陶瓷和玻璃有着悠久的历史，然而，在许多现代和传统应用中都是不可或缺的材料。从简单的窗玻璃和陈设陶瓷到与原始材料几乎没有共同之处的高性能材料，种类繁多，在日常生活和先进技术中有着广泛的应用。
陶瓷：多样性和高性能
陶瓷一般可分为粗陶瓷和细陶瓷。粗陶瓷采用粘土、石英、长石等天然原料，主要用于生产粘土砖等陶瓷建筑材料，而细陶瓷则采用粒径小于0.1 mm的合成加工原料。传统陶瓷包括餐具、卫生陶瓷和装饰元素等产品，而工业陶瓷和高性能陶瓷则是专门为专业化的工业应用而开发的。
传统用途
几个世纪以来，陶瓷一直用于家居和装饰。陶瓷除了美观之外，还提供了重要的功能特性，特别是在餐具、厨房用具和卫生陶瓷领域：
卫生表面：陶瓷产品由于其光滑和无孔表面而易于清洁，使其成为卫生敏感区域使用的理想选择。
高耐酸碱性：这使得陶瓷非常适合日常家庭使用，也适用于许多工业应用，因为它们耐清洁剂和食品中的化学物质。
釉面：在厨房里，例如陶瓷锅或微波专用盘，陶瓷通常经过上釉处理，形成一种类似玻璃的密封表面，不透水。
工业陶瓷
近几十年来，陶瓷的工业应用变得越来越重要。针对工业陶瓷的应用，对其性能进行了优化。
它们包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和电陶瓷材料。这些产品具有优异的机械、热和化学性能，可用于高性能应用：
电子元件：陶瓷优异的绝缘性能使其成为电容器、半导体等电子元件以及压电元件的理想选择。
耐磨部件：碳化硅等材料非常坚硬，非常适合高温环境或涉及机械磨损的应用。
医用植入物：氧化锆等生物陶瓷由于具有生物相容性和耐腐蚀性，在医疗技术中被用作植入材料。
高性能陶瓷
工程性陶瓷用于极端条件普遍存在的领域，例如航空航天和汽车工业以及切削工具的制造。这些材料包括：
氧化陶瓷（如氧化铝和氧化锆），由于其高热稳定性，在高温应用和高负荷下使用。
复合材料，如金属陶瓷和纤维增强复合材料，由于其结合了强度和柔韧性开辟了新的应用领域。
玻璃：透明和功能性
玻璃早已从单纯的装饰材料发展成为工业上不可缺少的材料。除了家庭应用，如饮水杯或炊具，玻璃越来越多地用于高科技领域。
建筑与建造
玻璃在建筑行业中起着关键作用，不仅因其美学效果而且因其功能特性而受到重视：
节能玻璃窗：采用特殊涂层的现代玻璃窗通过控制热辐射来降低能耗。
安全玻璃：夹层和钢化玻璃提供了更高的破碎性和抗冲击性，用于外墙，车辆和公共设施。
光电子学
玻璃是现代电子和光学系统不可或缺的组成部分：
显示技术：大猩猩玻璃等特殊玻璃为智能手机和平板电脑提供了必要的坚固性和清晰度。
光纤：玻璃纤维使长距离无损耗数据传输成为可能，是现代通信系统的基础。
可以分析的原材料种类和属性
陶瓷材料的原料种类繁多，可分为不同的大类。这些包括：
硅酸盐陶瓷：由粘土、石英和长石组成，是传统陶瓷的基础。
氧化物陶瓷：氧化铝（Al2O3）和氧化锆（ZrO2）等材料在工业陶瓷中应用广泛。
非氧化物陶瓷：碳化硅（SiC）和氮化硅（Si3N4）等材料以其出色的耐热性和机械性能而闻名。它们通常由无氧硅化合物组成，但仍属于陶瓷类，因为它们的结构和性质与氧化物陶瓷非常相似。
智能技术
在现代，陶瓷和玻璃日益发展成为具有特殊性能的智能材料：
自洁表面：通过特殊的表面处理可以去除污垢和水。
发电：集成了光伏电池的玻璃表面允许窗户用于发电，从而提高建筑物的能源效率。
创新的加工方法
激光加工
超短脉冲激光能够精确而温和地加工玻璃和陶瓷。这在医疗产品制造和电子产品制造中尤为重要，因为这些行业需要精确的切削刃和不损坏材料的钻孔。
陶瓷密封胶
陶瓷涂层改善了车辆的表面，并提供了抗刮擦、防紫外线和自清洁等性能。这些密封剂延长了产品的使用寿命。
玻璃和陶瓷的热分析
热分析可以检查和优化陶瓷和玻璃材料的许多重要和特定的性能：
可以测量和分析热膨胀、热导率和比热容，以找到最佳的生产条件，更有效地利用能源。特别是，在陶瓷的烧成过程中的烧结行为使用膨胀计可以精确地测量和预测。
此外，热分析（热重法）可用于批量加工和烧结过程中，以控制原料的确切成分，并精确调整含水量和晶粒尺寸。
通过分析玻璃和陶瓷的电导率和化学成分，可以改善其性能和调整工艺参数。
前言
碳化物陶瓷具有高导热性、耐磨损、耐腐蚀和耐高温等性能。通过结合不同的碳化物来调整材料的性能，使材料的性能满足不同应用领域的要求。例如，特定的导电性或高硬度。碳化物陶瓷在机械、化工、航天和动力工程等领域有着广泛的的应用。
实验
如下图所示，使用LFA-1000测定了三种不同类型的汽车衬垫的热导率。铀衍生物（UC）呈现出较低的热导率，并且在测试温度范围内几乎是恒定的，约为25 W/(m·K)。碳化锆（ZrC）的热导率则随着温度升高呈现上升的趋势，而碳化硅（SiC）的热导率随着温度的升高呈现下降的趋势，并在较高温度下趋于稳定。
前言
氧化铝是一种由铝和氧组成的无机化合物，化学式为Al₂O₃，是一种高性能陶瓷材料，具有良好的电绝缘性、高机械强度、高硬度、高耐腐蚀性和耐磨性，并具有相当高的导热性能，对于氧化铝陶瓷材料，其导热系数为30-35 W/(m·K)。由于这些特性，氧化铝具有广泛的应用领域，例如，用于制造耐火材料、磨料磨具和金属加工等。
实验
如下图显示了使用LFA 1000测量氧化铝样品在室温至1000℃范围内的热扩散率和导热系数的测量结果。对于计算样品导热系数所需的密度和比热容，均采用文献值。从图中可以看到，氧化铝样品室温下的导热系数约为32 W/(m·K)，其热扩散率和热导系数均随着温度的升高而降低，该变化规律符合期望结果。
实验
使用Linseis HFM 300 在 10 ~ 50 ℃ 的温度范围内，分别在水平和垂直方向对含氩气填充的三层窗玻璃的传热系数进行了测量。
如下图显示了水平和垂直方向传热系数（U值）测量结果的显著差异，这是由于保温层内的对流效应引起的。
这一测量结果清晰地表明，非均质建筑材料需要在其最终使用的方向上进行测量，以获得准确的导热系数和传热系数（U值）。
实验
采用林赛斯 DSC L62 对 (23.1-x)Na2O/23.1BaO/23TiO2/9.8B2O3/21SiO2/xAl2O3（其中 x = 3,7,11,15 mol%）四种玻璃的热性能进行了分析，测试结果表明，随着氧化铝浓度的增加，玻璃化转变温度 Tg 从 450 ℃ 增加到 570 ℃，最大结晶温度 Tc 从 660 ℃ 增加到 695 ℃。Tg-Tc 的差值作为衡量玻璃稳定性的标准的，在玻璃中 Al2O3 的含量为3 mol% 时，Tg-Tc 的差值最大，在 Al2O3 含量为 15 mol% 时，Tg-Tc 的差值最小。
文章来源：《IR-SPECTROSCOPY, THERMOPHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF GLASSES IN THE SYSTEM Na2O/BaO/TiO2/B2O3/SiO2/Al2O3》,January 2023 Journal of Chemical Technology and Metallurgy 58(3):456-466
作者：Ruzha Harizanova, Valentin Gaydarov, Ivailo Gugov, Galina Zamfirova,
Irena Mihailova1, Martin Pernikov, Christian Rüssel
前言
“烧结”是陶瓷制品生产过程的最为关键的环节之一，而烧结温度和时间直接影响陶瓷的性能和质量。在生产先进陶瓷的过程中，烧结过程的模拟课题备受关注。下图中的应用实例是利用林赛斯热膨胀仪的烧结速率控制软件（RCS）模拟测试氧化锆的烧结过程，约60分钟后，主要烧结步骤完成，然后通过降低加热速率，约180分钟后，达到材料所需的最终密度，烧结完成。
氧化锆的烧结过程是如何实现的呢？
烧结速率控制软件（RCS）是林赛斯热膨胀仪的可选附加软件，根据 "PALMOUR III" 烧结理论，可以利用热膨胀仪程序控制烧结过程，使样品在已设定的致密化曲线中进行烧结测试，结果可获得样品的最佳烧结温度/时间的曲线，这种优化可实现在最短的时间内以最少的能耗获得最大可能的样品密度。
"RCS"测试采用一种不同于标准膨胀测量的方法，该方法基于"PALMOUR III" 烧结理论。材料的烧结过程可分为三个密实化阶段，前两个阶段致密化率高且恒定，第三个阶段，致密化率呈线性递减直到达到所需要的最终密度。
测试前，对实际的烧结参数进行设置，在烧结过程中，控制器通过改变温度来控制材料的烧结速率，使样品实际密度变化接近于设定的密度变化，如果实际密度小于目标密度，则提高温度以获得更高的致密化率，如果实际密度高于设定的目标密度，则降低温度以降低致密化率，而实际密度的测量可以通过测量样品的长度来完成。因此，测试结果可得到最佳烧结工艺的温度/时间曲线。
前言
玻璃是一种常见的无机非晶固体材料，具有硬度高、透明度好、化学稳定性强等特点，随着玻璃工业技术的发展，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域中极为重要的材料，广泛应用于建筑、日用、化学、电子等领域。而玻璃的软化点是指玻璃在加热过程中软化并开始出现流动的温度，是玻璃重要的物理性质之一。通过准确测定玻璃的软化点，可以更好地理解玻璃的结构和性能，并为玻璃的研究、制造和应用提供科学依据。
测试原理
热膨胀法是一种通过测量玻璃样品在加热过程中膨胀的变化量来确定其软化点的方法。在微弱负载力下，将制备好的待测样品固定在热膨胀仪上，然后以一定的升温速率加热玻璃样品并测量其膨胀量随温度变化的曲线。当膨胀量达到最大值并开始出现收缩时，即可确定玻璃的软化点。
结果分析
下图为普通玻璃样品软化点测试的结果曲线，曲线反映了该玻璃样品在升温过程中膨胀及收缩的变化过程。其中样品在室温到570℃的温度范围内接近线性膨胀。在575.7℃之后样品发生了玻璃化转变，由玻璃态转变为高弹态，在温度达到648.1℃时，样品的膨胀量达到了最大值，之后便开始出现了收缩，因此可确定该玻璃样品的软化点为648.1℃。
