精细功能陶瓷

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瓷器烧成温度高，质地致密坚硬，表 面有光亮的釉彩。
随着科学进步与发展，由瓷器又衍生 出许多种类的陶瓷。
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陶瓷都是以黏土为主要原料与其他天 然矿物原料经粉碎混炼—成形一煅烧等 过程制成的。
如常见的日用陶瓷、建筑陶瓷、电 瓷等传统陶瓷。
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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。
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 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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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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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Байду номын сангаас功能 的先进陶瓷(现代陶瓷)。
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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。
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。
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以后大约在2000年前的东汉晚期，人们 利用含铝较高的天然瓷土为原料，加上釉的 发明，以及高温合成技术的不断改进，使陶 瓷步入瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上意 义重大的里程碑。
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釉
以石英、长石、硼砂、黏土等为原料制成的东西， 涂在瓷器、陶器外面，烧制后发出玻璃光泽，可增加陶 瓷的机械强度和绝缘性能。 长石:一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。
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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。
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。
第十三章 精细功能陶瓷材料
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一、陶瓷材料与功能陶瓷
1、陶瓷材料的发展概况 2、功能陶瓷的定义、范围和分类 3、功能陶瓷的性能与工艺特征 4、功能陶瓷的应用和展望 5、制备陶瓷材料的原料
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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。
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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二十世纪90年代，开始的纳米功能陶 瓷的研究，表明人们已开始深入到介于宏 观与原子尺度的纳米层次来研究功能陶瓷 的性能与结构，以期进一步开拓功能陶瓷 新的应用领域。
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无论从应用的广度，还是市场占有率来看，在 当前及以后相当一段时间内，功能陶瓷在现代陶瓷 中仍将占据主导地位。
因此，功能陶瓷今后在性能方面应向着高效能、 高可靠性、低损耗、多功能、超高功能以及智能化 方向发展。
我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌， 它是中华文明的伟大象征之一，在我国的文 化和发展史上占有极其重要的地位。
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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
远在几千年前的新石器时代，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。
功能陶瓷的特点
品种多、产量大、价格低、应用广、 功能全、技术高、更新快。
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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， 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。
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。
如氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等各种 高温和功能陶瓷。
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举例：几种主要的功能陶瓷
根据功能陶瓷组成结构的易调性和可 控性，可以制备超高绝缘性、绝缘性、半 导性、导电性和超导电性陶瓷；
根据功能陶瓷能量转换和耦合特性， 可以制备压电、光电、热电、磁电和铁电 等陶瓷。
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根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应， 则可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、磁敏 和光敏等敏感陶瓷。
在设备技术方面向着多层、多相乃至超微细结 构的调控与复合、低温活化烧结、立体布线、超细 超纯、薄膜技术等方向发展。
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在材料及应用方面的主要研究热点： 智能化敏感陶瓷及其传感器； 高转换率、高可靠性、低损耗、大功率的压电陶瓷及 其换能器； 超高速大容量超导计算机用光纤陶瓷材料； 多层封装立体布线用的高导热低介电常数陶瓷基板材 料； 量大面广、低烧、高比容、高稳定性的多层陶瓷电容 器材料等。
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3、功能陶瓷的应用和展望
功能陶瓷的不断开发，对科学技术的 发展起了巨大促进作用，功能陶瓷的应用 领域也随之更为广泛。
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目前，功能陶瓷主要用于电、磁、光、 声、热和化学等信息的检测、转换、传输、 处理和存储等，并已在电子信息、集成电路、 计算机、能源工程、超声换能、人工智能、 生物工程等众多近代科技领域显示出广阔的 应用前景。