新型陶瓷材料.docx

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1、新型陶瓷材料的发展学院：航空航天工程学部专业：飞行器制造工程班级：14030102班学号：2011040301086姓名：张锋新型陶瓷材料的发展一，新型陶瓷材料的产生背景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,

2、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

3、,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，陶瓷材料的分类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。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、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。按其应用不同划分又可将它们分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

4、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

5、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1600K反应后获得：3Si＋2N2＝Si3N4（条件1600K）也可用化学气

6、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：SiCl4＋2N2＋6H2→Si3N4＋12HCl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，用于制作电容器、电阻器、电子

7、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。三，新型陶瓷材料的主要特性四，新型陶瓷材料的应用领域航空航天材料当前，耐高温材料已经成为航天先进材料中的优先发展方向!材料在高温下的应用对航天技术特别是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展，气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，固体火箭的工作环境十分恶劣。加上燃烧室喷管喉衬、涡轮叶片、导向叶片等部件都需用高温材料，均已超过金属和超合金的耐热极

8、限而必须采用冷却系统。这势必降低了发动机的热效率，对固体火箭发动机喷管喉部和其它热端部件提高效率的追求，已经对未来高温材料提出了更高、更迫切的要求!并更紧密地依赖于高温材料的研究开发。而先进陶瓷及其陶瓷基复