陶瓷不僅是人民日常生活中不可缺少的日用品，幾千年來(lái)一直是人類用以生活的主要餐具、茶具和容器，又是制造美術(shù)陳設(shè)器皿的最耐久最富于裝飾性的材料，在我國(guó)外貿(mào)中占有一定的地位。陶瓷還是一個(gè)原料來(lái)源豐富，傳統(tǒng)技藝悠久，具有堅(jiān)硬、耐用及一系列優(yōu)良性質(zhì)的材料，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，陶瓷作為一種重要的結(jié)構(gòu)和功能材料，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、冶金、電子、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。

圖1 各類陶瓷制品

1. 陶瓷的定義及分類

傳統(tǒng)上，“陶瓷”是指所有以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過(guò)粉碎、混煉、成形、燒結(jié)等過(guò)程而制成的各種制品。傳統(tǒng)陶瓷包括常見的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、電瓷等。

圖2 日用瓷（茶杯）、建筑用瓷（地磚）及電瓷

傳統(tǒng)陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸鹽礦物（如粘土、長(zhǎng)石、石英等），所以傳統(tǒng)陶瓷可歸屬于硅酸鹽類材料和制品。因此，陶瓷工業(yè)可與玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工業(yè)同屬“硅酸鹽工業(yè)”的范疇。

圖3 粘土礦物（高嶺石）、鉀長(zhǎng)石及石英

廣義上，“陶瓷”是用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無(wú)機(jī)非金屬固體材料和制品的通稱。像氧化物陶瓷、壓電陶瓷、金屬陶瓷等的生產(chǎn)過(guò)程基本上還是原料處理、成形、燒結(jié)這種傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)方法，但原料已不再使用或很少使用粘土等傳統(tǒng)陶瓷原料，而已擴(kuò)大到化工原料和合成礦物，甚至是非硅酸鹽、非氧化物原料，組成范圍也延伸到無(wú)機(jī)非金屬材料的范圍中，并且出現(xiàn)了許多新的工藝。

圖4 氧化鋯陶瓷及壓電陶瓷片

按陶瓷的概念和用途，可以將陶瓷進(jìn)行以下分類：

圖5 陶瓷的分類

其中，結(jié)構(gòu)陶瓷主要是用于耐磨損、高強(qiáng)度、耐熱、耐熱沖擊、硬質(zhì)、高剛性、低熱膨脹性和隔熱等結(jié)構(gòu)陶瓷材料；功能陶瓷中包括電磁功能、光學(xué)功能和生物-化學(xué)功能等陶瓷制品和材料，此外還有核能陶瓷和其它功能材料等。

2. 陶瓷原料及粉體制備

2.1 陶瓷原料

陶瓷原料主要包括粘土類原料、石英類原料、長(zhǎng)石類原料、其他礦物原料（瓷石、葉臘石、高鋁質(zhì)礦物、堿土硅酸鹽類、碳酸鹽類等）以及新型陶瓷原料（氧化物、碳化物、氮化物等）等。

粘土類原料：粘土很少由單一礦物組成，而是多種微細(xì)礦物的混合體。粘土礦物主要為高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水云母）等等。

圖6 高嶺石、葉臘石及伊利石

石英類原料：二氧化硅(SiO₂)在地殼中的豐度約為60％。含SiO₂的礦物種類很多，部分以硅酸鹽化合物的狀態(tài)存在，構(gòu)成各種礦物、巖石。另一部分則以獨(dú)立狀態(tài)存在，成為單獨(dú)的礦物實(shí)體，其中結(jié)晶態(tài)二氧化硅統(tǒng)稱為石英。

圖7 石英礦及水晶

長(zhǎng)石類原料：長(zhǎng)石是陶瓷生產(chǎn)中的主要熔劑性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔劑等的基本成分，用量較大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中長(zhǎng)石的種類很多，歸納起來(lái)都是由以下四種長(zhǎng)石組合而成：

鈉長(zhǎng)石(Ab)  Na[AlSi₃O₈]或Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂

鉀長(zhǎng)石(Or)  K[AlSi₃O₈]或K₂O·Al₂O₃·6SiO₂

鈣長(zhǎng)石(An)  Ca[Al₂Si₂O₈]或CaO·Al₂O₃·2SiO₂

鋇長(zhǎng)石(Cn)  Ba[Al₂Si₂O₈]或BaO·Al₂O₃·2SiO₂

2.2 陶瓷粉體的制備

陶瓷粉體的制備方法主要包括兩種：

粉碎法：機(jī)械粉碎（沖擊式粉碎、球磨粉碎、行星式研磨、振動(dòng)粉碎等），氣流粉碎；雜質(zhì)多，1μm以上；

圖8 球磨機(jī)及氣流粉碎機(jī)的示意圖

合成法：固相法、液相法和氣相法；純度、粒度可控，均勻性好，顆粒微細(xì)。

（1）固相法

A.燒結(jié)法：A_(s)+B_(s)→C_(s)十D_(g)

B.熱分解反應(yīng)基本形式(S代表固相，G代表氣相)：S₁→S₂+G₁

C.化合反應(yīng)法：A_(s)+B_(s)→C_(s)+D_(g)

D.氧化還原法或還原碳化、還原氮化如：3SiO₂+6C+2N₂→Si₃N₄+6CO

（2）液相法（鹽溶液→鹽晶體或氫氧化物→粉末）

A.化學(xué)共沉淀法

B.溶膠凝膠法

C.噴霧熱分解法

（3）氣相法

圖9 CVD方法原理及氣象沉淀產(chǎn)物示意圖

3. 配料及成型工藝

配料主要有兩種方法：已知化學(xué)計(jì)量的配料計(jì)算和根據(jù)化學(xué)成分的配料計(jì)算；

混料主要有兩種方法：干混和濕混，應(yīng)注意加料程序和混料磨介的使用。

塑化：就是指利用塑化劑，使原料坯料具有可塑性，而可塑性是指坯料在外力的作用下發(fā)生無(wú)裂紋的變形。塑化劑一般有兩類：一類是無(wú)機(jī)塑化劑、另一類是有機(jī)塑化劑。

造粒：就是在較細(xì)的原料中加入塑化劑，制成粒度較粗、具有一定假顆粒度級(jí)配、流動(dòng)性較好的粒子。造粒方法可以分為一般造粒法、加壓造粒法、噴霧造粒法、冷凍干燥法等。

陶瓷粉體、坯料進(jìn)一步加工成坯體的這一過(guò)程稱為成型。成型方法主要包括：干壓成型、等靜壓成型、塑性成形、熱壓鑄成型和流延成型等。

圖10 各類成型方法工藝圖

4. 陶瓷的燒結(jié)

燒結(jié)是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，表面積減小、孔隙率降低、機(jī)械性能提高的致密化過(guò)程。

圖11 陶瓷燒結(jié)示意圖

陶瓷的燒結(jié)過(guò)程一般分為五個(gè)階段：(1) 低溫階段（室溫至300℃左右）；(2) 中溫階段（亦稱分解氧化階段，300至950℃）；(3)高溫階段（950℃至燒成溫度）；(4) 保溫階段；(5) 冷卻階段。

常用的燒結(jié)方法主要包括：(1) 常壓燒結(jié)（常壓）；(2) 熱壓燒結(jié)（加壓）；(3) 熱等靜壓燒結(jié)及放電等離子體燒結(jié)（高溫恒壓）；(4) 氣氛燒結(jié)（防氧化、加氣）；(5) 反應(yīng)燒結(jié)（加入氣相或者液相以獲得一定強(qiáng)度和精度）；(6)微波燒結(jié)；(7) 爆炸燒結(jié)（爆炸產(chǎn)生高溫高壓）等。

圖12 燒結(jié)設(shè)備及示意圖

5. 陶瓷燒結(jié)后處理工藝

常見的后續(xù)加工處理方式主要有表面施釉、機(jī)械加工及表面金屬化。

施釉：(1) 提高瓷件的機(jī)械強(qiáng)度與耐熱沖擊性能；(2) 防止工件表面的低壓放電；(3) 使瓷件的防潮功能提高。

機(jī)械加工：可以使陶瓷制品適應(yīng)尺寸公差的要求，也可以改善陶瓷制品表面的光潔度或去除表面的缺陷。方法有磨削、激光和超聲波加工等。

金屬化：為了滿足電性能的需要或?qū)崿F(xiàn)陶瓷與金屬的封接，需要在陶瓷表面牢固地鍍上一層金屬薄膜，常見的陶瓷金屬化方法有被銀法、電鍍法等。陶瓷與金屬的封接形式包括玻璃釉封接、金屬焊接封接、活化金層封接、激光焊接、固相封接等。

筱筠 整理

參考資料來(lái)源《陶瓷工藝學(xué)》及網(wǎng)絡(luò)