功能陶瓷介绍

✓ 已在能源开发、电子技术、传感技术、激光技术、光 电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等方面有 广泛应用。
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几种常见功 能陶瓷
半导体陶瓷 瓷绝缘陶瓷 介电陶瓷 发光陶瓷 感光陶瓷 吸波陶瓷 激光用陶瓷 核燃料陶瓷 推进剂陶瓷 太阳能光转换陶瓷 贮能陶瓷 陶瓷固体电池 阻尼陶瓷 生物技术陶瓷 催化陶瓷 特种功能薄膜
近几十年来,随着宇航、原子能和电子工业的迅速发展， 对陶瓷材料无论从性能、质量、品种等方面，均提出了越 来越高的要求：
➢ 陶瓷材料的研究和发展已从传统陶瓷阶段跃入到先进陶瓷 阶段
先进陶瓷是以化学方法制备的高纯度或纯度可控制的材料 做原料，通过调整材料的成分和结构获得传统陶瓷无法比 拟的卓越性能。先进陶瓷从性能上可分为结构陶瓷 (Structural Ceramics)和功能陶瓷(Functional Ceramics)。
中国独有
高铝质粘 土和瓷土 釉的发明
原料纯化 陶瓷制备 的新工艺 陶瓷理论
Baidu Nhomakorabea
陶器 瓷器 传统陶瓷
先进陶瓷 (微米级)
纳米陶瓷
高温技术
显微结构 分析方法
无损评估
更深入的 性能研究
相关学科 的推动
3：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.
4：由于陶瓷的基本生产过程都遵循着“原料处 理一成型—煅烧”这种传统方式。因此，陶瓷 又可以认为是用传统的陶瓷生产方法制成的无 机多晶产品
2.导电陶瓷
传统陶瓷是良好的绝缘体，这是人所共知的。在现今社会，凡是 有电的地方，都可以看到各种用传统陶瓷制成的绝缘器件。由此给人 们留下了一个错觉：陶瓷材料都是绝缘体。其实不然！在精细陶瓷中， 不仅有良好的绝缘体，也有电子导电体、离子导电体、半导体及其他 导电材料。
功能陶瓷
引言
• 陶瓷业是一个富有“源远流长、独特工艺、文 化载体、现代科技”属性的行业。可以说是中 国的第五大发明，是中国最具世界影响力的产 业，是一个与千家万户有关的产业。
白釉青花一火成，花从釉里透分明。 可参造化先天妙，无极由来太极生。
1：陶瓷是陶器和瓷器的总称。 2：陶瓷是指用粘土、石英等天然硅酸盐原 料
• 除多晶陶瓷外，近年来又发展了单晶绝缘陶瓷， 如人工合成云母、人造蓝宝石、尖晶石及石英等 。
绝
缘
1、普通电瓷
子
天然黏土+长石+石英
1250-1320C烧结
用于高压，电阻….等的绝缘。
2、氧化铝瓷，镁质瓷 电子元器件和电路中基体、 外壳、固定件，又称为装置瓷。 Al2O3 MgO-Al2O3-SiO2
绝缘陶瓷，它必须具备如下性能: • 体积电阻率ρ ≥ 1012 Ωcm • 相对介电常数ε ≤30 • 损耗因子≤0.001 • 介电强度≥ 5.0KV/mm
➢ 陶瓷存在电子式载流子和离子式载流子。其中 离子式载流子占主要影响。
➢ 离子电导率受离子的荷电量和扩散系数的影响 。荷电量和体积越小越容易扩散，因此碱离子 影响比较大。
1、绝缘陶瓷
绝缘材料在电气电路或电子电路中所起的作用主 要是根据电路设计要求将导体物理隔离，以防电 流在它们之间流动而破坏电路的正常运行。此外 ，绝缘材料还起着导体的机械支持、散热及电路 环境保护等作用。
照明绝缘陶瓷套管
绝缘装置陶瓷
根据室温电阻率ρ的大小，材料可分为 超导体ρ→0 Ωcm 、 导体ρ≤10-2Ωcm 半导体ρ=10-2Ωcm…109 Ωcm 和绝缘体ρ ≥ 109 Ωcm
4. 在应用上，传统陶瓷主要应用于制造日用器皿、卫生洁具等生活 用品，而新型陶瓷则主要用于工业技术，特别是高新技术方面。
功能陶瓷介绍
功能陶瓷是一类颇具灵性的材料：
✓ 能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……
✓ 它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性 能令其他材料难以企及
✓ 这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子 核结构，又称电子陶瓷。
3、氮化硅瓷基片
集成电路基片材料的要求是：高电阻率，导热性好 ，热膨胀系数小，耐热处理和化学处理。
氮化硅瓷基片具有高强度、热膨胀系数与硅材料匹 配、介电常数小、热导率高 。烧结温度1700C
4、氮化硼瓷基片(BN)
最突出的优点是高热导率与低电导率。
5、金刚石薄膜
金刚石是自然界中硬度最高的材料，同时又具有极 高的弹性模量。金刚石的热导率是所有已知物质中最高 的，室温下(300K)，金刚石的热导率是铜的5倍，液氮温 度下(77K)，金刚石的热导率则是铜的25倍。金刚石是一 种禁带很宽的材料，因而非掺杂的本征金刚石是极好的 电绝缘体。
➢ 到20世纪90年代，陶瓷材料的研究又进入了第3阶段— —纳米陶瓷阶段，它将促使陶瓷材科研究从工艺到理论， 从性能到应用都提高到一个崭新的阶段。
➢ 结构陶瓷是指具有特殊力学或机械性能，以及部分热学或 化学性能的先进陶瓷，特别适于高温下应用的则称为高温 结构陶瓷;
➢ 功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、力等直接效应及 其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能 的先进陶瓷。
➢ 另外绝缘性还受显微组织的影响，晶粒和气孔 影响不大，主要晶界相。
常用绝缘陶瓷材料及其性能
• 绝缘陶瓷材料的分类方法很多，若按化学组成分 类测可分为氧化物系和非氧化物系两大类。氧化 物系绝缘陶瓷已得到广泛应用，而非氧化物系绝 缘陶瓷是70年代才发展起来的，目前应用的主要 有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、AlN等。
新型陶瓷与传统陶瓷
1. 在原料上，传统陶瓷以粘土为主要原料，新型陶瓷一般以人工合 成的氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物为原料；
2. 在制备工艺上，传统陶瓷以炉窑为主要生产手段，新型陶瓷广泛 采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段；
3. 在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高 硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、以及在磁、电、光、声、生物工程 各方面具有的特殊功能，从而使其在高温、机械、电子、宇航、 医学工程各方面得到广泛的应用。
经过粉碎、成型、煅烧等过程而得到的具有一 定形状和强度的制品。
从发展的历程来看是先有陶器，后有瓷器，在 西汉时陶器和瓷器才分开。
表 陶器与瓷器的区别
类别 材料
温度
釉
陶器 普通粘土 700-900度 上低温釉
（紫砂泥）
或不上釉
瓷器 瓷土 1200度以上 上高温釉 （高岭土）
声音 雄浑
清脆
源产地 世界范围