人类生活中少不了材料，衣食住行没有哪一样能离开材料。各种各样的材料组成了五花八门、丰富多彩的物质世界。人类社会的进步与发展、人类文明的推进与材料技术的发展有着密切的关系。材料被看做人类文明发展的里程碑，历史学者往往用材料作为时代分期的标志。从石器时代、青铜时代、铁器时代，直到目前的信息时代，都可以看出材料在人类社会的进步与发展中的无可替代的巨大作用。每一种新材料的发现和使用，都会对社会经济、工业生产、国防事业产生重大影响，甚至根本改变传统的生产和生活方式。进入21世纪后，材料技术仍是科学家们研究的三大热门领域之一。可以毫不夸奖地说，材料是科学技术进步的关键，是科学技术和社会发展的物质基础。材料的发展不仅关系到人类的昨天和今天，而且还将影响到人类的明天。

 

第一节  陶瓷材料

 

陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料进行加工制造而成的材料，是我国古代劳动人民的重大发明之一。大约8000年以前，住在我国黄河流域的先民们已经使用陶瓷，继而在宋、元时代发展到了很高水平。当时，瓷器作为中华文明的象征，大量运往欧洲各地，欧洲人一向规中国陶瓷为无价之宝，所以，欧洲人把瓷器叫做“China”。久而久之，“China”成了中国的英文名称。

 

1．传统陶瓷

 

陶瓷是以粘土、石英、长石为主要原料，进行研磨、加水调成泥状，再制成坯子，待干燥后，经高温烧制而成的制品的总称。陶瓷包括陶器、瓷器等。瓷器比较精致，表面光滑美观、明亮、不渗水，不透气。陶器质地比瓷器粗糙，器壁较厚，结实耐用，价格便宜。传统陶瓷在日常生活中随处可见，常作为容器、盛器——瓷制的碗、坛、罐、缸等，以及装饰用品——瓷瓦、瓷砖等。

 

制陶瓷用的粘土是一种含水硅酸盐。低品位的粘土到处可见，而用于制造陶瓷的是一种以高岭石［Al₂(Si₂O₆)(OH)₄］为主要成分的高级粘土，即高岭土。石英的化学式为SiO₂，大多以结晶态存在于石英矿中。长石主要有钾长石［KalSi₃O₈］、钠长石［NaAlSi₃O₈］和钙长石［Ca(Al₂Si₂O₈)₂］，这些铝硅酸盐在陶瓷中是作为助熔剂的。

 

传统陶瓷的生产工艺大致相同，主要工序是泥料制备、成型、干燥、上釉和烧成。

①泥料制备:

→破碎→球磨→除铁→过筛→压滤→炼泥→阵腐

②成型  将泥料加适量的水，灌注在模具中成为生坯。

③干燥  为了防止在烧成时裂开，生坯要先进行干燥。

④上釉  釉涂在陶瓷表面，既可起着美观、光滑作用，又可起防水作用。像唐三彩、郎窑红、三阳开泰等都是一些名釉。

⑤烧成  坯体在高温下，发生一系列物理、化学反应，形成一定的组成与结构，从而使陶瓷具有所需的性能。

 

2．先进陶瓷

 

在许多人的印象中，陶瓷是一种坚硬但易碎的物体，缺乏韧性、塑性。其实人们印象中的这种陶瓷只是传统陶瓷。从20世纪四五十年代开始起步，现在还在不断发展的先进陶瓷早已一改陶瓷的旧形象，许多先进陶瓷都是既坚且韧，有的甚至放在铁砧上用铁锤用力敲打都难以破碎。还有一些先进陶瓷具有声、电、光、热、磁等其它材料无法替代的多方面的特殊功能，用途极为广泛，遍及现代科技的各个领域。

 

（1）韧性陶瓷

 

陶瓷脆性主要表现在两个方面，一是抗机械冲击性能差，经不起碰撞摔打；二是抗热震性能差，经不起冷热冲击。为了克服这些弱点，许多科学家作出了不懈的努力。现在人们终于找到良方：①在原料中添加少量氧化轨、氧化镁等粉末，使陶瓷内部结构得以改善，强度增加。②由于陶瓷的断裂大部分是从表面缺陷开始，通过化学或机械抛光技术或表面氧化技术，消除陶瓷表面缺陷，达到增韧目的。③将纤维均匀地分布于原料中，可以极大提高陶瓷的强度和韧性。如钨丝补强氮化硅陶瓷，在1300℃下的机械冲击强度可提高9倍。若以钽丝补强，则可提高30倍。

 

韧性陶瓷由于其强度大、硬度高、耐高温、耐化学腐蚀等优越的性能在工业生产上有着重要的用途。

①陶瓷刀具  陶瓷刀具被人们称赞为永不卷刃、永不生锈、永不磨损的刀具，用陶瓷菜刀切食物不会留下讨厌的铁腥味和铁锈，特别适宜于切生吃的食物和熟食；陶瓷剪刀由于不带磁性，特别适宜于剪接录音磁带和录像磁带。

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