瓷坯体的显微结构和相组成陶瓷坯体的显微结构和相组成6行业实操5.1 陶瓷坯体的显微结构和相组成陶瓷坯体的显微结构和相组成三成分瓷坯烧成时的矿物组成变化示意图三成分瓷坯烧成时的矿物组成变化示意图7行业实操第五章第五章 陶瓷的显微结构与性质陶瓷的显微结构与性质5.1 陶瓷坯体的显微结构和相组成陶瓷坯体的显微结构和相组成二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用陶瓷坯体的显微结构主要由三相组成：晶相、玻璃相、气孔。

如一陶瓷坯体的显微结构主要由三相组成：晶相、玻璃相、气孔如一般情况下，普通陶瓷制品含莫来石晶体般情况下，普通陶瓷制品含莫来石晶体10~30 Vol.%, 残留石英残留石英及方石英晶体及方石英晶体10~25 %；玻璃相；玻璃相 40~65 %; 以及少量气孔以及少量气孔（（5~10 %）1：残留石英：残留石英3：石英溶：石英溶蚀边4：三元低熔物：三元低熔物5：气孔：气孔6：：长石石-高岭石玻璃高岭石玻璃2：：长石玻璃石玻璃35146一次莫来石一次莫来石二次莫来石二次莫来石123431：残留石英：残留石英2：石英溶蚀边：石英溶蚀边3：针状莫来石：针状莫来石4：一次莫来石：一次莫来石8行业实操第五章第五章 陶瓷的显微结构与性质陶瓷的显微结构与性质5.1 陶瓷坯体的显微结构和相组成陶瓷坯体的显微结构和相组成二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用1. 晶相晶相晶相是决定陶瓷材料或制品性能的主导物相另外，陶瓷材料有晶相是决定陶瓷材料或制品性能的主导物相另外，陶瓷材料有时又是由多种晶相所构成这时，其中的主晶相就成了决定该陶时又是由多种晶相所构成这时，其中的主晶相就成了决定该陶瓷材料性能的主导物相。

瓷材料性能的主导物相例如，刚玉瓷具有强度高、耐高温、电性能和耐化学侵蚀性优良例如，刚玉瓷具有强度高、耐高温、电性能和耐化学侵蚀性优良的性能，是因为其中的主晶相的性能，是因为其中的主晶相——刚玉（刚玉（α-Al2O3）是一种结构紧）是一种结构紧密、离子键强度很大的晶体密、离子键强度很大的晶体PZT压电陶瓷则以锆钛酸铅为主晶压电陶瓷则以锆钛酸铅为主晶相，这种晶体具有钙钛矿型结构，具有自发极化之特点，所以相，这种晶体具有钙钛矿型结构，具有自发极化之特点，所以PZT陶瓷具有优良的压电性能陶瓷具有优良的压电性能9行业实操二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用1. 晶相晶相瓷坯中的针状莫来石呈网状分布瓷坯中的针状莫来石呈网状分布当然，次晶相对陶瓷材料或制品也有不可忽视的影响，当其含量当然，次晶相对陶瓷材料或制品也有不可忽视的影响，当其含量达到某个临界值后，将可导致某些特定性能的变化例如，在高达到某个临界值后，将可导致某些特定性能的变化例如，在高压电瓷的玻璃相中，由于有大量的二次莫来石针状晶体的析出，压电瓷的玻璃相中，由于有大量的二次莫来石针状晶体的析出，形成网状交错分布，起着了一个骨架式的增强作用，从而大大提形成网状交错分布，起着了一个骨架式的增强作用，从而大大提高了电瓷的机械强度。

高了电瓷的机械强度10行业实操二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用粗大针状莫来石晶体的网状分布对提高粗大针状莫来石晶体的网状分布对提高制品强度极为有利制品强度极为有利1. 1. 晶相晶相11行业实操二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用2. 玻璃相玻璃相瓷坯中的玻璃相，是坯体烧成时高温液相在某种冷却条件下过冷瓷坯中的玻璃相，是坯体烧成时高温液相在某种冷却条件下过冷形成的，它是一种低熔点的非晶态固体，对陶瓷材料的性能有着形成的，它是一种低熔点的非晶态固体，对陶瓷材料的性能有着重要影响重要影响玻璃相在陶瓷显微结构的形成过程中，起着重要作用这些作用玻璃相在陶瓷显微结构的形成过程中，起着重要作用这些作用包括：包括：（（5）有利于杂质、添加物、气孔等的重新分布有利于杂质、添加物、气孔等的重新分布4）在适当条件下抑制晶体长大并防止晶型转变在适当条件下抑制晶体长大并防止晶型转变3）在瓷坯中起粘结作用，将分散的晶粒胶结在一起，本身成）在瓷坯中起粘结作用，将分散的晶粒胶结在一起，本身成为连续相为连续相2）起填充气孔的作用，促使瓷坯致密化起填充气孔的作用，促使瓷坯致密化1）促进高温下的物相反应过程。

促进高温下的物相反应过程12行业实操二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用玻璃相的特点：玻璃相的特点：通常情况下，与晶相比较而言，玻璃相（通常情况下，与晶相比较而言，玻璃相（1）机械强度较低；）机械强度较低；（（2）热稳定性较差；（）热稳定性较差；（3）熔融温度较低另外，（）熔融温度较低另外，（4）由于玻）由于玻璃相结构较疏松，因而常在结构空隙中充填了一些金属离子，这璃相结构较疏松，因而常在结构空隙中充填了一些金属离子，这样在外电场的作用下很容易产生松弛极化，使陶瓷材料的绝缘性样在外电场的作用下很容易产生松弛极化，使陶瓷材料的绝缘性降低、介电损耗增大降低、介电损耗增大● 不同的陶瓷制品，由于质量性能的要求不同，因此对玻璃相含量不同的陶瓷制品，由于质量性能的要求不同，因此对玻璃相含量的要求也不同在特种陶瓷材料中，玻璃相的含量一般都很低，的要求也不同在特种陶瓷材料中，玻璃相的含量一般都很低，有的甚至几乎全由晶相构成有的甚至几乎全由晶相构成 (纯固相烧结纯固相烧结)而在普通陶瓷制品中，而在普通陶瓷制品中，玻璃相的含量较高，可在玻璃相的含量较高，可在20%~60%之间变化如一些日用陶之间变化。

如一些日用陶瓷，玻璃相含量甚至可达到瓷，玻璃相含量甚至可达到 60%以上13行业实操二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用3. 气孔气孔气孔也是陶瓷制品显微结构中的一个重要组成部分，对制品的气孔也是陶瓷制品显微结构中的一个重要组成部分，对制品的性质有着重要影响它们可能存在于玻璃相中，也可能存在于性质有着重要影响它们可能存在于玻璃相中，也可能存在于晶界处，或者被包裹于晶粒内部晶界处，或者被包裹于晶粒内部晶粒内的气孔晶粒内的气孔晶界交界处的气孔晶界交界处的气孔晶粒内的杂质晶粒内的杂质晶界晶界晶界上的气孔晶界上的气孔晶粒晶粒14行业实操5.1 陶瓷坯体的显微结构和相组成陶瓷坯体的显微结构和相组成3. 气孔气孔釉玻璃体中的气泡釉玻璃体中的气泡被包裹在晶粒中的气孔被包裹在晶粒中的气孔15行业实操二、显微结构中各物相的作用二、显微结构中各物相的作用3. 气气 孔孔● 但对于绝热或隔热材料而言，则希望材料中存在较大体积分数、但对于绝热或隔热材料而言，则希望材料中存在较大体积分数、且孔径及分布均匀的气孔对于过滤用的陶瓷制品，以及湿敏、且孔径及分布均匀的气孔对于过滤用的陶瓷制品，以及湿敏、气敏陶瓷材料，也希望有一定的体积分数的贯通性气孔存在。

气敏陶瓷材料，也希望有一定的体积分数的贯通性气孔存在气孔存在的利弊因制品的质量性能要求不同而异：气孔存在的利弊因制品的质量性能要求不同而异：● 对于电介质陶瓷（如陶瓷电容器）来说，气孔的存在会增大对于电介质陶瓷（如陶瓷电容器）来说，气孔的存在会增大陶瓷的介电损耗并降低其击穿强度对于透明陶瓷而言，一定陶瓷的介电损耗并降低其击穿强度对于透明陶瓷而言，一定大小的气孔又是入射光的散射中心，气孔的存在会降低制品的大小的气孔又是入射光的散射中心，气孔的存在会降低制品的透光率● 但是，无论何种制品，大量气孔的存在都会对制品的强度产生不但是，无论何种制品，大量气孔的存在都会对制品的强度产生不利影响16行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（一）原料种类及其配比（一）原料种类及其配比原料种类原料种类的不同，会影响制品中矿物新相的形成反应、显微结构的不同，会影响制品中矿物新相的形成反应、显微结构的形成过程，从而导致显微结构方面的差异的形成过程，从而导致显微结构方面的差异例如，坯体中例如，坯体中CaO的引入可以选择石灰石（或方解石）、硅灰石等原料，的引入可以选择石灰石（或方解石）、硅灰石等原料，但是，当但是，当 CaO的配比量较大时，最好采用硅灰石引入，以避免大量的配比量较大时，最好采用硅灰石引入，以避免大量CO2的逸出造成太大的烧成收缩，或者造成气孔率的偏高。

的逸出造成太大的烧成收缩，或者造成气孔率的偏高又例如，在一些耐酸化工陶瓷的生产中，其中又例如，在一些耐酸化工陶瓷的生产中，其中SiO2的配比量相当高如果的配比量相当高如果采用晶体石英原料来引入全部的采用晶体石英原料来引入全部的SiO2，得到的物相组成中将有相当多的残，得到的物相组成中将有相当多的残余石英，这会严重影响制品的抗热震稳定性如果采用一部分熔融石英玻余石英，这会严重影响制品的抗热震稳定性如果采用一部分熔融石英玻璃来配料，就可大大减少稍后制品中的残余石英含量，避免上述问题璃来配料，就可大大减少稍后制品中的残余石英含量，避免上述问题配比的影响：配比的影响：如长石配比的多寡会直接影响烧后制品中的玻璃相含如长石配比的多寡会直接影响烧后制品中的玻璃相含量、莫来石晶体的形态等；量、莫来石晶体的形态等；粘土配比的大小会影响莫来石的含量等粘土配比的大小会影响莫来石的含量等17行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（一）原料种类及其配比（一）原料种类及其配比普通长石质陶瓷的显微结构普通长石质陶瓷的显微结构（玻璃相含量高）（玻璃相含量高）18行业实操95氧化铝瓷氧化铝瓷（主晶相刚玉多呈短柱状；（主晶相刚玉多呈短柱状；液相较多）液相较多）ab99氧化铝瓷氧化铝瓷（主晶相刚玉多呈粒状；（主晶相刚玉多呈粒状；液相少）液相少）三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（一）原料种类及其配比（一）原料种类及其配比19行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（二）原料粉体的特征（二）原料粉体的特征对显微结构影响较大的原料粉体特征主要是颗粒大小、粒度分布。

对显微结构影响较大的原料粉体特征主要是颗粒大小、粒度分布一般来说，若原料粉体的粒度较粗，则烧后瓷坯中的晶粒平均尺一般来说，若原料粉体的粒度较粗，则烧后瓷坯中的晶粒平均尺寸增大幅度较小；反之，则增长幅度较大另外，试验证明：如寸增大幅度较小；反之，则增长幅度较大另外，试验证明：如果原料粉体颗粒较细，烧成之后获得的晶相粒径会比较小，而且果原料粉体颗粒较细，烧成之后获得的晶相粒径会比较小，而且粒径范围较窄，即晶粒比较均匀而由粗颗粒粉料制成的陶瓷制粒径范围较窄，即晶粒比较均匀而由粗颗粒粉料制成的陶瓷制品容易出现大量粗晶，粒径分布较宽品容易出现大量粗晶，粒径分布较宽原料颗粒大小对瓷坯中玻璃相含量的影响也是显然的即：粉料原料颗粒大小对瓷坯中玻璃相含量的影响也是显然的即：粉料颗粒越细，则瓷坯中的玻璃相量会越多颗粒越细，则瓷坯中的玻璃相量会越多1. 颗粒大小颗粒大小——主要会对坯体烧后的晶相尺寸及玻璃相数量主要会对坯体烧后的晶相尺寸及玻璃相数量产生重要影响产生重要影响20行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（三）添加剂（三）添加剂掺杂剂对材料显微结构的影响表现在以下几方面：掺杂剂对材料显微结构的影响表现在以下几方面：1. 掺杂物进入主晶相固溶体中，增加晶格缺陷，促进质点扩散，掺杂物进入主晶相固溶体中，增加晶格缺陷，促进质点扩散，促进晶粒生长，促进烧结，使坯体致密。

或者在晶界周围形成促进晶粒生长，促进烧结，使坯体致密或者在晶界周围形成连续的第二相（低共熔物），溶解晶粒，连续的第二相（低共熔物），溶解晶粒，促进烧结促进烧结——降低降低气孔率气孔率2. 掺杂物与主晶相在晶界上反应，形成化合物或固溶体，阻碍掺杂物与主晶相在晶界上反应，形成化合物或固溶体，阻碍晶界移动，晶界移动，抑制晶粒长大抑制晶粒长大——有利于细晶结构的形成有利于细晶结构的形成例如，在例如，在Al2O3陶瓷制备中，为了防止二次重结晶，加入少量陶瓷制备中，为了防止二次重结晶，加入少量MgO，形，形成的成的MgAl2O4包裹在包裹在Al2O3晶粒表面阻止其异常长大晶粒表面阻止其异常长大2. 粒度分布范围粒度分布范围——对烧后坯体的致密度影响显著一般地，对烧后坯体的致密度影响显著一般地，采用粒度分布范围窄的粉料成型，在相同的烧结条件下，可望采用粒度分布范围窄的粉料成型，在相同的烧结条件下，可望获得比较高的瓷坯密度获得比较高的瓷坯密度21行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（三）添加剂的影响（三）添加剂的影响未掺杂和掺杂的热敏电阻陶瓷材料的显微结构未掺杂和掺杂的热敏电阻陶瓷材料的显微结构——添加剂有利于晶粒的生长发育添加剂有利于晶粒的生长发育（（a）未掺杂）未掺杂（（b）掺杂过量）掺杂过量TiO222行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（四）烧成制度（四）烧成制度1. 烧成温度。

烧成温度烧成温度的高低直接影响着制品的矿物组成、晶烧成温度的高低直接影响着制品的矿物组成、晶粒的尺寸及数量、玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等粒的尺寸及数量、玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等 例如，对于传统配方的陶瓷制品，如烧成温度低（生烧）例如，对于传统配方的陶瓷制品，如烧成温度低（生烧）——气气孔率高、密度低、莫来石量少、玻璃相量少、残余石英多孔率高、密度低、莫来石量少、玻璃相量少、残余石英多 如烧成温度过高（过烧）烧成温度过高（过烧）—— 玻璃相含量高、晶相减少、玻璃相含量高、晶相减少、A3S2重重结晶、晶粒尺寸分布范围宽结晶、晶粒尺寸分布范围宽 烧烧成温度成温度（（℃））物物 相相 组组 成（成（%））玻璃相玻璃相莫来石莫来石（方）石英（方）石英气孔气孔（（Vol.%））121056932312705813282131061152311350621010123行业实操2. 保温时间保温时间烧成温度下，适当保温有利于均匀的内部结构形烧成温度下，适当保温有利于均匀的内部结构形成但若保温时间过长，也会导致大量小晶粒溶解、晶粒平均成但若保温时间过长，也会导致大量小晶粒溶解、晶粒平均尺寸增大、晶相总量减少。

尺寸增大、晶相总量减少保温时间保温时间抗抗张张强强度度介介电电强强度度121：抗张强度：抗张强度2：介电强度：介电强度电瓷的机电强度随保温时间的变化电瓷的机电强度随保温时间的变化三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（四）烧成制度（四）烧成制度24行业实操3. 烧成气氛烧成气氛烧成气氛对坯体中有关组分在高温下的反应温度及烧成气氛对坯体中有关组分在高温下的反应温度及反应速度、体积效应均有影响，从而将直接影响着制品的矿物组反应速度、体积效应均有影响，从而将直接影响着制品的矿物组成、晶粒的尺寸及数量、玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形成、晶粒的尺寸及数量、玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等 三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（四）烧成制度（四）烧成制度不同组成的日用瓷在不同烧成气氛下的烧结温度之比较不同组成的日用瓷在不同烧成气氛下的烧结温度之比较日用瓷在不同烧成气氛下烧成时的最大烧成线收缩之比较日用瓷在不同烧成气氛下烧成时的最大烧成线收缩之比较25行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（四）烧成制度（四）烧成制度4. 冷却速度。

冷却速度冷却速度的快慢对材料结构中的晶粒大小有明显冷却速度的快慢对材料结构中的晶粒大小有明显影响，从而影响制品的性能影响，从而影响制品的性能坯体坯体名称名称抗折抗折强强度（度（MPa））急冷（急冷（400℃/min℃/min））急冷（急冷（15℃/min℃/min））75氧化氧化铝铝瓷瓷357~408204~285滑石滑石质质瓷瓷184~224143~163金金红红石瓷石瓷285~327122~143钛钛酸酸钙钙瓷瓷153~255133~184几种瓷坯的冷却速度与其抗折强度的关系几种瓷坯的冷却速度与其抗折强度的关系坯体坯体名称名称抗折抗折强强度（度（MPa））急冷（急冷（400℃/min℃/min））急冷（急冷（15℃/min℃/min））75氧化氧化铝铝瓷瓷357~408204~285滑石滑石质质瓷瓷184~224143~163金金红红石瓷石瓷285~327122~143钛钛酸酸钙钙瓷瓷153~255133~184几种瓷坯的冷却速度与其抗折强度的关系几种瓷坯的冷却速度与其抗折强度的关系26行业实操5. 外加压力外加压力制品在烧成过程中是否同时被施加压力，以及所制品在烧成过程中是否同时被施加压力，以及所施加的压力大小，会对制品的晶粒大小、均匀程度、致密度等产施加的压力大小，会对制品的晶粒大小、均匀程度、致密度等产生明显影响。

生明显影响1: 液压机压杆液压机压杆2：石墨压杆：石墨压杆3：模具：模具4：发热体：发热体5：试样：试样6：炉体隔热材料：炉体隔热材料7：炉体外壳：炉体外壳8：观察孔：观察孔（四）烧成制度（四）烧成制度27行业实操三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（四）烧成制度（四）烧成制度添加添加Al2O3的的热压烧结热压烧结SiC的材料的材料28行业实操由由HIP工艺制备的工艺制备的Al2O3材料断口形貌材料断口形貌由常压烧结工艺制备的由常压烧结工艺制备的Al2O3材料断口形貌材料断口形貌三、工艺因素对显微结构的影响三、工艺因素对显微结构的影响（四）烧成制度（四）烧成制度29行业实操本章作业（一）：本章作业（一）：1. 说明材料显微结构分析的内容及作用说明材料显微结构分析的内容及作用2. 陶瓷材料显微结构主要有哪些部分组成？说明普通长石陶瓷材料显微结构主要有哪些部分组成？说明普通长石质瓷坯体的物相组成质瓷坯体的物相组成3. 玻璃相与气孔对陶瓷制品的性能各有哪些影响？玻璃相与气孔对陶瓷制品的性能各有哪些影响？4. 阐述烧成制度诸因素（烧成温度、保温时间、冷却速度、阐述烧成制度诸因素（烧成温度、保温时间、冷却速度、烧成气氛）对陶瓷制品性能的影响。

烧成气氛）对陶瓷制品性能的影响30行业实操5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制一、机械强度一、机械强度（一）（一） 陶瓷材料的强度特征陶瓷材料的强度特征 1. 陶瓷材料是脆性材料，在室温下受外力作用时几乎不表现出陶瓷材料是脆性材料，在室温下受外力作用时几乎不表现出塑性变形，只是呈现一种脆性断裂塑性变形，只是呈现一种脆性断裂 ● 陶瓷材料只有一个断裂强度陶瓷材料只有一个断裂强度σf，而金属材料可以拥有一个屈服强度，而金属材料可以拥有一个屈服强度σy 和和一个极限强度一个极限强度σbεσ12σyσs1: 陶瓷；陶瓷； 2：金属；：金属；σfSiC whiskerAl2O3Si3N4MgOSiO2 fiberNaCl single crystal31行业实操（一）（一） 陶瓷材料的强度特征陶瓷材料的强度特征 2. 陶瓷材料的实际强度远小于其理论强度，一般要低陶瓷材料的实际强度远小于其理论强度，一般要低 2 个个数量级。

其原因在于实际晶体中存在许多晶格缺陷和微裂纹其原因在于实际晶体中存在许多晶格缺陷和微裂纹 （二）（二） 影响陶瓷材料强度的因素影响陶瓷材料强度的因素 ● 格里菲斯微裂纹理论假设条件下的材料强度公式：格里菲斯微裂纹理论假设条件下的材料强度公式：1. 半裂纹长度半裂纹长度 (L/2)：：材料中的裂纹数量、大小及其分布状态是材料中的裂纹数量、大小及其分布状态是影响材料强度的极其重要的因素因此，控制裂纹的数量、大影响材料强度的极其重要的因素因此，控制裂纹的数量、大小，避免裂纹集中存在是提高材料强度的重要手段小，避免裂纹集中存在是提高材料强度的重要手段一、机械强度一、机械强度σ=2EγπL=EγπL/232行业实操（二）（二） 影响陶瓷材料强度的因素影响陶瓷材料强度的因素 （（3）温度）温度变变化造成微裂化造成微裂纹纹：若：若为为多晶相集合体的陶瓷材料，多晶相集合体的陶瓷材料，则则由于各相晶粒的由于各相晶粒的热热膨膨胀胀系数和取向差异；或者晶体系数和取向差异；或者晶体发发生体生体积积效效应较应较大的多晶大的多晶转变转变反反应应。

2. 弹性模量弹性模量 E：：E 与材料的化学组成、与材料的化学组成、键强、晶体结构及气孔率有关键强、晶体结构及气孔率有关3. 断裂表面能断裂表面能 γ：： γ 也与材料的化学组成、键强及显微结构有也与材料的化学组成、键强及显微结构有关◆◆ 导致裂纹产生的原因导致裂纹产生的原因：：（（1）材料中存在晶格缺陷，如位错、晶界，容易产生应力）材料中存在晶格缺陷，如位错、晶界，容易产生应力集中，导致微裂纹产生集中，导致微裂纹产生2）材料受到机械损伤或化学腐蚀，造成表面裂纹材料受到机械损伤或化学腐蚀，造成表面裂纹4）气孔的存在，其作用相当于裂纹气孔的存在，其作用相当于裂纹σ=2EγπL33行业实操（三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响1. 晶相晶相（（1）晶相种类及含量）晶相种类及含量对材料强度的影响例如：当制品分别以对材料强度的影响例如：当制品分别以 莫来石、刚玉、莫来石、刚玉、SiC、、 Si3N4 为主晶相时，强度会有很大差异为主晶相时，强度会有很大差异● 这种差异的产生原因主要在于构成各种晶体的质点之间的化学键这种差异的产生原因主要在于构成各种晶体的质点之间的化学键的性质，乃至键强等方面存在明显差异。

的性质，乃至键强等方面存在明显差异● 硅酸盐晶体中都是离子键与共价键共存的，即为一种混合键型晶体；金硅酸盐晶体中都是离子键与共价键共存的，即为一种混合键型晶体；金属氧化物基本上由离子键组成属氧化物基本上由离子键组成；；SiC SiC 和和 SiSi3N N4 基本上基本上由共价键组成由共价键组成制品名称制品名称一般一般长长石石质质瓷瓷强强化化长长石石质质瓷瓷刚刚玉瓷玉瓷Si3N4 材料材料SiC 材料材料主晶相主晶相莫来石莫来石（（20~30%））莫来石和莫来石和刚刚玉玉（（40~60%））刚刚 玉玉Si3N4SiC室温抗折室温抗折强强度，度，MPa~80~100390 ~ 500490 ~ 700440 ~ 520材料材料烧结烧结条件条件常常压烧结压烧结34行业实操（（2）晶粒的大小与形貌）晶粒的大小与形貌对材料强度的影响对材料强度的影响研究表明，多晶陶瓷材料的断裂强度研究表明，多晶陶瓷材料的断裂强度 σf 与晶粒直径与晶粒直径d的关系如下：的关系如下：K—— 与材料结构有关的常数；与材料结构有关的常数；α—— 与材料特性及实验条件有关的经验常数与材料特性及实验条件有关的经验常数。

σf = K·d-α另外，研究表明，多晶材料的初始裂纹尺寸与晶粒大小相当，因另外，研究表明，多晶材料的初始裂纹尺寸与晶粒大小相当，因此晶粒愈细，则初始裂纹愈小，材料的机械强度将越高：此晶粒愈细，则初始裂纹愈小，材料的机械强度将越高：◆◆ 显然，材料的断裂强度随着晶粒平均尺寸的增大而降低所显然，材料的断裂强度随着晶粒平均尺寸的增大而降低所以，控制晶粒的生长尺寸对提高材料的机械强度意义重大以，控制晶粒的生长尺寸对提高材料的机械强度意义重大三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响σ=2EγπL35行业实操一、机械强度一、机械强度（三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响（（2）晶粒的大小与形貌）晶粒的大小与形貌对材料强度的影响对材料强度的影响例例2：：Si3N4 陶瓷材料的强度随着其中陶瓷材料的强度随着其中ββ- - Si3N4 相的含量增多而增大相的含量增多而增大这是因为低温型的这是因为低温型的α- Si3N4 晶粒呈等轴状或短柱状，而高温型的晶粒呈等轴状或短柱状，而高温型的β- Si3N4 相为针状和长柱状结晶相为针状和长柱状结晶。

● 晶粒形貌的影响：晶粒形貌的影响：例例1：烧结不好的普通陶瓷制品中，主晶相基本上由鳞片状的一次莫来石：烧结不好的普通陶瓷制品中，主晶相基本上由鳞片状的一次莫来石构成构成而烧结良好的陶瓷坯体中，而烧结良好的陶瓷坯体中，主晶相的构成中既有鳞片状的一次莫来主晶相的构成中既有鳞片状的一次莫来石，也有相当数量的针状、柱状的二次莫来石后者的强度明显大于前者石，也有相当数量的针状、柱状的二次莫来石后者的强度明显大于前者粗大针状莫来石晶体的网状分布对提高制品强粗大针状莫来石晶体的网状分布对提高制品强度极为有利度极为有利36行业实操（三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响（（3）晶界）晶界对材料强度的影响对材料强度的影响晶界对于多晶材料来讲，是一个非常重要的组成部分，其数量、晶界对于多晶材料来讲，是一个非常重要的组成部分，其数量、组成和性质对于材料的强度具有重要影响组成和性质对于材料的强度具有重要影响37行业实操● 当当材材料料的的破破坏坏是是沿沿着着晶晶界界断断裂裂时时，，如如果果晶晶界界数数量量多多（（细细晶晶结结构构）），，则则可可使使裂裂纹纹的的扩扩展展经经历历更更曲曲折折的的路路径径，，从从而而消消耗耗更更多多的的裂裂纹纹扩扩展能，对裂纹的扩展起着阻碍作用展能，对裂纹的扩展起着阻碍作用——提高材料的断裂强度。

提高材料的断裂强度三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响（（3）晶界）晶界对材料强度的影响对材料强度的影响38行业实操● 如如果果晶晶界界上上有有气气孔孔存存在在，，则则可可能能造造成成应应力力的的集集中中，，加加速速裂裂纹纹的扩展的扩展——降低材料的断裂强度降低材料的断裂强度● 如如果果晶晶界界纯纯粹粹由由晶晶粒粒相相互互结结合合构构成成，，可可望望能能够够提提高高材材料料的的强强度若晶界上存在玻璃相，材料的强度将降低若晶界上存在玻璃相，材料的强度将降低2. 玻璃相的影响玻璃相的影响玻璃相含量玻璃相含量强强度度● 当然，玻璃相的组成对材料强当然，玻璃相的组成对材料强度也有影响由键强大的组分构成度也有影响由键强大的组分构成的玻璃相的材料强度较大，反之的玻璃相的材料强度较大，反之亦然三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响（（3）晶界）晶界对材料强度的影响对材料强度的影响39行业实操3. 气孔的影响气孔的影响● 气孔对材料强度的影气孔对材料强度的影响是显然的响是显然的——材料强材料强度总是随着气孔率的增度总是随着气孔率的增大而降低。

大而降低强强度度气孔率气孔率另外，材料中另外，材料中气孔的大小、气孔的大小、形状及其分布状态形状及其分布状态，对材，对材料的强度也有一定程度的料的强度也有一定程度的影响在气孔率一定的情影响在气孔率一定的情况下，一般来说，闭口气况下，一般来说，闭口气孔好于开口气孔，开口气孔好于开口气孔，开口气孔好于贯通气孔气孔均孔好于贯通气孔气孔均匀分布好于其集中分布匀分布好于其集中分布三）（三） 显微结构因素对陶瓷材料强度的影响显微结构因素对陶瓷材料强度的影响40行业实操（四）（四） 工艺因素对陶瓷材料强度的影响工艺因素对陶瓷材料强度的影响● 工艺因素对材料强度的影响，实际上还是通过材料的显微结构对材工艺因素对材料强度的影响，实际上还是通过材料的显微结构对材料强度产生影响料强度产生影响原料的制备及加工原料的制备及加工（预烧、破细碎）（预烧、破细碎）配合料的混合配合料的混合坯料的加工坯料的加工（脱水、练泥、造粒）（脱水、练泥、造粒）坯体的成型（方法）坯体的成型（方法）添加剂的选用添加剂的选用烧成方法烧成方法烧成制度烧成制度烧后处理工艺烧后处理工艺（热处理或化学处理）（热处理或化学处理）提高坯体致密度、提高坯体致密度、减少气孔及裂纹减少气孔及裂纹控制晶相含量及晶控制晶相含量及晶粒的大小粒的大小陶瓷材料强度陶瓷材料强度41行业实操◆◆ 即使材料的化学组成相同，如果其加工工艺条件不同，也会形成即使材料的化学组成相同，如果其加工工艺条件不同，也会形成不同的显微结构。

不同的显微结构组织结构组织结构Structure化学组成化学组成/加工工艺加工工艺Composition/Processing物化性能物化性能Property使用性能使用性能Performance（四）（四） 工艺因素对陶瓷材料强度的影响工艺因素对陶瓷材料强度的影响42行业实操5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制二、陶瓷的光学性质二、陶瓷的光学性质（一）白（一）白 度度陶瓷的光学性质主要指它的白度、光泽度和透光性陶瓷的光学性质主要指它的白度、光泽度和透光性● 白度表征的是陶瓷制品表面对白光的漫反射能力白度表征的是陶瓷制品表面对白光的漫反射能力● 白度的表示方法：白度的表示方法：老方法：老方法：用制品对白光的反射强度与白色标准物（如硫酸钡或碳酸镁）用制品对白光的反射强度与白色标准物（如硫酸钡或碳酸镁）所反射的白光强度之比来表示这些标准白色物质的白光反射率近乎所反射的白光强度之比来表示这些标准白色物质的白光反射率近乎100%新方法：新方法：以光谱漫反射比均为以光谱漫反射比均为100%的理想表面的白度作为的理想表面的白度作为 100%，，光谱漫反射比均为光谱漫反射比均为 0 的绝对黑表面白度为零，测量出试样的的绝对黑表面白度为零，测量出试样的X、、Y、、Z 三刺激值，用规定公式计算出白度。

三刺激值，用规定公式计算出白度1. 概念与表征方法概念与表征方法 ● 出口日用细瓷的白度要求出口日用细瓷的白度要求≥70%43行业实操二、陶瓷的光学性质二、陶瓷的光学性质（一）白（一）白 度度2. 影响陶瓷制品白度的因素影响陶瓷制品白度的因素——原料因素、工艺过程因素原料因素、工艺过程因素（（1）原料纯度原料纯度原料中的着色氧化物（原料中的着色氧化物（Fe2O3、、FeO、、TiO2、、MnO2等）含量直接影响制品的白度这是因为着色氧化物能选等）含量直接影响制品的白度这是因为着色氧化物能选择性地吸收白光中的某些波长的单色光而使坯体呈色，从而降低择性地吸收白光中的某些波长的单色光而使坯体呈色，从而降低了制品的白度了制品的白度着色氧化物含量（着色氧化物含量（%））制制 品品白度（白度（%））Fe2O3TiO2＜＜0.3~0.4＜＜0.1≥800.4~0.70.1~0.2≥700.4~0.70.2~0.3浅黄色浅黄色~0.80.3象牙黄色象牙黄色44行业实操2. 影响陶瓷制品白度的因素影响陶瓷制品白度的因素——原料因素、工艺过程因素原料因素、工艺过程因素（（1）原料纯度）原料纯度 着色氧化物中，如果着色氧化物中，如果Fe2O3单独存在，其影响的严重程度要轻单独存在，其影响的严重程度要轻得多。

当得多当Fe2O3 和和 TiO2同时存在时，则情况要严重的多同时存在时，则情况要严重的多着色氧化物含量（着色氧化物含量（%））制制 品品白度（白度（%））Fe2O3TiO2＜＜0.5-≥80，无影响，无影响0.41.0＜＜70，与含，与含0.7% Fe2O3时时情况相当情况相当化合物化合物颜颜 色色2FeO·TiO2浅灰色浅灰色Fe2O3 3·TiO2深灰色深灰色FeO·TiO2黑黑 色色FeO·Fe2O3 3黑黑 色色45行业实操2. 影响陶瓷制品白度的因素影响陶瓷制品白度的因素——原料因素、工艺过程因素原料因素、工艺过程因素（（2）工艺因素工艺因素● 是否采取了除铁措施；是否采取了除铁措施；● 烧成制度的影响：烧成温度、烧成气氛烧成制度的影响：烧成温度、烧成气氛烧成温度烧成温度：若烧成温度过高，液相量增多，：若烧成温度过高，液相量增多，Fe、、Ti离子溶入液离子溶入液相，增大着色能力；同时晶相含量减少，对光的反射能力减弱，相，增大着色能力；同时晶相含量减少，对光的反射能力减弱，导致白度降低导致白度降低烧成气氛烧成气氛：：Fe 在氧化气氛下烧成时呈黄色，在还原气氛下呈在氧化气氛下烧成时呈黄色，在还原气氛下呈青色；青色；Ti 在氧化气氛下烧成时呈黄色，在还原气氛下呈黑色。

在氧化气氛下烧成时呈黄色，在还原气氛下呈黑色3. 提高制品白度的途径提高制品白度的途径（（1）精选原料，严格控制原料中的铁、钛氧化物，以及碳素）精选原料，严格控制原料中的铁、钛氧化物，以及碳素等杂质的含量等杂质的含量46行业实操3. 提高制品白度的途径提高制品白度的途径（（2）严格原料加工过程管理，避免混杂；同时采取多次除铁）严格原料加工过程管理，避免混杂；同时采取多次除铁措施，并严格执行清洗制度措施，并严格执行清洗制度3）烧成时适当控制还原气氛浓度和还原时间，避免碳素沉积烧成时适当控制还原气氛浓度和还原时间，避免碳素沉积4）坯料中引入适量磷酸盐、滑石；石灰釉中引入一定量的滑）坯料中引入适量磷酸盐、滑石；石灰釉中引入一定量的滑石或白云石，均可提高白度石或白云石，均可提高白度——少量的少量的Fe2+ 在硅酸盐玻璃中呈浅青绿色，但在磷酸盐玻璃在硅酸盐玻璃中呈浅青绿色，但在磷酸盐玻璃中不吸收可见光，故表现为无色微量中不吸收可见光，故表现为无色微量Fe3+ 在硅酸盐玻璃中以在硅酸盐玻璃中以[FeO4]四面体存在，有强烈的着色能力，而在磷酸盐玻璃中则四面体存在，有强烈的着色能力，而在磷酸盐玻璃中则以以 [FeO6] 八面体形式存在，几乎不呈色。

八面体形式存在，几乎不呈色——Mg2+与与Fe2+ 两者的大小相当（分别为两者的大小相当（分别为 0.078nm、、0.082 nm），高温下可形成），高温下可形成(Mg,Fe)O 固溶体及固溶体及 MgO·TiO2 ，使铁、，使铁、钛氧化物不致形成前述的呈色化合物钛氧化物不致形成前述的呈色化合物47行业实操5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制二、光学性质二、光学性质（二）（二） 透光度透光度 ● 表征方法表征方法：以透过一定厚度坯体的光线强度与入射光强度的：以透过一定厚度坯体的光线强度与入射光强度的百分比表示百分比表示1 mm 厚的普通瓷坯，其对可见光的透过率约为厚的普通瓷坯，其对可见光的透过率约为 2~10%一些透明陶瓷，经过抛光后，透明陶瓷，经过抛光后， 1 mm 厚的坯体对可见光的透过率可厚的坯体对可见光的透过率可大于大于 40%如高压钠灯管在如高压钠灯管在 4000~6000 nm的红外波段，其透的红外波段，其透过率可达到过率可达到 80% 以上● 影响陶瓷透光度的因素影响陶瓷透光度的因素：：1. 原料纯度原料纯度——着色氧化物。

着色氧化物对白度有影响的着色氧化物，同对白度有影响的着色氧化物，同样也会降低制品的透光度，因为这些着色氧化物会对入射光产样也会降低制品的透光度，因为这些着色氧化物会对入射光产生较强烈的选择性吸收，从而降低透过光强度生较强烈的选择性吸收，从而降低透过光强度48行业实操二、光学性质二、光学性质● 影响陶瓷透光度的因素：影响陶瓷透光度的因素：1. 原料纯度原料纯度——着色氧化物着色氧化物当当 坯体中坯体中 Fe2O3 含量含量 ＞＞0.35%，， 透光度＜透光度＜40%；；当坯体中当坯体中 Fe2O3 含量含量 ＞＞0.60%，， 透光度＜透光度＜30%；；对于透明氧化铝陶瓷而言，当对于透明氧化铝陶瓷而言，当 Al2O3 含量含量 ＞＞99.9 %，透光度，透光度＞＞ 80%；当；当 Al2O3 含量含量 ＞＞99.999 %，透光度＞，透光度＞ 90%.2. 坯体显微结构坯体显微结构—— 气孔的存在会明显降低制品的透光率气孔的存在会明显降低制品的透光率 T = A·e –mp 式中式中 A 为绝对致密坯体的透光率，为绝对致密坯体的透光率，P为气孔率；为气孔率；m 为常数为常数—— 玻璃相含量增加，在一定程度上会增加透光度。

玻璃相含量增加，在一定程度上会增加透光度49行业实操二、光学性质二、光学性质● 影响陶瓷透光度的因素：影响陶瓷透光度的因素：2. 坯体显微结构坯体显微结构—— 单晶陶瓷是透明的，多晶陶瓷的透光率随其相组成的增多、单晶陶瓷是透明的，多晶陶瓷的透光率随其相组成的增多、晶界的增多而降低晶界的增多而降低—— 气孔与晶粒的尺寸大小、数量等气孔与晶粒的尺寸大小、数量等3. 工艺因素工艺因素—— 坯料的加工细度瘠性原料的粉碎细度对透光率影响较大，坯料的加工细度瘠性原料的粉碎细度对透光率影响较大，尤其是石英的粉碎细度直接影响瓷坯中的玻璃相数量及折射率，尤其是石英的粉碎细度直接影响瓷坯中的玻璃相数量及折射率，进而影响透光度进而影响透光度50行业实操—— 烧成温度提高烧成温度可增加玻璃相含量，有利于提高烧成温度提高烧成温度可增加玻璃相含量，有利于提高透光度；但过烧坯体中，气孔率增大又会降低透光度透光度；但过烧坯体中，气孔率增大又会降低透光度● 提高陶瓷制品透光度的工艺途径：提高陶瓷制品透光度的工艺途径：——从配方入手，调整玻璃相的折射率，使之与莫来石的折射率从配方入手，调整玻璃相的折射率，使之与莫来石的折射率接近，减少透射光的散射。

接近，减少透射光的散射二、光学性质二、光学性质● 影响陶瓷透光度的因素：影响陶瓷透光度的因素：3. 工艺因素工艺因素—— 增加玻璃相含量：涉及配方组成、坯料加工细度、烧成增加玻璃相含量：涉及配方组成、坯料加工细度、烧成制度等工艺环节制度等工艺环节—— 减少气孔减少气孔 涉及因素同上涉及因素同上51行业实操二、光学性质二、光学性质（三）（三） 光泽度光泽度 ● 表征方法：以制品表面的反射光强度与入射光强度的百分比表征方法：以制品表面的反射光强度与入射光强度的百分比表示物体的光泽主要是其对入射光产生镜面反射所致，它反映了物物体的光泽主要是其对入射光产生镜面反射所致，它反映了物体表面的光滑平整的程度光泽度即为镜面反射光线的强度与体表面的光滑平整的程度光泽度即为镜面反射光线的强度与入射光强度之比入射光强度之比物体表面对入射光线产生反射的情况物体表面对入射光线产生反射的情况● 影响陶瓷制品光泽度的因素：表面光滑平整程度及折射率影响陶瓷制品光泽度的因素：表面光滑平整程度及折射率52行业实操5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制三、介电性质三、介电性质1. 有关概念有关概念 ● 电介质：电介质：系指主要以电场感应而非以电子或离子传导的方系指主要以电场感应而非以电子或离子传导的方式来传递电的作用和影响的媒介。

式来传递电的作用和影响的媒介电介质电介质”一词几乎囊括了一切在电场作用下，能建立（或产一词几乎囊括了一切在电场作用下，能建立（或产生）极化现象的物质，如空气、陶瓷、玻璃、橡胶、变压器油生）极化现象的物质，如空气、陶瓷、玻璃、橡胶、变压器油等等电介质的主要电性能参数包括电阻率、介电常数、击穿（电场）强度、电介质的主要电性能参数包括电阻率、介电常数、击穿（电场）强度、介电损耗角正切（介电损耗角正切（tanδ）等这些介电性能对于普通陶瓷制品无足轻）等这些介电性能对于普通陶瓷制品无足轻重，但对于电瓷和电子陶瓷制品则关系重大重，但对于电瓷和电子陶瓷制品则关系重大53行业实操● 电介质的极化：电介质的极化：电介质表面在外加电场作用下产生感应电荷电介质表面在外加电场作用下产生感应电荷的现象当在一个真空平行板电容当在一个真空平行板电容器的电极板中间嵌入一块器的电极板中间嵌入一块电介质，并施加一外电场电介质，并施加一外电场时时……5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制三、介电性质三、介电性质1. 有关概念有关概念 ● 电介质的功率损耗（介质损耗，或称介电损耗）：电介质的功率损耗（介质损耗，或称介电损耗）：电介质在电电介质在电场作用下，单位时间内场作用下，单位时间内因发热而产生的能量消耗因发热而产生的能量消耗称为称为电介质损耗电介质损耗功率功率，简称，简称介质损耗或介电损耗介质损耗或介电损耗。

54行业实操◆◆ 陶瓷材料产生介电损耗的原因陶瓷材料产生介电损耗的原因是多方面的，主要包括材料在交、是多方面的，主要包括材料在交、直流电压下的电导损耗、极化引起的损耗、气孔中的气体引起的电直流电压下的电导损耗、极化引起的损耗、气孔中的气体引起的电离损耗、结构不均匀或结构松散引起的损耗，等等离损耗、结构不均匀或结构松散引起的损耗，等等● 总而言之，陶瓷材料的介电损耗是由于介质中的电导和缓慢极化总而言之，陶瓷材料的介电损耗是由于介质中的电导和缓慢极化引起的，是电导和极化过程中带电质点将其在电场中所吸收的能量引起的，是电导和极化过程中带电质点将其在电场中所吸收的能量部分地传给周围部分地传给周围“分子分子”，使电磁场能量转变为，使电磁场能量转变为 “分子分子” 的热振的热振动动——消耗在使介质发热上了消耗在使介质发热上了三、介电性质三、介电性质例如，绝缘材料内部由于存在电介质的电导现象，因此有一定的泄例如，绝缘材料内部由于存在电介质的电导现象，因此有一定的泄漏电流，造成电介质发热而引起损耗又比如由于材料内部的极化漏电流，造成电介质发热而引起损耗又比如由于材料内部的极化过程跟不上外加电场方向的变化，也会产生电介质损耗。

过程跟不上外加电场方向的变化，也会产生电介质损耗55行业实操介质损耗介质损耗是所有应用于交变电场中的电介质的重要品质指标之是所有应用于交变电场中的电介质的重要品质指标之一介质损耗不但消耗了电能，还会因发热致使器件温度升高而一介质损耗不但消耗了电能，还会因发热致使器件温度升高而可能影响其正常工作；严重时甚至可能使器件失效、破坏因此，可能影响其正常工作；严重时甚至可能使器件失效、破坏因此，除非介质材料是用作发热元件使用，一般都是希望材料的介质损除非介质材料是用作发热元件使用，一般都是希望材料的介质损耗越小越好耗越小越好三、介电性质三、介电性质1. 有关概念有关概念 介电损耗角正切（介电损耗角正切（tanδ））——系指电介质在交变电场作用下，系指电介质在交变电场作用下，所消耗于发热的那部分功率（所消耗于发热的那部分功率（有功功率的一部分有功功率的一部分）与电容器）与电容器无无功功率功功率之比值之比值——测定时将电介质视为一个电容器测定时将电介质视为一个电容器 tanδ表征了每个周期内介质损耗的能量与其贮存能量之比。

表征了每个周期内介质损耗的能量与其贮存能量之比 ◆◆ 材料的介质损耗大小用所谓的材料的介质损耗大小用所谓的介电损耗角正切（介电损耗角正切（tanδ））值来值来衡量的衡量的对一般陶瓷材料而言，对一般陶瓷材料而言， tanδ值越小越好，尤其是电容器陶瓷值越小越好，尤其是电容器陶瓷 56行业实操有功功率有功功率---用于做功所消耗的电能它们转化为热能、光能、用于做功所消耗的电能它们转化为热能、光能、机械能或化学能等，称为有功功率，又叫平均功率机械能或化学能等，称为有功功率，又叫平均功率无功功率无功功率---电气设备或元件为建立交变磁场和感应磁通而需电气设备或元件为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率要的电功率 三、介电性质三、介电性质许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递因此，所谓的因此，所谓的“无功功率无功功率”并不是并不是“无用无用”的电功率，只不过它的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已的功率并不转化为机械能、热能而已。

● 电介质的功率损耗（介质损耗，或称介电损耗）：电介质的功率损耗（介质损耗，或称介电损耗）：介电损耗角正切（介电损耗角正切（tanδ）与测试时试样的大小及形状无关其值）与测试时试样的大小及形状无关其值越大，意味着介质中单位时间内因发热而损失的能量越大，反之越大，意味着介质中单位时间内因发热而损失的能量越大，反之亦然57行业实操三、介电性质三、介电性质影响介电损耗角正切（影响介电损耗角正切（ tanδ ）的主要因素：）的主要因素： （（1）材料的相组成与显微结构材料的相组成与显微结构 主晶相的晶体结构对介电损耗影响显著主晶相的晶体结构对介电损耗影响显著结构紧密、键强较大的结构紧密、键强较大的晶体，其介电损耗小，晶体，其介电损耗小，如以刚玉、镁橄榄石为主晶相的陶瓷材料，室如以刚玉、镁橄榄石为主晶相的陶瓷材料，室温下的介电损耗都相当低相反，温下的介电损耗都相当低相反，结构松散的晶体结构松散的晶体（如莫来石、堇青（如莫来石、堇青石等）石等）具有较大的介电损耗具有较大的介电损耗，所以堇青石质瓷的介电损耗大所以堇青石质瓷的介电损耗大 玻璃相引起的介电损耗一般要大于晶相引起的损耗，玻璃相引起的介电损耗一般要大于晶相引起的损耗，尤其是尤其是R2O含量较高的玻璃相，这与玻璃相结构松散和含量较高的玻璃相，这与玻璃相结构松散和 R+易产生电导损易产生电导损耗有关。

耗有关晶粒大小对介质损耗亦有影响一般而言，晶粒大小对介质损耗亦有影响一般而言，晶粒大则损耗大晶粒大则损耗大 另外，另外，气孔大时也会引起较大的介电损耗气孔大时也会引起较大的介电损耗因为气体在高压电场因为气体在高压电场条件下产生电离需要消耗能量条件下产生电离需要消耗能量58行业实操三、介电性质三、介电性质 i）添加剂的作用添加剂的作用 若添加剂在材料烧成过程中能抑制晶粒长大，则将有助于减小介电若添加剂在材料烧成过程中能抑制晶粒长大，则将有助于减小介电损耗 若加入添加剂形成玻璃相时，则玻璃相中最好不含碱离子、或引入若加入添加剂形成玻璃相时，则玻璃相中最好不含碱离子、或引入的是原子量较大的的是原子量较大的 R++离子，这样可有效降低介电损耗离子，这样可有效降低介电损耗 ii）烧成气氛烧成气氛 若烧成气氛能使陶瓷形成结构缺陷或降低结构致密程度，都会增若烧成气氛能使陶瓷形成结构缺陷或降低结构致密程度，都会增大陶瓷制品的介电损耗如含钛陶瓷材料在还原气氛下烧成时，部大陶瓷制品的介电损耗如含钛陶瓷材料在还原气氛下烧成时，部分分Ti 4+还原成还原成 Ti3+ ，所俘获的电子会跃迁到导带参与电导，从而，所俘获的电子会跃迁到导带参与电导，从而降低体积电阻，增大介电损耗。

降低体积电阻，增大介电损耗 （（2）材料制备工艺方面的因素）材料制备工艺方面的因素影响介电损耗角正切（影响介电损耗角正切（ tanδ ）的主要因素：）的主要因素：59行业实操（（4）电场强度：）电场强度：电场强度不大时，对介电损耗角正切电场强度不大时，对介电损耗角正切 tanδ无影响，达到某一值时，介电损耗角正切会突然增大无影响，达到某一值时，介电损耗角正切会突然增大三、介电性质三、介电性质（（6）环境湿度：湿度越大，介质损耗角正切）环境湿度：湿度越大，介质损耗角正切tanδ越大5）环境温度：）环境温度：介电损耗角正切介电损耗角正切tanδ随温度而变化，在高温随温度而变化，在高温下成指数式上升下成指数式上升3）电场频率：）电场频率：随着电场频率变化，材料的介电损耗角正切也随着电场频率变化，材料的介电损耗角正切也不同极性材料受影响更大，极性材料不适合于应用在高频领域极性材料受影响更大，极性材料不适合于应用在高频领域  影响介电损耗角正切（影响介电损耗角正切（ tanδ ）的主要因素：）的主要因素：60行业实操材料在外电场存在时可能发生导电现象，即形成带电质点的材料在外电场存在时可能发生导电现象，即形成带电质点的定向流动。

这些带电质点称为定向流动这些带电质点称为“载流子载流子”● 电介质的电导与载流子电介质的电导与载流子◆◆ 金属材料中的载流子是自由电子而无机电介质材料中的金属材料中的载流子是自由电子而无机电介质材料中的载流子可能是电子、电子空穴；或者是离子晶体中的杂质离载流子可能是电子、电子空穴；或者是离子晶体中的杂质离子、填隙离子及离子空位子、填隙离子及离子空位5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制三、介电性质三、介电性质1. 有关概念有关概念 61行业实操● 电介质的电导与载流子电介质的电导与载流子◆◆ 离子晶体中的离子并非都是载流子，只有外来的杂质离子或离子晶体中的离子并非都是载流子，只有外来的杂质离子或因形成热缺陷而产生的间隙离子才可能成为载流子处于正常因形成热缺陷而产生的间隙离子才可能成为载流子处于正常结点上的离子不能成为载流子结点上的离子不能成为载流子三、介电性质三、介电性质1. 有关概念有关概念 电子式电导电子式电导 ——载流子为电子或电子空穴的电导。

载流子为电子或电子空穴的电导离子式电导离子式电导 ——载流子为离子或离子空位的电导载流子为离子或离子空位的电导● 电子式电导和离子式电导电子式电导和离子式电导◆◆ 电电子子式式电电导导对对材材料料不不会会产产生生破破坏坏作作用用，，而而离离子子式式电电导导却却是是一一种种电电解解过过程程，，因因而而会会对对材材料料产产生生破破坏坏作作用用——阳阳离离子子运运动动到到负负极极取取得得电电子子而而还还原原、、阴阴离离子子移移向向正正极极失失去去电电子子而而氧氧化化或或变变为为中中性原子，久而久之即可在材料内部造成大量结构缺陷而破坏性原子，久而久之即可在材料内部造成大量结构缺陷而破坏62行业实操● 电子式电导和离子式电导电子式电导和离子式电导◆◆ 可是，当材料中含有变价离子，在适当条件下形成非可是，当材料中含有变价离子，在适当条件下形成非化学计量化合物；或者由于引入不等价杂质，使材料产化学计量化合物；或者由于引入不等价杂质，使材料产生大量自由电子（或电子空穴）时，就会造成严重的电生大量自由电子（或电子空穴）时，就会造成严重的电子式电导，甚至使电介质材料变成半导体子式电导，甚至使电介质材料变成半导体。

5.2 陶瓷的性能及其控制陶瓷的性能及其控制三、介电性质三、介电性质◆◆ 陶瓷材料中，既存在电子式电导，也存在离子式电导陶瓷材料中，既存在电子式电导，也存在离子式电导但一般情况下，电子式电导非常微弱，可以忽略，而以离但一般情况下，电子式电导非常微弱，可以忽略，而以离子式电导为主要导电形式，主要载流子是体积小的阳离子子式电导为主要导电形式，主要载流子是体积小的阳离子或离子空位或离子空位63行业实操● 电子式电导和离子式电导电子式电导和离子式电导◆◆ 一般地，绝缘陶瓷和电介质陶瓷材料主要表现为离子式电导一般地，绝缘陶瓷和电介质陶瓷材料主要表现为离子式电导这些陶瓷材料的离子电导源于两部分：这些陶瓷材料的离子电导源于两部分：一部分由一部分由晶相晶相提供；一部提供；一部分由分由玻璃相玻璃相提供◆◆ 通通常常，，晶晶相相的的电电导导率率比比玻玻璃璃相相小小在在玻玻璃璃相相含含量量较较多多的的陶陶瓷瓷材材料料中中，，电电导导主主要要取取决决于于玻玻璃璃相相，，具具有有玻玻璃璃的的电电导导规规律律，，电电导导率率一一般般比比较较大大对对于于玻玻璃璃相相含含量量极极少少的的陶陶瓷瓷材材料料，，如如刚刚玉玉陶陶瓷瓷，，其电导主要取决于晶相，具有晶相的电导规律，电导率小。

其电导主要取决于晶相，具有晶相的电导规律，电导率小 ◆◆ 总之，陶瓷材料的电导机理非常复杂在不同的温度范围内，总之，陶瓷材料的电导机理非常复杂在不同的温度范围内，可能存在不同的电导机理如刚玉瓷在低温时表现为杂质离子电可能存在不同的电导机理如刚玉瓷在低温时表现为杂质离子电导而当温度升值至高温（导而当温度升值至高温（≥1100 ℃℃）后，则呈现出明显的电）后，则呈现出明显的电子电导三、介电性质三、介电性质64行业实操2. 电阻率电阻率 根据电阻率（根据电阻率（ρ）的大小，陶瓷材料可以分为电介质、半导体、导）的大小，陶瓷材料可以分为电介质、半导体、导体和超导体：体和超导体： 陶瓷电介质陶瓷电介质：： ρ＞＞107 Ω.m 陶瓷半导体陶瓷半导体：：ρ＞＞10-5~107 Ω.m 陶瓷导体陶瓷导体：： ρ＜＜10-3 Ω.m 陶瓷超导体陶瓷超导体：：ρ→→ 0 Ω.m◆◆ 大多数陶瓷材料一般都包含晶相和玻璃相，故其电导情况应为大多数陶瓷材料一般都包含晶相和玻璃相，故其电导情况应为晶相电导和玻璃相电导两者晶相电导和玻璃相电导两者 的综合反映。

的综合反映◆◆ 另外，一般情况下，结构完整的较大晶体要比玻璃相和微晶的另外，一般情况下，结构完整的较大晶体要比玻璃相和微晶的电导率低这是因为玻璃相结构疏松、微晶体的缺陷较多，故使电导率低这是因为玻璃相结构疏松、微晶体的缺陷较多，故使其中离子移动所需的活化能都较低其中离子移动所需的活化能都较低三、介电性质三、介电性质65行业实操（（1）陶瓷电介质）陶瓷电介质如上所述，一般情况下陶瓷材料中的电子式电导可以忽略，而以离如上所述，一般情况下陶瓷材料中的电子式电导可以忽略，而以离子式电导为主但由于构成陶瓷材料的晶体大多为结构紧密的离子子式电导为主但由于构成陶瓷材料的晶体大多为结构紧密的离子晶体，离子式电导也可忽略，所以晶体，离子式电导也可忽略，所以大多数陶瓷材料都是绝缘体，电大多数陶瓷材料都是绝缘体，电阻率很高阻率很高（（ ρ＞＞107 Ω.m ）◆◆ 陶瓷材料的导电能力取决于其结构与组成陶瓷材料的导电能力取决于其结构与组成一方面，当构成陶瓷材料的一方面，当构成陶瓷材料的晶相为结构紧密的晶体时，材料的电阻率会很高（如刚玉瓷的电阻率晶相为结构紧密的晶体时，材料的电阻率会很高（如刚玉瓷的电阻率 ρ＞＞1012 Ω.m ）。

另一方面，当材料组成中玻璃相增多时，材料的电阻率将降）另一方面，当材料组成中玻璃相增多时，材料的电阻率将降低，因为陶瓷材料的导电问题基本上就是坯体中的玻璃相的导电问题低，因为陶瓷材料的导电问题基本上就是坯体中的玻璃相的导电问题——玻璃相的结构相对疏松，载流子运动的活化能低玻璃相的结构相对疏松，载流子运动的活化能低◆◆ 因此，玻璃相的组成对材料的电导率影响很大一价离子导电能因此，玻璃相的组成对材料的电导率影响很大一价离子导电能力强；半径小的离子比半径大的离子导电能力大故通过控制力强；半径小的离子比半径大的离子导电能力大故通过控制K2O 与与Na2O的相对含量可以调节电瓷制品的介电性能的相对含量可以调节电瓷制品的介电性能2. 电阻率电阻率 66行业实操（（2）陶瓷半导体）陶瓷半导体● 陶瓷电介质的电导机制主要是离子电导，即瓷坯中的杂质离子和陶瓷电介质的电导机制主要是离子电导，即瓷坯中的杂质离子和离子空位引起的电导但在陶瓷半导体中，电导则主要是由离子空位引起的电导但在陶瓷半导体中，电导则主要是由晶体中晶体中的离子的电子电导的离子的电子电导引起的。

而这种电子电导是由于形成非化学计量引起的而这种电子电导是由于形成非化学计量化合物或引入了不等价杂质离子使系统中的自由电子增加所致化合物或引入了不等价杂质离子使系统中的自由电子增加所致SnO2-x 陶瓷材料室温下的电阻率可以降到陶瓷材料室温下的电阻率可以降到 ρ=104 ~105 Ω.m若再掺杂则导电性更强，甚至可以成为导电材料若再掺杂则导电性更强，甚至可以成为导电材料 2SnO2 －－ O2 →2Sn’Sn + VO.. +3Oo12即：即： Oo → VO..+2e’ + O2122. 电阻率电阻率 如：如：SnO2 陶瓷烧结时，由于高温下失去氧离子生成陶瓷烧结时，由于高温下失去氧离子生成 SnO2-x , 内部出现内部出现自由电子自由电子，成为，成为 n- 型半导体型半导体：：67行业实操iii) 烧成条件不同的烧成烧成条件不同的烧成条件，会形成不同的显微结条件，会形成不同的显微结构和结构缺陷，从而影响材构和结构缺陷，从而影响材料的电导率。

料的电导率M2Ox 含量（含量（mol%））电电导导率率，，s/m×10-2 Nb2O5 Sb2O3 Sm2O3掺杂掺杂BaTiO3陶瓷的电导率与杂质浓度的关系陶瓷的电导率与杂质浓度的关系（（2）陶瓷半导体）陶瓷半导体2. 电阻率电阻率 ● 影响半导体陶瓷材料导电性的工艺因素主要是：影响半导体陶瓷材料导电性的工艺因素主要是：i) 掺杂物质的种类与数量掺杂物质的种类与数量如右图所示如右图所示ii) 原料纯度当原料纯度较原料纯度当原料纯度较低时，即使掺杂量适当也不低时，即使掺杂量适当也不容易形成半导体，甚至成为容易形成半导体，甚至成为绝缘体68行业实操一一些些陶陶瓷瓷材材料料，，尤尤其其是是一一些些具具有有萤萤石石结结构构的的四四价价氧氧化化物物（（如如ZrO2、、CeO2））通通过过适适当当掺掺杂杂，，改改变变材材料料的的组组成成、、制制造造晶晶格格缺缺陷陷，，可可以以使使其其导导电电能能力力提提高高，，成成为为快快离离子子导导体体（（或或称称固固体体电电解解质质））例例如如，，用用 CaO、、MgO、、Y2O3等等稳稳定定的的 ZrO2 陶陶瓷瓷材材料料，，在在高高温温时时（（＞＞1273K））是是一一种种良良好好的的导导体体材材料料，，可可用用作作高高温温发发热热体体。

其其导导电电机机理理在在于：于：可见，每溶入一个不等价杂质离子，都将产生一个氧离子空位所可见，每溶入一个不等价杂质离子，都将产生一个氧离子空位所以，这类陶瓷导体的载流子是氧离子空位以，这类陶瓷导体的载流子是氧离子空位 Y2O3 2Y’Zr + VO.. +3OoZrO2 CaO Ca’’Zr + VO.. + OoZrO2（（2）陶瓷导体）陶瓷导体2. 电阻率电阻率 69行业实操三、介电性质三、介电性质3. 介电常数介电常数 ◆◆ 概念：概念：如前所述，电介质在电场作用下产生感应电荷的现象称如前所述，电介质在电场作用下产生感应电荷的现象称为电介质的极化综合反映电介质极化行为的主要宏观物理量就为电介质的极化综合反映电介质极化行为的主要宏观物理量就是介电常数是介电常数ε。

实际上，实际上，ε也是衡量也是衡量电电介介质质材料在材料在电场电场存在条件下存在条件下储储存存电电荷能力荷能力的一个参数，通常也叫介的一个参数，通常也叫介电电系数或系数或电电容率，是材料的容率，是材料的一个特征参数一个特征参数 设真空介质的介电常数为设真空介质的介电常数为 1，则非真空介质材料的介电常数，则非真空介质材料的介电常数 ε 为：为： ε = Q/Q0式中式中Q0 为真空介质时的电极上的电荷量，为真空介质时的电极上的电荷量，Q 为同一电场和电极系统为同一电场和电极系统中非真空介质时的电极上的电荷量中非真空介质时的电极上的电荷量70行业实操◆◆ 影响介电常数影响介电常数 ε的因素：的因素：化学组成、显微结构、使用条件（温度、化学组成、显微结构、使用条件（温度、电场频率等）电场频率等） 化学组成和显微结构的影响主要表现在不同组成和化学组成和显微结构的影响主要表现在不同组成和结构的材料会表现出不同的极化方式结构的材料会表现出不同的极化方式 ◆◆ 由于用途不同，对陶瓷材料的介电常数大小的要求也不同。

如装由于用途不同，对陶瓷材料的介电常数大小的要求也不同如装置瓷、电真空陶瓷要求介电常数置瓷、电真空陶瓷要求介电常数ε要小，一般约为要小，一般约为2~12，否则会使，否则会使电子线路的分布电容较大，导致线路工作状态恶化而用作电容器电子线路的分布电容较大，导致线路工作状态恶化而用作电容器的陶瓷介质材料则希望其具有极高的介电常数的陶瓷介质材料则希望其具有极高的介电常数ε，以期实现小体积、，以期实现小体积、大容量的目标，尤其是应用于集成电路中的电容器大容量的目标，尤其是应用于集成电路中的电容器介电常数的介电常数的 ε~T 关系：关系： 线性关系线性关系:非线性关系非线性关系αε=ε1dεdt正温度系数介质正温度系数介质负温度系数介质负温度系数介质三、介电性质三、介电性质3. 介电常数介电常数 71行业实操三、介电性质三、介电性质5. 介电强度介电强度 ◆◆ 有关概念：介质材料在电场中使用时常因承受过高的电压而有关概念：介质材料在电场中使用时常因承受过高的电压而失去绝缘能力，出现所谓的失去绝缘能力，出现所谓的 “击穿击穿” 现象。

击穿时的电场强度现象击穿时的电场强度即为介电强度或击穿强度即为介电强度或击穿强度 Eb (=Ub/d, kV/mm)介质击穿的方式有电击穿、热击穿及电化学击穿，这些击穿形式介质击穿的方式有电击穿、热击穿及电化学击穿，这些击穿形式往往同时存在，但以某一种为主往往同时存在，但以某一种为主电击穿电击穿: 在电场作用下，电介质内少量自由电子动能加大，当电在电场作用下，电介质内少量自由电子动能加大，当电压足够大时，在这些运动电子冲击下又激发出新的自由电子参加压足够大时，在这些运动电子冲击下又激发出新的自由电子参加运动并产生正负离子，介电功能遭到破坏而被击穿电击穿速度运动并产生正负离子，介电功能遭到破坏而被击穿电击穿速度很快，约在很快，约在10-7~10-8 秒内完成，类似雪崩秒内完成，类似雪崩72行业实操三、介电性质三、介电性质5. 介电强度介电强度 热击穿热击穿: 电介质在电场作用下，由于漏电流、损耗或气体局部放电介质在电场作用下，由于漏电流、损耗或气体局部放电产生热量，逐渐升温并积聚热量、达到一定高温，从而发生开电产生热量，逐渐升温并积聚热量、达到一定高温，从而发生开裂、玻化或熔化，最终导致陶瓷材料的绝缘性能丧失而被击穿。

裂、玻化或熔化，最终导致陶瓷材料的绝缘性能丧失而被击穿铁电陶瓷的介电常数和介电损耗非常大，在高频条件下常表现为铁电陶瓷的介电常数和介电损耗非常大，在高频条件下常表现为热击穿电化学击穿电化学击穿: 系指陶瓷材料在电场及其所引起的化学变化的联合系指陶瓷材料在电场及其所引起的化学变化的联合作用下被击穿的情况与电击穿不同，电化学击穿是一个渐变的作用下被击穿的情况与电击穿不同，电化学击穿是一个渐变的慢速过程慢速过程例如，在高温和高湿条件下，或在直流和低频交流电压共同作用例如，在高温和高湿条件下，或在直流和低频交流电压共同作用下，材料内部发生电解作用，使介质发生不可逆的化学变化，导下，材料内部发生电解作用，使介质发生不可逆的化学变化，导致介电强度降低，最后被击穿含变价氧化物的陶瓷（如含致介电强度降低，最后被击穿含变价氧化物的陶瓷（如含TiO2、、SnO2 等等 成分的陶瓷）比较容易发生电化学击穿成分的陶瓷）比较容易发生电化学击穿73行业实操 （（1）材料的物相组成材料的物相组成具有不同主晶相的陶瓷制品，其介电强度具有不同主晶相的陶瓷制品，其介电强度会不同例如在直流电压下金红石瓷的会不同例如在直流电压下金红石瓷的 Eb =3.75×104 kV/m; 刚玉瓷的刚玉瓷的Eb = 4.1×104 kV/m ◆◆ 影响介电强度影响介电强度 Eb 的因素的因素——相组成、显微结构、工艺相组成、显微结构、工艺因素、测试条件。

因素、测试条件 （（2）材料的显微结构材料的显微结构研究表明，材料中的研究表明，材料中的气孔和微裂纹均会降气孔和微裂纹均会降低材料的介电强度低材料的介电强度这是因为其中存在的气体在高频交变电场作用下，这是因为其中存在的气体在高频交变电场作用下，会发生强烈的电离，产生大量热量，使气孔附近局部区域强烈过热而会发生强烈的电离，产生大量热量，使气孔附近局部区域强烈过热而形成非常高的内应力，最终导致材料丧失机械强度并被击穿形成非常高的内应力，最终导致材料丧失机械强度并被击穿三、介电性质三、介电性质5. 介电强度介电强度 74行业实操从烧成气氛来说，要根据坯料从烧成气氛来说，要根据坯料中的变价氧化物的含量适当选中的变价氧化物的含量适当选择合理的烧成气氛如由矾土择合理的烧成气氛如由矾土配制的铝质瓷含配制的铝质瓷含TiO2较多，还较多，还原气氛烧成的介电强度会比氧原气氛烧成的介电强度会比氧化气氛烧成时低些化气氛烧成时低些 51525总气孔率（总气孔率（%））介介电电强强度度1200烧成温度（烧成温度（℃℃））介介电电强强度度130014001100软质瓷软质瓷硬质瓷硬质瓷三、介电性质三、介电性质（（3）工艺因素。

工艺因素 从烧成温度从烧成温度来说，只有在烧成温度合适的来说，只有在烧成温度合适的情况下，才能使制品的气孔率情况下，才能使制品的气孔率最低、结构最致密，介电强度最低、结构最致密，介电强度最高生烧和过烧都会使制品最高生烧和过烧都会使制品的介电强度降低的介电强度降低◆◆ 影响介电强度影响介电强度 Eb 的因素的因素75行业实操 i) 陶瓷材料在直流电场下比交流电场下的击穿强度要高如同样陶瓷材料在直流电场下比交流电场下的击穿强度要高如同样厚度的金红石瓷试样在直流电场和频率为厚度的金红石瓷试样在直流电场和频率为50Hz的交流电场中，测的交流电场中，测得的介电强度分别为得的介电强度分别为 3.75×104 kV/m 和和 2.7×104 kV/m ◆◆ 影响介电强度影响介电强度 Eb 的因素：的因素：5. 介电强度介电强度 （（4）测试条件）测试条件——包括试样的几何尺寸、电场性质及频率、温度包括试样的几何尺寸、电场性质及频率、温度等ii) 电场均匀性通常情况下，在均匀电场下测得的介电强度要大电场均匀性。

通常情况下，在均匀电场下测得的介电强度要大于不均匀电场下的介电强度于不均匀电场下的介电强度三、介电性质三、介电性质76行业实操频率（频率（MHz））介介电电强强度度MgTiO3ZnTiO3BaTiO3温度（温度（℃℃））介介电电强强度度金红石瓷金红石瓷钛酸钡瓷钛酸钡瓷尖晶石瓷尖晶石瓷◆◆ 影响介电强度影响介电强度 Eb 的因素：的因素：5. 介电强度介电强度 iii) 材料的击穿强度随电场频率和温度的升高而降低在一定频材料的击穿强度随电场频率和温度的升高而降低在一定频率前，介电强度降低较大，以后变化不大；在一定温度前，介电率前，介电强度降低较大，以后变化不大；在一定温度前，介电强度变化不大，但此后则下降较快因此，一般要限制电介质材强度变化不大，但此后则下降较快因此，一般要限制电介质材料的使用温度料的使用温度77行业实操iv) 对于不均匀陶瓷介质，随着试样厚度对于不均匀陶瓷介质，随着试样厚度d 增加，击穿强度明显增加，击穿强度明显降低另外，在电击穿情况下，介电强度随试样面积减小而增大另外，在电击穿情况下，介电强度随试样面积减小而增大。

试样厚度（试样厚度（mm））介介电电强强度度超高频瓷在超高频瓷在 下的下的Eb值值均匀电场均匀电场不均匀电场不均匀电场金红石瓷在金红石瓷在 下的下的Eb值值均匀电场均匀电场不均匀电场不均匀电场◆◆ 影响介电强度影响介电强度 Eb 的因素：的因素：5. 介电强度介电强度 （（4）测试条件）测试条件——包括试样的几何尺寸、电场性质及频率、温包括试样的几何尺寸、电场性质及频率、温度等78行业实操本章作业（二）：本章作业（二）：5. 综述影响陶瓷材料机械强度的各种工艺因素综述影响陶瓷材料机械强度的各种工艺因素6. 阐述显微结构诸因素（晶相、玻璃相、气孔）对陶瓷阐述显微结构诸因素（晶相、玻璃相、气孔）对陶瓷制品性能的影响制品性能的影响7. 提高陶瓷制品白度的工艺途径有哪些？提高陶瓷制品白度的工艺途径有哪些？8. 影响陶瓷制品透光性的因素有哪些？影响陶瓷制品透光性的因素有哪些？9. 陶瓷材料的介电性质有哪些？影响陶瓷材料介电损耗陶瓷材料的介电性质有哪些？影响陶瓷材料介电损耗大小的因素有哪些？大小的因素有哪些？79行业实操。