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陶瓷资料是人类日子和现代化建设中不行短少的一种资料。它是继金属资料,非金属资料之后人们所重视的无机非金属资料中最重要的资料之一。它兼有金属资料和高分子资料的一起长处,在不断改性的进程中,现已使其易碎性得到很大的改进。陶瓷资料以其优异的功用在资料范畴别出心裁,遭到人们的高度重视,在未来的社会开展中将发挥十分重要的作用。陶瓷资料按其功用及用处可分为2大类:结构陶瓷和功用陶瓷。现代先进陶瓷的功用安稳、强度高、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐酸碱、耐磨损、抗氧化以及杰出的光学功用、声学功用、电磁功用、灵敏性等功用远优于金属资料和高分子资料;并且先进陶瓷是依据所要求的产品功用,通过严厉的成分和生产工艺制作出来的高功用资料,因而可用于高温文腐蚀介质的环境傍边,是现代资料科学开展最活泼的范畴之一。在此,将对先进陶瓷的品种及其运用范畴做具体的介绍。
其陶瓷资料优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、高导热功用、低膨胀系数、质轻等特色,因而在许多范畴逐步替代贵重的超高合金钢或被运用到金属资料所不行担任的范畴,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为3大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合资料。
氧化物陶瓷首要包含氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷。氧化物陶瓷最杰出的长处是不存在氧化问题。氧化铝陶瓷具有机械强度较高、绝缘电阻较大的特性,可用作真空器材、设备瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。其强度和硬度较大,可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。
氧化镁陶瓷具有杰出的电绝缘性,归于弱碱性物质,简直不被碱性物质腐蚀,对碱性金属熔渣有较强的抗腐蚀才能。不少金属铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因而,氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚,浇注金属的模具,高温热电偶的维护管以及高温炉的炉衬资料等。氧化镁在空气中易吸潮并水化生成Mg(OH)2,在制作进程中有必要留意。为了减少吸潮,应恰当进步煅烧温度,增大粒度,也可增加一些添加剂,如TiO2等。氧化铍陶瓷具有与金属类似的杰出的导热系数,约为209.34W/(mk),可用来做散热器材;氧化铍陶瓷还具有杰出的核功用,对中子减速才能强,可用作原子反应堆的减速剂和防辐射料;别的,运用它的高温比体积电阻较大的性质,可用来做高温绝缘资料;运用它的耐碱性,能够用来作锻炼稀有金属和高纯金属铍、铂、钒的坩埚。氧化锆陶瓷耐火度高,比热和导热系数小,是抱负的高温绝缘资料;化学安稳性好,高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀。
非氧化物陶瓷包含碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷不同于氧化物陶瓷,在自然界中储量很少,需求人工组成质料,然后再按陶瓷工艺制成制品。氮化物、碳化物、硫化物的规范生成自由焓一般都大于相应氧化物,阐明生成的氧化物更为安稳。所以,在质料的组成和陶瓷烧结时易生成氧化物。氧化物原子间的化学键首要是离子键,非氧化物之间一般是键性很强的共价键,因而,非氧化物陶瓷难熔、难烧结。
1)碳化硅陶瓷共价键性极强,在高温下仍坚持较高的键和强度,强度下降不显着,且膨胀系数小,耐蚀性优秀,可用作高温结构零部件。碳化硅陶瓷因为熔点高、硬度大,首要用作超硬资料、东西资料、耐磨资料以及高温结构资料;运用它导热系数高、膨胀系数低的特色,可用作导热资料、发热资料等。碳化硅陶瓷首要运用于石油工业、化学工业、轿车、飞机、火箭、机械矿业、造纸工业、热处理、核工业、微电子工业、激光等职业。
2)氮化物陶瓷品种许多,它包含氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化钛陶瓷等。氮化硅陶瓷具有耐高温、耐磨,在陶瓷发动机中用于燃气轮机的转子、锭子和涡形管;因为具有抗震性好、耐腐蚀、摩擦系数小、热膨胀系数小等特色,广泛运用于冶金和热加工工业中。氮化铝陶瓷可作为熔融金属用坩埚、维护管、真空蒸镀用容器,还可用作真空中蒸镀Au的容器、耐热转、耐热夹具等。电绝缘电阻高、优秀的介电系数和低的介电损耗,机械功用好,耐腐蚀,透光性强,依据以上特性可用作高温构件、热交换资料、浇注模具资料以及非氧化电炉的炉衬资料等。
氮化硼陶瓷较好的耐高温性、电绝缘性,可用作电气工业部门的绝缘资料。因为导热性简直不随温度改变,及对微波辐射的穿透功用,可用作雷达的传递窗。氮化硼中有硼原子存在,故具较强中子吸收才能用作原子反应堆的结构资料。运用它的熔点高、热膨胀系数小及简直对一切熔融金属都安稳的功用,可用作高温金属锻炼坩埚、耐火资料、热片及导热资料,是制作发动机部件的最佳资料。
氮化硅陶瓷硬度高、熔点高、化学安稳性好且具有金黄色金属光泽,是一种较好的耐熔耐磨资料,代金装修资料。在机械加工工业中,在刀具上涂TiN涂层,能够进步其耐磨性。
纳米陶瓷又称纳米结构资料,纳米复合资料是21世纪开发的新资料。它的研讨是从微米复合向纳米复合方向开展,纳米陶瓷资料不只能在低温条件下像金属资料那样恣意曲折而不发生裂纹,并且能够像金属资料那样进行机械切削加工,乃至能够做成陶瓷绷簧。纳米陶瓷可作防护资料、高温资料、人工器官的制作、临床运用、以碳化硅为吸收剂的吸收资料、以陶瓷粉末为吸收剂的吸收资料以及压电功用的运用。它的运用范畴为微包覆、超级过滤、吸附、除臭、触媒、固定氧、传感器、光学功用元件、电磁功用元件等。
功用陶瓷是指在运用时首要运用其非力学功用的资料,这类资料一般具有一种或多种功用。如电、磁、光、热、化学、生物等功用,以及耦合功用,如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功用。功用陶瓷已在动力开发、空间技能、电子技能、传感技能、激光技能、光电子技能、红外技能、生物技能、环境科学等范畴得到广泛运用。
电子陶瓷包含绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、灵敏陶瓷、磁性资料及导电、超导陶瓷。依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、高频温度安稳型介电陶瓷、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。其间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色,广泛运用于微波通讯、移动通讯、卫星通讯、广播电视、雷达等范畴。
耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的首要运用。其间,耐热陶瓷首要有Al2O3、MgO、SiC等,因为它们具有高温安稳性好,可作为耐火资料运用到冶金职业及其他职业。隔热陶瓷具有很好的隔热作用,被广泛运用于各个范畴。
陶瓷资料在光学方面包含吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维,运用陶瓷光系数特性在日子中随处可见,如涂料、陶瓷釉。核工业中,运用含铅、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运用。陶瓷仍是固体激光发生器的重要资料,有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通讯信号的首要传输前言,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。
通明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表,在通明氧化铝的制作进程中,关键是氧化铝的体积分散为烧结机制的晶粒长大进程,在质料中参加恰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,红外检测窗资料,照明灯具,还可用于制作电子工业中的集成电路基片等。
生物陶瓷资料可分为生物慵懒陶瓷和生物活性陶瓷,生物陶瓷除了用于丈量、确诊、医治外,首要是用作生物硬质安排的代用品,可运用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌资料首要运用于家庭用品、家用电器、玩具及其他范畴,家用电器是现在运用最广泛、运用量最大的职业之一。近几年来我国的抗菌资料职业开展很快,在无机抗菌剂、有机抗菌剂、光催化型抗菌剂的产业化及运用开发等范畴得到敏捷开展。
多孔陶瓷具有透光率高、比表面积大、密度低、传导率低、耐高温、耐腐蚀等长处,被运用于轿车尾气处理、工业污水处理、熔融金属过滤、催化剂载体、隔热、隔音资料等。近几年,多孔陶瓷的运用扩展到了航空范畴、电子范畴、医用资料范畴及生物范畴等,已引起全球资料界的高度重视,并得到敏捷开展。为了得到不同的多孔陶瓷,各种制备办法相继提出,如添加造孔剂法、溶胶凝胶法、热压法、离子交换法等。
近几十年来,陶瓷资料的运用及开展是十分敏捷的,陶瓷资料作为继金属资料、高分子资料后最有潜力的开展资料之一,它在各方面的归纳功用显着优于现在运用的金属资料和高分子资料。陶瓷资料的运用远景仍是适当宽广的,尤其是动力、信息、空间技能和计算机技能的快速开展,愈加拉动了具有特别功用资料的运用。先进陶瓷资料的制备技能一日千里,国际科学技能的开展令人瞩目,纳米陶瓷资料的开展现已获得惊人的成果,有了重大突破。信任在不久的将来,陶瓷资料会有更好、更快的开展,展示出其重要的运用价值。