先进结构陶瓷材料(精)
先进结构陶瓷材料
课程类别：系统学位课课程编号：70350232 学分：2
课内学时：32
授课教师：谢志鹏教学方式：课堂讲授为主
结构陶瓷是五十年代后迅速发展起来的一类新材料，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、化学性质稳定等一系列优异性能。在宇航、能源、电子、化工、机械制造和生命科学等领域都有重要应用。本课程着重介绍先进结构陶瓷材料性能、结构、制备理论与技术、科学及工程应用。主要包括以下：1)先进结构陶瓷的晶体结构、微观结构及性能，并着重分析结构陶瓷的脆性断裂及其增韧，对氧化物、非氧化物和生物陶瓷，以及陶瓷基复合材料分别进行讨论；
2)对先进结构陶瓷制备的三大过程，即超细粉制备，成型技术和烧结技术进行论述，并重点突出近十年来国内外出现的一些新理论、新工艺、新技术；3)分析国际上先进结构陶瓷研究与应用的现状，讨论结构陶瓷发展方向及关键技术。
第一章结构陶瓷基础概述
1.1 先进结构陶瓷化学键与结构特征
1.2 结构陶瓷的力学、热学及电学性能
1.3 结构陶瓷的熔点与蒸发特性
第二章氧化物结构陶瓷
2.1 氧化铝陶瓷及透明氧化物陶瓷
2.1 氧化锆与相变增韧氧化锆陶瓷
2.1 其它氧化物陶瓷
第三章高温非氧化物结构陶瓷
3.1 氮化硅陶瓷结构、性能与制备
3.2 赛隆（Sialon）陶瓷
3.3 六方氮化硼与立方氮化硼陶瓷
3.4 碳化硅陶瓷结构、性能与制备
3.4 碳化硼陶瓷结构、性能与制备
第四章高性能生物结构陶瓷
4.1 惰性生物陶瓷
4.2 表面活性生物陶瓷
第五章高韧性复相结构陶瓷材料
5.1 陶瓷晶须与陶瓷纤维
5.2 纤维、晶须增韧补强机理
5.3 纤维、晶须增韧的复相结构陶瓷材料第六章结构陶瓷粉体制备新技术
6.1 陶瓷超细粉特性与表征
6.2 化学气相制备法
6.3 化学液相制备法
第七章结构陶瓷的成型新工艺
7.1 胶体化学与胶态成型理论
7.2 胶态原位凝固成型工艺
7.3 计算机辅助无模成型
第八章结构陶瓷先进烧结理论与工艺
8.1 等静压与气压烧结
8.2 微波快速烧结
8.3 自蔓燃反应烧结
8.4 放电等离子烧结
陶瓷的分类及性能
陶瓷材料的力学性能 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MN/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。 2 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4)塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7)热稳定性 — 抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷 220 ℃） (8)化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性 — 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（ NiO ， Fe3O4 等） (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷
先进陶瓷
先进陶瓷 陶瓷是陶器和瓷器的总称，是由金属和非金属形成的无机化合物材料，性能硬而脆，与金属材料和工程塑料相比具有更高的耐高温、耐腐蚀和耐磨性。而现代特种陶瓷更具有高强度、高硬度、耐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、光电、声光、超导等性能，这种先进陶瓷材料已成为现代工程材料的三大支柱之一。 陶瓷的分类： 1.普通陶瓷又称传统陶瓷，一般指日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、电工陶瓷、化工陶瓷等。普通陶瓷是天然硅酸盐矿物，如粘土、长石、石英、高岭土等为原料烧结而成。 2.先进陶瓷又称特种陶瓷，是采用纯度较高的人工合成原料，如氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、氟化物等制成。具有特殊的力学、物理、化学性能。按性能和用途的不同，先进陶瓷可分为工程陶瓷和功能陶瓷两大类。前者主要在高温下使用，又称高温结构陶瓷。后者是利用陶瓷特有的物理性能制造出种类繁多、用途各异的陶瓷材料，如导电陶瓷、半导体陶瓷、压电陶瓷、绝缘陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷（光导纤维、激光材料等）以及利用某些精密陶瓷对声、光、电、热、磁、力、湿度、射线及各种气氛等信息显示的敏感特性而至得的各种陶瓷传感器材料。 先进陶瓷常见成型工艺： a、注浆成型在新型陶瓷生产中，对机械强度，几何尺寸，电气性能要求同的新型陶瓷产品，一般不用注浆成型方法于生产一些形状复杂且不规则、外观尺寸要求不严，薄壁及大型厚胎的制品。 注浆成型有空心注浆和实心注浆两种方法，为了提高注浆速度和质量又出现了压力注浆、离心注浆、真浆等方法。 b、热压铸成型是用含蜡料浆加热溶化后具有流动性和塑性，冷却后能在金属模中凝固成一定形状的特点来成型的。热压铸成型其工艺流程如下：配料→予热→除气→热压铸机成型→搅拌→石蜡→洗成蜡饼存放→表面活性物质。此法适用于的矿物原料，氧化物，氧化物等为原料的新型陶瓷的成型，尤其对外形复杂，精密度高的中品更为适宜，不适宜于薄壁，大而长的制备生产。 c、干压成型将经过造粒，流动性好，颗粒级配合适的粉料，在模具中通过压机的压制而成型的方法称为干压成型地用于园形，薄片状的和种功能陶瓷和电子元件的生产，尤其适于压制厚度0.3～0.6%，直径为5-50%的简单品，不适用于形状复杂的制品的成型。 d、等静压成型等静压成型是利用液体介质的不可压缩性和压力均匀传递性能的一种成型方法，它又可分为冷等静压成湿式干式二种），热等静压成型二种方法； 热压铸成型和等静压成型法是XYCarbide主要采用的先进陶瓷成型工艺。 xycarbide主要加工氧化锆/氧化铝/氮化硅陶瓷，它们的结构及性能分别为： 氧化锆： 以ZrO2为主晶相的陶瓷材料。ZrO2熔点2677℃，具有单斜、四方和立方三种晶形，其相变温度分别为1100℃及2370℃。四方晶系向单斜晶系转变时伴随有明显的体积膨胀，因此烧成后，在冷却过程中，会产生微裂纹，一般均需使用CaO、MgO、Y2O3等作稳定剂制成稳定ZrO2或部分稳定氧化锆。 氧化锆陶瓷具有高韧性、耐磨性好、抗弯强度高及优异的隔热等性能，甚至其膨胀系数接近于金属。
陶瓷选修课复习重点
1.材料：材料是能为人类社会经济地、用于制造有用物品的物质。 2.工程材料：按属性可分为三类：金属材料、陶瓷材料和高分子材料。也可由此三类相互组合而成复合材料。 3.功能材料：功能材料是与结构材料相对应的另一大类材料，主要利用材料的光学、电学、磁学等性能。 4.先进陶瓷(特种陶瓷)： 一类“采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工,便于进行结构设计的并具有优异特性的陶瓷”。因此,先进陶瓷一般由功能陶瓷和结构陶瓷二大类陶瓷构成。 5.结构陶瓷：结构陶瓷是指作为工程结构材料使用的陶瓷材料，主要利用其高机械强度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦，以及高硬度等性能。陶瓷虽然抗压强度相当高，但抗拉强度却很小，是一种脆性材料。 或者说,结构陶瓷是指具有一种或多种力学与机械性能的陶瓷,能作为工程结构材料使用的陶瓷材料,实用时主要利用陶瓷的力学与机械性能。结构陶瓷按其组份可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷，有些结构陶瓷也具有功能陶瓷的性能如“二氧化锆陶瓷”等。 6.先进结构陶瓷是指具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐冲击、抗腐蚀、抗氧化、低热导等系列独特优异性能,可承受金属材料和高分子材料难以承受的严酷的工作环境,已成为新兴工业与某些高新技术产业发展的关键性支撑材料或先导性材料,在国防、能源、航空航天、冶金、机械、汽车、电子、石化等行业具有广阔的发展应用。 7.新型结构陶瓷材料,其化学组成和制造工艺都大不相同,其成分主要是Al2O3、SiC、Si3N4等。这种新型结构陶瓷有许多优良性能,如：①重量轻；②压缩强度可和金属相比,甚至超过金属；③熔点高,能耐高温；④耐磨性能好,硬度高；⑤化学稳定性高,有很好的耐蚀性,⑥是电与热的绝缘材料。 8.先进结构陶瓷大致分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和结构用的陶瓷基复合材料等系列。 9.先进结构陶瓷的缺陷：即不易加工成型性和脆性大。陶瓷若要大力发展,必须克服这两个缺陷。 10.功能陶瓷：具有一种或多种非力学性能的陶瓷材料,实用时主要利用陶瓷的非力学性能。 11.非力学性能主要是指功能陶瓷具有下述一种或多种功能：即优良的电学、光学、声学、磁学、热学、化学和生物医学功能及其相互转化的压电、压磁、热电、电光、声光、磁光的耦合功能。 12.力学性能通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度、疲劳等。 13.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、生物仿生技术、吸声技术、核放射性技术和环境科学技术等高技术领域中得到广泛应用。 14.先进陶瓷的致命弱点：脆性是所有陶瓷材料的一个无法避免的致命弱点。 15.陶瓷脆性直观表现是：在外载负荷作用下的断裂是无先兆的、爆发性的；间接表现是无机械冲击性与温度急变性。 16.脆性的本质是由陶瓷材料的化学键性和晶体结构决定的。陶瓷材料多半是键合力很强的离子键和共价键化合物,有明显的方向性,缺少独立的滑移系统。 17.工业生产规模最大的功能陶瓷是在电子、微电子、光电子信息和自动化技术中的新型元器件用的陶瓷材料,即电子信息陶瓷或电子陶瓷。 18.电子陶瓷按功能和用途可以分为五类：绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和 离子陶瓷。 19.电子陶瓷按特性可分为高频和超高频绝缘陶瓷、高频高介电陶瓷、铁电和反铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、光电陶瓷、电阻陶瓷等。 20.电子陶瓷按应用范围可分为固定用陶瓷、电真空陶瓷、电容器陶瓷和电阻陶瓷。 21.电子陶瓷按微观结构可分多晶、单晶、多晶与玻璃相、单晶与玻璃相,无玻璃相陶瓷属于固相烧结,有玻璃相陶瓷属于液相烧结。
先进陶瓷应用[1]
先进陶瓷应用 引言 在千姿百态的物质界，大自然所恩赐的天然材料（如矿物、岩石、木材、丝棉等）虽数量大，品种多，但就其品种远不能满足社会发展的需求。现代科技和人类生存所应用的材料，绝大多数品种是以自然资源和传统材料为基础，经加工改造而成的人工合成材料。正是这些人工材料，支撑着整个社会的科技与文明。故而，对自然资源的开发、传统材料的改造和新型材料的研制，已成为当今人们获取新材料的系统工程。材料工程技术将为科技进步不断开发出形形色色的具有特殊功能的新型材料和先进材料。功能奇异的先进陶瓷便是新材料技术发展的典范。 陶瓷是用无机化合物粉料经高温烧结而成的、以多晶聚集体为基本结构的固体物质。传统陶瓷是以天然硅酸盐矿物（瓷石、粘土、长石、石英砂等）为原料，经粉碎、磨细、调和、塑形、干燥、锻烧等传统工艺制作而成。实际上瓷是在陶的基础上发展而成的比陶白净、细腻、质地致密且性能更为优良的硅酸盐材料。先进陶瓷与传统陶瓷区别在于：先进陶瓷是以高纯、超细的人工合成的无机化合物（可含或不含硅化物）为原料，采用精密控制的先进工艺烧结而成的、比传统陶瓷结构更加精细、性能更加优异的新一代陶瓷。先进陶瓷又称为精细陶瓷或高性能陶瓷。 先进陶瓷按使用性能可分为先进结构陶瓷（其使用性能主要指强度、刚度、硬度、弹性、韧性等力学性能）和先进功能陶瓷（其使用性能主要指光、电、磁、热、声等功能性能）两大类；按其化学成分又可分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、铝酸盐陶瓷等。 先进结构陶瓷是指以其优异的力学性能而用于各种机械结构部件的新型陶瓷。应用领域如陶瓷质密封套管、轴承、缸套、活塞及切削刀具等；先进功能陶瓷则是指利用材料的电、磁、光、声、热等直接的性能或其耦合效应来实现某种使用性能的新型陶瓷。如电容器陶瓷以其极高的抗电击穿性能用来制作高容抗陶瓷电容器；压电陶瓷以其能利用机械撞击或机械振荡产生电效应来制作压电点火装置的发火元件或传感器元件；热敏陶瓷可感知微小的温度变化，用于测温、控温；气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有害气体进行监测、控制和实现自动报警；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，自动曝光和自动记数；磁性陶瓷是重要的信息记录材料，在计算机中完成记忆功能。 此外，先进陶瓷材料还有高绝缘陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、介电陶瓷、耐热透明陶瓷、发光陶瓷、滤光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜陶瓷、纤维补强陶瓷、烧蚀陶瓷等。这些特种陶瓷在自动控制装置、仪器仪表、精密机械、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、航空航天技术等部门均发挥着重要作用。 随着材料科学的发展和制造工艺的改进，陶瓷的内部组织构造渐趋精细化、致密化而使材料性能大幅度提高，以致出现新的特殊功能。在其发展过程中，大批的多功能、高性能先进陶瓷应运而生。 压电陶瓷及其新型压电元器件 基于过渡液相烧结机制，通过精选材料组成体系和添加物改性，研制了一系列高性能与低温烧结兼优的压电陶瓷材料。其中铌镁-锭镍-锆钛酸铅(pmn一pnn一pzt)四元系压电陶瓷通过添加适量lico3，和zno，烧结温度降至820一960℃，材料仍有很好的压电性能。例如:当烧结温度为900℃，压电常数(d33)为700pc /n，机电耦合系数kp为0. 74，室温介电常数(ε33 /εo)为3590，介电损耗(tanδ)为210 x 10-4。该低温烧结压电瓷料用于制备压电厚膜微泵。适当改性的铌镁-铌锌-锆钛酸铅(pmn一pzn一pzt)压电陶瓷为低烧片式多层压电变压器mpt提供了关键材料。该材料烧结温度在1000℃左右，kp为0.60, d33为300pc/n, tan
第二十四章-新材料产业篇之先进结构材料产业
第二十二章先进结构材料产业 王一德屠海令陈祥宝周玉 孙蓟泉米绪军包建文唐荻贾德昌苏岚张荻乔金粱李腾飞 【内容提要】新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料，或者是传统材料由于成分或工艺改进使其性能明显提高或具有新功能的材料[1]。《2013战略性新兴产业发展研究报告》[2]系统阐述了信息功能材料、新能源材料、特种功能材料、稀土及功能陶瓷材料、生物医用材料等先进功能材料产业的发展现状，梳理了产业发展存在的突出问题，提出了发展重点及政策建议。本文将重点论述先进钢铁材料、高端轻质合金材料、高性能复合材料及特种结构材料等先进结构材料在国民经济建设以及战略性新兴产业中的地位、作用和面临的突出问题，并提出相应的政策建议。 22.1.发展现状和趋势 结构材料是以力学性能为基础，以强度、硬度、塑性、韧性等力学性能为主要性能指标的工程材料的统称，其应用量大面广，是各类基础设施、装备及重大工程的主体构架材料。先进结构材料是我国发展新能源、现代交通运输、航空航天、船舶及海洋工程等战略性新兴产业的基础。 22.1.1发展现状 （一）先进钢铁材料 我国钢铁工业取得了举世瞩目的成就，本世纪以来钢产量年增长率达到20%，并一直保持钢产量世界第一，2012年产量达7.16亿吨，占世界钢产量的46%，为我国国防工业及国民经济建设提供了重要的原材料保障。先进钢铁材料是指较传统钢铁材料具有更高强度、韧性和耐高温、抗腐蚀等性能的材料[3,4]。
根据战略性新兴产业的需求，现对能源、交通、海洋以及航空航天用先进钢铁材料进行阐述。 先进能源用钢主要包括风电、水电、核电装备用钢。我国已具备了风电用宽厚板、高级别Φ80mm风电轴承用钢（GCr15SiMn）的批量生产能力。自主生产的600MPa级压力钢管能满足使用要求，800MPa级的压力钢管正在开发中。基本掌握了水电、核电装备所用的大型不锈钢铸锻件的生产技术，改变了依赖进口的局面。 现代交通用钢包括高速轨道用钢和汽车用钢。高速轨道用钢主要有列车转向架、车轮、掣肘、轴承、弹簧及钢轨用钢。目前我国自主研制的微合金化车轮用钢已成功用于时速200km的列车，时速高于200km以上的车轮用钢正在研发中；对于高端车轴用钢S38C，我国正处于工业试验阶段；车辆轴承用钢的高端产品GCr18Mo能够立足国内生产；高铁弹簧钢研究已有重大突破，有望实现国产化；高铁用钢轨的产能我国已达到世界第一，质量水平也处于国际先进水平。在汽车用钢方面，其强塑积20GPa %的第一代汽车用钢，强塑积在60GPa %的第二代汽车用钢，均可实现国产化，强塑积在30~40GPa %以上的第三代高性能汽车用高强度钢的研发已接近国际先进水平[4]。 海洋用钢主要包括海洋平台、海底油气管线、特种船舶用钢[4]。目前屈服强度355MPa以下平台用钢基本实现国产化，占平台用钢量的90％；海底管线钢X65、X70、X80及厚壁海洋油气焊管均已实现国产化；化学品船用中厚板已实现国产化，自主研制的2205型双相不锈钢，已成功地应用在化学品船上[5]；液化天然气LNG船用9%Ni钢和液化乙烯储罐用12Ni19钢已经能够批量生产。 航空、航天用钢方面大部分都已实现国产化，但在大型客机的轴承、连接螺栓、着陆齿轮等部件所用的结构钢，燃气涡轮发动机中高压涡轮叶片用高温合金材料等方面还依赖进口。对于大推比运载火箭系统壳体、动力连接装置、发动机部件、星箭或船箭解锁包带等部件用特殊钢，以及各类空间环境设施用高品质特殊钢和高温合金还有待于进一步开发。
功能陶瓷材料的分类及发展前景
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，
陶瓷材料的分类及发展前景
陶瓷材料的分类及发展前景 学校: 太原理工大学 学院: 材料科学与工程 专业：无机0801 姓名：孙佩
摘要： 根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。通过对各类陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。 引言 陶瓷材料在人类生活和现代化建设中是不可缺少的一种材料。它是继金属材料，非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点，在不断改性的过程中，已经使它的易碎性有了很大的改善。陶瓷材料以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会发展中将发挥非常重要的作用。陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。现代先进陶瓷的性能稳定、高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐酸耐碱、耐磨损、抗氧化以及良好的光学性能、声学性能、电磁性能、敏感性等性能远优于金属材料和高分子材料；而且，先进陶瓷是根据所要求的产品性能，经过严格的成分和生产工艺制造出来的高性能材料，因此可用于高温和腐蚀介质的环境当中，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。在此，笔者将对先进陶瓷的种类及应用领域做详细的介绍。 1.结构陶瓷 陶瓷材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、高导热性能、低膨胀系数、
质轻等特点，因而在很多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。 1.1氧化物陶瓷 氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、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，氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。 氧化铝陶瓷，利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能，可用作真空器件、装置瓷、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。利用其强度和硬度较大的性能，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。 氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。氧化镁在空气中易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造过程中必须注意。为了减少吸潮，应适当提高煅烧温度，增大粒度，也可增加一些添加剂，如TiO2、Al2O3等。 氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数，约为209.34W/（m.k），可用来做散热器件；氧化铍陶瓷还具有良好的核性能，对中子减速能力强，可用作原子反应堆的减速剂和防辐射材料；另外，
先进材料导论论文(先进结构陶瓷材料)
先进材料导论论文（先进结构陶瓷材料） 学生姓名学号专业
先进结构陶瓷材料 摘要 随着现代高新技术的发展，先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术领域发展的重要关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。先进陶瓷是“采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷”。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。由于先进陶瓷各种功能的不断发现，在微电子工业、通讯产业、自动化控制和未来智能化技术等方面作为支撑材料的地位将日益明显，其市场容量将不断提升。本文介绍先进结构陶瓷材料当前的发展背景，互联网和高新技术发展时代下陶瓷材料的发展前景。 关键词先进结构陶瓷高新技术功能陶瓷
1、研究背景 目前，全球范围内先进陶瓷技术快速进步、应用领域拓宽及市场稳定增长的发展趋势明显。随着现代高新技术的发展，先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术领域发展的重要关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。【1】 由于先进陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。先进陶瓷的发展是国民经济新的增长点，其研究、应用、开发状况是体现一个国家国民经济综合实力的重要标志之一。 先进陶瓷是“采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷”。 2、国内外研究现状及发展趋势、国外研究发展情况 先进结构陶瓷材料的研究，需要跟踪国际科技前沿，对新设想、新技术进行广泛探索。自蔓延高温燃烧合成技术(SHS)、凝胶注模成形技术、微观结构设计已成为研究热点。 美国和日本在先进陶瓷的研制与应用领域居于领先地位。美国国家航空和宇航局（NASA）则在结构陶瓷的开发和加工技术方面正实施大规模的研究与发展计划，重点对航空发动机、民用热机中的关键闭环实现陶瓷替代，同时对纳米陶瓷涂层、生物医学陶瓷和光电陶瓷的研究、产业化进行资助。美国的“脆性材料设计”等10大计划；美国联邦计划“先进材料与材料设备”中每年用于材料研究与工程费高达20亿～25亿美元，以提高其国际上的竞争力。 日本先进陶瓷以其先进的制造设备，优良的产品稳定性逐步成为国际市场的引导者，特别是功能陶瓷领域包括热敏、压敏、磁敏、气敏、光敏等逐步垄断国际市场。 300kW陶瓷燃气轮机研制计划。此外，欧盟各国，特别是德国、法国在结构陶瓷领域进行了重点研究，主要集中在发电装备、新能源材料和发动机中的陶瓷器件等领域。欧盟包括德、法、英等国家也采取了一些发展新材料的相应措施，如“尤里卡计划”等。 美国陶瓷工业部门的统计数字显示，美国、日本、欧盟的先进陶瓷市场年平均增长率为12%，其中欧盟先进陶瓷市场总值年平均增长率达15%～18%；美国先进陶瓷市场总值年平均增长率9.9%；日本精细陶瓷协会对日本先进陶瓷市场进行了预测，其年平均增长率为7.2%。目前先进陶瓷最大市场在日本和美国，
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。
先进结构陶瓷复习_(答案汇总)
1、传统陶瓷与先进陶瓷如何划分？它们的发展过程有何特点？ 答：先进陶瓷与传统陶瓷的区别，可以从以下几方面来说明。 ①原料：传统陶瓷以天然的粘土为主要原料，而先进陶瓷原料是人工提纯、人工化合 成的高纯度物质。 ②粒度：传统陶瓷的粉粒大小在0.1毫米以上，而先进的粉粒大小在0.01以下，有的 达到纳米级别。 ③制作工艺：先进陶瓷的成型方法也很多，有模压成型、等静压成型、注射成型、热压 铸、流涎成型等，在烧结方面，温度要求更高，条件要求更严，方法也很多， 有热压烧结、热等反应烧结、真空烧结、微波烧结、等离子烧结、自蔓燃烧结 等，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产的烧结方式。 ④加工：传统陶瓷一般不需要二次加工，先进陶瓷烧结成型后，能够进行切割、打孔、 磨削、抛光等精密加工。（5、6点为资料中追加） ⑤性能应用：先进陶瓷具有不同的特殊性质和功能，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，从而使其在高 温、机械、电子、计算机、宇航、医学工程等各方面得到广泛的应用。 ⑥显微结构：普通陶瓷主要由莫来石以及SiO2为主，而先进陶瓷则以单一相构成。 2、与金属比，陶瓷的结构和性能特点？为什么陶瓷一般具有高强度和高硬度？答：①结构：金属部原子间结合的化学键为金属件，陶瓷材料的原子间结合力主要为离子键、共价键或离子–共价混合键； 陶瓷材料显微结构的不均匀性和复杂性（书P1-2） 性能：优点：高熔点、高强度、耐磨损、耐腐蚀； 缺点：脆性大、难加工、可靠性与重现性差（书P2） ②原因：上述陶瓷部的几种结合键具有很高的方向性，结合力较强，破坏化学键所需 能量较大，故硬度与硬度都较高，同时陶瓷材料化学键决定了其在室温下几乎 不能产生滑移或位错运动，因此很难产生塑性变型，室温下只有一个较高的 断裂强度。 3、如何评价陶瓷材料的力学性能？如何提高材料力学性能？ 答：强度方面从抗拉、抗压、抗弯以及抗热冲击性能评价；韧性方面通过单刃开口梁法或压痕法测量评价，硬度则主要通过维氏硬度和洛氏硬度进行评价； 通过颗粒弥散、纤维及晶须强化增韧来改善陶瓷的力学性能（求补充） 4、影响陶瓷抗热震性的因素主要有哪些？ 答：影响因素主要有热应力、导热系数、热膨胀系数、弹性模量、断裂能、强度和韧性等； ①导热系数高，材料各部分温差较小，抗热震性较好；②热膨胀系数较小，材料部热应 力较小，抗热震性较好；③弹性模量较小，在热冲击中可以通过变形来部分抵消热应力，从而提高抗热震性；④强度大，韧性强都能使材料抗热应力而不至于破坏，改善热震性。 （答案为材料物理性能书P133） 5、目前先进陶瓷的发展趋势和研究热点有哪些？ 答：课本P1：①组成复合化；②结构纳米化；③结构可设计（功能化） PPT：①结构微细化、纳米化；②结构—功能一体化；③组成可设计、复合化； ④制备低成本化；⑤性能挖掘潜力大，发现新材料几率高
先进陶瓷材料研究现状及发展趋势
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、
简述陶瓷材料的发展
简述陶瓷材料的发展 090201 王宇辰20090536 摘要先进陶瓷材料因其具有高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优良特性, 在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地位。本文综述了先进结构陶瓷材料的研究应用现状和发展趋势。 关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展 1 前言 20 世纪60 年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域。先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。 1 生产工艺技术方面的新进展 1）在粉末制备方面：目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出像钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000~15000℃和一个大气压以下制造金钢石，其效率比现在普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。 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。据统计，2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。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。在这几种方法中，绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。 2）成型方面：特种陶瓷成型方法大体分为干法成型和湿法成型两大类， 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； 湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。
先进结构陶瓷材料(精)
先进结构陶瓷材料 课程类别：系统学位课课程编号：70350232 学分：2 课内学时：32 授课教师：谢志鹏教学方式：课堂讲授为主 结构陶瓷是五十年代后迅速发展起来的一类新材料，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、化学性质稳定等一系列优异性能。在宇航、能源、电子、化工、机械制造和生命科学等领域都有重要应用。本课程着重介绍先进结构陶瓷材料性能、结构、制备理论与技术、科学及工程应用。主要包括以下：1)先进结构陶瓷的晶体结构、微观结构及性能，并着重分析结构陶瓷的脆性断裂及其增韧，对氧化物、非氧化物和生物陶瓷，以及陶瓷基复合材料分别进行讨论； 2)对先进结构陶瓷制备的三大过程，即超细粉制备，成型技术和烧结技术进行论述，并重点突出近十年来国内外出现的一些新理论、新工艺、新技术；3)分析国际上先进结构陶瓷研究与应用的现状，讨论结构陶瓷发展方向及关键技术。 第一章结构陶瓷基础概述 1.1 先进结构陶瓷化学键与结构特征 1.2 结构陶瓷的力学、热学及电学性能 1.3 结构陶瓷的熔点与蒸发特性 第二章氧化物结构陶瓷 2.1 氧化铝陶瓷及透明氧化物陶瓷 2.1 氧化锆与相变增韧氧化锆陶瓷 2.1 其它氧化物陶瓷 第三章高温非氧化物结构陶瓷 3.1 氮化硅陶瓷结构、性能与制备 3.2 赛隆（Sialon）陶瓷
3.3 六方氮化硼与立方氮化硼陶瓷 3.4 碳化硅陶瓷结构、性能与制备 3.4 碳化硼陶瓷结构、性能与制备 第四章高性能生物结构陶瓷 4.1 惰性生物陶瓷 4.2 表面活性生物陶瓷 第五章高韧性复相结构陶瓷材料 5.1 陶瓷晶须与陶瓷纤维 5.2 纤维、晶须增韧补强机理 5.3 纤维、晶须增韧的复相结构陶瓷材料第六章结构陶瓷粉体制备新技术 6.1 陶瓷超细粉特性与表征 6.2 化学气相制备法 6.3 化学液相制备法 第七章结构陶瓷的成型新工艺 7.1 胶体化学与胶态成型理论 7.2 胶态原位凝固成型工艺 7.3 计算机辅助无模成型 第八章结构陶瓷先进烧结理论与工艺 8.1 等静压与气压烧结 8.2 微波快速烧结 8.3 自蔓燃反应烧结
陶瓷结构
1.以力学性能和热学性能为主的结构陶瓷 2.以学电、磁、光、声性能为主的功能陶瓷 3.未来的趋势：结构与功能一体化 4.先进结构陶瓷脱胎于古老的传统陶瓷材料 5.所谓“先进”：在于它采用的原料是人工合成的，而传统陶瓷采用的是天然原料。 6.一般说来，瓷器应该具备的几个条件是： 1）是原料的选择和加工主要表现在Al203的提高和Fe2O3的降低，使胎质呈白色2）是经过1200℃以上的高温烧成，使胎质烧结致密、不吸水分、击之发出清脆的金石声 3）是在器表施有高温下烧成的釉，胎釉结合牢固，厚薄均匀 .唐代，并称“南青北白”的分别是南方越窑的青瓷与北方邢窑的白瓷。 [白瓷在青瓷的基础之上而发展起来的。它历经东汉的萌芽阶段、魏晋南北朝的烧制成功阶段，到隋代才达到釉色均匀、细腻莹润的程度。] 2.宋代五大名窑分别是：汝窑、官窑、哥窑、钧窑、定窑。 [一、色如天青的汝窑青瓷;二、釉质如玉的官窑青瓷;三、“巧用缺陷”的哥窑瓷器;四、釉色绚丽的钧窑瓷器;五、印花精美的定窑白瓷] 1.高岭土的应用是我国陶瓷技术的重大突破，我国也成为世界上第一个在瓷器中使用 此物质的国家。 [化学式：Al2O3-2SiO2-2H2O,白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土为白色] 2.中国古陶瓷的釉按照化学成分可分为：钙系釉和铁系釉 [碱金属氧化物含量超过50%，釉的黏度较低，流动性好，光滑度高，大大增加了瓷器的美感]【CaO MgO & K2O Na2O】 中国古陶瓷三大技术突破分别是？ (原料)高铝质黏土和瓷土在陶瓷中的应用 (温度)高温烧成 (釉)釉的发明 4.先进结构陶瓷从化学组成上分类，分为哪几种？ 氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、其他结构陶瓷 5.我国先进结构陶瓷的研究历程分为几个阶段？研究重点分别是什么？ 分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代初，重点研究氧化铝陶瓷；第二阶段为50年代末期至70年代初，重点研究稀土氧化物以及其二元相研究；第三阶段为70年代后，重点开展了氧化物相图及其相关联的研究。 陶瓷材料性能上的主要优点是？ 高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温“两高三耐” 2.无水冷陶瓷发动机通常运用了哪些陶瓷材料？与水冷发动机相比优势在哪？ ■通常运用氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷和莫来石陶瓷。 ■陶瓷水冷发动机是利用陶瓷材料耐高温、强度高、隔热性能好的特点，对柴油机燃烧零部件采用陶瓷或陶瓷涂层隔热，减少由汽气缸盖、气缸套传出的热量，去除气缸套、气缸盖中的冷却水，进而取消发动机独立的冷却水系统，同时增压器回收排气能量，提高了发动机的热效率。 [ 陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求的目标.发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零
功能陶瓷材料总复习题
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围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 频率围： 松弛极化 铁电体， 晶体在某温度围具有自发极化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
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。(E/１