先进陶瓷材料

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先进陶瓷材料
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1、陶瓷材料的发展概况
陶瓷在人类生活和社会建设中是不 可缺少的材料,它和金属材料、高分子 材料并列为当代三大固体材料。
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陶瓷的研究进程分为三个阶段
新石器时代 先进陶瓷阶段 纳米陶瓷阶段
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新石器时代
远在几干年前的新石器时代,我们的祖先就 已经用天然黏土作原料,塑造成各种器皿,再在
火堆中烧成坚硬的可重复使用的陶器,由于烧成
温度较低,陶瓷仅是一种含有较多气孔、质地疏 松的未完全烧成制品。
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由于陶瓷的主要原料取之于自然界
的硅酸盐矿物(如黏土、长石、石英等),
所以可归为硅酸盐类材料和制品。 从原始瓷器的出现到近代的传统陶 瓷,这一阶段持续了四千余年。
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先进陶瓷阶段
20世纪以来,随着人类对宇宙的探索、原子
能工业的兴起和电子工业的迅速发展,从性质、 品种到质量等方面,对陶瓷材料均提出越来越高 的要求。从而,促使陶瓷材料发展成为一系列具 有特殊功能的无机非金属材料。
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结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部 分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷), 特别适于高温下应用的则称为高温结构陶瓷。
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目前,常用的先进结构陶瓷有: (1)高熔点氧化物,如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等,
它们的熔点一般都在2000摄氏度以上;
(2) 碳化物,如SiC、WC、TiC、B4C、ZrC等; (3)氮化物,如Si3N4、BN、AlN、TiN等,氮化物常 具有很高的硬度; (4)硼化物,如ZrB2等,硼化物具有很强的抗氧化能力;
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此时可认为,广义的陶瓷概念已
是用陶瓷生产方法制造的无机非金属
固体材料和制品的统称。
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但是,这一阶段的先进陶瓷,无论从 原料、显微结构中所体现的晶粒、晶界、
气孔、缺陷等在尺度上还只是处在微米级
的水平,故又可称之为微米级先进陶瓷。
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纳米陶瓷阶段
到20世纪90年代,陶瓷研究已进入第三个阶 段--纳米陶瓷阶段。 所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相就有 纳米级尺度的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸、晶界
(5)硅化物,如MoSi2、ZrSi等,在高温使用中具有很强
的抗氧化能力。
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四、氧化铝陶瓷的性能、用途
1)高强度、高温稳定性:装饰瓷,喷嘴、火箭、 导弹的导流罩;
95瓷纺织件
99瓷纺织件
氧化铝耐高温喷嘴
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2)高硬度、高耐磨性:切削工具,模具,磨料,
轴承,Байду номын сангаас造宝石;
蓝宝石
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3)熔点高、抗腐蚀:耐火材料,坩埚,炉管,
敏感陶瓷:
热敏陶瓷、气敏陶瓷、 湿敏陶瓷、压敏陶瓷、 光敏陶瓷
磁功能陶瓷:
软磁铁氧体、硬磁铁氧 体、记忆用铁电体
功能陶瓷
生物及化学功能陶 瓷:
载体用陶瓷、催化用 陶瓷、生物陶瓷
光功能陶瓷:
透明陶瓷、透明铁电陶 瓷
功能陶瓷的分类
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通过对复杂多元氧化物系统的化学、物理及
组成、结构、性能和使用效能间相互关系的研究,
热电偶保护套等;
氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环
氧化铝陶瓷坩埚
氧化铝陶瓷转心球阀 20
立方氧化锆
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功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、 光、热、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(现代陶瓷)。
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电功能陶瓷:
绝缘陶瓷、介电陶瓷、 铁电陶瓷、压电陶瓷、 半导体陶瓷、快离子导 体陶瓷、高温超导陶瓷
宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在
纳米量级的尺度上。
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纳米陶瓷是当今陶瓷材料研究中一个 十分重要的发展趋向,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。
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2、功能陶瓷的定义、范围和分类
从性能上可把先进陶瓷分为结构陶瓷 (Structral ceramics)和功能陶瓷(Functional Ceramics)两大类。
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在先进陶瓷阶段,陶瓷制备技术飞速发展。
在成形方面,有等静压成形、热压注成形、注
射成形、离心注浆成形、压力注浆成形等成形方法; 在烧结方面,则有热压烧结、热等静压烧结、
反应烧结、快速烧结、微波烧结、自蔓延烧结等。
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在先进陶瓷阶段,采用的原料已不再使用或
很少使用黏土等传统原料,而已扩大到化工原料
和合成矿物,甚至是非硅酸盐、非氧化物原料, 组成范围也延伸到无机非金属材料范围。
已陆续发现了一大批具有优异性能或特殊功能的 功能陶瓷,并可借助于离子置换、掺杂等方法调 节、优化其性能,功能陶瓷材料研究已开始从经 验式的探索逐步走向按所需性能来进行材料设计。
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如氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶 瓷等各种高温和功能陶瓷。
这时,陶瓷研究进入第二个阶段—
—先进陶瓷阶段。
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先进陶瓷(Advanced ceramics)又称现代陶瓷,
是为了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)、特种陶瓷(Special Ceramics)和高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。
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