陶瓷不仅是人民日常生活中不可缺少的日用品，几千年来一直是人类用以生活的主要餐具、茶具和容器，又是制造美术陈设器皿的最耐久最富于装饰性的材料，在我国外贸中占有一定的地位。陶瓷还是一个原料来源丰富，传统技艺悠久，具有坚硬、耐用及一系列优良性质的材料，随着现代科学技术的飞速发展，陶瓷作为一种重要的结构和功能材料，被广泛应用于机械、化工、冶金、电子、生物医学等各个领域。

图1 各类陶瓷制品

1. 陶瓷的定义及分类

传统上，“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。

图2 日用瓷（茶杯）、建筑用瓷（地砖）及电瓷

传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物（如粘土、长石、石英等），所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。因此，陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属“硅酸盐工业”的范畴。

图3 粘土矿物（高岭石）、钾长石及石英

广义上，“陶瓷”是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。像氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基本上还是原料处理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法，但原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料，而已扩大到化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料，组成范围也延伸到无机非金属材料的范围中，并且出现了许多新的工艺。

图4 氧化锆陶瓷及压电陶瓷片

按陶瓷的概念和用途，可以将陶瓷进行以下分类：

图5 陶瓷的分类

其中，结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料；功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。

2. 陶瓷原料及粉体制备

2.1 陶瓷原料

陶瓷原料主要包括粘土类原料、石英类原料、长石类原料、其他矿物原料（瓷石、叶腊石、高铝质矿物、碱土硅酸盐类、碳酸盐类等）以及新型陶瓷原料（氧化物、碳化物、氮化物等）等。

粘土类原料：粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。

图6 高岭石、叶腊石及伊利石

石英类原料：二氧化硅(SiO₂)在地壳中的丰度约为60％。含SiO₂的矿物种类很多，部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。

图7 石英矿及水晶

长石类原料：长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：

钠长石(Ab)  Na[AlSi₃O₈]或Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂

钾长石(Or)  K[AlSi₃O₈]或K₂O·Al₂O₃·6SiO₂

钙长石(An)  Ca[Al₂Si₂O₈]或CaO·Al₂O₃·2SiO₂

钡长石(Cn)  Ba[Al₂Si₂O₈]或BaO·Al₂O₃·2SiO₂

2.2 陶瓷粉体的制备

陶瓷粉体的制备方法主要包括两种：

粉碎法：机械粉碎（冲击式粉碎、球磨粉碎、行星式研磨、振动粉碎等），气流粉碎；杂质多，1μm以上；

图8 球磨机及气流粉碎机的示意图

合成法：固相法、液相法和气相法；纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细。

（1）固相法

A.烧结法：A_(s)+B_(s)→C_(s)十D_(g)

B.热分解反应基本形式(S代表固相，G代表气相)：S₁→S₂+G₁

C.化合反应法：A_(s)+B_(s)→C_(s)+D_(g)

D.氧化还原法或还原碳化、还原氮化如：3SiO₂+6C+2N₂→Si₃N₄+6CO

（2）液相法（盐溶液→盐晶体或氢氧化物→粉末）

A.化学共沉淀法

B.溶胶凝胶法

C.喷雾热分解法

（3）气相法

图9 CVD方法原理及气象沉淀产物示意图

3. 配料及成型工艺

配料主要有两种方法：已知化学计量的配料计算和根据化学成分的配料计算；

混料主要有两种方法：干混和湿混，应注意加料程序和混料磨介的使用。

塑化：就是指利用塑化剂，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发生无裂纹的变形。塑化剂一般有两类：一类是无机塑化剂、另一类是有机塑化剂。

造粒：就是在较细的原料中加入塑化剂，制成粒度较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性较好的粒子。造粒方法可以分为一般造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冷冻干燥法等。

陶瓷粉体、坯料进一步加工成坯体的这一过程称为成型。成型方法主要包括：干压成型、等静压成型、塑性成形、热压铸成型和流延成型等。

图10 各类成型方法工艺图

4. 陶瓷的烧结

烧结是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。

图11 陶瓷烧结示意图

陶瓷的烧结过程一般分为五个阶段：(1) 低温阶段（室温至300℃左右）；(2) 中温阶段（亦称分解氧化阶段，300至950℃）；(3)高温阶段（950℃至烧成温度）；(4) 保温阶段；(5) 冷却阶段。

常用的烧结方法主要包括：(1) 常压烧结（常压）；(2) 热压烧结（加压）；(3) 热等静压烧结及放电等离子体烧结（高温恒压）；(4) 气氛烧结（防氧化、加气）；(5) 反应烧结（加入气相或者液相以获得一定强度和精度）；(6)微波烧结；(7) 爆炸烧结（爆炸产生高温高压）等。

图12 烧结设备及示意图

5. 陶瓷烧结后处理工艺

常见的后续加工处理方式主要有表面施釉、机械加工及表面金属化。

施釉：(1) 提高瓷件的机械强度与耐热冲击性能；(2) 防止工件表面的低压放电；(3) 使瓷件的防潮功能提高。

机械加工：可以使陶瓷制品适应尺寸公差的要求，也可以改善陶瓷制品表面的光洁度或去除表面的缺陷。方法有磨削、激光和超声波加工等。

金属化：为了满足电性能的需要或实现陶瓷与金属的封接，需要在陶瓷表面牢固地镀上一层金属薄膜，常見的陶瓷金属化方法有被银法、电镀法等。陶瓷与金属的封接形式包括玻璃釉封接、金属焊接封接、活化金层封接、激光焊接、固相封接等。

筱筠 整理

参考资料来源《陶瓷工艺学》及网络