功能材料-功能陶瓷

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1、硕士研究生课程功能材料吉林大学材料科学与工程学院功能陶瓷讲授：孙彦彬功能陶瓷材料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，如电学、磁学、光学、热学、化学、生物等；有的还有耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等。随着材料科学的迅速发展，陶瓷材料的各种新性能、新应用不断被人们所认识，并积极加以开发，陶瓷材料在现代科学技术中的地位也随之日益提高。由功能陶瓷材料制作的电容器、压电元件、磁性元件、热敏电阻、压敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻等已在能源开发、空间技术、电子技术、传感

2、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的应用。因为功能陶瓷应用的范围广、场合多，按材料的功能可以把陶瓷分为许多类。光功能陶瓷电功能陶瓷磁功能陶瓷敏感陶瓷生物化学陶瓷核反应陶瓷荧光陶瓷透光陶瓷反光陶瓷偏振光陶瓷热敏陶瓷气敏陶瓷湿敏陶瓷压敏陶瓷色敏陶瓷生物医学陶瓷催化陶瓷耐腐蚀性陶瓷吸附陶瓷绝缘陶瓷导电陶瓷压电陶瓷超导陶瓷吸收中子陶瓷中子减速陶瓷磁性陶瓷磁光陶瓷功能陶瓷光学陶瓷左：硫化锌光学材料中：氧化镁红外窗口材料右：高压钠灯用透明氧化铝陶瓷—在光学上透明的功能材料，具有一般铁电陶瓷

3、所有的基本特性和独特优异的电光效应。绝缘陶瓷线轴绝缘子、瓷套及电力系统应用—在电子设备中作为安装、固定、支撑的保护、绝缘及连接各种无线电元件及器件的高介电常数陶瓷材料超大规模集成电路用基片基板左：氧化铝基片中：透明氮化铝微波介质、红外窗口材料右：氮化铝基片—新一代散热和封装材料—具有高介电常数和导热系数的材料铁电陶瓷左：铁电随机存取存储器右：光开关、光调制用透明铁电陶瓷—铁电性：在一定温度范围内具有自发极化，在外电场作用下自发极化能重新取向，而且电位移矢量与电场强度之间的关系呈电滞回线现象的特性压电陶瓷左：电子点

4、火头（煤气灶、热水器点火）中：装有压电陶瓷换能器的超声波洁牙器右：压电陶瓷系列（无绳电话、对讲机）—压电性：在晶体的特定方向上施加压力或拉力，晶体的一些对应的表面上分别出现正负束缚电荷，其电荷密度与外施力的大小成正比例。微波介质陶瓷左：手机用微波介质陶瓷中：声表谐振器（家用遥控电器）右：陶瓷滤波器（无绳电话、机顶盒、BB机）—在微波滤波器中用作介质谐振器的陶瓷磁性陶瓷左：磁盘中：卡通玩具右：冰箱用封条—具有其它材料难以比拟的磁性强度的陶瓷热敏陶瓷左：PTC电烙铁中：暖风温控淋浴器用PTC陶瓷右：空调温度传感器（P

5、TC、NTC传感器）—利用热变化引起电阻和电流变化的特异性能制备的陶瓷气敏陶瓷左：汽车尾气检测氧传感器右：装载去除尾气催化剂的蜂窝陶瓷—利用气氛变化引起电阻和电流变化的特异性能制备的陶瓷生物陶瓷陶瓷牙齿生物陶瓷关节—用于制造人体“骨骼-肌肉”系统和修复或替换人体组织器官的一类陶瓷材料透明陶瓷一般来说，陶瓷都是不透明的，可是今天人们确实得到了和玻璃一样透明的陶瓷。那末陶瓷是怎样变成透明的呢?这还得从陶瓷材料的内部结构讲起，无论是我们日常生活中使用的陶瓷器皿，还是新技术中应用的各种特种陶瓷如氧化物、碳化物、氮化物等陶

6、瓷材料，尽管它们的化学成份各不相同，以及制品的外形千差万别，可是如果把它们切磨成很薄的片子放在显微镜下进行观察的话，发现它们都有一个共同的特征，即含有无数个很细小的晶粒，在晶粒与晶粒之间是一些玻璃状的物质和气孔，如下图所示。由于这些杂质和气孔的存在，陶瓷的机械强度变得很差，特别当光线射进陶瓷后，杂质挡住了它的去路，再加气孔很多，使光线产生吸收或散射，这样七折八扣，光线就透不过去了，使陶瓷变成不透明。人们在分析了陶瓷不透明的原因后，为了得到透明的陶瓷，想方设法在陶瓷制造过程中消除气孔。一般包在气孔中的气体是比较难跑

7、出来的，所以陶瓷的素坏在高温下烧成的时候，高温炉中要通入气体或者抽成真空，这样就能把包在气孔中的气体赶出来，同时还要对素坯加一点压力，使原料颗粒间的接触更加紧密，使陶瓷更致密，透明度更好，这就是所谓的“热压”工艺。热压烧结用普通烧结法很难烧结成完全致密的烧结体。特别是坯件内存在的气孔对致密度有很大影响。为了获得高密度的烧结体可采用热压烧结。热压烧结是将粉料或坯件装在热压模具（金属或高强石墨）中，置于热压高温烧结炉内加热，当温度升到预定的温度（一般加热到正常烧结温度或稍低）时，对粉料或坯件施加以一定的压力（一般为金

8、属模压成型压力的1/10一1/3），在短时间内粉末被烧结成致密、均匀、晶粒细小的陶瓷制品。因此，该方法是成型和烧结同时进行的一种方法。热压方法一般适用于难熔陶瓷粉体，这些粉体的烧结性能很差。由于热压是压制和烧结同时进行的过程，所以致密化程度要比一般烧结高得多，迅速得多。实际上，用热压法可以制取无孔的制品。热压烧结的优点：①晶粒的长大得到了有效的控制。降低气孔率、提高烧结密