先進陶瓷又稱特種陶瓷、精細陶瓷、高技術陶瓷等，是一種無機非金屬材料，在航空航天、機械、冶金、電子以及化工等領域具有廣泛應用。本書共10章，主要包括先進陶瓷的基礎知識、制備工藝、具體應用以及測試技術四個方面的內容。其中，先進陶瓷的成型與燒結工藝，復合陶瓷、多孔陶瓷以及熱學陶瓷等的制備工藝與應用是本書的重點內容。本書可作為高等院校和科研院所的材料、物理、化學、機械、航空航天等學院的相關專業(yè)的本科生及研究生的教材或專業(yè)參考書，也可供在國防工業(yè)、航空航天、機械、電子、化工、生物醫(yī)療等領域從事先進陶瓷研究、開發(fā)和生產的技術人員參考。
本書由華中科技大學張海波教授團隊撰寫。陶瓷工藝學的研究內容包括：陶瓷材料的制備、加工和表征；陶瓷材料的性能評價和控制；陶瓷工藝裝備的研發(fā)和應用；陶瓷工藝工程的設計與優(yōu)化等。陶瓷工藝學是一門理論與實踐相結合的學科，既需要對陶瓷工藝的基本原理進行深入的研究，也要運用科學的方法對陶瓷工藝進行改進和優(yōu)化。
陶瓷技術是人類文明的重要組成部分，其歷史可以追溯到古代，已有數(shù)千年。先進陶瓷工藝學是一門涵蓋了陶瓷材料科學、工程學和工藝學等多個學科的綜合性學科。陶瓷材料因其獨特性質，如高溫穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性、電絕緣性等而成為各種工程領域中的重要材料。近年來，先進陶瓷材料及其工藝和應用迅速發(fā)展，在航空航天、醫(yī)療、軍事、能源等領域得到了廣泛應用。這些領域對高性能、多功能、環(huán)保和安全等方面的需求日益增加，陶瓷工藝學受到了廣泛關注。因此，編寫一本有關先進陶瓷工藝學的教材是十分必要的。本書旨在為學生提供一個系統(tǒng)的和詳細的陶瓷工藝學知識體系，以便他們了解陶瓷工藝的*新發(fā)展，學會應用先進技術開展陶瓷研究和開發(fā)工作。 陶瓷工藝學的研究內容包括：陶瓷材料的制備、加工和表征；陶瓷材料的性能評價和控制；陶瓷工藝裝備的研發(fā)和應用；陶瓷工藝工程的設計與優(yōu)化等。陶瓷工藝學是一門理論與實踐相結合的學科，既需要對陶瓷工藝的基本原理進行深入的研究，也要運用科學的方法對陶瓷工藝進行改進和優(yōu)化。 本書針對初學者而編寫，旨在幫助學生了解先進陶瓷工藝學的基本原理和方法，培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力。本書內容分為四個部分：先進陶瓷材料基礎知識（第1、2章）、先進陶瓷制備工藝（第3、4、5章）、先進陶瓷的具體應用（第6、7、8、9章）和先進陶瓷測試技術（第10章）。其中，先進陶瓷材料基礎知識部分介紹了陶瓷材料的基本性質和分類以及陶瓷晶體結構的基本知識，先進陶瓷制備工藝部分介紹了陶瓷粉體制備方法、陶瓷成型及燒結工藝與技術，先進陶瓷的具體應用部分介紹了復合陶瓷、多孔陶瓷、熱學陶瓷及電學陶瓷的基礎知識、制備工藝及應用等，先進陶瓷測試技術部分介紹了常用陶瓷性能測試和評價方法。本書重點關注先進陶瓷制備工藝以及典型先進陶瓷應用基礎知識。 本書由張海波、譚劃主筆并負責統(tǒng)稿和定稿，姜勝林負責修改，課題組的幾位研究生參與了部分章節(jié)的編寫。其中，劉凱參與第2章、第3章的編寫，韓勝強參與第4章的編寫，魏甜參與第6章的編寫，王傳民、羅江海參與第8章的編寫，吳天瓊、黃帥康、周鑫翊、游迪參與第9章的編寫，程連參與第10章的編寫，在此對他們表示感謝！本書的編寫得益于作者所在課題組長期在先進陶瓷領域的研究和教學工作，并參考了國內外許多文獻資料。在此，向本書所引用的參考文獻的原作者表示謝意。 除了課文內容，本書還附有思考題，以幫助學生理解和掌握先進陶瓷工藝學。本書還附有參考文獻，供學生進一步深入了解先進陶瓷工藝學的相關知識。學習先進陶瓷工藝學不僅有助于提高學生的專業(yè)素養(yǎng)，還是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑。我們希望本書能為學生的學習和未來的發(fā)展提供有益的指導。同時，也希望本書能夠對從事陶瓷相關工作的工程師在學習先進陶瓷工藝學方面起到重要的推動作用，并為他們從事的陶瓷工藝研究與開發(fā)工作奠定堅實基礎。 由于編者水平有限，本書難免存在不當之處，敬請廣大讀者批評指正。 編者 2023年2月于喻園
華中科技大學材料科學與工程學院、材料成形與模具技術國家重點實驗室教授，材料系副主任，主要從事先進陶瓷與功能器件的研究開發(fā)工作，作為項目負責人先后主持國家及省部級科研項目近十項，在國內外學術期刊上發(fā)表論文100余篇，獲授權專利10余項。先后獲得德國洪堡學者、華中科技大學華中學者等稱號以及2017年歐洲陶瓷學會*佳論文獎勵等。
第1章概述（1）
1.1陶瓷材料的定義（1）
1.2陶瓷材料的發(fā)展史（2）
1.3陶瓷材料的基本性能（3）
1.4典型陶瓷材料及其應用（3）
1.5陶瓷材料未來發(fā)展及關鍵問題（5）
第2章先進陶瓷制備基礎（8）
2.1陶瓷的晶體結構（8）
2.1.1晶體學基礎知識（8）
2.1.2陶瓷的晶體類型（11）
2.1.3陶瓷中典型的晶體結構（13）
2.1.4同質異晶體、異質同晶體與固溶體（17）
2.2陶瓷中的缺陷（18）
2.2.1點缺陷、線缺陷與面缺陷（18）
2.2.2氧化物陶瓷中的缺陷（21）
2.2.3陶瓷中的氧缺陷（22）
2.3陶瓷中的擴散（24）
2.3.1擴散定律（24）
2.3.2擴散機制（24）
2.4陶瓷的相圖與相變（25）
2.4.1陶瓷的熱力學基礎（25）
2.4.2相圖（26）
2.4.3相變（29）
2.5陶瓷的顯微組織（30）
2.5.1單相陶瓷的顯微結構（31）
2.5.2多相復合陶瓷的顯微結構（32）
第3章先進陶瓷粉體制備技術（34）
3.1粉體的物理性能及表征（34）
3.1.1粉體粒度、粒度分布分析（34）
3.1.2粉體顆粒形貌分析（39）
3.1.3成分分析（40）
3.1.4粉體晶態(tài)的表征（42）
3.2粉體機械法制備工藝（43）
3.2.1氣流粉碎機（44）
3.2.2行星式球磨機（45）
3.3粉體化學法制備工藝（45）
3.3.1固相合成法（45）
3.3.2液相合成法（48）
3.3.3氣相合成法（53）
目錄先進陶瓷工藝學第4章先進陶瓷成型技術（59）
4.1壓制成型法（59）
4.1.1干壓成型法（59）
4.1.2等靜壓成型法（60）
4.2塑性成型法（62）
4.2.1擠壓成型法（62）
4.2.2軋膜成型法（63）
4.2.3注射成型法（64）
4.3漿料成型法（65）
4.3.1注漿成型法（65）
4.3.2注凝成型法（66）
4.3.3流延成型法（66）
4.4先進陶瓷成型技術新進展及趨勢（67）
4.4.1離心沉積成型法（68）
4.4.2電泳沉積成型法（68）
4.4.3固體無模成型法（68）
第5章先進陶瓷燒結技術（75）
5.1燒結原理（75）
5.1.1燒結的定義（75）
5.1.2燒結的驅動力（76）
5.1.3燒結過程的傳質機理（76）
5.1.4影響燒結的主要因素（80）
5.1.5晶粒生長及二次再結晶（80）
5.2傳統(tǒng)燒結方法（83）
5.2.1熱壓燒結（83）
5.2.2熱等靜壓燒結（84）
5.2.3反應燒結（85）
5.2.4微波燒結（85）
5.3新型燒結方法（86）
5.3.1火花等離子燒結（86）
5.3.2閃燒（89）
5.3.3選區(qū)激光燒結（90）
5.3.4感應燒結（91）
5.3.5傳統(tǒng)燒結裝置中的快速燒結（93）
5.3.6自蔓延高溫合成法（94）
5.3.7冷燒結（94）
5.3.8超快高溫燒結（95）
第6章先進陶瓷復合材料制備技術（98）
6.1基本概念和分類（98）
6.1.1陶瓷基復合材料（98）
6.1.2陶瓷基復合材料分類（98）
6.2復合陶瓷增韌補強機理（99）
6.2.1納米顆粒強、韌化機理（100）
6.2.2晶須強、韌化機理（102）
6.2.3纖維強、韌化機理（103）
6.3陶瓷基復合材料的設計理論（105）
6.3.1晶須功能（105）
6.3.2晶須種類（105）
6.3.3晶須和基體材料之間的相容性（110）
6.3.4晶須/纖維陶瓷界面調控機理（110）
6.4陶瓷基復合材料的成型工藝（111）
6.4.1聚合物滲透熱解（112）
6.4.2漿料浸漬（113）
6.4.3化學氣相滲透（114）
6.4.4反應熔滲（116）
6.4.5漿料滲透（120）
6.4.6溶膠凝膠滲透（121）
6.4.7結合滲透法（122）
第7章先進陶瓷多孔材料制備技術（124）
7.1多孔陶瓷制備方法（126）
7.1.1部分燒結法（126）
7.1.2犧牲模板法（128）
7.1.3復制模板法（129）
7.1.4直接發(fā)泡法（131）
7.1.53D打印法（132）
7.1.6其他方法（134）
7.1.7多孔陶瓷制備方法的優(yōu)缺點及未來發(fā)展方向（135）
7.2多孔陶瓷結構表征（136）
7.2.1直接觀測法（136）
7.2.2顯微法（138）
7.2.3壓汞法（138）
7.2.4氣體吸附法（139）
7.2.5排除法（140）
7.2.6蒸汽滲透法（141）
7.2.7小角度散射法（142）
7.3多孔陶瓷的應用（143）
7.3.1過濾材料和催化劑載體（143）
7.3.2保溫隔熱材料（143）
7.3.3生物材料（144）
7.3.4多孔陶瓷用于海水淡化（144）
7.3.5多孔陶瓷吸盤（144）
7.3.6節(jié)能環(huán)保型材料（145）
7.3.7吸音材料（145）
7.3.8海綿城市材料（145）
第8章先進熱學陶瓷及制備工藝（148）
8.1超高溫陶瓷（148）
8.2先進超高溫陶瓷的分類（149）
8.2.1硼化物陶瓷（149）
8.2.2碳化物陶瓷（150）
8.2.3氮化物陶瓷（150）
8.2.4高熵陶瓷（150）
8.3超高溫陶瓷材料的主要制備工藝（151）
8.3.1熱壓燒結（151）
8.3.2放電等離子燒結（151）
8.3.3反應熱壓燒結（151）
8.3.4無壓燒結（152）
8.4高導熱陶瓷（152）
8.4.1高導熱陶瓷的基本性質（152）
8.4.2高導熱陶瓷的分類（152）
8.4.3典型高導熱陶瓷的制備方法（155）
8.5隔熱陶瓷（158）
8.5.1隔熱陶瓷的基本性質（158）
8.5.2隔熱陶瓷的分類（159）
8.5.3典型隔熱陶瓷的制備方法（160）
8.6低熱膨脹陶瓷（161）
8.6.1低熱膨脹陶瓷的基本性質（161）
8.6.2低熱膨脹陶瓷的分類（161）
8.6.3典型低熱膨脹陶瓷的制備方法（163）
第9章先進電學陶瓷及制備工藝（168）
9.1絕緣陶瓷（168）
9.1.1絕緣陶瓷的基本性能（169）
9.1.2典型絕緣陶瓷的制備工藝（170）
9.2電容器陶瓷（182）
9.2.1電容器陶瓷的基本性質（183）
9.2.2電容器陶瓷的分類（187）
9.2.3典型陶瓷電容器的制備工藝（192）
9.3鐵電陶瓷（196）
9.3.1鐵電陶瓷材料的基本性質（196）
9.3.2鐵電陶瓷材料的分類（198）
9.3.3典型鐵電陶瓷器件的制備工藝（203）
9.4半導體陶瓷（209）
9.4.1半導體陶瓷材料的基本性質（209）
9.4.2半導體陶瓷材料的分類（210）
9.4.3典型半導體陶瓷器件的制備工藝（216）
9.5離子陶瓷（219）
9.5.1離子陶瓷材料的基本性質（219）
9.5.2離子陶瓷材料的分類（221）
9.5.3典型離子陶瓷器件的制備工藝（224）
第10章先進陶瓷性能及測試技術（229）
10.1先進陶瓷力學性能及測試技術（229）
10.1.1抗拉強度（229）
10.1.2抗壓強度（231）
10.1.3抗彎強度（232）
10.1.4彈性模量（232）
10.1.5斷裂韌性（233）
10.2先進陶瓷光學性能及測試技術（233）
10.2.1吸收與透射（235）
10.2.2磷光（236）
10.2.3激光器（236）
10.3先進陶瓷介電性能及測試技術（236）
10.3.1電導率（236）
10.3.2介電常數(shù)（238）
10.3.3介質損耗（240）
10.3.4絕緣強度（242）
10.4先進陶瓷熱學性能及測試技術（243）
10.4.1熱容（243）
10.4.2熱膨脹系數(shù)（248）
10.4.3導熱率（249）
10.4.4抗熱沖擊性（254）
10.5先進陶瓷壓電性能及測試技術（254）
10.5.1機械品質因數(shù)Qm（254）
10.5.2機電耦合系數(shù)（255）
10.5.3壓電常數(shù)d33（255）參考文獻（355）
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