陶瓷材料及其应用

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1、陶瓷材料及其应用【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料

2、科学领域崭露头角。【关键字】陶瓷材料应用发展一、陶瓷材料概述陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能

3、。其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。二、陶瓷材料的分类随着生产与科学技术的发展．陶瓷材料及产品种类日益增多．为了便于掌握各种材例或产品的特征，通常以不同的角度加以分类。1.按化学成分分类(1)氧化物陶瓷。氧化物陶瓷种类繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位。最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、SiO2、MgO、ZrO3、CeO2，CaO．Cr2O3及莫莱石(3Al2O3.2SiO4)和尖晶石(MgAl2O3)等。陶瓷中的Al2O3和SiO2相当于金属材料中的钢铁和铝合金一样被广泛应用

4、，表11.1中列出了一些氧化物陶瓷．硅酸盐亦属氧化物系列。如ZrsiO4。Call已等，还有复合氧化物如BaT吗、CgyiO；等。(2)碳化物陶瓷。碳化物陶瓷～般具有比氧化物更高的熔点。最常用的是SIC、SC，凤C．TIC等。碳化物陶瓷在制备过程中应有气氛保护。(3)氨化物陶瓷。氯化物中应用最广泛的是a几，它具有优良的综合力学性能和耐高温性能。另外，TZN、BN、AI问筹氮化物陶瓷的应用也日趋广泛。最近刚刚出现的C3N4，可望其性能超过Si3O4。(4)四化物陶瓷。硼化物陶瓷的应用并不很广泛，主要是作为深加剂或第二相加入其它陶瓷基体中，以达到改善性能的目的。常

5、用的有Ti已、Zr＆等。2.按性能和用途分类(1)结构陶瓷。结构陶瓷作为结构材料用来制造结构零部件．主要使用其力学性能。加强度、韧性、硬度、模量、耐磨性、耐高温性能(高温强度、抗热震性、耐烧蚀性)等。上面讲到的核化学成分分类的四种陶瓷大多数均为结构陶瓷。如AjZQ石．3N4、Z戏都是力学性能优越的代表性结构陶瓷材料。(2)功能陶瓷。功能陶瓷作为功能材料用来制造功能器件，主要使用其物理性队如电磁性能、热性能、光性能、生物性能等。例如铁氧体．铁电陶瓷主要使用其电磁性能．用来制造电磁元件，介电陶瓷用来制造电容器，压电陶瓷用来制作位移或压力传感器．固体电解质陶瓷利用其

6、离子传身特性可以制作氧探测器．生物陶瓷用来制造人工骨骼和人工牙齿等。超导材料和光导纤维也属于功能陶瓷的范畴。值得提出的是，上述分类也是相对的．而不是绝对的，结构陶瓷和功能陶瓷有时并无严格界限，对于某些陶瓷材林二者兼而有之。加压电陶瓷。虽然可将它划分为功能陶瓷之列，但对其力学性能，如杭区强度、韧性、硬度、弹性模量亦有一定的要求。首先必须有足够的强度，在承受E力时不致破坏，才能实现共压电特性。另外如高温结构陶瓷或航天器防热部件用抗热震耐烧依陶瓷，虽属结构陶瓷之列．但抗热展性不但决定于它本身的强度、韧性、模量，而且导热系数、热膨胀系数也与力学性能一样，对抗热震性有着

7、十分重要的影响。耐腐蚀性是化工陶瓷(如耐酸泵)的重要性能，但要求必须具有～定的力学性能，才能满足承我要求。超导材料就是因为脂性大，做成导线困难．因而目前尚不能进入实际应用阶段。综上所述，不论是结构陶瓷还是功能陶瓷，力学性能是陶瓷材料的最基本性能．只不过是不同用途对力学性能要求的高低不同而已。三、陶瓷材料的特点1.陶瓷材料的性能特点众所周知，金属材料(纯金日或合金)的化学健大都是金属但，是由金属正高于和充满其间的电子云所组成，金属键没有方向性．因此金属有很好的塑性变形性能。而作为无视非金属化合物的陶瓷来讲，其化学定是高于健和共价键。这种化学性有很强的方向性和很高

8、的结合能。因此，陶瓷材料很难产生塑性变