镁质瓷是以含MgO的铝硅酸盐为主晶相的瓷。据瓷坯的主晶相不同，可分为原顽辉右瓷（也称滑石瓷）、镁橄榄石瓷、尖晶石瓷和堇青石瓷。其主要晶相属于“MgO—Al2O3-SiO2”三元系统。
三、釉料
釉是熔融在陶瓷制品表面上一层很薄的均匀的玻璃质层。陶瓷制品要施釉的目的在于改善制品的使用性质及技术性质，提高制品的装饰质量。施釉后的玻璃态釉层，可赋予制品以平滑光亮的表面，增加制品的美感，保护釉下装饰，还可防止渗水和透气，提高制品的机械强度。只有当釉与被施釉坯体的性质相近时，釉的这些优良性质才能体现出来。因而，不能将同一种釉料施于各种不同组成和性质的坯体上。
釉料用量占烧成制品量的百分比（％）为：
细瓷器8～9；
精陶器5～6；
炻瓷器6～9。
釉层结构在沿已烧制好的制品垂直方向切片，在显微镜下观察其物相组成可见：制品上80～260μm厚的釉层中几乎是纯的透明玻璃相，其中杂有配合料的晶体残留物和新生晶体的生成物的晶相，还具有少量形状规整的圆形贯穿气泡。玻璃相的化学成分不十分均匀，沿釉层厚度方向的化学组成有微小的波动，这从釉—空气和釉—瓷坯界面处的折射率不相同就可看出。
釉的特点是釉与坯体连系在一起，其性质往往受坯体的影响，同时由于陶瓷坯体受烧成工艺的限制，釉不能充分熔融，因而成熟的釉料具有与玻璃近似的某些物理化学性质：各向同性；没有明显的熔点，由固态到液态或由液态到固态的变化是一种渐变过程；质地致密，对气、液均呈不渗透性。釉与玻璃也有不同点：釉不单纯为硅酸盐，有时还含有硼酸盐或磷酸盐；大多含有较多的Al2O3，且是釉中重要成分，Al2O3既能增加釉坯的附着性，又可防止失透；坯外的薄层保持着玻璃结构；釉的均匀程度不如玻璃，玻璃可认为是一种均质体，而釉中含有或多或少的气体包裹物及晶相。
釉的作用可以使坯体对气、液体具有不透过性，增加陶瓷制品的机械性能、热性能、电性能等，防止污染坯体，增添陶瓷制品的艺术价值等。
釉的种类繁多，这是由于陶瓷品种复杂，烧成工艺各不相同，因而釉的组成和种类极为复杂。釉的分类的方法也多。如：（1）按制品类型可分为陶器釉、瓷器釉。
（2）按烧成温度可分为低温釉（低火度釉：900℃～1200℃）、中温釉（中火度釉：1320℃～530℃）、高温釉（高火度釉：1320℃～1530℃）。
（3）按釉面外表特征可分为透明釉、乳浊釉、结晶釉、无光釉、光泽釉、碎纹釉、电光釉、流动釉、砂金釉、花釉等。
（4）按电性能分为普通釉、半导体釉。
（5）按釉料制备方法分生料釉、熔块釉、挥发釉。
此外，还可按主要熔剂或碱性组分的种类以及按显微结构和釉性状进行分类。因而，同为一种釉因分类方法不同可同时具有几个名称。
釉层的形成过程非常复杂，至今仍未完全解释清楚。它包括高温处理及所经过的时间（烧成温度、保温时间）两个重要因素，这两者对釉形成的结果影响极大。即使精选了原料，严格控制组成，经过细心粉碎和合理调配，如果烧成不当，也会成为废品。在加热过程中，釉料会发生一系列复杂的物理化学变化，如脱水、固相反应、碳酸盐和硫酸盐分解、部分原料熔化成共熔体、熔融物相互溶解、挥发分挥发、坯釉间相互反应等。反应的同时，釉料开始烧结，熔化并在坯体上铺展为光滑的釉面。从釉料转变为釉大致经过以下几个阶段（如图3.2）：原始原料的分解化合与固相反应烧结熔融釉面硬化图3.2从釉料到釉形成的几个大致阶段釉层内的气泡主要是由N2，H2O，CO，O2，SO2等气体所造成的。这些气泡是在烧结过程中，釉熔化之前由釉料中的粘土脱水反应、碳酸盐与硫酸盐分解，原料中有机物、空隙中的碳素氧化以及坯体气孔中所含气体膨胀进入釉层所形成的。这使得人们可以发现在水平釉面上常见到由气泡形成的约0．01～0．10 mm深度的小针孔。釉层中的气泡会降低釉面质量，产生釉疱、棕眼等缺陷。这些缺陷使釉面产生凹凸不平，同时也是开裂的隐患。
中间层的形成是坯与釉在烧成过程中，二者中的个别氧化物相互扩散，釉从坯中富集了SiO2和Al2O3，而坯从釉中取得了碱性氧化物和碱土金属氧化物，结果在坯、釉之间就形成了中间层。中间层的化学组成是由坯体逐渐向釉料组成过渡，无明显界线，其组织结构也介于坯、釉之间，是坯、釉之间的“中间过渡层”。陶瓷产品的烧成就是指釉与坯之间生成足够的中间层。中间层的厚度一般为10～50μm，深入釉层中1／20～1／4。该中间层形成的好坏对制品的性质，特别是外观质量有重要的影响。烧成条件（烧成温度、保温时间及窑炉气氛性质）对中间层的结构的影响。
坯料组成为MgO—Al2O3-SiO2，系统，釉料组成为PbO 60％-Al2O36％-SiO232％。中间层含有莫来石晶体，晶体长度<0．02mm，发育方向与坯体垂直同样生成莫来石晶体，但长度为0．04～0．08mm，发育成为连续带状，常可见到通过中心的龟裂侵蚀坯体严重，其一部分呈充满玻璃的海棉状准晶质网络组织生成海棉状的层状釉面，釉将MgO溶解，呈失透现象。
分别将制备好的坯料按设计要求进行计算配料，然后对坯料进行混合、成型、坯体干燥、施釉（也可初烧后再施釉）等工序，并将干燥后的坯体放入窑具中按合理的烧成制度进行烧结后，才能得到具有一定显微结构和性质的陶瓷制品。陶瓷的烧成一般视具体的烧成工艺方案的不同可以分为一次烧成法和二次烧成法两类。
一次烧成法是将生坯施釉后入窑经高温煅烧一次烧制成陶瓷制品的方法。
二次烧成法则是在施釉前后各进行一次高温处理的烧成方法。该方法通常有两种类型：一类是将未施釉的生坯烧到足够高的温度使之成瓷，然后进行施釉后在较低温度下进行釉烧；第二类则是先将生坯在较低温度下焙烧（素烧），再施釉后在较高温度下再次进行烧成。国外高档瓷器大多采用二次烧成，先低温素烧（900℃～1000℃），半成品吸水率高达16％～20％，然后高温釉烧（1320℃～1400℃）形成烧结的坯体和釉的履盖层。
为了美观及艺术性，普通陶瓷还可进行各种各样的装饰，以提高制品的艺术价值和观赏性，尤其是一些艺术陶瓷。按装饰技法不同，陶瓷的装饰主要有以下几类：雕塑、剔花、刻花、堆花、浮雕、塑造；色坯与化妆土；色釉；晶化釉；釉上彩；釉下彩；贵金属装饰及其它装饰方法等。
普通陶瓷是工业生产及人们日常生活中使用最广的一类陶瓷．近年来，无沦是种类还是质量都得到了飞速发展。然而，普通陶瓷却难以达到高科技对一些材料性能的要求。高科技领域中需要大量使用一些具有特殊性能的特种陶瓷。
(第三节)特种陶瓷
特种陶瓷这一术语首先出现于20世纪50年代的英国。那时，根据陶瓷材料的性质和用途的不同，人们分别称之为原子能陶瓷、电子陶瓷、电瓷、耐火材料等。近几年来，不同国家各有不同的称谓。我国虽有人称为“工业陶瓷”，但以称“特种陶瓷”者为众。
特种陶瓷主要包括高温、高强、耐腐蚀、耐磨损为特征的结构陶瓷、用以进行能量转换的功能陶瓷及生物陶瓷、原子能陶瓷。
特种陶瓷的定义目前虽仍有一些值得讨论的问题，本书对其暂作如下定义：特种陶瓷是采用高度精选的原料和现代先进技术，精确控制化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。
与普通陶瓷相比，特种陶瓷的化学组成范围更广，显微结构要求更为精细，性能更为优良。
从组分来看，随着科学技术的不断发展，出现了不含硅酸盐化合物的传统陶瓷以外的陶瓷，如氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷、纤维增强陶瓷等。
在显微结构方面，普通陶瓷的显微结构为晶相、玻璃相和气孔，但特种陶瓷已将研制接近无气孔的致密陶瓷及其应用作为自己的一个主要研究领域，且日益受到重视并正在不断深入。
在性能和应用方面，特种陶瓷具有普通陶瓷所不具有的特殊性能，如高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、超导、铁电、光电、压电、磁性、绝缘、透光、生物相容性等。这些特殊的性能，使得它们在机械高温、宇航、电子、生物医学工程等高新技术领域得到了广泛应用。特种陶瓷材料已成为现代尖端科学技术的重要组成部分。
特种陶瓷的研究任务主要是探索和发展新材料，研究制备材料的最佳工艺，研究现有材料的性能及其改变的途径，发掘材料新的性能以及对材料制品的加工技术等。归结起来，特种陶瓷材料的研究，主要是探索和了解材料的组成、结构与性能之间的关系。当化学组成确定之后，工艺过程则是控制材料结构的主要手段。为了提高现有特种陶瓷的性能和探索新材料，研究其化学组成是基础，重要的是研究材料的结构（包括原子结构、原子间的结合状态、键型或电子结构，晶体结构类型、相的体系及相间的结合关系，晶粒尺寸大小，各类缺陷的存在状态及分布等）。
粉体的特性对烧结过程中形成的显微结构有很大的影响。粉末颗粒的微细化能加速粉料在烧结过程中的动力学过程，降低烧结温度，缩短烧结时间，改善和提高烧结体的各种性能。因而，纳米级陶瓷材料成为当今研究的前沿课题。
特种陶瓷材料的显微结构对其性质的影响是巨大的。如陶瓷材料的一个致命弱点就是它的脆性，而脆性产生的根源则是其显微结构中的微裂纹的存在而引起应力的高度集中，从而产生脆性。改善陶瓷材料的脆性是陶瓷科学家们长期研究的重要问题。近年来，通过用纤维增强及氧化锆相变增韧的办法来改善陶瓷的脆性的研究取得了可喜的进展。
在考虑特种陶瓷这类脆性材料的机械强度时，不能仅以平均强度作为强度指标，而应采用统计法来考虑脆性材料的实际强度。模量是材料强度均匀性的量度。在一定的破坏应力下，平均强度相同的两种材料中，模量大的比模量小的材料发生破坏的可能性小些。材料开发研究的一个重要课题就是如何提高材料的模量（材料强度的可信度）问题。
功能陶瓷是指在力、声、热、光、电、磁、弹等各种外界因素作用下体现出各种特殊性能的陶瓷。有的陶瓷材料由于其晶体结构的不对称性而存在自发极化。在各种应力、温度、电场等外界因素的作用下，引起自发极化的变化而产生相应的电效应，从而构成有压电、热电和电光效应的功能陶瓷。有关相变、铁磁效应、表面导电、电子电导、离子电导、电畴作用和晶界效应等的研究成果，是制成湿敏、磁敏、光敏、气敏、热敏、力敏、声敏等传感器之理论基础。陶瓷传感器新的发展趋势是陶瓷薄膜传感器。从光、电、磁、热、力学等单一功能向复合功能方面发展，是功能陶瓷的最新发展趋势之一。
综上可知，特种陶瓷材料的研究虽是整个材料科学领域中一门年轻的分学科，但发展迅速，涉及的学科多。这门学科的发展，依赖于冶金学、物理学、化学、数学和陶瓷科学等多学科的交叉渗透。因为特种陶瓷有着其它材料不可比拟的优异性能和用途。随着研究的不断深入和发展，必然会不断发现和开发出具有新功能的新材料，改良提高现有特种陶瓷材料的性能，拓宽一个更广阔的应用前景。
一、结构（工程）陶瓷
结构陶瓷材料具有金属、高分子等其它材料所不具有的优点，如耐高温、耐腐蚀、高硬度、耐瞎损、低膨胀系数、高导热性、轻质等特点，因而，常常作为在比较苛刻工作条件下使用的材料。如空间技术中航天器的喷嘴、喷气发动机的叶片、燃烧室的内衬等；能源开发、石油化工等方面的核燃料、反应装置、热交换器；磁流体发电的通道材料等等方面所用的材料，对上述性能要求愈来愈严格。结构陶瓷在这方面具有独特优势。随着科学技术的发展，结构陶瓷材料的应用越来越广，对其品种的需要与日俱增．越来越显得特别重要。这些应用既要能耐高温，又要能经受高温高速气流冲刷、腐蚀、磨损等，但耐高温是基本的要求，所以，该类陶瓷又称为高温结构陶瓷。根据其主晶相的化合物类型，高温结构陶瓷可分为：氧化物陶瓷；非氧化物陶瓷；复合材料。
1.氧化物陶瓷
氧化物陶瓷主要指的是氧化铝（Al2O3）陶瓷、氧化镁（MgO）陶瓷、氧化铍（BeO）陶瓷和氧化锆（ZrO2）陶瓷等。它们具有许多优点，在许多方面都得到了应用，是发展较早的高温结构陶瓷材料。以下介绍几种使用最广的氧化物陶瓷。
（1）氧化铝（刚玉）陶瓷
分类氧化铝陶瓷是一种用途十分广泛，以α—Al2O3为主晶相的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75％～99．9％之间。Al2O3含量不同，其性能不同，用途也各异。因此，通常以配料中的Al2O3含量来对氧化铝陶瓷进行分类：75瓷-Al2O3含量在75％左右；
85瓷-Al2O3含量85％；
95瓷-Al2O3含量95％；
99瓷-Al2O3含量99％。
晶体结构及变体据研究报道过的氧化铝同质异晶体已有十多种，但主要有α-Al2O3、β-Al2O3和γ—Al2O3三种。三者结构不同，性质也不同。
α-Al2O3三方晶系，空间群R 3C，单位晶胞为菱面体。其结构最紧密、活性低、高温稳定，在1300℃以上高温几乎完全转变为α-Al2O3。它是三种变体中最稳定的晶型，在自然界中仅存在α-Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物，具有优良的机电性能、电子性质及生物相容性均好。
β-Al2O3是一种含有碱金属氧化物（R2O）和碱土金属氧化物（RO）而Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。其化学组成可近似地用RO·6Al2O3和R2O·11Al2O3来表示。其结构由尖晶石单元与碱金属[Na2O］或碱土金属离子层交互堆积而成，O2-排列成立方紧密堆积，Na＋在这个平面内的扩散使得β-Al2O3呈离子型导电。
图3.3 Al2O3瓷的性质与Al2O3含量的关系①抗拉强度[10MPa］；②绝缘耐压[KV/mm］；③导热系数[11.6W/m·K］；④介电常数；⑤莫氏硬度；⑥密度[g/cm3］；⑦弹性系数[107MPa］；⑧比热[0.084Kg·K］；⑨tg[10-4］。
γ—Al2O3：立方（尖晶石型）结构，O2-为立方紧密堆积，Al3＋充填O2-八面体间隙中。高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。其结构松散、密度小，可用于制造多孔特殊用途材料。
