稀土氧化物在SiAlON陶瓷材料中的应用研究进展
NA I H UO CA I L I A O/耐火材料2005,39(6)455～459综 述稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中的应用研究进展
谭清华 王玺堂 王周福 张保国
武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室 武汉430081
摘 要 简要论述了稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中的应用研究概况;介绍了Y
2
O3、S m2O3、Dy2O3和Nd2O3等单一稀土氧化物以及复合掺杂稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中的应用进展,并比较了它们对Si A l O N陶瓷材料性能的影响;最后对稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中的应用前景作了扼要的分析和展望。
关键词 稀土氧化物,Si A l O N,烧结助剂,陶瓷材料
Si A l O N材料是有着广泛应用前景的一类高温结
构陶瓷。它不易烧结,且Si A l O N相间往往存在晶界,
对材料的性能影响很大,因此需要添加一些其他物质
来改善其性能。近年来,以稀土氧化物作为添加剂的
Si A l O N陶瓷材料受到了广泛的关注。稀土氧化物的
引入能使烧结过程产生液相,有效地促进烧结。同
时,稀土阳离子又能进入α2Si
3
N4相的晶格中,生成
Re2α’2Si A l O N和Re2(α’+β’)2Si A l O N,从而降低玻
璃相的含量并形成晶界相,提高材料的常温和高温
性能。
目前,稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中主要以
单一稀土、多种稀土复合以及稀土与非稀土物质复合
(后两者又合称为复合掺杂稀土)的形式引入。
03
1 单一稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料
中的应用
1.1 Y2O3的作用
目前,Y
2
O3是一种研究得较多并证明是比较理
想的烧结助剂。Y
2
O3在Si3N4-A l N-Si O2-A l2O3
系统中的作用主要包括以下几个方面:
一方面,当Y
2
O3的用量比较少时,Y2O3作为烧
结助剂,即在烧结体中产生液相并固溶到晶体中,以
提高烧结体的密度并改善其韧性。Bandyopadhyay
等[1]曾利用富氮原料,以Y
2
O3为烧结助剂,且严格控
制反应过程中的液相量,在高温下烧结制成密度达
3.21g?c m-3的产品。以Y2O3为烧结助剂,经无压
烧结制备的O’2Si A l O N(分子式为Si
2-x A l
x
O1+
x
N2-
x
,
0 (O’+β’)2Si A l O N材料。研究还发现,随烧结助剂Y2O3量增加,β’2Si A l O N(分子式为Si6- z A l z O z N8- z , 0≤z≤4.2,记为β’)与O’2Si A l O N含量的比值升高,材料硬度和断裂韧性增加。 Y2O3的另一方面作用是引入稀土离子Y3+固溶 进入α2Si 3 N4的晶格中,成为α’2Si A l O N(记为α’,分 子式为M x Si12-( m+n) A l m+n O n N16- n ,x<2,M为L i、Ca、Y和镧系元素)或(α’+β’)2Si A l O N的生成剂。α’2Si A l O N的最大特点是致密化程度较高。Bartek[4] 以Y 2 O3为添加剂,采用二步热等静压法烧结出了Y2α’2Si A l O N陶瓷,并发现热等静压法烧结后,结构中含有大量的Y2α’2Si A l O N相,材料接近理论密度,致 密化程度高。T Ekstr om等[5]也以Y 2 O3作α’2Si A l O N 的生成剂合成出了相对密度为99%的Y2α’2Si A l O N 陶瓷。 新近的研究结果表明,Y 2 O3在液相烧结中还会 形成钇铝石榴石(Y AG,分子式为Y 3 A l5O12)晶界相, 并且在1650～1750℃时,Si 3 N4-Si A l O N-Y AG之间存在着固-液平衡[6]。随着温度的升高,液相会逐渐向Y AG-Si A l O N一方扩展,反应物配比对固-液平衡也会产生影响。含α’2Si A l O N、β’2Si A l O N和Y AG 相的共熔多边形如图1所示。 1.2 S m2O3的作用 稀土元素在Re2Si A l O N系统中的相关系以及形成α’2Si A l O N的能力是随稀土元素原子序数的增大而变化的。S m是典型的轻稀土元素,它与Si A l O N之间的相关系与Y-Si-A l-O-N系统不尽相同。 对于S m-Si-A l-O-N系统[7],S mA l O 3 和黄长 3谭清华:男,1980年生,硕士研究生。 收稿日期:2005-05-16编辑:柴剑玲 图1 含α’2Si A l O N 、β’2Si A l O N 和Y AG 相的共熔多边形 石相(S m 2Si 3-x A l x O 3+x N 4-x ,记为M ’ )是仅有的两个与β’2Si A l O N 和A l N 多型体共存的物相,M ’还与 α’2Si A l O N 共存。文献[7]表明,在α’2Si A l O N 烧结过程中,黄长石相在有A l 2O 3存在的条件下极易生成,从而阻碍了α’2Si A l O N 的形成。这种影响随着稀土原子序数的增大而减少。同时还发现,在热处理的过程中,α’2Si A l O N 容易转变为β’2Si A l O N,并且这种转变的相变量也随着稀土原子序数的增大而减少。使得在加入原子序数小的稀土氧化物而制备复相Si A l O N 材料时,很难控制α’2Si A l O N 和β’2Si A l O N 的含量。 王浩等[8] 以S m 2O 3为添加剂,用气压烧结法制备出了(β’+12H )复相陶瓷。发现具有较高断裂强度的短柱状β’2Si A l O N 晶粒与具有纤维状的A l N 多型体(12H,分子式为Si A l 5O 2N 5)相互交织排列,形成致密的组织结构,同时还发现了裂纹在扩展过程中发生偏转、桥接以及12H 相的拔出现象,这些都对材料起到明显的增韧、增强作用,使复相Si A l O N 材料表现出比单相β’2Si A l O N 材料更高的强度、韧性和硬度。对S m 2Si A l O N 材料的研究还表明,其晶粒发育较慢,其 精细的显微结构很可能是其具有较高抗弯强度的原因。 1.3 Nd 2O 3的作用 Nd 3+ 是能够单独进入α’2Si A l O N 结构的离子半 径最大的稀土离子,其离子半径为0.0995nm;和其他 系统相比,Nd 2α’2Si A l O N 更稳定一些,但富含氧的Nd 2α’2Si A l O N 也会象Ce 2α’2Si A l O N 一样很快转变为β’2Si A l O N 和一个新的组成相JE M ,其组成为 NdA l (Si 6-z A l z )N 10-z O z 。JE M 相与β’2Si A l O N 具有相似的硬度,相当数量的JE M 作为晶界相存在将提高Si A l O N 陶瓷的高温性能。从Nd -Si -A l -O -N 系 的亚固相关系研究中还得知,系统中还存在黄长石固溶体Nd -M ’(其分子式为Nd 2Si 2A l O 4N 3),它能与(α’+β’)2Si A l O N 共存,由于它具有非常高的N 含 量和熔点,有望成为理想的晶界相之一。 1.4 Dy 2O 3的作用 Dy 元素位于稀土的中间位置,Dy -Si -A l -O -N 的相关系与低原子序数的稀土(S m 、Nd )的不同,同 时与Y 的也有所不同。Dy 2α’2Si A l O N 在热处理过程中相对要比S m (Nd )2α’2Si A l O N 稳定。通过对Dy -Si -A l -O -N 系统的亚固相关系的研究 [9] 表明:镝 铝石榴石相Dy AG (Dy 3A l 5O 12)能与β’2Si A l O N (从β10(z =0.8)到β60(z =4))、α’2Si A l O N (富氧组分)以 及所有的A l N 多型体(包括8H 、15R 、12H 、21R 、27R 和2H δ )共存,黄长石(M ’)能与β’2Si A l O N (从β0(β2Si 3N 4)到β10)和α2Si A l O N 共存。因此,存在着3 个α’和β’的相容四面体,即:α’2β02β102M ’,α’2β’102M ’2Dy AG,α’2β’102Dy AG -12H 。根据这一相关系,M ’和Dy AG 都可以作为Dy 2α’2β’2Si A l O N 复相陶瓷的晶界相。 张骋等 [10] 设计了以M ’和Dy AG 相作为晶界相 的单相α’2Si A l O N 和β’2Si A l O N 以及复相(α’+β’)2Si A l O N 材料。其研究表明:可以制备出以M ’和 Dy AG 相作为晶界相的单相α’2Si A l O N 和β’2Si A l O N 以及复相(α’+β’)2Si A l O N 材料;作为烧结助剂, Dy AG 比M ’更能有效地促进致密化;Dy 2α’比其他含Dy 的物相更容易形成,因此烧结试样中的α’相含量 都比设计值大。通过热处理,也可以使α’向β’的转变发生,以达到设计合适的α’与(α’+β’ )含量比的目的。 2 复合掺杂稀土氧化物在Si A l O N 陶瓷 材料中的应用 单一稀土在Si A l O N 陶瓷材料中的成功应用,使得对稀土的研究拓展到复合掺杂稀土上来。这其中又以Y 2O 3和其他物质的复合最为成功。Y 2O 3在液相烧结中所形成的Y AG 被认为是最好的Si A l O N 晶界相,因此Y 2O 3也被公认为是一种较理想的烧结助剂而得到普遍的采用,但含Y 2O 3玻璃液相出现的温度较低。为了进一步提高Si A l O N 的高温强度等性能,不少研究者在烧结助剂中用其他稀土元素如La 、S m 、Nd 、Sc 、Ce 、Dy 等的氧化物来取代部分Y 2O 3,其 中La 2O 3的应用最受重视。这是因为Si 3N 4-La 2O 3-Si O 2系的共晶熔点高于Si 3N 4-Y 2O 3-Si O 2系 的 [11] ,在Y -Si -A l -O -N 系中玻璃相的N 含量要 小于含La 2O 3的玻璃相中的N 含量。而含N 玻璃相的晶化和软化温度、粘度、硬度以及断裂韧性和抗侵蚀性等都随N 含量的增加而提高 [12] 。此外,La 2O 3的 价格相对较低,这也是它受到关注的原因之一。王零 森、张正富等[13]研究了以Y 2 O3和Y2O3+La2O3为烧结助剂的Sial on陶瓷的常压烧结过程及其相结构。 研究结果表明:La 2 O3可部分或大部分取代Y2O3,加 入La 2 O3抑止了α’相和Y AG相的生成。O lss on 等[14]的研究也表明,复合添加Y 2 O3和La2O3的Si A l O N材料具有相当好的烧结性能以及与Y2Si A l O N 材料相近的力学性能。 Ce属于轻稀土元素,离子半径较大,一般Ce3+单独添加时是很难固溶进入α’2Si A l O N结构的,但它能和较小的稳定离子Y3+一起进入[15]。有学者[16]对此解释为:在烧结初期Ce4+和Y3+一起进入α’2Si A l O N 晶体结构,当温度高于1230℃时,发生Ce4+→Ce3+ (离子半径减小的方向)的转变。Ce2α’2Si A l O N不稳定的原因与其离子大小有关,随着稀土离子半径的增大,α’2Si A l O N的形成能力下降[16]。O lssin[17]和Hwang[18]的研究也表明,单独添加时不能固溶进入α’2Si A l O N晶格的大稀土离子,如La3+、Ce4+,在分别 和Y 2 O3、Ca O等添加剂一起添加的情况下,能在一定程度上固溶进入α’2Si A l O N结构中。 最近的一些研究发现采用复合掺杂稀土(如L i +Y,Ca+Y)形成的α’2Si A l O N可降低体系的低共熔点,从而明显改善材料的烧结性能[19];而(Ca+Y+ Sr)三元复合掺杂系统则使原本无法进入α’2Si A l O N 的大离子Sr2+也能固溶进入α’2Si A l O N结构。张军红等[20]在研究复合掺杂稀土(Nd,Y或Yb)2 α’2Si A l O N的生成行为时发现,复合掺杂稀土Nd 2 O3 和Y 2 O3(或Yb2O3)的α’2Si A l O N试样基本上为纯 α’相,α’相的含量均高于相同原始组分的单一稀土,反映出复合掺杂稀土对α’相的形成有促进作用。 3 单一稀土氧化物与复合掺杂稀土氧化物对Si A l O N陶瓷材料性能的影响对比研究单一稀土与复合掺杂稀土氧化物之间在反应过程和生成行为上的差别也引起了材料学家们的兴趣。 陈卫武等[21]分别以单一稀土Y、S m以及复合掺 杂稀土Y+S m作为α’2Si A l O N的形成离子,研究了α’2Si A l O N+12H的试样在热压条件下的致密化和反 应过程。结果表明:添加Y 2 O3+S m2O3的复合稀土氧化物对材料的致密化最为有利;不同的稀土元素对 反应过程有较大的影响,在含S m组分中,α2Si 3 N4会很快消失,α’2Si A l O N与A l N多型体(21R)同时形成;而含Y组分中的α2Si 3 N4消失很慢,并且α’2Si A l O N的形成会受到A l N多型体的抑止。 孙维莹等[22]分别采用Dy 2 O3、S m2O3和(Dy2O3+ S m2O3)作为α’2Si A l O N的生成剂,比较了这3类α’2β’2Si A l O N陶瓷的相组成、力学性能和显微结构,发 现含复合稀土(Dy 2 O3+S m2O3)的(α’+β’)2Si A l O N 陶瓷比使用单一稀土的Si A l O N陶瓷具有更大的优越性,与S m2Si A l O N不一样,在(Dy+S m)2Si A l O N组分中,α’2Si A l O N相在形成时黄长石并不存在,因此能获得依据相平衡计算所得的α’含量,而S m2Si A l O N 所具有的精细显微结构,较高的抗弯强度和断裂韧性都能保留在(Dy+S m)2Si A l O N中,Dy2Si A l O N具有较高的硬度,其α’2Si A l O N相在热处理时十分稳定,这些特征也能保留于(Dy+S m)2Si A l O N中,它们的力学性能比较见表1。因此,(Dy+S m)2(α’+β’)2 Si A l O N的热稳定性好,并具有良好的力学性能。随后,他们又在Dy2β’2Si A l O N组分中分别以S m3+和Y3+部分取代Dy3+, 行为、显微结构和力学性能的影响。研究结果表明,以S m3+取代Dy+ 提高,而以Y3+取代Dy3+则没有明显的效果。 表1 抗弯强度、断裂韧性和硬度的性能比较 类 型抗弯强度断裂韧性硬度 S m2Si A l O N高高低(Dy+S m)2Si A l O N高高高Dy2Si A l O N低低高以往对α’2Si A l O N的研究主要着眼于减少晶界相,多取低m值的组分,其观察到的α’2Si A l O N晶粒大多为等轴状形貌。当增大m值时,在Ca及某些稀土掺杂系统中却发现了长颗粒状的α’2Si A l O N晶粒形貌。这一新的研究成果也引起了研究者们深入研究α’2Si A l O N显微结构变化的兴趣。李雅文等[23]对单一的Nd(或Ca)2α’2Si A l O N及复合掺杂稀土的(Ca+Nd)2α’2Si A l O N的相形成规律和显微结构特征进行了研究,发现复合掺杂的(Ca+Nd)2α’2Si A l O N 表现出与单一Nd(或Ca)2α’2Si A l O N系统不同的相形成规律。与Nd2α’2Si A l O N相比,用Ca部分置换Nd所得复合掺杂系统的烧结性能得到改善,并且抑止了黄长石的形成。Ca和Nd在晶界相和α’2Si A l O N 中的固溶情况还表现出了一定的选择性,即Ca主要进入α’2Si A l O N晶格,而Nd主要构成晶界相。基于上面的特点,有可能通过调节原始组成中Ca O与Nd2O3的配料比,实现在一定程度上优化设计材料性能的目的。 4 稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中的特殊应用 最近,有报道称[24],在添加某种稀土氧化物时可使α’2Si A l O N具有新的光电性能。这种Si A l O N陶瓷具有一定的透明度,并呈现出某种颜色,而且由于其同时具有光电性能和良好的机械性能、热性能,因此可以在新的领域得到新的应用。 在添加Yb 2 O3的α’2Si A l O N陶瓷的合成中,发现在中性气氛下烧结可使Yb2α’2Si A l O N陶瓷呈现黄色,这是因此保持了较高的Yb3+浓度。而将含Yb3+材料在高温下长时间置于还原气氛中,会发生Yb3+2α’2Si A l O N向Yb2+2α’2Si A l O N的转变,这时Yb2α’2 Si A l O N将由原来的黄色转变为黑色。因此,通过精确控制烧结气氛和添加适当的稀土氧化物作为稳定剂,可以得到具有相对高透明度的有颜色的α’2Si A l O N陶瓷。在对添加稀土氧化物的α’2Si A l O N 的吸收光谱进行研究的过程中,Z J Shen等[25]也获得了相似的结果:当把试样磨成一定厚度的薄片时,发现添加不同稀土氧化物的α’2Si A l O N陶瓷可表现出不同的颜色。分析上述现象认为,Re2α’2Si A l O N的光电性能应该与稀土元素的电子层结构、离子半径或离子的吸光特性等因素有关。 D de Graaf等[26]研究了用Ce3+掺杂的Ln-Si-A l-O-N(Ln=Sc,Y,La,Gd)玻璃基质的发光特性,发现随着不同稀土的掺杂量以及离子间距离的改变,系统的能量也发生着变化,使材料具有了不同的光学性能。分析其原因,认为是由于离子间的相互作用引起了基质中稀土离子晶格间位置的转换,从而引起了能量的变化。 通过添加稀土氧化物制备出的透明α’2Si A l O N 薄膜和涂层,可将其在高温下的抗氧化性、耐磨性、强韧性及其光电性能相结合应用于新的领域。例如:由Re2α’2Si A l O N制成的透明陶瓷,可用作大功率高压钠灯灯管,高温红外测温仪窗口;利用它与生物体的良好亲和性,Si A l O N陶瓷还可以用作人工关节等。简言之,添加稀土显现出特定光电性能的α’2Si A l O N 陶瓷的合成,使材料实现结构和功能一体化成为可能。 5 结语 单一稀土以及复合掺杂稀土氧化物的引入,在使Si A l O N陶瓷的机械和热学性能等得到提高的同时,还使其具有新的光学和电学性能,实现了材料的结构和功能的一体化。但是,目前对于稀土氧化物在Si A l O N陶瓷材料中的应用研究和技术开发都还只是处于初期阶段,有待于对其进行更加深入的研究和探讨,以使Si A l O N陶瓷材料向多领域、多层次和多功能化方向发展。 参考文献 [1] Bandyopadhyay S,Mukerji J,Roychoudhury K.Sintering and p r 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Key wo rd s:R a re e a rth oxid e,S i A l O N,S in te ring a g e n t,C e ram ic s Au tho r’s a dde rs s:The H ub e i P rovinc e Ke y L a b of C e ram ic a nd R e fra c to rie s,W uha n U n ive rs ity of S c ie nc e a nd Te c hno log y,W uha n430081,C h ina (上接454页) P rep a ra ti o n and p r op e rty o f ce ram ic co a ti ng s f o r m e ta l sub s tra te u s ing h igh tem p e ra tu re m e lti ng p r o ce s s/ W ang Q ianp ing,Zhang J ia sheng,Huang Zhuanho ng,e t a l//N a ihuo C a iliao.-2005,39(6):452 C e ram ic c oa ting s w ith h ig h re s is ta nc e s to a b ra s ion a nd h ig h tem p e ra tu re ox id a tion w e re p rep a re d on s ta in2 le s s s te e l s ub s tra te us ing lum p g la s s,c h rom e oxid e p ow d e r,c la y p ow d e r a nd m ic rofine s Z rS i O4a s s ta rting m a te ria ls b y h ig h tem p e ra tu re m e lting a t1000～1050℃fo r20m in.The re s is ta nc e s to a b ra s ion,oxid a tion a t h ig h tem p e ra tu re s a nd the r m a l s hoc k of the c e ram ic c oa ting s w e re d e te r m ine d,a nd the p a ram e te rs influe n2 c ing the p rop e rtie s of the c oa ting s w e re s tud ie d.The re s u lts s how e d tha t:1)A d d ing lum p g la s s i m p rove d the a d he s ion p rop e rty of the c oa ting;2)The s ta in le s s s te e l s ub s tra te w ith c e ram ic c oa ting ha d a h ig he r re2 s is ta nc e to a b ra s ion,e ros ion a nd ox id a tion a t h ig h tem p e ra tu re s tha n tha t w ithou t c oa ting;3)The a b ra s ive re s is ta nc e of the c oa ting inc re a s e d w ith the inc re a s e of Z rS i O4a d d ition,a nd the c oa ting w ith15%Z r S i O4 ha d the b e s t a b ra s ion re s is ta nc e a nd the r m a l s hoc k re s is ta nc e re a c h ing22c yc le s(1100℃,a ir c oo ling). Key wo rd s:H ig h tem p e ra tu re m e lting p roc e s s,C e ram ic c oa ting,M e ta l s ub s tra te,O xid a tion re s is ta nc e, A b ra s ion re s is ta nc e,The r m a l s hoc k re s is ta nc e Au tho r’s a dd re s s:C h ina U n ive rs ity of M in ing&Te c hno log y,B e ijing100083,C h ina 功能陶瓷材料的应用 研究 姓名：刘军堂___________ 学号: 23122837________ 班级: 机械1201_________ 任课老师：张志坚__________ 功能陶瓷材料的应用研究 1.选择一个课题进行相关检索，要求对课题作简要分析，并在分析的基础上确定检索词，准确描述检索过程。（10分）（可选择其他课程中以论文方式考核的科目，如无此类题目，可自选或用备选题目） 功能陶瓷 功能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料，各国在基础与应用研究以及工程化方面，均给予了特殊重视，特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据功能陶瓷材料的应用前景，本文介绍了功能陶瓷新材料的性能、应用范围，市场的开发应用现状和开发应用新领域，以及正在研发的高性能陶瓷材料；同时介绍了功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；应用现状；趋势 检索过程 第一步：进入“中国知网”主页，网址是“https://www.wendangku.net/doc/425159570.html, 第三步：登录成功后会进入操作界面， 第四步：选择要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按自己的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。 材料与化工学院 2012级材料科学与工程二班 课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健 学生学号： 授课老师： 目录 1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------4 2.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------4 2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------4 2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------5 2.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------5 2.2.2 PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------6 2.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------6 2.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------7 2.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------7 2.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------7 2.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------7 2.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------8 3.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8 稀土矿的应用简介 一、稀土矿的简介 1、稀土的发现史 从1794年发现元素钇，到1945年在铀的裂变物质中获得钷，前后经过151年的时间，人们才将元素周期表中第三副族的钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥17个性质相近的元素全部找到，把它们列为一个家族，取名稀土元素。我国稀土品种全，17种元素除钷尚未发现天然矿物，其余16种稀土元素均已发现矿物、矿石。2、资源储量分布 我国稀土矿产主要集中在内蒙古白云鄂博铁-铌、稀土矿区，其稀土储量占全国稀土总储量的90%以上，是我国轻稀土主要生产基地。即轻稀土主要分布在北方地区，重稀土则主要分布在南方地区，尤其是在南岭地区分布可观的离子吸附型中稀土、重稀土矿，易采、易提取，已成为我国重要的中、重稀土生产基地。此外，在南方地区还有风化壳型和海滨沉积型砂矿，有的富含磷钇矿(重稀土矿物原料)；在赣南一些脉钨矿床(如西华山、荡坪等)伴生磷钇矿、硅铍钇矿、钇萤石、氟碳钙钇矿、褐钇铌矿等重稀土矿物，在钨矿选冶过程中可综合回收，综合利用。 二、稀土的用途 稀土（RE）常被冠以“工业味精”的美誉。稀土元素因其具有独特的电子结构而表现出特殊的光、电、磁学等物理化学性质。无论是稀土金属还是其化合物都有良好的应用价值。1、传统领域中的稀土材料 （1）稀土在农轻工中的应用 稀土元素作为微量元素用于农业有2个优点：一是作为植物的生长、生理调节剂；二是稀土属低毒、非致癌物质，合理使用对人畜无害、环境无污染。如添加稀土元素的硝酸盐化合物作为微量元素化肥施用于农作物可起到生物化学酶或辅助酶的生物功效，具有增产效果。 纺织业中:铈组元素（Eu以前的镧系元素）的氯化物或醋酸盐可提高纺织品的耐水性，并使织物具有防腐、防蛀、防酸等性能。某些稀土化合物还可以作为皮革的着色剂或媒染剂，La、Ce、Nd的一些化合物可用作油漆的干燥剂，增强油漆的耐腐蚀性。 (2)稀土在冶炼工业中的应用 稀土元素对O、S和某些非金属具有强亲和力，利用这一特点，将稀土用于炼钢中能净化钢液，能起到脱S和脱O的作用，其原理是加入钢中的稀土能结合钢中可能生成的MnS、Al2O3和硅铝酸夹杂物中的O和S形成化合物。 钢的脱硫:在钢中添加混合稀土金属的目的之一是控制硫夹杂物的含量和形状。炼钢通常要添加锰，锰与硫结合形成硫化物夹杂物，这种夹杂物在轧钢时会变形。而添加混合稀土金属则能产生稀土的硫化物、硫氧化物，它们在轧钢时形状保持不变，使钢的性能得到改善。 稀土球墨铸铁:混合稀土金属以稀土硅铁合金或硅镁钛合金的形式加入铁不中促进石墨的球化，从而提高铸铁的可锻强度。产品称球墨铸铁。 打火石:混合稀土金属制造打火石，这是75%的混合稀土金属和25%的铁制成的一种合金。 有色金属合金中：稀土金属有色金属合金中也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金（含有Mg、Zn、Zr、La、Ce）可用于制造喷气式发动机的传动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座舱罩。在镁合金中添加稀土金属优点是可提高其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。有一种铝锆钇合金用作电线，其特点是输出功率高、耐热、耐振动和耐腐蚀。（3）稀土在炼油业中的应用 目前，世界上90%的炼油裂化装置都使用含稀土的催化剂，其中稀土分子筛型石油裂化 功能陶瓷材料总复习 功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1、定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率范围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 松弛极化 频率范围： 铁电体， 晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。 电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。 电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹（如图 居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相 T 稀土永磁材料与应用 一、稀土永磁材料 稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体，其中SmCo磁体的磁能积在15～30MGOe之间，NdFeB系永磁体的磁能积在27～50MGOe之间，被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。钐钴永磁体，尽管其磁性能优异，但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴，因此，它的发展受到了很大限制。我国稀土永磁行业的发展始于60年代末，当时的主导产品是钐-钴永磁，目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨，我国为90.5吨（包括SmCo磁粉），主要用于军工技术。 随着计算机、通讯等产业的发展，稀土永磁特别是NdFeB永磁产业得到了飞速发展。 稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接 近或达到国际先进水平。 现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面，运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。 二、稀土永磁材料分类 1．稀土钴永磁材料，包括稀土钴（1-5型）永磁材料SmCo5和稀土钴（2-17型）永磁材料Sm2Co17两大类。 2．稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料。 3．稀土铁氮（RE-Fe-N系）或稀土铁碳（RE-Fe-C系）永磁材料。 三、稀土永磁材料制备工艺分类 1．粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体； 2．还原扩散制粉或氢碎处理粉末及粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体； 3．快速凝固制粉或氢碎制粉（HDDR），粉末模压粘结工艺制备的粘结磁体； 4．快速凝固制粉或氢碎（HDDR）粉末的注射工艺制备的注射磁 文章编号：1006-2874（2010）05-0071-04 特种陶瓷材料的研究进展 葛伟青 （唐山学院，唐山：０６３０００） 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ 特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,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。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 １概述 特种陶瓷通常包括结构陶瓷、功能陶瓷(电子陶瓷)和生物陶瓷等.结构陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性,功能陶瓷具有导电、半导性、绝缘、压电、透光、光电、电光、声光、磁光等性能,生物陶瓷具有医疗(人工关节.骨、牙齿等)和催化等功能,在现代工业技术,特别是在高新技术领域中的地位日趋重要。 中国科学院上海硅酸盐研究所所长罗宏杰在佛山市加快发展特种陶瓷推介会上发言说，特种陶瓷具备传统陶瓷不具备的多种特性，消耗低、利润高，应用前景十分广阔。预计2010年全国的市场规模将达到400亿元。世界的市场规模将达到1500亿美元。中国经济的高速发展,将为特种陶瓷制造业提供广阔的市场与发展空间。 目前,高温结构陶瓷研究的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用的材料。高温结构陶瓷的应用在汽车、飞机、火箭等领域获得了成功。福特公司研制的汽车用轮机的机头、定子和叶轮都是用氮化硅制作的,热交换器是用蜂窝状结构的结晶化玻璃制成的。超音速飞机发动机和火箭燃烧室内壁、隔热衬层等高温部位都利用到了陶瓷材料。美国研制成功了AGT100和AGT101型全陶瓷汽车发动机,其进口温度分别达到了1290℃和1370℃,比超合金高200 ~260℃。 ２粉末制备技术进展情况 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。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶-凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。 ３特种陶瓷成形方法及特点 ３．１干法成型 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。 3.1.1钢模压制成型（干压法） 将含有少量增塑剂、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放在金属模内,在压机上受压,使之密实成型。钢模压制的优点是易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。 3.1.2等静压成型 等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力可达300MPa左右。在常温下成型时称为冷等静压成型,在几百摄氏度到2000℃温区内成型时称为热等静压成型。等静压有两种方式:干袋法和湿袋法。湿袋法是将粉末或颗粒密封于成型橡胶模型内,置于高压容器 收稿日期：2010-04-15 通讯联系人：葛伟青，E-mail:hbtsgwq@https://www.wendangku.net/doc/425159570.html, ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＯｃｔ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５ 中国陶瓷工业 ２０１０年１０月第１７卷第５期 新型陶瓷材料的应用与 发展 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶 瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷， 而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展， 各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科 学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高 速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震 而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各 行各业。 应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐 蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代 表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗 性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被 有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生 物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别 是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质 量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的 研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前 对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作 论文 题目：陶瓷材料的研究进展 姓名： 专业：化学工程与工艺 学号： 日期：2009-6-21 陶瓷材料的研究进展 摘要：近年来，随着科学的进步，陶瓷材料越来越多的进入我们的生产和生活，并且在性能和作用上体现出出乎意料的优越性。就我所知，陶瓷材料大体上可以分为四个类型：传统工艺陶瓷，结构陶瓷，功能陶瓷和生物陶瓷。本文仅对后三种新型陶瓷材料的研究进展做一个简单综述。 关键词：结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷纳米技术Abstract: In recent years, along with the science progress, the ceramic material more and more entered our production and the life, and manifested the superiority unexpectedly in the performance and the function. I know, the ceramic material may divide into four types on the whole: Traditional process ceramics, structure ceramics, functional ceramic and biological ceramics. This article only makes a simple summary to the latter three kind of new ceramic material's research development. Key word: Structure ceramics，functional ceramic，biology ceramics ，nanotechnology 功能陶瓷材料概述 功能陶瓷由于其在电、磁、声、光、热、力等方面优异的性能，广泛应用于电子电力、汽车、计算机、通讯等领域，在科学技术发展和实际生产生活中发挥着越来越重要的作用。主要阐述了功能陶瓷电学、光学、磁学、声学、力学等基本性质，并介绍了功能陶瓷的种类和应用以及未来发展趋势。 标签： 功能陶瓷；性质;应用 1 前言 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。它有别于我们所熟知的日用陶瓷、艺术陶瓷、建筑陶瓷等，而是指在电子、微电子、光电子信息和自动化技术以及能源、环保和生物医学领域中所使用的陶瓷材料。功能陶瓷以其独特的声、光、热、电、磁等物理特性和生物、化学以及适当的力学等特性，在相应的工程和技术中发挥着关键作用，如制造电子线路中电容器用的电介质瓷，制造集成电路基片和管壳用的高频绝缘瓷等。 2 功能陶瓷基本性质 功能陶瓷是利用其对电、光、磁、声、热等物理性质所具有的特殊功能而制造出的陶瓷材料。其电学、光学、磁学、声学、热学、力学等性质是研究和运用的重点。功能陶瓷的这些性质与其组成、结构和工艺等有着密切关系。 功能陶瓷电学性质可以用电导率、介电常数、击穿电场强度和介质损耗来表示，是功能陶瓷材料很重要的基本性质之一。光学性质指其在可见光、红外光、紫外光及各种射线作用时表现出的一些性质。表征磁学性质的参数有磁导率、磁化率、磁化强度、磁感应强度等。材料在外力作用下都会发生相应的形变甚至破坏，有必要研究材料的力学性能，功能陶瓷材料也具有弹性模量、机械强度、断裂韧度等表征力学性能的参数。 3 功能陶瓷种类及其应用 功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。目前已经研究比较深入并大量使用的功能陶瓷有绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等，下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其应用。 3.1 绝缘陶瓷 先进陶瓷材料研究现状及发展趋势 概述：结构陶瓷和功能陶瓷，结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷，它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性；结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用陶瓷基复合材料。功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为 结构陶瓷。 粉体特性： 粉体的特性对先进陶瓷后续成型和烧结有着显著的影响，特别是显著影响陶瓷的显微结构和机械性能。通常情况下，活性高、纯度高、粒径小的粉体有利于制备结构均匀、性能优良的陶瓷材料。同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。 粉体制备方法：陶瓷粉体的制备主要包含固相反应法、液相反应法和气相反应法3大类， 固相反应法：其中固相反应法特点是成本较低、便于批量化生产，但杂质较多， 主要包括碳热还原法〔碳化硅（Si C）粉体、氧氮化铝（Al ON）粉体）〕、高温 固相合成法（镁铝尖晶石粉体、钛酸钡粉体等）、自蔓延合成法氮化硅〔（Si3N4） 粉体等300余种〕和盐类分解法〔三氧化二铝（Al2O3）粉体〕等。 液相法：液相反应法生产的粉料粒径小、活性高、化学组成便于控制，化学掺杂 方便，能够合成复合粉体，主要包括化学沉淀法、溶胶——凝胶法、醇盐水解法、 水热法、溶剂蒸发法。 气相法：气相反应法包括物理气相沉积和化学气相沉积2种。与液相反应法相 比，气相反应制备的粉体纯度高、粉料分散性好、粒度均匀，但是投资较大、成 本高 先进陶瓷的成型技术：（4种） 干法压制成型：干压成型、冷等静压成型； 塑性成型：挤压成型、注射成型、热蜡铸成型、扎膜成型； 浆料成型：注浆成型、流延成型、凝胶注模成型和原位凝固成型； 固体无模成型：熔融沉积成型、 稀土金属的最新应用 引言 稀土金属材料可以分成稀土金属合金以及稀土金属间化合物两大类。稀土金属合金有稀土铸铁、稀土钢铁合金、稀土有色金属合金等，多为结构材料。稀土金属间化合物则是稀土金属与其他金属或类金属之间形成的具有一定化学成分、晶体结构和显著金属结合键的物质，原子遵循着某种有序化的排列。这些金属间化合物在稀土合金相图中被称为稀土金属中间相。稀土金属间化合物主要有稀土磁性材料、稀土储氢材料、稀土热电材料( YbAl3，CePd3，YbxCo4Sb12，CeNiSn) 、热电子发射材料( LaB6 单 晶) 、超导材料( LaAl，LaAl2，LaSi3) 等，多为功能材料。 一、稀土金属在冶金及其结构材料上的应用 稀土是活泼的,易与氧、氢、氮、硫和其他元素结合成化合物,但不易与碳结合。在炼钢工艺中稀土用来生产较纯的、不含气体的钢,其含硫低,夹杂少。硫化物夹杂呈球形,热轧时仍为球形,它均匀布于晶内,这就增加钢的热塑性和可弯曲性,使其韧性更加各向同性。加稀土处理过的钢达到较高的屈服强度和冲击韧性,并具有较低的脆性转变温度。它使低合金钢获致较高的硬度,很高的耐磨和抗蚀性能,使含高铬的铁素体不诱钢获得更高的抗氧化能力,在循环加热试验中结果良好,并可替代镍铬合金作发热体用。稀土促进了铸铁中的石墨化和球化,细化了石墨体,铁素体和共晶体;从而提高了铸铁的延性、韧性和强度。制延性铸铁时,加铈可减少镁的添加量,因而防止了镁的挥发和烧损。随着稀土的添加,灰口铁成为较有延性的,白口铁更为耐磨,使可加工铸铁的热处理时间缩短,而合金铸铁可获得更好的抗蚀和抗氧化能力。 稀土在金属中添加的量虽然不多，但是应用领域非常广，而且带来的附加价值高，仍有很大的发展空间。除了在铸铁、钢铁以及有色金属中的应用外，在稀土金属间化合物方面的应用也开始受到关注，如B2 型稀土金属间化合物由于具有良好的室温塑性而受到人们的关注，在这种稀土金属间化合物中发现应力诱导相变有助于提高材料的塑性。美国Ames 实验室的KarlA Gschneidner 博士在探索室温下具有较好韧性的稀土金属间化合物，在Nature Materials 杂志上报道了一系列晶体结构为CsCl 型( B2) 、化学成分为RM( R: 表示稀土金属，M: 2，8 - 13 族金属) 的稀土金属间化合物都具有良好的室温塑性。 二、稀土金属催化剂 催化剂降低反应活性能，促进化学反应，是化学化工上的一个核心技术，影响到很多产业领域。稀土元素及其化合物具有很好的催化性质，在石油化工、橡胶合成、氨的合成、尾气净化、塑料降解、污水处理一些涉及到节能和环境保护等领域得到重要应用。下面是几例最新发现： 1.稀土硅氨化物在催化制备螺[环丙烷-1,3′-吲哚]化合物中的应用 硅氨基稀土化合物化学式为[(MeSi)N]Ln(-Cl)Li(THF)，可作为催化剂催化取代靛红、亚磷酸酯和烯烃，锅化反应制备螺[环丙烷-1,3′-吲哚]化合物；催化剂中，(MeSi)N表示三甲基硅氨基，Ln表示正三价的稀土金属离子，选自镧、钐、钆、铒或镱中的种；-代表桥键；THF代表四氢呋喃。此方法中，催化剂合成方法简单，反应原料简单易得，底物适用范围广，锅化反应方法效率高，反应条件温和，大部分目标产物的收率均达85%以上。 2.稀土咪唑盐化合物作为催化剂的应用 稀土咪唑盐化合物的通式为[RECl(THF)](HIPr)，其中，RE为稀土金属，选自La、Sm、Yb、Y中的种；HIPr为1,3-二(2,6-二异丙基苯基)咪唑阳离子；本发明的稀土咪唑盐化合物合成简单，结构明确，且收率高。本发明同时提供了上述化合物的制备方法及将其作为催化剂催化氮杂环丙烷衍生物与二氧化碳反应的应用方法，应用方法条件温和，活性高，选择性好，底物适应范围广。 3.稀土改性活性炭催化剂应用 浅析稀土材料的应用现状及发展前景 化学与材料学院材料科学与工程 姓名：黄兆剑学号：指导老师：童长青老师 摘要：稀土资源是很多高精尖产业必不可少的资源，我国是世界上第一大稀土资源国，同时也是稀土出口第一大霪。大量的出口苇仅导致了重要资源的流失也破坏了自然环境，更可能危及到我国今后的发展。本文献综述归纳了稀土在材料领域的应用现状及其发展前景，加以分析和论述，以便寻求新的应用领域。 关键词：稀土稀土贸易应用发展前景 前言： 稀土是不可再生的重要战略资源，在新能源、新材料、节能环保、航空航天、电子信息等领域的应用日益广泛。经过多年发展，我国稀土开采、冶炼分离和应用技术研发等取得了较大进步，产业规模不断扩大。稀土元素是元素周期表中ⅢB族中原子序数2l的钪(Sc)、39的钇(Y)和57的镧(La)至71的镥(Lu)等17个元素的总称“。稀土元素具有独特的4f电子结构、大的原子磁矩、很强的自选耦合等特性，与其他元素形成稀土配合物时，配位数可在6—12之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多种多样的。这使其具有诸多其他元素所不具备的光、电、磁特性，被誉为新材料的“宝库”。稀土材料的应用主要包括传统材料领域和高新材料领域。 一、中国稀土贸易浅谈 1、中国稀土大量出口 我国稀土产业在世界上拥有多个第一：资源储量第一，占70％左右；产量第一，占世界稀土商品量的80％至90％；销售量第一，60％至70％的稀土产品出疆到国外，而且我国的稀土矿还具有优质、易开采、相对集中、品种多样齐全的优点。改革开放的三十多年间，在中国大量出口稀土资源换取外汇的同时，美、俄以及一些是有稀土资源的欧洲国家都早已经封矿，均为从中国进口稀土。日本已经囤积中国稀土足够其国内使用三十年，掌握稀土国际定价权。据专家分析，目前国外稀土资源量超过了24526万吨，中国保有资源量不足9100万吨，只占27％。不仅稀土总量大量流失，其在对外出口中存在的问题也需要引起重视。 2、当前稀土行业贸易中存在的问题及分析 价格过低，无定价权 专家指出，我国稀土产品价格长期以来一直受国夕商家控制。 技术落后，浪费严重 科学技术越发达的国家，稀土应用搞得越好，稀土材料功能开发搞得越好。这种正相关性存在于日本、美国、欧洲等多个国家，其稀土功能材料的开发，高端技术的应用都是走在世界的前列。而中国尽管有资源，但在高端领域掌握的技术落后于发达国家。不仅稀土的应用技术落后，稀土的开采技术也都还是十几年前的老技术，诸多落后环节的粗放开采导致了稀土开采环节的浪费。 走私不断，变相出口 出口配额的限制以及提高关税等政策的实施，又滋生了另一个利润的空间一一走私。很多小型开采者由于无法获得出口配额通过走私牟利。 功能陶瓷材料的分类及发展前景 功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类材料通常具有一种或多种功能。如电、磁、光、热、化学、生物等功能，以及耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。功能陶瓷已在能源开发、空间技术、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、环境科学等领域得到广泛应用。 1.电子陶瓷 电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为６类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。 2.热、光学功能陶瓷 耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性好，可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。 陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。 透明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表，在透明氧化铝的制造过程中，关键是氧化铝的体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程，在原料中加入适当的添加剂如氧化镁，可抑制晶粒的长大。其可用作熔制玻璃的坩埚，红外检测窗材料，照明灯具，还可用于制造电子工业中的集成电路基片等。 3.生物、抗菌陶瓷 生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域， 第一課概念 1.1 什麼是稀土？ 1.2 稀土生產與分離 1.3 稀土資源 1.1 什麼是稀土？ 稀土就是化學元素週期表中鑭系元素—鑭（La）、鈰（Ce）、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑 (Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鑥(Lu)，以及與鑭系的15個元素密切相關的兩個元素—鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素，稱為稀土元素（Rare Earth）。簡稱稀土（RE或R）。 稀土元素最初是從瑞典產的比較稀少的礦物中發現的，“土”是按當時的習慣，稱不溶於水的物質，故稱稀土。 根據稀土元素原子電子層結構和物理化學性質，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產生不同性質的特徵，十七種稀土元素通常分為二組。 輕稀土（又稱鈰組）包括：鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。 重稀土（又稱釔組）包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔。 稱鈰組或釔組，是因為礦物經分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔佔優勢而得名。 稀土元素的主要物理化學性質 稀土元素是典型的金屬元素。它們的金屬活潑性僅次於鹼金屬和鹼土金屬元素，而比其他金屬元素活潑。在17個稀土元素當中，按金屬的活潑次序排列，由鈧，釔、鑭遞增，由鑭到鑥遞減，即鑭元素最活潑。稀土元素能形成化學穩定的氧化物、鹵化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氫、碳、磷發生反應，易溶於鹽酸、硫酸和硝酸中。 稀土易和氧、硫、鉛等元素化合生成熔點高的化合物，因此在鋼水中加入稀土，可以起到淨化鋼的效果。由於稀土元素的金屬原子半徑比鐵的原子半徑大，很容易填補在其晶粒及缺陷中，並生成能阻礙晶粒繼續生長的膜，從而使晶粒細化而提高鋼的性能。 稀土元素具有未充滿的4f電子層結構，並由此而產生多種多樣的電子能級。因此，稀土可以作為優良的螢光，鐳射和電光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。 稀土離子與羥基、偶氮基或磺酸基等形成結合物，使稀土廣泛用於印染行業。而某些稀土元素具有中子俘獲截面積大的特性，如釤、銪、釓、鏑和鉺，可用作原子能反應堆的控制材料和減速劑。而鈰、釔的中子俘獲截面積小，則可作為反應堆燃料的稀釋劑。 摘要：生物陶瓷是一种具有与生物体或生物化学有关的区别于传统材料的新型材料，生物陶瓷有着传统陶瓷所不具备的优异性能。生物陶瓷在医学上的应用将极大的促进生物陶瓷的发展。与有机高分子材料相比生物体陶瓷耐热性好,便于进行高压灭菌等。本文通过大量的文献阅读介绍了生物陶瓷的分类，生物陶瓷的物理化学性质以及生物陶瓷的应用前景。此外本文还对一些生物陶瓷生产工艺做了简单介绍，并对生物陶瓷未来的发展做了合理展望。 关键词：特殊功能，纳米生物医用，生产工艺 1.生物陶瓷的分类及应用 生物陶瓷材料根据其在生物体内的活性可分为惰性生物陶瓷材料和活性生物陶瓷材料。 1.1惰性生物用瓷 生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定, 生物相溶性好的陶瓷材料。这类陶瓷材料的结构都比较稳定, 分子中的键力较强, 而且都具有较高的机械强度, 耐磨性以及化学稳定性, 它主要有氧化铝陶瓷、单晶陶瓷、氧化锆陶瓷、玻璃陶瓷等, 又分为以下几种： 1.1.1单晶、多晶和多孔氧化铝 单晶氧化铝：具有相当高的抗弯强度,耐磨性能好, 耐热性好, 可以直接与骨固定。已被用作人工骨、牙根、关节、螺栓。并且该螺栓不生锈, 也不会溶解出有害离子, 与金属螺栓不同, 勿需取出体外。60 年代后期, 广泛用作硬组织修复。多晶化学性能十分稳定, 几乎不与组织液发生任何化学反应, 硬度高,机械强度高。总之氧化铝陶瓷具有良好的组织亲和性, 这是因为其表面具有亲水性, 即氧化铝结晶表面氧原子能捕获水分子而产生极化现象, 结果在其表面覆盖一层羟基, 它能吸附水分子, 在表面形成亲水层, 使表面呈强极性, 易被组织液浸润。在极性层外间构成水——金属离子——蛋白质的“三明治”式结构, 形成周期的氧化铝生物相容性。 氧化铝陶瓷和单晶氧化铝。氧化铝陶瓷由氧化铝粉料烧结制成, 单晶氧化铝可用引上法或火焰熔融法制取。氧化铝陶瓷表面为亲水性, 与生物体组织有良好的生物亲合性。目前, 在临床实用中除做人造骨、人造关节外, 还可制接骨用螺钉。 1.1.2氧化锆陶瓷 部分稳定的氧化锆和氧化铝一样, 生物相容性良好, 在人体内稳定性高, 且比氧化铝断裂韧性、耐磨性更高, 有利减少植入物尺寸和实现低摩擦、磨损, 用以制造牙根、骨、股关节、复合陶瓷人工骨、瓣膜等。 1.1.3碳素类陶瓷 包括碳素、玻璃碳、碳纤维及热解石墨等, 其成分是碳元素, 玻璃碳的强度差, 在1300～ 1500℃加热分解碳氢化合物得到的热解石墨微粒, 质地致密 坚硬; 碳纤维强度大, 挠性好。在20 世纪60 年代人们发现它们具有血液相容功能陶瓷材料研究进展综述
现代陶瓷研究进展
稀土材料的应用简介
功能陶瓷材料总复习讲解学习
稀土永磁材料与应用
特种陶瓷材料的研究进展[1]
新型陶瓷材料的应用与发展
陶瓷材料的研究进展
功能陶瓷材料概述
先进陶瓷材料研究现状及发展趋势
稀土金属的最新应用
浅析稀土材料的应用现状及发展前景
功能陶瓷材料的分类及发展前景
稀土基本知识及应用
生物陶瓷材料的研究进展