先进无机材料的基本理论

先进无机材料的基本理论

无机材料是无机非金属材料的简称。传统的无机材料:由硅酸盐化合物为主要组分制成的材料,包括日用陶瓷、普通工业用陶瓷、一般玻璃、水泥、耐火材料等。

先进无机材料:由氧化物、氮化物、碳化物、硅化物以至各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。

无机材料的分类

分类:

从结晶程度上:多晶体的陶瓷、单晶体、无定形体或玻璃体;

从形态上:块状材料、纤维材料和薄膜材料;

从用途上:不仅深入到人们日常生活和各个工业领域,而且与高技术的发展紧紧地联系在一起。

1.先进陶瓷

陶瓷:从传统工艺的含意来说陶瓷是指将粘土一类的物料经过高温处理变成坚硬有用的多晶材料。

现代陶瓷:广泛含义则还包括玻璃、人工晶体、无机涂层和薄膜等。

先进陶瓷:是为有别于传统陶瓷而言的。先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)、新型陶瓷(New Ceramics)、高技术陶瓷(Migh-tech.Ceramics)等。先进陶瓷从性能上可分为:结构陶瓷和功能陶瓷两大类。

结构陶瓷:是以力学机械性能为主的一大类陶瓷。特别适用于高温下应用的则称之为高温结构陶瓷。

功能陶瓷:利用材料的电、磁、光、声、热和力等性能及其耦合反应,如铁电、压

电陶瓷、正(或负)温度系数陶瓷(PTC或NTC)、敏感陶瓷、快离子导体陶瓷等等。

④显微结构分析上的进步,使人们更精细的了解陶瓷材料的结构及其组成,从而可控制地做到工艺-显微结构-性能关系的统一,对陶瓷技术起到了指导作用。

⑤陶瓷材料性能的研究使新的性能的不断出现,大大开拓了陶瓷材料的应用范围。⑥陶瓷材料无损评估技术发展,加强了使用上的可靠性。

⑦相邻学科的发展对陶瓷科学的进步起到了推动的作用。

2.先进陶瓷材料研究的趋势

①纳米陶瓷:所谓纳米陶瓷,首先所用原料的粒度是纳米量级的粉体,其次在显微结构中所体现的晶粒、晶界、气孔和缺陷分布也都处在纳米级水平。纳米陶瓷的出现将引起陶瓷工艺、陶瓷科学、陶瓷材料的性能和应用的变革性发展。颗粒和晶粒降到纳米级水平,由于表面与界面非常大,陶瓷中的晶粒相与晶界相在量的方面几乎处在同等的水平,晶界对材料性能的影响相对成为主导的因素,这些使现有的陶瓷工艺以及陶瓷科学的理论都将不能完全适应。纳米陶瓷的发展是当前陶瓷研究的一个重要趋向,它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论,从性能到应用都提高到一个崭新的阶段。

②多相复合陶瓷:陶瓷材料本质上是一个多相结构。在传统陶瓷中是以多组分的晶粒相和晶界相为主的复相结构。到先进陶瓷阶段,则趋向于单组分的晶粒相和细微的晶界相组成。而当前的研究趋向则又回复到多相复合结构。

多相复合陶瓷的类型:

①纤维或晶须补强陶瓷复合材料。它是以陶瓷为基体,以各种组分的纤维(或晶须)作为补强剂所形成的多项结构的复合材料。

②颗粒弥散型复合陶瓷。他是在陶瓷集体中加入弥散不同化学组成的第二相颗粒

所组成的复相陶瓷。

③两种晶型复合的复相陶瓷。它是由同一种化学组成的物质,但采取适当的工艺控制,得到不同晶型和不同的晶粒形貌的复相陶瓷,以期达到自补强的目的。