第二章 功能陶瓷材料的合成与制备

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1、第二章功能陶瓷材料的合成与制备陶瓷材料的特点陶瓷（Ceramics）是一类无机非金属固体材料。陶瓷材料的形态可以分为单晶、烧结体、玻璃、复合体和结合体，这些形态各有利弊。例如，单晶具有精密功能，但成型加工困难，成本高，硬而脆。因此，要与树脂进行复核，再用纤维增强后使用。多晶陶瓷材料往往采用烧结方式成型。陶瓷材料的分类传统陶瓷精细陶瓷瓷器、耐火材料、水泥、玻璃和研磨材料等广泛应用在电子、能源诸多领域的耐热性、机械强度、耐腐蚀性、绝缘性以及各种电磁优越性能的新型陶瓷材料§2.1功能陶瓷概论一、陶瓷研究的发展历程高温技术的发展陶器瓷器（传统陶瓷）先进(精细)陶瓷（微米级）纳米陶瓷高铝质黏土

2、和瓷土的应用釉的发明原料纯化陶瓷工艺的发展陶瓷理论的发展显微结构分析的进步性能研究的深入无损评估的成就相邻学科的推动二、功能陶瓷的定义、范围和分类先进陶瓷从性能上可分：结构陶瓷(structuralceramics)功能陶瓷(functionalceramics)结构陶瓷：指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷（现陶），特别适于高温下使用的则称为高温结构陶瓷。功能陶瓷：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一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷（现陶）。三、陶瓷的性能与工艺特征组成性能工艺结构功能四、功能陶瓷的应用和展望1功能陶瓷的不断开发，对

3、科学技术的发展起了巨大促进作用，其应用领域也随之更为广泛。目前主要用于电、磁、声、光、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领域显示出广泛的应用前景。据功陶组成结构的易调性、可控性、可制出超高绝缘性、绝缘性、半导体、导电性和超导电性陶瓷；据能量转换和耦合特性，可制出压电、光电、热电、磁电和铁电等陶瓷；据对外场条件的敏感效应，可制出热敏、气敏、湿敏、压敏磁敏光敏等敏感陶瓷。四、功能陶瓷的应用和展望2功能陶瓷今后在性能方面应向高效能、高可靠性、低损耗、多功能、超高功能以及智能化方向发展。在设备技术

4、方面向着多层、多相、乃至超微细结构的调控与复合、低温活化烧结、立体布线、超细超纯、薄膜技术等方向发展。高温超导氧化物陶瓷的发现，使功陶的研究形成了全球性的热点，高温超导陶瓷的研发为未来的技术革命带来新的曙光。材料特性应用领域用途代表物质电子材料压电性点火元件、压电滤波器、表面波器件，压电变压器、压电振动器引燃器、FM、TV，钟表、超声波、手术刀Pb(Zr,Ti)O3,ZrO,LiNbO3,水晶半导体热敏电阻、非线性半导体，气体吸着半导体温度计，加热器，太阳电池，气体传感器Fe-Co-Mn-Si-OBaTiO3，CdS-Cu2S导电性超导体快离子导体导电材料固体电解质YBa2Cu3O7

5、-x,Na-βAl2O3,α-AgI绝缘体绝缘体集成电路衬底Al2O3,MgAl2O4磁性材料磁性硬质磁性体铁氧体磁体（Ba,Sr）O·6Fe2O3磁性软质磁性体存储元件（Zn,M）Fe3O4（M=Mo,Co,Ni,Mg等）超硬材料耐磨耗性轴承Al2O3，B4C切削性车刀Al2O3，Si3N4光学材料荧光性激光二极管发光二极管全息摄影光通讯，计测GaP、GaAsGaAsP透光性透明导电体透明电极SnO2,In2O3透光偏光性透光压电体压电磁器件(Pb，La)(Zr，Ti)O3导光性通讯光缆玻璃纤维一些功能陶瓷的应用实例§2.2功能陶瓷的制备工艺原料粉体成型预处理加工烧结制品加工§2.

6、2.1原料粉体一、原料粉体的制备原料粉体的制备方法类别方法固相法机械粉磨法、固相反应法、固相热分解法、自蔓延高温合成法、机械合金化法等液相法沉淀法、溶胶－凝胶法、水解法、溶剂蒸发法等气相法气相反应法、蒸发凝聚法等（一）固相法1.机械粉磨法机械粉磨即球磨。球磨：就是在一个圆筒形容器（球磨罐）中，通过球磨介质进行的研磨。当球磨罐旋转高于临界转速时，将产生离心运动，使球磨效率大大降低，临界转速ωc可由下式求得：在某一转速下可能会发生滑落状态。这取决于球磨罐的大小，填充物的性质及数量。通常转速：干法为0.7～0.8；湿法为0.5～0.65球状研磨体通常填充球磨罐的一半，剩余空间用于填充粉料。

7、干法：加入25％（体积）粉料同时加入约1％（质量）润滑剂（如硬脂酸或油酸）。湿法：填充30％～40％（体积）粉料，并在液体介质（如水、酒精）中加入1％（质量）的分散剂，球磨时间较长，有时甚至长达100h。研磨介质：通常为具有良好耐磨性的玛瑙（矿物SiO2)。但密度低（2.2g/cm3)。其它的有瓷球（2.3g/cm3)、氧化铝球（3.8/cm3)、氧化锆球（5.6g/cm3)、钢球（7.7g/cm3)或硬质合金（WC-CO15.6g/cm3),后两种金属磨