本書全面介紹了與陶瓷材料科學(xué)與工程有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)，主要內(nèi)容涵蓋陶瓷概論、陶瓷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、陶瓷晶體結(jié)構(gòu)、熔體與玻璃體、陶瓷晶體缺陷、陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng)、陶瓷相圖、固體擴(kuò)散、陶瓷相變、固相反應(yīng)、陶瓷燒結(jié)，以及陶瓷的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、導(dǎo)電性能、磁性能、光學(xué)性能、敏感特性等。還系統(tǒng)介紹了結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷和傳統(tǒng)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其與制備工藝之間的聯(lián)系，以及它們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域中的諸多應(yīng)用。
全書突出科學(xué)性、前瞻性，同時(shí)兼顧實(shí)用性。本書可供從事功能陶瓷材料應(yīng)用與研究、元器件生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的科技人員參考，也可作為高等學(xué)校先進(jìn)陶瓷材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和新材料等專業(yè)的教學(xué)參考書或教材。

1 全面、系統(tǒng)介紹陶瓷材料科學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)與成就。 2 既有基礎(chǔ)知識(shí)，又有專業(yè)知識(shí)；既有理論性，也有實(shí)用性。 3 涵蓋結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷以及傳統(tǒng)陶瓷，可以作為教材。

陶瓷材料是材料領(lǐng)域研究最為活躍、發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛的分支之一，它承載著古老的中華文明，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中不可缺少的重要組成部分。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)、通信、信息、新能源、生物、空間等現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)陶瓷材料提出越來(lái)越高的要求，出現(xiàn)了如高溫陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等諸多新型陶瓷材料，并朝著復(fù)合化、多功能化、低維化、智能化方向發(fā)展。隨著新型結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷的迅猛發(fā)展，陶瓷材料的研究和應(yīng)用將進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，將會(huì)有更多的新型陶瓷材料在國(guó)防、機(jī)械、冶金、化工、建筑、電子、生物等行業(yè)或領(lǐng)域獲得推廣與應(yīng)用。
自從我國(guó)高校專業(yè)改革以來(lái)，各個(gè)學(xué)校的材料相關(guān)專業(yè)幾乎都將原有的細(xì)分專業(yè)進(jìn)行了整合與拓寬，如在原來(lái)金屬材料專業(yè)的基礎(chǔ)上增加無(wú)機(jī)非金屬材料方向課程等。為了有效地讓讀者和學(xué)生全面了解陶瓷材料，在較短的時(shí)間內(nèi)掌握更多的陶瓷知識(shí)，本書綜合了陶瓷材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)內(nèi)容，系統(tǒng)地將陶瓷材料的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了呈現(xiàn)。
全書根據(jù)材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃和特點(diǎn)，依照科學(xué)性、先進(jìn)性和系統(tǒng)性的原則，綜合了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有教材和技術(shù)書籍的有益內(nèi)容，吸收了國(guó)內(nèi)外陶瓷材料科學(xué)的新技術(shù)和新成果，并結(jié)合編著者多年來(lái)的教學(xué)與長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編寫了本書。本書內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面。一方面是陶瓷的基礎(chǔ)理論知識(shí)，全面地介紹了陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷理論、熔體與玻璃體、陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng)、陶瓷相圖以及擴(kuò)散、相變、固相反應(yīng)和燒結(jié)等動(dòng)力學(xué)理論。另一方面，以陶瓷的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)及半導(dǎo)體等性能為主線，系統(tǒng)地介紹了結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷和傳統(tǒng)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其與制備工藝之間的聯(lián)系，以及在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用等。
本書在編寫時(shí)還重點(diǎn)介紹了陶瓷材料領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用，同時(shí)兼顧了與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的傳統(tǒng)陶瓷方面的相關(guān)內(nèi)容，這也是本書的重要特色。本書由多位作者合作完成，分工各有側(cè)重。其中，第1、20、21章由趙敬忠教授編寫，第2~11章由任鵬榮教授編寫，第12~14章由宮溢超副教授編寫，第15~19章由湯玉斐教授編寫。任帥博士參與部分前期工作，提出了許多建設(shè)性的修改意見(jiàn)。本書由趙敬忠教授進(jìn)行統(tǒng)稿，湯玉斐教授對(duì)全書進(jìn)行了校對(duì)。本書可以作為材料類專業(yè)的教材，對(duì)于相關(guān)專業(yè)研究生和工程技術(shù)人員而言，也具有重要的參考價(jià)值。
由于編著者水平有限，加之陶瓷材料的前沿研究領(lǐng)域日新月異，書中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者和專家批評(píng)和指正。

編著者
2024年5月

第1章陶瓷概論 001
1.1陶瓷的概念與分類 001
1.1.1陶瓷的概念 001
1.1.2陶瓷的分類 001
1.2陶瓷的制備工藝概述 003
1.2.1原料與坯料制備 003
1.2.2陶瓷成型 005
1.2.3陶瓷燒結(jié) 007

第2章陶瓷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 009
2.1原子結(jié)構(gòu) 009
2.1.1原子的電子結(jié)構(gòu) 009
2.1.2原子半徑 010
2.1.3電負(fù)性 011
2.2化學(xué)鍵 011
2.2.1離子鍵 011
2.2.2共價(jià)鍵 012
2.2.3混合鍵 012
2.3離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 015
2.3.1晶格能 015
2.3.2配位數(shù)與配位多面體 017
2.3.3離子的極化 017
2.3.4鮑林規(guī)則 019

第3章陶瓷晶體結(jié)構(gòu) 021
3.1二元化合物結(jié)構(gòu) 021
3.1.1MX結(jié)構(gòu) 021
3.1.2MX2與M2X結(jié)構(gòu) 024
3.1.3M2X3結(jié)構(gòu) 026
3.2典型多元化合物結(jié)構(gòu) 027
3.2.1鈣鈦礦型結(jié)構(gòu) 027
3.2.2尖晶石型結(jié)構(gòu) 028
3.2.3橄欖石型結(jié)構(gòu) 029
3.3硅酸鹽結(jié)構(gòu) 030
3.3.1島狀 031
3.3.2組群狀 031
3.3.3鏈狀 032
3.3.4層狀 033
3.3.5架狀 037

第4章熔體與玻璃體 040
4.1非晶體 040
4.2熔體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 041
4.2.1熔體的結(jié)構(gòu) 041
4.2.2熔體的性質(zhì) 042
4.3玻璃的通性與結(jié)構(gòu) 046
4.3.1玻璃的通性 046
4.3.2玻璃的結(jié)構(gòu) 047
4.4玻璃的性質(zhì) 048
4.4.1光學(xué)性質(zhì) 048
4.4.2力學(xué)性質(zhì) 049
4.4.3熱學(xué)性質(zhì) 049
4.4.4電學(xué)性質(zhì) 049

第5章陶瓷晶體缺陷 050
5.1點(diǎn)缺陷 050
5.1.1點(diǎn)缺陷的分類 050
5.1.2點(diǎn)缺陷符號(hào) 051
5.1.3點(diǎn)缺陷反應(yīng)式 052
5.2固溶體 054
5.2.1固溶體的分類 055
5.2.2置換固溶體 055
5.2.3間隙固溶體 056
5.2.4固溶體的性質(zhì) 057
5.2.5固溶體的研究方法 060
5.3非化學(xué)計(jì)量化合物 063
5.3.1非化學(xué)計(jì)量化合物的形成 063
5.3.2非化學(xué)計(jì)量化合物的分類 063

第6章陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng) 066
6.1黏土-水系統(tǒng)膠體化學(xué) 066
6.1.1黏土的帶電性 067
6.1.2黏土的離子吸附和交換 068
6.1.3黏土膠體的電動(dòng)性質(zhì) 069
6.1.4黏土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì) 071
6.2非黏土分散系統(tǒng) 076
6.2.1非黏土泥漿體的懸浮 076
6.2.2瘠性料的塑化 078

第7章陶瓷相圖 080
7.1相平衡與相圖 080
7.1.1基本概念 080
7.1.2相平衡 084
7.2單元系統(tǒng)相圖 085
7.2.1水的相圖 085
7.2.2具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖 086
7.2.3單元系統(tǒng)相圖的應(yīng)用 087
7.3二元系統(tǒng)相圖 090
7.3.1二元系統(tǒng)相圖的基本類型 091
7.3.2二元系統(tǒng)相圖應(yīng)用 097
7.4三元系統(tǒng)相圖 100
7.4.1三元系統(tǒng)組成表示法 100
7.4.2判斷三元系統(tǒng)相圖的幾條重要規(guī)則 100
7.4.3三元系統(tǒng)相圖的基本類型 102
7.4.4三元系統(tǒng)相圖應(yīng)用 109

第8章固體擴(kuò)散 114
8.1固體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的特點(diǎn)與唯象理論 114
8.1.1固體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的特點(diǎn) 114
8.1.2菲克定律 115
8.2擴(kuò)散機(jī)制和擴(kuò)散系數(shù) 116
8.2.1擴(kuò)散的微觀機(jī)制 116
8.2.2擴(kuò)散系數(shù) 117
8.3固體中的擴(kuò)散 118
8.3.1離子型晶體中的擴(kuò)散 118
8.3.2共價(jià)晶體中的擴(kuò)散 119
8.3.3非化學(xué)計(jì)量化合物中的擴(kuò)散 119
8.4影響擴(kuò)散的因素 122
8.4.1晶體組成的復(fù)雜性 122
8.4.2化學(xué)鍵的影響 122
8.4.3結(jié)構(gòu)缺陷的影響 123
8.4.4溫度的影響 123
8.4.5雜質(zhì)的影響 124
8.4.6過(guò)飽和空位及位錯(cuò)的影響 125

第9章陶瓷相變 126
9.1相變的分類 126
9.1.1按熱力學(xué)分類的陶瓷相變 126
9.1.2按結(jié)構(gòu)變化分類的陶瓷相變 128
9.1.3按質(zhì)點(diǎn)遷移特征分類的陶瓷相變 129
9.1.4按動(dòng)力學(xué)分類的陶瓷相變 129
9.2固態(tài)相變 129
9.2.1固態(tài)相變的特點(diǎn) 129
9.2.2陶瓷的馬氏體轉(zhuǎn)變 130
9.2.3擴(kuò)散型固態(tài)相變 131
9.3相變過(guò)程熱力學(xué) 132
9.3.1相變過(guò)程的不平衡狀態(tài)及亞穩(wěn)區(qū) 132
9.3.2相變過(guò)程推動(dòng)力 133
9.4相變過(guò)程動(dòng)力學(xué) 135
9.4.1晶核形成過(guò)程動(dòng)力學(xué) 135
9.4.2晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 137
9.4.3總結(jié)晶率 138
9.4.4析晶過(guò)程 140
9.4.5影響析晶能力的因素 141

第10章固相反應(yīng) 142
10.1固相反應(yīng)的類型 142
10.2固相反應(yīng)的特點(diǎn) 143
10.3固相反應(yīng)的機(jī)理 143
10.4固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 144
10.4.1一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系 144
10.4.2化學(xué)反應(yīng)控制的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 146
10.4.3擴(kuò)散控制的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 147
10.5影響固相反應(yīng)的因素 151
10.5.1反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu) 151
10.5.2反應(yīng)物顆粒尺寸及分布 152
10.5.3反應(yīng)溫度、壓力與氣氛 153
10.5.4礦化劑及其他影響因素 153

第11章陶瓷燒結(jié) 154
11.1燒結(jié)推動(dòng)力及燒結(jié)模型 154
11.1.1燒結(jié)過(guò)程 154
11.1.2燒結(jié)推動(dòng)力 155
11.1.3燒結(jié)模型 155
11.2燒結(jié)機(jī)制 157
11.2.1蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 157
11.2.2溶解-沉淀傳質(zhì) 157
11.2.3流動(dòng)傳質(zhì) 158
11.2.4擴(kuò)散傳質(zhì) 159
11.3晶粒生長(zhǎng)與二次再結(jié)晶 160
11.3.1晶粒生長(zhǎng) 160
11.3.2初次再結(jié)晶 164
11.3.3二次再結(jié)晶 165
11.4影響燒結(jié)的因素 167
11.4.1原始粉料的粒度 167
11.4.2物料活性 167
11.4.3外加劑 167
11.4.4其他因素 168

第12章陶瓷的力學(xué)性能 171
12.1陶瓷的彈性 171
12.1.1陶瓷的彈性變形與彈性模量 171
12.1.2顯微結(jié)構(gòu)對(duì)彈性模量的影響 172
12.2陶瓷材料的硬度 173
12.2.1陶瓷的硬度 174
12.2.2高溫硬度 174
12.2.3硬度與其他性能之間的關(guān)系 175
12.3陶瓷材料的強(qiáng)度 175
12.3.1陶瓷的強(qiáng)度理論 176
12.3.2影響強(qiáng)度的因素 177
12.3.3溫度對(duì)強(qiáng)度的影響 179
12.4陶瓷材料的塑性變形和蠕變 180
12.4.1陶瓷材料的塑性變形行為 181
12.4.2陶瓷材料的蠕變 183
12.5陶瓷材料的脆性 185
12.6陶瓷材料的疲勞特性 188
12.7陶瓷材料的強(qiáng)韌化 190
12.7.1相變?cè)鲰g 190
12.7.2微裂紋增韌 191
12.7.3裂紋偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)增韌 192
12.7.4晶須 纖維增韌 192
12.7.5疇轉(zhuǎn)和孿晶增韌 193
12.7.6自增韌 193

第13章陶瓷的熱學(xué)性能 194
13.1陶瓷熱學(xué)性能的一般表征 194
13.1.1比熱容 194
13.1.2熱膨脹系數(shù) 195
13.1.3熱導(dǎo)率 198
13.2熱應(yīng)力 201
13.3抗熱震性 202
13.3.1熱震斷裂 202
13.3.2抗熱震損傷 203
13.3.3影響陶瓷抗熱震性的主要因素 204
13.4耐火陶瓷 205
13.4.1耐熱陶瓷 205
13.4.2熱交換器和陶瓷發(fā)熱體 205
13.4.3低熱膨脹陶瓷 207

第14章典型結(jié)構(gòu)陶瓷 208
14.1氧化物陶瓷 208
14.1.1氧化鋁陶瓷 208
14.1.2氧化鋯陶瓷 211
14.1.3氧化鎂陶瓷 213
14.2氮化物陶瓷 214
14.2.1氮化硅陶瓷 214
14.2.2氮化鋁陶瓷 218
14.2.3氮化硼陶瓷 219
14.3碳化物陶瓷 220
14.3.1碳化硅陶瓷 220
14.3.2碳化硼陶瓷 222

第15章陶瓷的導(dǎo)電性能 224
15.1陶瓷導(dǎo)電概述 224
15.1.1陶瓷導(dǎo)電特點(diǎn) 224
15.1.2陶瓷導(dǎo)電的影響因素 224
15.2離子導(dǎo)電 225
15.2.1離子導(dǎo)電的特點(diǎn) 225
15.2.2離子導(dǎo)體 226
15.3電子導(dǎo)電 226
15.3.1電子導(dǎo)電的特點(diǎn) 226
15.3.2氧分壓的影響 227
15.3.3電價(jià)控制半導(dǎo)體 227
15.4高溫超導(dǎo)氧化物 227
15.4.1超導(dǎo)電現(xiàn)象 227
15.4.2高溫超導(dǎo)氧化物的性質(zhì) 228
15.4.3超導(dǎo)材料的應(yīng)用 230
15.5表面荷正電氧化物 230
15.5.1氧化物表面荷電特性 230
15.5.2氧空位對(duì)表面電性能的影響 231

第16章陶瓷的介電性能 232
16.1電介質(zhì)陶瓷 232
16.1.1電介質(zhì)陶瓷的基本性質(zhì) 232
16.1.2電絕緣陶瓷和電容器陶瓷 233
16.2鐵電陶瓷 235
16.2.1鈦酸鋇晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 235
16.2.2鈦酸鋇基鐵電陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用 236
16.2.3反鐵電陶瓷 238
16.3壓電陶瓷 239
16.3.1壓電效應(yīng) 239
16.3.2壓電陶瓷的性能參數(shù) 239
16.3.3壓電陶瓷的應(yīng)用 242
16.4熱釋電陶瓷 243
16.4.1熱釋電效應(yīng) 243
16.4.2熱釋電陶瓷材料 243

第17章陶瓷的磁性能 245
17.1順磁性和抗磁性 245
17.1.1順磁性 245
17.1.2抗磁性 247
17.2鐵磁性 247
17.2.1鐵磁性和磁疇 247
17.2.2磁滯回線 249
17.2.3磁泡疇 251
17.3反鐵磁性和亞鐵磁性與鐵氧體 252
17.3.1反鐵磁性 252
17.3.2亞鐵磁性 254
17.3.3鐵氧體 254
17.4其他磁性能 260
17.4.1磁各向異性 260
17.4.2磁致伸縮 261
17.4.3巨磁阻效應(yīng) 263
17.4.4磁光效應(yīng) 264
17.4.5熱磁效應(yīng) 265
17.5應(yīng)用磁性材料 265
17.5.1磁記錄材料 265
17.5.2稀土永磁材料 266

第18章陶瓷的光學(xué)性能 268
18.1光在介質(zhì)中的傳播 268
18.1.1折射 268
18.1.2反射和透射 269
18.2光學(xué)窗口材料和薄膜光學(xué) 270
18.2.1光學(xué)窗口材料 270
18.2.2薄膜光學(xué) 272
18.2.3透明導(dǎo)電膜 272
18.3陶瓷半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì) 274
18.3.1本征光吸收 274
18.3.2光電導(dǎo)效應(yīng) 274
18.3.3光催化效應(yīng) 275

第19章陶瓷的敏感特性 277
19.1敏感陶瓷概述 277
19.1.1敏感陶瓷分類 277
19.1.2敏感陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 277
19.2熱敏陶瓷 279
19.2.1熱敏陶瓷的基本性能與參數(shù) 279
19.2.2PTC熱敏陶瓷 282
19.2.3NTC熱敏陶瓷 284
19.2.4CTR熱敏陶瓷 285
19.3氣敏陶瓷 286
19.3.1氣敏陶瓷的特性 286
19.3.2氣敏機(jī)理 289
19.3.3氣敏陶瓷分類 290
19.3.4典型的氣敏半導(dǎo)體陶瓷 291
19.4濕敏陶瓷 293
19.4.1濕敏陶瓷的主要特性 293
19.4.2濕敏機(jī)理 296
19.4.3濕敏陶瓷材料的應(yīng)用 297
19.5壓敏陶瓷 298
19.5.1壓敏陶瓷的電參數(shù) 298
19.5.2氧化鋅壓敏陶瓷 299
19.5.3壓敏陶瓷的應(yīng)用 301
19.6光敏陶瓷 302
19.6.1光敏陶瓷的主要特性 302
19.6.2光敏陶瓷的應(yīng)用 304
19.6.3太陽(yáng)能電池 304

第20章傳統(tǒng)陶瓷 307
20.1陶器 308
20.1.1陶器的種類和性質(zhì) 308
20.1.2磚瓦 308
20.1.3精陶 309
20.2炻器 311
20.3瓷器 312
20.3.1瓷器的種類 312
20.3.2長(zhǎng)石質(zhì)瓷 312
20.3.3鎂質(zhì)瓷 314
20.3.4骨質(zhì)瓷 314
20.4陶瓷釉 315
20.4.1釉的作用及特點(diǎn) 315
20.4.2釉的類型 316
20.4.3釉的性質(zhì) 317
20.4.4釉的化學(xué)性質(zhì) 322
20.4.5釉的光學(xué)性質(zhì) 322

第21章陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 324
21.1陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的組成 324
21.1.1陶瓷材料中的晶體相 325
21.1.2陶瓷材料中的玻璃相 328
21.1.3陶瓷材料中的氣孔相 329
21.2陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)分析 330
21.2.1微觀結(jié)構(gòu)分析 330
21.2.2表面和界面分析 332
21.2.3氣孔率分析 333

參考文獻(xiàn) 336