07370390高技术陶瓷材料大纲

高技术陶瓷材料

(High-Tech ceramics)

课程编号：07370390

学分：1

学时：15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机学时：0）

先修课程：材料科学基础、无机材料学

适用专业：材料类各专业、机械类各专业、电子类各专业

教材：《先进陶瓷工艺学》.刘维良；武汉理工大学出版社，2004年8 月第 1 版。

开课学院：材料科学与工程学院

一、课程的性质与任务：高技术陶瓷材料是适用于材料类各专业、机械类各专业、电子类各专业的一门选修课程，主要学习高技术陶瓷材料的制备、性能、应用和进展。

高技术陶瓷材料课程的基本任务是：

1、掌握高技术陶瓷材料的基本制备原理；

2、了解高技术陶瓷材料的发展；

3、掌握高技术陶瓷材料的性能和应用。

高技术陶瓷材料课程为从事高技术陶瓷材料（包括高温结构陶瓷和功能陶瓷）的研究和应用提供必需的理论知识，并使学生了解这方面的国内外进展。本课程可为机械、电子等领域的高技术研究提供必要的帮助。

二、课程的基本内容及要求：

第一章、高温结构陶瓷

1、教学内容

（1）氧化铝陶瓷

（2）氧化锆陶瓷

（3）氮化硅陶瓷

（4）碳化硅陶瓷

（5

）

其它高温结构陶瓷

2、基本要求

（1）掌握氧化铝陶瓷的制备工艺、性能特点和应用；

（2）掌握氧化锆陶瓷的制备工艺、性能特点和应用；

（3）掌握氮化硅陶瓷的制备工艺、性能特点和应用；

（4）掌握碳化硅陶瓷的制备工艺、性能特点和应用；

5）了解其它高温结构陶瓷的概况。第二章、介电陶瓷材料1、教学内容（1）电绝缘陶瓷

（2）电容器介质陶瓷

（3）微波介质陶瓷

2、基本要求

（1）掌握电绝缘陶瓷的制备工艺、性能特点和应用；

（2）掌握电容器介质陶瓷的种类、制备工艺、性能特点和应用；

（3）了解微波介质陶瓷的性能特点和应用。第三章、铁电陶瓷材料

1、教学内容

（1）压电陶瓷材料

（2）热释电陶瓷材料

（3）透明铁电陶瓷材料

2、基本要求

（1）掌握压电陶瓷材料的种类、制备工艺、性能特点和应用；

（2）了解热释电陶瓷材料的性能特点和应用；

（3）了解透明铁电陶瓷材料的性能特点和应用。第四章、半导体陶瓷材料1、教学内容

（1）热敏陶瓷材料

（2）气敏陶瓷材料

（3）湿敏陶瓷材料

（4）其它敏感陶瓷材料

2、基本要求

（1）掌握热敏陶瓷材料的分类和特点，掌握PTC 陶瓷的性能特点的机理；（2）掌握气敏陶瓷材料的性能特点和机理；

（3）掌握湿敏陶瓷材料的性能特点和机理；

（4）了解其它敏感陶瓷材料的概况。第五章、导电和超导陶瓷

1、教学内容

（1）导电陶瓷

（2）高温超导陶瓷

2、基本要求

(1)掌握B—AI2O3和ZrO2的导电机理和应用；

(2)了解高温超导陶瓷的定义、种类、结构特征和发展概况

四、大纲说明

由于高技术陶瓷的发展速度很快，讲课内容应结合最新研究结果作及时适当调整五、参考书目及学习资料

1、《特种陶瓷》；王零森编著；中南工业大学出版，1997

2、《工程结构陶瓷》；郭瑞松；天津大学，2002

3、《功能陶瓷材料》；曲远方主编；化学工业出版社，2003

4、《功能陶瓷性能与应用》；王永龄著；科学出版社，2003

制定人：刘军审定人：刘军批准人：杨娟

2013年4月8日

课程简介

课程编码：07370390

课程名称：高技术陶瓷材料

英文名称：High-Tech Ceramics

学分：1

学时：15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机学时：0 ）

课程内容：高技术陶瓷材料主要介绍高技术陶瓷材料（包括高温结构陶瓷和功能陶瓷）的制备、性能、应用和进展。使学生掌握高技术陶瓷材料的基本制备原理，了解高技术陶瓷材料的发展趋势，掌握高技术陶瓷材料的性能和应用，为从事高技术陶瓷材料的研究和应用提供必需的理论知识，并使学生了解这方面的国内外进展。本课程可为机械、电子等领域的高技术研究提供必要的帮助。

选课对象：材料类各专业、机械类各专业、电子类各专业 4 年级学生

先修课程：材料科学基础、无机材料学

教材：《先进陶瓷工艺学》.刘维良；武汉理工大学出版社，2004年8 月第1版。

史上最全的陶瓷材料3D打印技术经验解析

精心整理史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析 南极熊3D打印网2017-07-11现在已经陆续出现一些陶瓷3D打印机，价格100万到500万人民币的都有。南极熊希望下文可以给读者带来全面的认识。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余 体模型，而后用分层软件对其进行分层处理，即将三维模型分成一系列的层，将每一层的信息传送到成型机，通过材料的逐层添加得到三维实体制件。跟传统模型制作相比，3D打印具有传统模具制作所不具备的优势：1.制作精度高。经过20年的发展，3D打印的精度有了大幅度的提高。目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在0.3mm以下；2.制作周

期短。传统模型制作往往需要经过模具的设计、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期长。而3D打印则去除了模具的制作过程，使得模型的生产时间大大缩短，一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印；3.可以实现个性化制作。3D打印对于打印的模型数量毫无限制，不管一个还是多个都可以以相同的成本制作出来，这个优势为3D打印开 陶瓷材料烧结性能非常重要，陶瓷颗粒越小，表面越接近球形，陶瓷层的烧结质量越好。陶瓷粉末在激光直接快速烧结时，液相表面张力大，在快速凝固过程中会产生较大的热应力，从而形成较多的微裂纹。目前，陶瓷直接快速成型工艺尚未成熟，国内外正处于研究阶段，还没有实现商品化。目前，比较成熟的快速成型方法有如下几种：分层实体制造(简称LOM）；

熔化沉积造型（简称FDM）；形状沉积成型（简称SDM）；立体光刻（简称SLA）；选区激光烧结（简称SLS)；喷墨打印法(简称IJM）。2.1分层实体制造（LOM）分层实体制造采用背面涂有热熔胶的薄膜材料为原料，用激光将薄膜依次切成零件的各层形状叠加起来成为实体件，层与层间的粘结依靠加热和加压来实现。LOM最初使用的材料是纸，做出的部件相当于木 和 面LOM LOM ABS 末和有机粘结剂相混合，用挤出机或毛细血管流变仪做成丝后用FDM设备做出陶瓷件生胚，通过粘结剂的去除和陶瓷生胚的烧结，得到较高密度的陶瓷件。适用于FDC工艺的丝状材料必须具备一定的热性能和机械性能，黏度、粘结性能、弹性模量、强度是衡量丝状材料的四个要素。基于这样的限制条件，Rutgers大学的陶瓷研究中心开放出称为RU系列的有机粘结

高技术陶瓷

1、高技术陶瓷和普通陶瓷的区别。 高技术陶瓷和普通陶瓷主要有一下区别： （1）在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，代之以“高度精选的原料”（2）在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，所以不同产地的陶瓷有不同的质地。特种陶瓷的原料一般是纯化合物，因此其成分由人工配比而不是由原料产地决定。 （3）在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结，保护气氛烧结，热压，热等静压等先进手段。 （4）在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性能和功能，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。 高技术陶瓷（特种陶瓷的分类） 2、高技术陶瓷分类：结构陶瓷；功能陶瓷 3、高温结构陶瓷分类 （1）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，它们的熔点一般都在2000℃以上；（2）碳化物，如SiC、WC、TiC、HfC、NbC、TaC、B4C、ZrC、等； （3）膨化物，如HfB2、ZrB2等，膨化物具有很强的抗氧化能力； 陶瓷，氮化物常具有很高的硬度； （5）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中由于制品表面生成二氧化硅或者硅酸盐保护膜，所以抗氧化能力强。 4、高温结构陶瓷性能特点 高温结构陶瓷具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。高温结构陶瓷包括高温氧化物和高温非氧化物（或称难熔化合物）两大类。 5、高温结构陶瓷原料制备工艺？高温结构陶瓷制备工艺？ 粉末制备——原料处理———成形——烧结——加工——成品 热成形 ●成型前的原料处理： （1）原料煅烧 目的：①去除原料中易挥发的杂质，化学接合和物理吸附的水分、气体、有机物等，从而提高原料的纯度；②使原料颗粒致密化及结晶长大③完成同质异构的晶型转变，形成稳定的结晶相 （2）原料的混合 （3）塑化 （4）造粒 造粒方法：普通造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冻结干燥法 ●高温结构陶瓷成形方法 ①粉料成形方法，或称粉料压制法，如钢模压制、捣打成形、冷等静压制、干袋式等静压制等 ②塑性料团成形方法，或称可塑成型方法，如可塑毛坯挤压、轧膜成形等 ③浆料成形方法，或称注浆成形方法，如粉浆教主、离心浇筑、流延成型等 ④热致密化成形方法，如热压、热等静压、热锻等 ⑤注射成形 ⑥其他成形方法，如熔铸法、等离子喷射成形、化学蒸镀等

新型陶瓷材料的应用与发展

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

史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析

史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析 南极熊3D打印网2017-07-11 现在已经陆续出现一些陶瓷3D打印机，价格100万到500万人民币的都有。南极熊希望下文可以给读者带来全面的认识。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余材料，得到零部件，再以拼接、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产生的研制周期，提高效率并降低成本。陶瓷材料具有优良高温性能、高强度、高硬度、低密度、好的化学稳定性，使用其在航天航空、汽车、生物等行业得到广泛应用。而陶瓷难以成型的特点又限制了它的使用，尤其是复杂陶瓷制件的成型均借助于复杂模具来实现。复杂模具需要较高的加工成本和较长的开发周期，而且，模具加工完毕后，就无法对其进行修改，这种状况越来越不适应产品的改进即更新换代。采用快速成型技术制备陶瓷制件可以克服上述缺点。快速成型也叫自由实体造型，是20世纪60年代中期兴起的高兴技术。1.陶瓷3D打印快速成型技术的本质是采用积分法制造三维实体，在成型过程中，先用三维造型软件在计算机生成部件的三维实体模型，而后用分层软件对其进行分层处理，即将三维模型分

成一系列的层，将每一层的信息传送到成型机，通过材料的逐层添加得到三维实体制件。跟传统模型制作相比，3D 打印具有传统模具制作所不具备的优势： 1.制作精度高。经过20年的发展，3D 打印的精度有了大幅度的提高。目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在0.3 mm 以下； 2. 制作周期短。传统模型制作往往需要经过模具的设计、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期长。而3D打印则去除了模具的制作过程，使得模型的生产时间大大缩短，一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印；3. 可以实现个性化制作。3D打印对于打印的模型数量毫无限制，不管一个还是多个都可以以相同的成本制作出来，这个优势为3D打印开拓新的市场奠定了坚实的基础； 4. 制作材料的多样性。一个3D 打印系统往往可以实现不同材料的打印，而这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。比如金属、石料、高分子材料都可以应用于3D 打印。 5. 制作成本相对低。虽然现在3D 打印系统和3D 打印材料比较贵，但如果用来制作个性化产品，其制作成本相对就比较低了。加上现在新的材料不断出现，其成本下降将是未来的一种趋势。有人说在今后的十年左右，3D 打印将会走进普通百姓家里。 2 陶瓷3D打印的主要技术分类3D 打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一种粘结剂粉末所组成 的混合物。由于粘结剂粉末的熔点较低，激光烧结时只是将

几种功能陶瓷材料的研究与发展现状

几种功能陶瓷材料的研究与发展现状 摘要 功能陶瓷作为一种新型的无机非金属材料，以其优越的性能正越来越多地应用到社会生活中来，同时对于它的研究也仍在不断的深入与发展。由于功能陶瓷材料的种类繁多，本文主要介绍了目前涉及比较广泛的铁电压电陶瓷材料，半导体陶瓷材料以及微波介质陶瓷材料的研究概况与进展。 关键词：铁电陶瓷压电陶瓷半导体陶瓷微波介质陶瓷 前言 功能陶瓷主要是指那些利用电磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的先进陶瓷（现代陶瓷）。功能陶瓷的发展经历了电介质陶瓷、压电铁电陶瓷、半导体陶瓷、快离子导体陶瓷、高温超导陶瓷等等一系列的过程，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。功能陶瓷的不断开发，对科学技术的发展起了巨大的促进作用，其应用领域也随之更为广泛。[1]目前主要用于电、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。当前功能陶瓷正朝着复合化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化的方向进一步的发展。 一、铁电压电陶瓷材料的研究进展 [2]近年来，随着电子器件微型化、智能化的发展，各种性能优良、能满足制备体积更小电子器件的新型材料成为材料科学界的研究热点之一。铁电压电材料因其具有独特的电学、光学和光电子学性能，在现代微电子、信息存储等方面有着广泛的应用前景，已经成为当前新型功能材料研究的热点之一，其主要可以分为以下几大类。 1、弛豫铁电体 弛豫铁电体是指顺电—铁电转变，属弥散相变的铁电材料，一般为复合型化和物或固溶体。由于弛豫型铁电体具有很高的介电常数，相对低的烧结温度和“弥散相变”得到的较低容温变化率、大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点，使其在多层陶瓷电容器及新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景。 近年来，弛豫铁电陶瓷的研究一直是人们关注的热点。[3]铌镁酸铅—钛酸铅单晶可

新型陶瓷材料的应用与发展

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。 3.1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，非常适用于制作航天发动机

陶瓷材料概述

陶瓷材料概述 姓名：喻思力学号：07056108 摘要：陶瓷是人类生活和生产中不可缺少的一种材料。陶瓷产品的应用范围遍及国民经济各个领域。传统的陶瓷和日启陶瓷、建筑陶瓷、电瓷等是采用粘土类及其它天然矿物原料经过粉碎加工、成型、烧结等过程而得到的器几由于它使用的原料主要是硅酸盐矿物，所以归属于硅酸盐类材料。现代陶瓷材料是以特种陶瓷为基础由传统陶瓷发展起来的又具有与传统陶瓷不同时鲜明特点的一类新型陶瓷。它早已超出了传统陶瓷的概念和范畴．是高新技术的产物。随着生产与科学技术的发展．陶瓷材料及产品种类日益增多．为了便于掌握各种材例或产品的特征，通常以不同的角度加以分类。如按化学成分分类: 氧化物陶瓷; 碳化物陶瓷; 氨化物陶瓷; 四化物陶瓷. 陶瓷材料化学键是高于健和共价键。这种化学性有很强的方向性和很高的结合能。因此，陶瓷材料很难产生塑性变形．脆性大，裂纹敏感性强。这就是陶瓷材料的致命弱点。但也正是由于它具有这种化学健类型，使结构陶瓷具有一系列比金属材料优异的特殊性能。比如：高硬度；高焰点；高化学稳定性。尽管陶瓷材料有如此优异的特殊性能．但由于其致命的缺点——脆性，因而限制了其特性的发挥和实际应用。因此，陶瓷的韧化使成为世界瞩目的陶瓷材料研究领域的核心课题。 关键词：陶瓷功能材料 引言：人类已经合成了成千上万种自然界从未有过的物质，有机高分子合成材料的生产已经成为20世纪以来发展最快的部门之一。高分子合成材料的发展已经超过钢铁、水泥和木材这传统的三大基本材料。今天的高分子材料，已经包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等许多种类，其巾塑料、合成橡胶和合成纤维被称为现代三大高分子材料。它们质地轻巧、原料丰富、加工方便、性能良好、用途广泛，因而发展速度大大越过了传统的三大基本材料。 材料科学是研究材料的组成、结构与性能之间相互关系及变化规律的一门应用基础科学。功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其转化的功能，用以实现对信息和能量的感受、计测、显示的控制和转化为主要目的非结构性新材料。 经过了一个学期的功能材料课的学习，我受益颇多，学习了这么多材料，懂得了不少有关材料的知识，我觉得这学的很有价值，明白了不少以前没弄明白的事儿。譬如，为什么导弹能打的越来越准，为什么有的玻璃摔不破，为什么现在的医学越来越发达等等。下面便说说有关陶瓷材料的知识。 一、陶瓷材料发展历史及其概念的内涵 陶瓷是人类生活和生产中不可缺少的一种材料。陶瓷产品的应用范围遍及国民经济各个领域。它的发展经历了从简单列复杂、从粗糙到精细、从无油到施釉、

陶瓷材料的结构与特性

陶瓷材料的結構與特性 【摘要】一般稱為陶瓷的材料是泛指「非金屬的無機固相物質」，它通常是一種化合物，由兩種或兩種以上的帶電離子鍵結所構成。由於離子種類不同，合成的物質具有與金屬材料截然不同的機械、電、磁、光等特性。 英文ceramic（陶瓷）一字源自希臘字"keramikos"，意指「燒過的東西」。在中國的工藝辭彙裡，「陶」與「瓷」卻指不同的燒成品：前者是指燒結後的物品，例如瓦罐，它仍具有表面孔隙，在潮濕的環境中會吸收水分；「瓷」一字指的是表面燒結緻密，不會滲水的日用器皿，其表面常覆蓋著一層玻璃質的釉料，在高溫的燒成後，表層可以隔離水氣的入侵。 陶瓷材料與人類文明的發展息息相關 建築業採用大量的水泥材料，外牆及室內裝飾的壁磚、地磚，以及有利採光與美觀的多色玻璃門窗或幕帷，隨處可見。日常電器用品或資訊產品中，做為個人電腦386／486中央處理器多層電路隔板的氧化鋁基板、電阻材料、多層電容器，都是由高純度的陶瓷所製成。由於某些陶瓷具有優異的抗腐蝕性，這種材料又可用來製作強酸、強鹼的容器，或是製成人工關節，來取代人體內不堪使用的關節。陶瓷的高硬度，使得許多容易磨蝕的組件漸漸採用陶瓷，而且它的熔點比一般的金屬與高分子材料來得高，所以高溫的隔熱材料或是廢熱的熱交換器，都可使用陶瓷材料。其他在國防工業或航太工業，精密陶瓷都有其特定的用途。 如果了解陶瓷材料的原子結構與金屬及高分子材料的不同後，大家一定不會對陶瓷性質的多樣性感到懷疑。一次世界大戰以前，陶瓷產品只限於日常的器物如磚瓦、混凝土或是玻璃器皿。但1940年以後，陶瓷領域已擴展到微電子、電腦、資訊、國防、航太的範圍之中。由於對陶瓷的物、化性質的了解，改善純化與合成的技術，並發展出新的陶瓷製造工程，才使得簡單的建築與日常使用的陶瓷材料，擴展為特定用途的精密陶瓷組件。 最常見的陶瓷原料是天然風化的礦石，像是黏土或石英砂，主要的成分是氧化矽，其次是氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，或是鹼金屬的氧化物。由於大自然長年風化作用的結果，將火山岩漿形成的花崗岩分解，經雨水及二氧化碳作用將其中的長石（含鉀鋁矽的氧化物）部分溶解，殘留的鋁矽酸物轉成高嶺土（一種常見的陶瓷黏土）。這種黏土的基本成分是Al2O3.2SiO2.2H2O，因為含有氧化鐵的雜質，常呈棕褐色，又在自然環境的分離作用下，細小的晶粒（小至1mm的1/1000）沈積成黏土礦，其中混雜著有機質，成為傳統陶瓷原料的主要來源。由於含有有機質（像木質素或藻膠），細緻的黏土很容易與水混合，形成的泥漿也有適當的黏性，由泥漿注模成形的坯體也有相當的強度，可以移入窯爐裡，燒出精緻、美觀的瓷器。 細小的陶瓷顆粒，有些呈圓形，有些呈鬚晶或板片狀，但都有其固定的結晶構造。因為顆粒夠小的關係，燒陶瓷生坯時，不必達到它的熔點就能將陶瓷燒結緻密。緻密的陶瓷器不僅不易吸水，其他的強度、硬度、透明度等性質都能提高不少。 此外，利用燒瓷溫度與時間的調整，細小的陶瓷顆粒在燒結時會逐漸靠近，達到緻密化的目的；晶粒也會逐漸長大，或是長成「柱晶」狀，例如許多白色瓷器的坯體都有的「富鋁紅柱石」（mullite，又稱「莫來石」）。不同的熱處理方法，包括改變加熱的溫度、時間、氣氛，可造成晶粒與孔隙的變化。不同的晶粒大小、分布與晶界間的現象，我們統稱「微結構」，這種結構的尺度就比原子的結構或是晶體結構大上數百倍，乃至數千倍以上。陶瓷材料的性質即決定於陶瓷化合物的「原子結構」、「晶體結構」，以及不同製程產生的「微結構」。 以下按陶瓷的基本分子結構、結晶結構與微結構，由小而大，分階段舉例說明與陶瓷特性間的關係。 陶瓷的分子結構 前面提及最常見的陶瓷材料是以黏土為主的氧化物，包括氧化矽、氧化鋁或氧化鉀的分子，這些分子都含有一定量的陰及陽離子。兩個異性的離子由於游離或吸引電子的能力不同的關係，當它們接近時，除了可藉由共同擁有原子軌道上的電子達到穩定的效果外，這種對價電子親和能力（又稱「陰電性」）也會影響兩個相吸的異性離子的鍵結特性，我們常以「游離率」或「陰電性差值」來表示。 當陰陽離子的陰電性相差愈多，它們形成的化合物的「離子鍵性」愈高，反之則「共價鍵性」高。所以除了少數的例外，大部分的陶瓷材料的分子鍵結形態多屬兩種鍵性的混成。完全的共價鍵材料極少，結晶形的鑽石（碳）即是一例；而接近完全離子鍵的化合物，像食鹽（氯化鈉）則只有非常微弱的共價鍵性。稍後，我們將介紹共價與離子鍵性比例的高低，將直接影響陶瓷材料的熔點、基本分子結構、導電性及其他許多物理性質。

生活中的陶瓷材料及其应用

生活中的陶瓷材料及其应用 【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。 【关键字】陶瓷材料应用发展 陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。 而我们专业是地理信息系统与其陶瓷材料的联系真的不多，所以在这里就不详细的指出了。陶瓷材料在工程上的应用要数工程塑料了目前，主要的工程塑料制品已有10多种，其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍。以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料，可以节省大量能源、人力和物力。陶瓷材料也可合成橡胶的开发利用，由于生产合成橡胶的原料丰富，其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求，所以合成橡胶出现几十年来，品种已很丰富，一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类。通用合成橡胶性能与天然橡胶相似，用于制造一般的橡胶制品，如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点，多用于特殊环境和高科技领域，如航空、航天、军事等方面。陶瓷材料在合成纤维的开发利用方面合成纤维的品种有几十种，但最常见的是六大种：聚酸胺纤维、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氨纶。高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但又都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。但是，随着高技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色。陶瓷材料中已崛

陶瓷材料综述解析

陶瓷工艺 河北科技师范学院化工学院化学工程与工艺 前言 材料是人类生存和发展的物质基础，也是一切工程技术的基础。现代科学技术的发展对材料的性能的不断提高提出新的更高的要求。材料化学是当前科学研究的前沿领域之一。以材料科学中的化学问题为探究对象的材料化学，是化学领域的重要学科之一。 材料主要包括金属材料，无机非金属材料，复合材料和高分子材料等各类化学物质。其中无机非金属材料中，陶瓷材料是一种新型的材料。 早在远古时代，人类祖先就懂得利用石器作为工具，这是陶瓷制品的最初级产品。中古偶的陶瓷制品及其制造技术的出现可以追溯到大约一万年前，公元前3000年左右的商朝，就有了原始陶瓷的出现。到了汉代，开辟了陶瓷的时代，进过唐宋元明的不断发展，到了清代，陶瓷制造技术达到了极高的水平。陶瓷制品精美华贵，不仅是实用的器皿，也是高超的艺术品。近几年来，随着陶瓷技术的发展，陶瓷制品的应用领域也广泛拓展，逐渐由传统的陶瓷形成了日用陶瓷，艺术陶瓷，建筑陶瓷和特种陶瓷等系列。奇妙的纤维结构和功能特性使其在高技术领域得到了广泛的应用。陶瓷材料也从传统的氧化物系列发展为氮化物，碳化物，硼化物及各类复合材料。广泛的应用于信息，能源，环境等新型领域。陶瓷材料的各种特性，陶瓷材料将成为名副其实的耐高温和高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。有些科学家预言．由于陶瓷材料的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代。 本文着重介绍陶瓷材料的制造工艺中的制备，加工和改性工艺，包括基本知识。 一陶瓷材料的原料 原料是生产陶瓷的基础，从陶瓷工业的发展历史看，人类最初使用的主要是天然的矿物原料或者岩石原料。这些天然原料主要是硅酸盐矿物，种类繁多，分布广泛，资源丰富，但是由于地址或者成矿条件复杂多变，天然原料很少以单一的纯净的矿物出现，使得天然原料的化学组成，工艺性能产生波动，因此天然原料已经不能满足陶瓷工业的要求。陶瓷工业中，随着对陶瓷材料的要求日益提高，一般需要采用均以又高纯的人工合成原料。 黏土类原料 粘土是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，其矿 粒径一般小于2μm，其晶体结构式由硅氧四面体[SiO 4]组成(Si 2 O 5 )n层和铝 氧八面体组成的AlO(OH) 2 层相互连接起来的层状结构，这种结构决定了粘土的性质。除了可塑性外，这种粘土还具有较高的耐火度，良好的吸水性，膨胀度和吸附性。它包括高岭土、瓷石、叙永土、膨润土、叶蜡石以及一些含杂质较多的粘土页岩、沉积粘土等。高岭土等前 5种粘土质原料质地较纯,其中

陶瓷材料的分类及性能

陶瓷材料的力学性能 高分子091 项淼学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 ※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔…… 特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料） 特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。

高技术陶瓷材料

1 功能陶瓷 是指以电、磁、光、声、热力、化学和生物学信息的检测、转换、耦合、传输及存储功能为主要特征，这类介质材料通常具有一种或多种功能。 与传统陶瓷相比，功能陶瓷具备了一些特殊性能(热、机械、化学、电磁、光)。其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁 电性、磁性、生物适应性等。 一、电子陶瓷：电介质陶瓷、半导体陶瓷、和导电陶瓷； 二、磁性陶瓷 三、敏感陶瓷：热敏、压敏、湿敏、气敏、多敏等； 四、超导陶瓷 五、光学陶瓷 六、生物陶瓷 1.1压电陶瓷 陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应，称为压电陶瓷。 压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化方向，添加不同成分，可改 变压电特性。 压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。 换种解释：瓷片压缩，极化强度变小，释放部分吸附自由电荷，出现放电现象。F 撤除，瓷片回复原状，极化强度变大，吸附一些自由电荷，出现充电现象。这种由机械能转变为电能的现象，称为正压电效应。 在瓷片上施加与极化方向相同电场。极化强度增大，瓷片发生伸长形变。反之则 发生缩短形变。这种由电能转变为机械能的现象，称为逆压电效应。 1.2 压电陶瓷应用

1.3压电陶瓷制作工艺 压电陶瓷的制作过程主要步骤： 1.3.1配料（原料的选择和处理） 1纯度：对纯度的要求应适度。高纯原料，价格昂贵，烧结温度高，温区窄。纯度 稍低的原料，有的杂质可起矿化和助熔的作用，反而使烧结温度较低，且温区较宽。过低纯度原料杂质多，不宜采用。 2杂质含量：杂质允许量主要根据以下三点因素决定： 1) 杂质类型： ①有害杂质对材料绝缘、介电性等影响极大的杂质，特别是异价离子。如B、 C、P、S、Al等，愈少愈好。 ②有利杂质与材料A、B位离子电价相同、半径接近，能形成置换固溶的杂质。 如Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+、Sn4+、Hf4+等离子，一般在0.2~0.5%范围内，坏的影响

CERAM TEC 陶瓷材料制品

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