材料学导论感悟

读“功能陶瓷和先进陶瓷文献”感悟

第一次深入的接触“陶瓷”，才认识到在我们身边无处不在的陶瓷竟然有如此多的奇妙之处，同时，也从文献的描述中看到了各种陶瓷材料的快速发展。陶瓷已经不再是普通民众生活中所用的陶瓷器皿，而是渗透到了社会的各个行业，发挥着无可取代的作用。

从文献中我了解到，目前国际上发展迅速的陶瓷材料主要为新型陶瓷材料，即所谓的“特种陶瓷”“现代陶瓷”，是突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料, 有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。

特种陶瓷又主要分为结构陶瓷和功能陶瓷。

【1】结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。之所以结构陶瓷发展迅速，是因为结构陶瓷的一些物理和化学性质能够很好地应用到

生产和生活当中去。比较典型的是：（1）耐高温、高强度、耐磨损陶瓷，代表陶瓷是氮化硅

陶瓷和碳化硅陶瓷，前者的突出特点是极耐高温，耐化学腐蚀，而且是一种高性能电绝缘材

料，具有优良的力学性能。用于制作高温轴承，发动机以及一些耐高温的元件。后者则是既能导电耐高温，还是一种很好地发热元件。正是因为碳化硅陶瓷在高温下有足够的强度，且有良好的抗氧化能力和抗热震性，使得他成为某些高温燃气涡轮发动机叶片的首选材料。同时碳化硅陶瓷的热传导能力仅次于氧化铍陶瓷，利用这一特性，可作为优良的热交换器材料。

(2)耐高温、高强度、高韧性材料；典型代表是氧化锆增韧陶瓷，氧化锆是能够增加陶瓷材

料韧性和提高强度的原因，在某些陶瓷材料中引入一定量亚稳氧化锆微粒，并使其均匀分布都可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。(3)耐高温耐腐蚀的透明陶瓷：使陶瓷透明的关键，是坯体中只能有一种晶型的晶体，而且对称性愈高愈好，否则会发生双折射，此外气孔要愈少愈好。目前，许多国家正在推广使用，其发展速度之快，超过了以往任何一种电光源。由此不难看出，新型透明氧化铝陶瓷的出现，引起了电光源发展过程中的一次重大飞跃，带来了巨大的社会经济效益。(4)纤维、晶须补强陶瓷复合材料，以陶瓷为基体、纤维或晶须补强的复合材料由于其韧性得到提高而受到重视。碳化硅晶须的加入大大提高了氧化铝陶瓷的断裂韧性，改善了切削性能。用碳纤维和锂铝硅酸盐陶瓷复合，材料的强度已接近或超过1000MPa，其断裂功高达3000J/m2，即达到了铸铁的水平，由此可见，晶须、纤维增强、均韧复合陶瓷已成为结构陶瓷发展的主流。

结构陶瓷材料具有广阔的发展前景。先进结构陶瓷所表现出的优异性能，是现代高新技术、新兴产业和传统工业改造的物质基础，具有广阔的应用前景和巨大的潜在社会经济效益，先进结构陶瓷今后的重点发展方向是加强工艺- 结构- 性能的设计与研究，有效地控制工艺过程，使其达到预定的结构），重视粉体标准化、系列化的研究与开发及精密加工技术，降低制造成本，提高制品的重复性、可靠性及使用寿命。发展趋势有单相陶瓷向复合多项陶瓷发展、微米陶瓷向纳米陶瓷发展、由经验式研究向材料设计方向发展的趋势。

【2】功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料。

（1）导电陶瓷：导电陶瓷具有良好的导电性能，而且能耐高温，是磁流体发电装置中

集电极的关键材料，典型代表为半导体材料，半导体陶瓷存在大量晶界,晶粒的半导体化是在烧结工艺过程中完成的,因此具有丰富的材料微结构状态和多样的工艺条件，特别适用于作为敏感材料。除此之外像PTC材料，其应用范围已渗透到航天、航空、航海、无线通讯、

有线通讯、电子工业和民用电器等各个领域。（2）压电陶瓷：压电陶瓷的晶体结构上没有对

称中心，因而具有压电效应具有成本低、换能效率高、加工成型方便等优点，常用于制作压电器材、滤波器、谐振器和变压器。通常的压电材料是PZT, 新型的压电陶瓷材料主要有高灵敏、高稳定压电陶瓷材料，电致伸缩陶瓷材料、热释电陶瓷材料等。压电陶瓷作为电、力、热、光敏感材料，在超声换能、传感器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。

（3）纳米功能陶瓷：纳米功能陶瓷是指通过有效的分散、复合而使异质相纳米颗粒均匀、

弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷。它的性能不仅取决于纳米材料本身的特性，还取决于纳米材料的物质结构和显微结

构。（4）光催化功能陶瓷：先制备钛酸溶胶和掺入Fe3+的钛酸溶胶，用溶胶-凝胶法分别将

它们负载于炻器管和矩形蜂窝陶体上，再用程序升温法煅烧得到纳米TiO2光催化功能陶瓷。将光催化蜂窝陶瓷体用于净化空气试验时，在紫外光强、循环风量一定的条件下，其净化效果也是以掺Fe3+的TiO2最好。

功能陶瓷材料的应用：电子信息技术的集成化和微型化的发展趋势, 推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可靠的方向发展。功能陶瓷因为具有一些独特的构造，因而具有某些特殊的用途，比如一些元器件的制作与加工，比较典型的有“铁电陶瓷及其高性能片式元器件”、“压电陶瓷及其新型压电元器件”、“低烧软磁铁氧体及其片式电感器”“新型微波介质陶瓷材料及元器件”等。

功能陶瓷的发展趋势：当前功能陶瓷发展的趋势可以归纳为以下几个特点：复合化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化。单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求，材料复合化技术可以通过加和效应与耦合乘积效应开发出原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综合功能效应，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点之一智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。

特种陶瓷材料中重要的制备技术：目前最引人注目的粉末制备技术是超高温技术。利用超高温技术可廉价地研制特种陶瓷。超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质，能够获得纯度极高的物质，生产率会大幅度提高，可使作业程序简化、易行。干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。与干法成型相比, 湿法成型可以较容易地控制坯体的团聚以及杂质的含量,减少坯体的缺陷,并可制备

各种形状复杂的陶瓷部件。湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。

特种陶瓷成型技术未来的研究发展方向（1）进一步开发已经提出的各种无模成形技术在制备不同陶瓷材料中的应用；（2）性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；（3）大型异形件的结构设计与制造；（4）陶瓷微结构的制造及实际应用；（5）进一步开发无污染和环境协调的新技术。

随着人类科学技术的进步，相信特种陶瓷将会在社会的各个层面上发挥更加巨大的作用。而我们作为材料科学与工程专业的学生，更应该抓紧时间学好理论知识，掌握相关的研究理论和方法，如果有可能的话，到实验室参与一些陶瓷材料的研究与试验。及时关注国际前沿的研究动态，多向优秀的学长学姐，或者是老师求教。打下坚实的基础，以便在未来材料研究方面做出贡献。