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1、 新型陶瓷材料简述 姓名：毛鹏飞 学号：201004001一、新型陶瓷材料的出现： 本世纪二三十年代以来,由于科学的高速发展,对传统陶瓷提出了新的挑战.如电力的普及与大规模的应用,需要使用大量强度很高,绝缘性能很好的绝缘子;电子通信技术的发展迫切需要在高频下绝缘性能良好的陶瓷材料;特别是在第二次世界大战期间,为了解决用于制作高质量电容器的天然云母的匮乏,希望能够用介电常数高的陶瓷来代替天然云母.现实的需要推动了对陶瓷材料进行广泛而深入的研究.人们发现,虽然陶瓷中的玻璃相,使陶变得坚硬,致密,但是,也正是陶瓷中的玻璃相,妨碍了陶瓷强度的进一步提高.同时,玻璃相也是陶瓷绝缘性能,特别是高频绝缘性能
2、不好的根源.于是,在传统陶瓷的基础上,一些强度高,性能好的材料不断涌现,它们的玻璃相含量都比传统陶瓷低.目前,由于陶瓷制备工艺的不断进步,特别是对陶瓷烧结过程,显微结构进行研究的结果表明,制备出玻璃相含量非常低,甚至几乎不含玻璃相的,由许多微小晶粒结合而成的结晶陶瓷是可能的.这种材料的各种性能有可能与相应单晶体的性能相近.现在,许多高性能陶瓷,几乎都是不含有玻璃相的结晶态陶瓷.为了有别于传统陶瓷,人们称之为先进陶瓷或高技术陶瓷于是新型陶瓷材料便应运而生了。二、新型陶瓷材料与传统陶瓷材料的区别： 新型陶瓷材料属于新型材料的一种。传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用
3、人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的。新型陶瓷由于其化学组成，显微结构及性能不同于普通陶瓷，故被称为新型陶瓷或特种陶瓷。新型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，如高强度，高硬度，高韧性，耐腐蚀，导电，绝缘，磁性，透光，半导体以及压电，光电，电光，声光，磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷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，宇航等方面。三、新型陶瓷材料的优缺点： 新型陶瓷材料在性能上有其独
4、特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。四、新型陶瓷材料的分类：(一)按化学成分划分主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。(二)按性能与特征划分可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分
5、、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。(三)按其应用不同划分 可将它们分又为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。 在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，在空气中可以耐受1980的高温，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。 压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，哪怕是像声波震动产生的微小的压力也能够使它们发生形变，从而使陶瓷表面带电。用压电陶瓷
6、柱代替普通火石制成的气体电子打火机，能够连续打火几万次。 透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。透明陶瓷不但能透过光线，还具有很高的机械强度和硬度。透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料，还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件等，甚至可以代替不锈钢。 氮化硅高强度陶瓷以强度高著称，可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。 精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料，所以，被人们认为是对发动机的一场革命。氮化硅可用多种方法制备，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在
7、1600K反应后获得： 3Si2N2 Si3N4（条件1600K） 也可用化学气相沉积法，使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应，产物Si3N4积在石墨基体上，形成一层致密的Si3N4层。此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下： SiCl42N26H2Si3N412HCl 氮化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。 利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作
8、电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。新型陶瓷材料发展较快，超导材料实际上也是一种新型陶瓷,当然由于陶瓷材料的特殊性能，在研究和开发其应用前景时，需要不同学科交叉，共同来研究和探索出新的功能材料。 总之，新剂陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。五、新型陶瓷材料的应用现状： 随着现代高新技术的发展，新型陶瓷已逐步成为高技术发展的重要关键，已引起各工业发达国家的关注，日本近年一直处于世界前沿，美国每年用材料研究的费用高达20
9、-25亿美元，欧共体包括德、法、英等国家也在发展一些新型材料方面给予了高度重视，现已取得了一些重大成果。许多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，因此新型陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。新型陶瓷品种繁多、日新月异，在现代科学技术及国民经济中具有特殊地位，其用途多种多样，例如结构陶瓷具有超高耐热性、高强度、高硬度、高耐磨性和优良的耐腐蚀性等综合特性；功能陶瓷具有电、磁、光学、机械、生物及化学等各种卓越功能，因此新型陶瓷材料已成为解决能源、资源等问题的重要材料，同时也是微电子、激光、光纤、生物、海洋、宇航、新能源、仿人机等尖端科学
10、技术发展不可缺少的材料，新型陶瓷不同于传统陶瓷，是知识和技术密集型产品，一般具有投资少、产值高、能源消耗少，经济效益高，并具有广阔的市场。据有关资料统计，新型陶瓷第年以10%20%的速率增长，因此新型陶瓷的研究与开发已引起世界各工业发达国家的高度重视，特别是近几年出现的陶瓷发动机，陶瓷高温超导体、陶瓷敏感元件这三股热潮，将给新型陶瓷材料更强的生命力。总之，新型陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术，新技术领域中的地位日趋重要，预示着它的广阔发展前景。六、我国在新型材料方面的成就与不足： 中国科学院在先进功能陶瓷领域的研究在国内具有一定的优势。上海硅酸盐所和清华大学联合主持了科技报“973”项目“信
11、息功能陶瓷的若干基础问题的研究”。中国科学院对弛豫铁电单晶研究方面的最新进展及其应用前景非常关注，支持了声学所和上海硅酸盐所共同承担的知识创新工程方向性项目“新型弛豫铁电单晶声纳换能器研究”。上海硅酸盐所在国际上率先用B ridgeman方法直接从熔体中生长出了高质量的PMNPT单晶，目前尺寸已达到50 mm X80mm，处于国际领先水平；AlN基板材料的热导率已高达228wmK，尺寸为50mm 50mm，并实现了原料的低成本化；研制出居里温度达到91 4 的Bi。NbTiO 铋层状结构压电陶瓷，在高温速度计和高温流量计上具有重要的应用前景。上海技术物理研究所在铁电薄膜非制冷技红外焦平面研究方
12、面承担了多项国家和上海市自然科学基金重点项目，近年来。在APPI PhysLett，J APP1LettJAm Ce ram Soc等刊物上连续发表了20多篇论文，部分工作得到国内外的高度评价。声学研究所在压电复合材料研究及换能器制造方面居国内领先地位。新疆理化技术研究所自主开发的高温、低温和常温高精度负温度系数(NTC)热敏电阻器在所控股的公司已经形成年产上千万的产值，也为我国航天、国防等事业做出了突出贡献。西北工业大学建成我国第一个超高温复合材料重点实验室。使我国成为继法国、美国之后，全面掌握碳化硅陶瓷基复合材料制造技术及其设备的第三个国家！采用该技术制备的多种碳化硅陶瓷基复合材料构件在不
13、同发动机上均一次试车成功，在材料界引起轰动。以清华大学为代表的高校在先进陶瓷材料的研究方面起到了带头作用。虽然我国在先进陶瓷研究的某些方面做出了国际领先或者先进水平的成果，但我们必须清醒地认识到，从整体上看，我们与先进国家相比仍然有较大的差距，面临着来自国际上许多大学、研究机构和企业的激烈竞争，形式不容乐观。所以我们必须立足实际，加大科研方面的人力与资金投入，积极研发新型陶瓷材料，是之造福人类，促进社会进步。 随着科技的进步，在现代社会中新型陶瓷材料的出现越来越频繁，其应用也越来越广泛，且在社会生活中发挥着越来越大的作用。所以对待我国来说，只有积极研发新型陶瓷材料，掌握核心技术，才能不被发达国家牵制，才能实现强国之路！