陶瓷工艺
河北科技师范学院化工学院化学工程与工艺
前言
材料是人类生存和发展的物质基础，也是一切工程技术的基础。现代科学技术的发展对材料的性能的不断提高提出新的更高的要求。材料化学是当前科学研究的前沿领域之一。以材料科学中的化学问题为探究对象的材料化学，是化学领域的重要学科之一。
材料主要包括金属材料，无机非金属材料，复合材料和高分子材料等各类化学物质。其中无机非金属材料中，陶瓷材料是一种新型的材料。
早在远古时代，人类祖先就懂得利用石器作为工具，这是陶瓷制品的最初级产品。中古偶的陶瓷制品及其制造技术的出现可以追溯到大约一万年前，公元前3000年左右的商朝，就有了原始陶瓷的出现。到了汉代，开辟了陶瓷的时代，进过唐宋元明的不断发展，到了清代，陶瓷制造技术达到了极高的水平。陶瓷制品精美华贵，不仅是实用的器皿，也是高超的艺术品。近几年来，随着陶瓷技术的发展，陶瓷制品的应用领域也广泛拓展，逐渐由传统的陶瓷形成了日用陶瓷，艺术陶瓷，建筑陶瓷和特种陶瓷等系列。奇妙的纤维结构和功能特性使其在高技术领域得到了广泛的应用。陶瓷材料也从传统的氧化物系列发展为氮化物，碳化物，硼化物及各类复合材料。广泛的应用于信息，能源，环境等新型领域。陶瓷材料的各种特性，陶瓷材料将成为名副其实的耐高温和高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。有些科学家预言．由于陶瓷材料的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代。
本文着重介绍陶瓷材料的制造工艺中的制备，加工和改性工艺，包括基本知识。
一陶瓷材料的原料
原料是生产陶瓷的基础，从陶瓷工业的发展历史看，人类最初使用的主要是天然的矿物原料或者岩石原料。这些天然原料主要是硅酸盐矿物，种类繁多，分布广泛，资源丰富，但是由于地址或者成矿条件复杂多变，天然原料很少以单一的纯净的矿物出现，使得天然原料的化学组成，工艺性能产生波动，因此天然原料已经不能满足陶瓷工业的要求。陶瓷工业中，随着对陶瓷材料的要求日益提高，一般需要采用均以又高纯的人工合成原料。
黏土类原料
粘土是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，其矿
粒径一般小于2μm，其晶体结构式由硅氧四面体[SiO
4]组成(Si
2
O
5
)n层和铝
氧八面体组成的AlO(OH)
2
层相互连接起来的层状结构，这种结构决定了粘土的性质。除了可塑性外，这种粘土还具有较高的耐火度，良好的吸水性，膨胀度和吸附性。它包括高岭土、瓷石、叙永土、膨润土、叶蜡石以及一些含杂质较多的粘土页岩、沉积粘土等。高岭土等前 5种粘土质原料质地较纯,其中
纯度较高的灼烧后呈白色,是瓷器和精陶器生产中广泛使用的原料。后两种粘土从新石器时代开始一直用于制造缸、盆等粗陶器。较纯的粘土原料中，各含有一种主要的、具有一定化学组成和结晶结构的矿物，称之为粘土矿物。例如高岭土以高岭石为主要粘土矿物，瓷石、叙永土、膨润土、叶蜡石分别以伊利石、多水高岭石、微晶高岭石、叶蜡石为主要粘土矿物。尽管这些粘土各有不同的化学组成和各自的矿物类型，但它们有一些共同的特性，如粉碎后与水掺和能产生可塑性，成型的生坯在干燥后有足够的强度即结合性，烧成后能转变成坚实的岩石般物质。这些重要性质成为陶瓷器成型和烧成的工艺基础，也是远古时代发明陶器和现代陶瓷器制造所依赖的基本特性。
石英质原料
主要是由二氧化硅组成的矿物,半透明或不透明的晶体,一般乳白色,质
地坚硬。天然英石的主要成份为石英,常含有少量杂质成分如Al
2O
3
、IMO，、
CaO、MgO等。它有多种类型。一般质地较纯。石英存在的形式很多，陶瓷生产中使用的一般为脉石英或石英岩，其SiO
2
的含量都在97％以上。石英岩粉碎后与水掺和时不具有可塑性，因此利用它作为常温下坯料可塑性的调整剂。石英在高温中有适当的膨胀性，可以补偿坯体的收缩，减少变形，提高坯体的机械强度。
长石类原料
长石是长石族岩石引的总称，它是一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。为地壳中最常见的矿物，比例达到60%，在火成岩、变质岩、沉积岩中都可出现。长石是几乎所有火成岩的主要矿物成分。长石在1160℃高温条件下分解熔融成粘稠的液态物质，可填充在坯体的空隙中以增进坯体的致密度，提高透光度。这种作用称为熔剂作用。长石的熔融物还能溶解石英及粘土类原料，促进莫来石的形成，使产品获得较高的机械强度。瓷器生产中常用的长石为钾长石。这种长石呈粉红色或灰白色,结晶明晰,易于坼裂。中国辽宁海城、湖南平江、山西闻喜均有优质长石资源。挪威长石也很有名。伟晶花岗岩和霞石正长岩都是含长石的矿物。伟晶花岗岩中长石含量为60～70％，石英含量为25～30％;霞石正长岩中主要含长石,还含绢云母、高岭石和石英等。这两种岩石均可代替长石作熔剂原料。
新型陶瓷原料
主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al
2O
3
、ZnO
2
、MgO、CaO、BeO、
ThO
2
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。新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。
二粉体制备与合成
高纯、精细陶瓷粉体材料的制备，是高科技产品质量的根本保证。世界许多国家投入了大量人力物力，为发展应用高性能陶瓷材料进行了深入研究，取得了许多突破性进展。如在高纯、超细陶瓷粉体的合成技术、粉体的特性、粉体的处理与形状的形成、粉体烧结行为及粉体—微观结构—性能问题的关系等研究方面均取得了许多新成果。
溶胶—凝胶技术
近年来，该技术得到广泛应用，特别是在工业化生产方面取得了明显进展。
如：日本利用该方法制备的氧化铝陶瓷薄膜的厚度达到了100μｍ，多层条件下的抗压强度高达530Mpa，烧后的陶瓷薄片几乎完全致密、无气孔。该技术还被用来制造多层陶瓷电容器。
日本研究者还用该技术将氧化锆均匀地分散于莫来石中以提高其断裂韧性，氧化锆的加入量限制在以下，经1600℃烧成后，成为充分致密的材料，室温下抗弯强度和断裂韧性分别达500Mpa和4.3Mpa。
另外，日本某大学用表面改性技术来制备氧化锆／氧化物复合陶瓷材料，分散的氧化物颗粒用优先水解的烷氧基锆涂复。这样，在球形的硅胶颗粒上形成均匀的氧化锆深层，烧结以后形成致密均匀的显微结构。
以上介绍的溶胶—凝胶技术主要应用于电子陶瓷粉体的制备，也有成功地应用于批量粉料的制备。如：澳大利亚已生产出每批100kg的粉料，粉体的比表面积250～300m２/克，密度为2.91～3.45克／厘米２。
非氧化物的气相合成技术
近年来，气相合成技术有了很大发展，该技术多为连续进行，对反应产物进行简单的纯化及最大限度的混合。但是，高温反应易造成容器材料的腐蚀。另外，制得的粉末晶体的结晶度不好，难以压实。科研人员在不断对该技术进行改进。实践证明，气相合成有很高的回收率. 现已有多种碳还原及等离子体方法制备碳化物和氢化物粉体。如：日本研究人员用钛和石墨为起始物，采用电弧反射加热的碳热还原法制备出微米尺寸的氮化钛和碳化钛，由于使用电孤反射炉，反应的加热时间大大缩短，温度明显降低。
聚合物的热分解是制备碳化物和氮化物的另一种技术。日本正在研究用聚硅烷作为制备氮化硅的前驱体，因为用它可获得高产率的陶瓷粉体，高含量的聚硅烷可使生坯密度高达理论密度的62％。该密度在聚硅烷热解后不变化，收缩率小，机械强度与普通方法制备的氮化硅陶瓷相同。研究发现，该性能取决于氮气氛条件下的加热温度。应用等离子体技术制备非氧化物粉体的优点是：可以低温烧结，而且能制备出高质量粉体。日本采用高频感应产生的离子体直接将金属氮化来制备氮化铝，这种等离子焰可产生很高温度，由于不用电极，从而避免了产出物的污染，制备出的20～90nm。超细氮化铝粉体中的金属杂质小于100ppm，氧气量小于2％。
共沉淀法
荷兰的科研工作者采用沉淀法制备出铁氧体粉料，他们先将铁的氢氧化物与基液均匀混合，然后在氧／氮或硝酸盐中氧化获得颗粒尺寸0.03～0.33μｍ的粉体，具有20％的分散率。选用适当的氢氧化物可获得60％理论密度的生坯。用四丁基氨的氢氧化物可获得最致密的坯体。该国科学家还利用另一种沉淀技术制备出高比表面积的活性氧化钇，借助钇离子对溶液中聚合物鳌合剂的鳌合作用形成凝胶状的沉淀物。沉淀物的灰化温度决定了氧化钇离子比表面积的晶体尺寸。
德国的科学家也应用类似方法，从水—油乳化液中制备添加了氧化钇的球形氧化锆，微球内的氢氧化物沉淀用离子交换法制得。水的共沸蒸馏形成球状非晶态颗粒，经过过滤、干燥和煅炼后可得到尺寸为0.3～3.0μｍ的稳定四方晶氧化锆粉体。该技术可用于制造BaTio
和超导氧化物粉体，它具有连续生产和经
3
济的优点。
共沉淀法还被成功地应用于制造半透明陶瓷。法国某公司用丁醇铝及甲醇
盐、丁醇盐之类硅醇盐迅速水解的方法来合成微细的莫来石胶体粉料，胶体结构
类似于尖晶石，其组成式可综合为3Al
2O
3
·xSiO2·15H2O，压制成半透明的生坯片，
密度为1.7～2.4克／cm３。西班牙科研人员制备出添加了氧化铒的四方晶氧化锆陶瓷粉体，采用凝胶沉淀与反聚凝相结合方法制备出的粉体颗粒，尺寸均匀，颗粒尺寸小于0.3μｍ，且无团聚现象。在沉淀过程中，须将ＰＨ值严格控制在９以下，以便形成均匀的凝胶沉淀，沉淀物的煅烧温度应低于550℃，以保持颗粒表面活性，提高粉体烧结性能。粉体的压制体在1400℃以下可烧结成99.8％理论密度的材料，厚度大于１mm的薄片在波长为300～800nm之间的光谱内有极好的半透明性。
喷雾热分解法
日本的科研人员开发了一种喷雾干燥／喷雾—热分解技术来制备氧化物超导粉体，用作雾化的溶液有硝酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐及含有草酸盐沉淀物的泥浆，制得的粉体颗粒尺寸0.1～1μｍ，组份均匀，烧结体密度可达理论密度的95～98％。法国研究人员利用超声波雾化器在液态中将氯氧化锆与销酸钇混合，经热处理后制备出氧化钇稳定的氧化锆粉体，粉体颗粒呈球形，稍带微孔，尺寸为0.2～1.8μm。
三坯料的制备成形
我国流行的坯料制备方法是注浆成型法.
注浆泥浆的制备
（1）球磨制浆工艺注浆料的制备在原料细碎以前的工序和可塑坯料的制备大致相同。注浆料一般经球磨工序直接制备，是较为基本和简单的制备工艺。其过程如下：经粗碎、中碎的硬质料和软质料,配料, 球磨（水，电解质）,搅拌池, 过筛除铁,浆桶 ,注浆成型.
（2）球磨、压滤、泥段化浆工艺
工艺流程:精选后的各种原料→球磨→振动过筛→浆池→除铁→过筛→除铁→浆池→压滤→粗练→陈腐→真空练泥→泥段入搅拌池化浆→过筛→除铁→泥浆池→备用泥浆。
注浆泥浆的工艺性能要求
①流动性要好即粘度小，在使用时能保证泥浆在管道中的流动，并容易流到模型的各部位。良好的泥浆应该象乳酪一样，流出时成一根连绵不断的细线。
②稳定性要好泥浆中不会沉淀出任何组分（如石英、长石等），泥浆各部分能长期保持组成一致，使成型后坯体的各部分组成均匀。
③具有适当的触变性泥浆经过一定时间后的粘度变化不宜过大，这样泥浆就便于输送和储存，同时，又要求脱模后的坯体不致于受到轻微振动而软塌。
④含水量要少在保证流动性的条件下，尽可能地减少泥浆的含水量，这样可减少成型时间，增加坯体强度，降低干燥收缩。
⑤过滤性要好即泥浆中水分能顺利地通过附着在模型壁上的泥层而被模型吸收。
⑥形成的坯体要有足够的强度
⑦成型后的坯体脱模容易
⑧不含气泡
四陶瓷材料的烧结
烧结是将成型后的还体加热到高温(有时如加压)并保持一定时间，通过团相或部分液相扩散物质迁移，而消除孔隙。使其致富他，同时形成特定的显微组织结构的工艺过民伟结工艺与形成的显微组织结构及其性能有着密切的关系。因此烧结是陶瓷材料制备工艺过程中的一个十分重要的最终环节。当然。近年来也开始对陶瓷材料进行像对金属一样的热处理。以改善性能。
常任烧结或称无压烧结
常压烧结就是在大气中烧结。即不抽真空也不加任何保护气氛在电阻炉中进行烧纨这种方法适用于烧结氧化物陶瓷。非氧化物陶瓷有时也通过埋粉面采用常压烧结。常区烧结用电阻炉的关键部件是发热体元件。精密陶瓷烧结温度比传统
陶瓷民一般均在1300℃以上、常压烧结常用的加热作为MoS
2、ZrO
2
及LaCrO
3
。
等、使用炉温为1300～1800℃。
通常生产中应根据不同材料的烧结温度。选择不同加热体的电阻炉。如果俗要更高的温度，则R有采用石墨加热体，最高使用温度可达2 500℃，但必须在非氧化性气氛或真空中使用。
热压烧结(HP)
热压烧结即是同时加温加压(机械压力而不是气压)的烧结方法，加压方式一般都是单轮向加压。热压时的压力不能太高。如石墨模具的最大使用压力为70 MPa，一般热压时的最高额定区力为50 MPa。而冷压成型的压力可达200 MPa。甚至更高。热压烧结的加热方式仍为电附加热，加压方式为液压传动加载。热压烧结使用的模具多为石墨模具。它制造简单、成本低。但必须在非氧化性气氛(真空或保护气氛)中使用。特殊情况下可使用陶瓷加A12Q模具。其使用压力可高达20D MP。适用于氧化性气氛。但制作困难、成本高、寿命低。值得注意的是热压模具和加热体对气氛的要求必须一致，而不能相互矛盾。因此。一般热压烧结时大都用石墨加热体和石墨模具，使用NZ气保护。如在氧化性气氛〔大气)中热压烧结。则应选从SJC。Mdez或l。Cr加热体，同时用AhO3或Z等氧化物陶瓷模具。当然前提是所压的材料必须是氧化物或抗氧化性强的陶瓷材料。
热压烧结的主要优点是加快致密化进程，减少气孔军，提高致密度。同时可降低烧结温度。
热等静压(HIP)
尽管热压烧结有许多优点。但由于是单轴向加压。故只能制得形状简单如片状或环状的样品。另外，对非等轴晶系的样品(如广一周。O3等)热压后片状或住状晶粒严重择优取向而产生各向异性。热等赞底是综合了冷等静压、热压烧结和无压烧结法三者优点的烧结方法。加压方式与冷等薄压相似。只是将其高医容器中的介质由液体技成气体(Ar)。加热方式为电阻加热。样品的表面应加一层耐高温密封不透气的且在高压下可压缩变形的包套，相当于冷等静压的橡胶模具。否则，高压气体将渗入作品内部而使样品无法致密化。粉料可以不经冷成型直接装人包套中。进行热等落压。也可经冷成型之后装入包套，再进行热等静压。经无压烧结或热压烧结的样品也可以再进行热多倍压。以进一步提高样品致密度和消除有害缺陷。这时可以不加包套。因气孔率低巨开放气孔很久封闭气孔在热等静任中全消除，但开放气孔仍然保留。
目前的 HIP装置压力可达200 0 MPa( 1000 atm)温度可达2 000℃或更高。
发热体的选择取决于烧结温度和样品的种类。
热等静压与热压和无底烧结一样。已成功地用于多种结构陶瓷，如 A12O。、
Sj
3N
4
、SrOZ等陶瓷的烧结或后处理。此外热等静伍还可以用于金属铸件、金属
基复合材料、喷射沉积成型材料、机械合金化与粉末冶金材料和产品零部件的致密化处见。
五陶瓷的加工和改性
陶瓷加工车间专门对陶瓷进行加工。陶瓷加工需要有特殊的加工刀具和加工工艺。对陶瓷材料的加工是机械加工的一个特例，一般的机加工车间并不具备陶瓷加工的能力。陶瓷加工是对陶瓷坯料进行加工，使其达到图纸要求的活动。
1.陶瓷的机械加工
陶瓷材料是由粉末成型后经高温烧结而成，由于烧结收缩率大，无法保证烧结后瓷体尺寸的精确度。同时，传统陶瓷以及作为工程部件的特种陶瓷都有尺寸和表面精度要求，烧结后需要再加工，但由于包括工程陶瓷在内的所有陶瓷，晶体结构几乎都是离子键和共价键组成，这类材料具有高硬度、高强度、脆性大的特性，属于难加工材料。因此，对于陶瓷制品的加工已成为一个新兴的工艺技术，涉及许多相关的先进理论与方法。
1.1陶瓷的切削加工
1.陶瓷材料的切削加工特点
①陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，对于一般工程陶瓷的切削，只有超硬刀具材料才能够胜任；②陶瓷材料是典型的硬脆材料，其切削去除机理是：刀具刃口附近的被切削材料易产生脆性破坏，而不是像金属材料那样产生剪切滑移变形，加工表面不会由于塑性变形而导致加工变质，但切削产生的脆性裂纹会部分残留在工件表面，从而影响陶瓷零件的强度和工作可靠性；③陶瓷材料的切削特性由于材料种类、制备工艺不同而有很大差别，从机械加工的角度来看，断裂韧性较低的陶瓷材料容易切削加工。
2.陶瓷材料的切削加工
由于工程陶瓷材料硬度高、脆性大，车削难以保证其精度要求，表面质量差，同时加工效率低，加工成本高，所以车削加工陶瓷零件应用不多。陶瓷材料的切削首先应选择切削性能优良的新型切削刀具，如各种超硬高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷、金刚石和立方氮化硼（CBN）等。多晶金刚石刀具难以产生光滑的切削刃，一般只用于粗加工。对陶瓷材料进行精车时，必须使用天然单晶金刚石刀具，采用微切削方式；其次，还要考虑选择合适的刀具几何参数，如可适当加大刀具圆弧半径，以增加刀尖的强度和散热效率。第三，切削用量的选择，也影响加工效率和刀具的耐用度，根据切削条件和加工要求，确定合理的切削速度、切削深度和进给量。同时，陶瓷零件必须装夹在特别设计的专用夹具上进行车削，并且在零件的周围垫橡胶块以缓冲震动，防止破裂。正确实施冷却润滑，减少陶瓷零件与刀具之间的摩擦和变形，对提高切削效率、降低切削力和切削温度都是有益的。
1.2陶瓷的机械磨削加工
1.磨削加工机理
所谓磨削加工，就是用高硬度的磨粒、磨具来去除工件上多余材料的方法。在磨削过程中，大体可分为三个阶段：弹性变形阶段（磨粒开始与工件接触）、刻划阶段（磨粒逐渐地切入工件，在工件表面形成刻痕）、切削阶段（法向切削力增加到一定程度，切削物流出）。在磨削陶瓷和硬金属等硬脆材料时，磨削过程及结果与材料剥离机理紧密相关。材料去除剥离机理是由材料特性、磨料几何形状、磨料切入运动以及作用在工件和磨粒上的机械及热载荷等因素的交互作用决定的。陶瓷属于硬质材料，其磨削机理与金属材料的磨削机理有很大的差别。通常情况下，陶瓷磨削过程中，材料脆性剥离是通过空隙和裂纹的形成或延展、剥落及碎裂等方式来完成的，具体方式主要有以下几种：晶粒去除、材料剥落、脆性断裂、晶界微破碎等。在晶粒去除过程中，材料是以整个晶粒从工件表面上脱落的方式被去除的。金属材料依靠磨粒切削刃引起的剪切作用产生带状或接近带状的切屑，而磨削陶瓷时，在磨粒切削刃撞击工件瞬间，材料内部就产生裂纹，随着应力的增加，间断裂纹的逐渐增大，连接，从而形成局部剥落。因此，从微观结构设计的角度来看，可加工陶瓷材料的共同特点是：在陶瓷基体中引入特殊的显微结构，如层状、片状、孔形结构等，在陶瓷内部产生弱结合面，偏转主裂纹，耗散裂纹扩展的能量，使扩展终止。间断的微裂纹连接并交织形成网络层,使材料容易去除，最终提高了陶瓷的可加工性。
2.磨削加工设备
①砂轮（grinding wheel）和磨料（abrasives）的选择
陶瓷的磨削加工（rubbing）一般选用金刚石砂轮。对于磨料的选择，就粒度的标准而言，依精磨和粗磨的要求不同而不同。就结合剂而言，当加工的材料
很脆而且出现大量磨屑和砂轮磨损影响工件质量时，采用金属结合剂；对于Si
3N 4
和SiC，和加工表面粗糙度要求很高时使用树脂结合剂。就硬度而言，对于平行砂轮，选择硬度高一些的；对于杯形砂轮，选择硬度低一些的。
②磨削工艺及条件的选择
a砂轮磨削速度
加工陶瓷材料比加工金属材料的转速要适当低一些。如果采用冷却液，使用树脂粘结的砂轮，转速范围为20~30m/S。应该避免无冷却液磨削的情况，但有特殊情况非采用不可时，这种情况砂轮的转速要比有冷却液磨削的转速低很多。
b工件给进速度（feeding speed）
工件给进速度对磨削力的影响并不显著，而且影响比较复杂；不同的陶瓷材料以及在不同的磨削条件下，工件给进速度对磨削力的影响也不完全相同。
c冷却液的选择（cooling media）
目前一般采用水溶性冷却液进行，水性磨削液又可分为乳化油、微乳液和合成液等。
d磨削深度a（rubbing depth）
绝大多数陶瓷材料的去除是由于脆性断裂作用，而磨削力随着塑性变形而增
大。在实际的磨削加工中，由于其他磨削条件如砂轮转速、工件给进速度等的影响,使得切深的变化呈现出一定的随机性。
e磨削方式（rubbing way）、方向及机床刚性（machine rigidity）
磨削方式不同导致磨削特性不同，如平磨时，采用杯式砂轮一般比直线砂轮磨削的表面粗糙度要好，效率高，可以降低成本。另外，在进行磨削加工时，机床磨削盘的刚性和磨床的稳定程度对磨削效果也有很大的影响，采用刚性好（特别是主轴刚性）的磨削盘或磨床的稳定不容易发生振动，对加工材料的表面粗糙度和精度是有好处的。
1.3陶瓷的研磨（grinding）
研磨加工是介于脆性破坏与弹性去除之间的一种精密加工方法。它是利用涂敷或压嵌游离磨粒与研磨剂的混合物在一定刚性的软质研具上，研具与工件向磨粒施加一定压力，磨粒作滚动与滑动，从被研磨工件上去除极薄的余量，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的加工方法。研磨加工一般使用较大粒径的磨粒，磨粒曲率半径较大，在研磨硬脆材料时，通过磨粒对工件表面交错的进行切削、挤压划擦，从而使工件表面产生塑性变形和微小裂纹，生成微小碎片切屑。工程陶瓷材料韧性差，其强度很容易受表面裂痕的影响，但加工过程中往往造成加工表面有微裂纹，且裂纹会引起应力集中，使裂纹末端应力更大。当该处应力超过裂纹扩展临界值时，裂纹就会扩展引起工件的破坏。加工表面愈粗糙,表面裂纹愈大，愈易产生应力集中，工件强度愈低。因此，研磨不仅是为了达到一定的表面粗糙度和高的形状精度，而且也是为了提高工件的强度。
1.4陶瓷的抛光（polishing）
抛光是使用微细磨粒弹塑性的抛光机对工件表面进行摩擦使工件表面产生塑性流动，生成细微的切屑，材料的剥离基本上是在弹性的范围内进行。抛光的方法很多，一般的抛光使用软质、富于弹性或粘弹性的材料和微粉磨料。如利用细绒布垫，磨料镶嵌或粘贴于纤维间隙中，不易产生滚动，其主要作用机理以滑动摩擦为主，利用绒布的弹性与缓冲作用，紧贴在瓷件表面，以去除前一道工序所留下的瑕疵、划痕、磨纹等加工痕迹，获得光滑的表面。抛光加工是制备许多精密零件如硅芯片、集成电路基板、精密机电零件等的重要工艺。抛光加工基本上是在材料的弹性去除范围内进行。抛光时在加工面上产生的凹凸，或加工变质层极薄，所以尺寸形状精度和表面粗糙度比研磨高。
2.陶瓷的特种加工技术
随着高性能陶瓷材料的不断涌现，现代高科技产业对陶瓷材料的加工效率和加工质量提出了更高的要求，特别是在航空航天、化工机械、陶瓷发动机、生物陶瓷、微波介质、超大规模集成电路等领域，对工程陶瓷提出了越来越高的要求。如超高的机械强度，平整光洁的表面，精确的几何尺寸等，对其加工提出了更为苛刻的要求。由于受其自身化学键和微观结构的影响，陶瓷的脆硬性导致了其加工效率低、成本高，这对机械加工技术提出了新的要求。因此，一些先进的特种加工技术应运而生，如电火花加工、电子束加工、激光加工、超声波加工、等离子体加工等。
3.施釉
陶瓷的施釉是指通过高温的方式，在陶瓷体表面上附着一层玻璃态层物质。施釉的目的在于改善坯体的表面物理性能和化学性能，同时增加产品的美感，提高产品的使用性能。
3.1釉的作用
釉的作用可归纳如下：
（1）釉能够提高瓷体的表面光洁度，因为釉是一种玻璃体，在高温下呈液相特性，在表面张力的作用下，具有非常平整的表面，其光洁度可达到0.01μm或更高，可满足电子薄膜电路对表面光洁度的要求。
（2）釉可提高瓷件的力学性能和热学性能，玻璃状釉层附着在瓷件的表面，可以弥补表面的空隙和微裂纹，提高材料的抗弯及抗热冲击性，施以深色的釉，如黑釉等，可以提高瓷件的散热能力。
（3）提高瓷件的电性能，如压电、介电和绝缘性能。
（4）改善瓷体的化学性能，平整光滑的釉面不易沾附脏污、尘埃，施釉可以阻碍液体对瓷体的透过，提高其化学稳定性。
（5）釉使瓷件具有一定的粘合能力，在高温的作用下，通过釉层的作用使瓷件与瓷件之间，瓷件与金属之间形成牢固的结合。
（6）釉可以增加瓷器的美感，艺术釉还能够增加陶瓷制品的艺术附加值，提高其艺术欣赏价值。
3.2釉的分类
1.按釉中主要助熔物划分：
釉有多种，习惯以主要熔剂的名称命名釉料，如铅釉、石灰釉、长石釉等。
①铅釉：包括PbO-SiO
2、PbO-SiO
2
-Al
2
O
3
、PbO-R
2
O-RO-SiO
2
-Al
2
O
3
、
PbO-B
2O
3
-SiO
2
-Al
2
O
3
系统的釉料。铅釉的成熟温度一般较低，熔融范围较宽。釉
面具有较强的光泽度，弹性好、釉层清澈透明。这些特点主要是因为铅釉的折射率比较高、高温粘度和表面张力较小，流动性比较大的原因。
②石灰釉：主要熔剂为CaO，不含或少含其他碱性氧化物。其特点为：透明性好、光泽好、硬度大，但熔融温度范围窄，在还原焰下容易烟熏。传统石灰釉是由釉灰和釉果（一种氧化钾和氧化钠含量很高的瓷石）组成，釉灰由石灰石和凤尾草加工而成。
③长石釉：即以长石中的氧化钾和氧化钠为主助熔剂。其特征为：光泽好、硬度大、烧成温度范围较宽，也是透明釉。
长石釉的典型配方
成分长石烧滑石石灰石石英黏土
55 13 5 22 5
百分率
（﹪）
④镁质釉：主要MgO为助熔剂的釉。
2.按釉的制备方法划分：
生料釉：即指釉料配方组成中未使用熟料－熔块的釉。
熔块釉：即指由熔块与一些生料按配比制作而成的釉料。
3.按照釉的烧成温度划分：
易熔釉或低温釉：指熔融温度一般不超过1150℃的釉，如玻璃制品釉、釉面砖釉等。
中熔釉或中温釉：指熔融温度一般在1150~1300℃的釉，如部分艺术陶瓷釉或陶艺作品釉。
难熔釉或高温釉：指熔融温度一般达1130℃的釉，多用于日用瓷釉。
4.按釉烧成后外观特征和具有的特殊功能划分：
透明釉、乳浊釉、颜色釉、画釉、结晶釉、纹理釉、无光釉、腊光釉、荧光釉、变色釉、香味釉、金属光泽釉、闪光釉、彩虹釉、抗菌釉、自洁釉等。
5.按釉的用途划分：
装饰釉、电瓷釉、化学瓷釉、面釉、底釉、餐具釉、粘结釉、商标釉、丝网印花釉、钧釉等。
3.3釉的特点和性能
釉的特点和性能主要包括：釉的熔融性能、釉的高温粘度（viscosity）、釉的膨胀系数及坯釉膨胀系数的适应性、釉的力学性能和釉面光泽度等方面。
3.4施釉工艺
釉前生坯体或素烧坯体均需进行表面的清洁处理，除去积存的尘垢或油渍以保证釉的良好粘附。清洁处理的办法：或者以压缩空气在通风柜进行喷扫，或者是用海绵浸水后进行湿抹，或以排笔蘸水洗刷。
1.基本施釉方法
基本的施釉方法有浸釉、喷釉、浇釉和刷釉四种：
（1）浸釉法
浸釉法普遍用于日用瓷器皿的生产，以及其他便于用手工操作的中小型制品的生产。即将产品用手工全部浸入釉料中，使之附着一层釉浆。附着的厚度由浸釉时间长短来决定。
（2）喷釉法
喷釉法是利用压缩空气将釉浆喷成雾状，使粘附于坯体上。喷釉时坯体转动，以保证坯体表面得到厚薄均匀的釉层。这种施釉法对于器壁较薄及小件易脆的生坯，更为合宜。因为这样的坯体如果采用浸釉法，则可能因坯体吸入过多而造成软塌损坏。喷釉采用喷釉器或喷枪。
（3）浇釉法是系将釉浆浇到坯体上以形成釉层的方法，对大件器皿的施釉多用此法对盘碟类生产品进行施釉。
（4）刷釉法
刷釉法不用于大批量的生产，而多用于在同一坯体上施几种不同釉料。在艺术陶瓷生产上采用刷釉法以增加一些特殊的艺术感。刷釉法也经常用于补釉。
2.新型施釉方法
近年来，随着陶瓷工业的发展，施釉也向着高效率、低能耗、高质量方向发展。
新型施釉方法有：
（1）流化床法。利用压缩空气设法使加有少量有机树脂的干釉粉在流化床内悬浮而呈现流化状态，然后将预热到100~200 ℃坯体浸入到流化床中，与釉粉保持一段时间的接触，这种施釉方法为干法施釉，釉层厚度与坯体气孔率无关。该种施釉方法对釉料的颗粒度要求较高。
（2）热喷施釉法。这是一种在一条特殊设计的隧道窑内将坯体素烧和釉烧连续进行的方法。
（3）干压施釉法。干压施釉法是将成型、上釉一次完成的一种方法。釉料和坯体均通过喷雾干燥来制备。
（4）机器人施釉。
3.5烧釉
制定烧成制度的依据为：
①以坯釉的化学组成及其在烧成过程中的物理化学变化为依据。如氧化铁和氧化钛的含量决定了采用不同的烧成气氛；又如坯釉中氧化分解反应、收缩变化、密度变化以及热重变化等决定采用不同的烧成制度。
②以坯件的种类、大小、形状和薄厚为依据。
③以窑炉的结构、种类、燃料种类以及装窑疏密等为依据。
④以相似产品的成功烧成经验为依据。
釉的烧成制度所包括的内容有温度制度、气氛制度和压力制度，压力制度服
务于温度制度和气氛制度。
4.陶瓷表面改性新技术
材料的表面改性处理是改变材料性能和制备新材料的重要手段，陶瓷材料的表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。
陶瓷材料不仅具有高硬度、高强度、良好的耐磨性能，而且还具有优异的化学稳定性及高温力学性能。但是，陶瓷材料脆性大、延展性小，在使用过程中容易发生脆性断裂，且有些如氮化硅等非氧化物陶瓷在高温时容易氧化，使制品表面出现熔洞、裂纹等缺陷，造成材料晶界强度下降、磨损速度增加等，从而影响其可靠性，限制了它的广泛应用。利用表面改性技术可以克服陶瓷材料的这些缺陷，使陶瓷材料能够以其优良的物理、化学性能。表面改性技术可以用极少量材料起到大量、昂贵的整体材料难以达到的效果，以最经济、最有效的方法改善材料表面及近表面区的形态、化学组成、组织结构，赋予材料新的性能并提高材料的综合性能。在航天、航空、电力、电子、冶金、机械等工业，甚至现代生物医学中得到广泛的应用。
传统的陶瓷表面改性技术有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。随着人们对材料表面重要性认识的提高，在传统的表面改性技术和方法的基础上，研究了许多用于改善材料表面性能的技术，诸如离子注入技术、等离子体技术、激光技术及粉体表面包裹改性等。
小结
陶瓷产业虽然是一个传统产业，但也是一个很广的产业，从古代到现在无论哪个朝代的人类基本上离不开陶瓷，那么到了现代，各种各样的材料都出来了，金属的，塑料的，树脂的等等，反而陶瓷材料应用的发展却比较有限，其中原因有陶瓷相对比较脆弱，容易破碎，其二是搬运比较麻烦，比较笨重，还有就是生产工艺得不到太多改进。但是如果我们跳出中国看世界，会发展其实在国外的陶瓷工业的发展其实有很高的技术水平的。不单是陶瓷材料，陶瓷制品，足以说得上是高科技产品。比如说：特种陶瓷中高性能复合氧化锆应用生产出来的产品不仅质量轻，坚固耐磨，适用范围很广。还有潜水艇上用的消声瓦，航天飞机上的隔热瓦都跟陶瓷有关……特种陶瓷市场前景广阔，据有关方面预计，我国特种陶瓷市场到2015年产值将达到450亿元。特种陶瓷的发展之路将是中国陶瓷工业未来发展的方向，也是陶瓷企业生存壮大的根本，没有技术是没有话语权的！也只有这样才能把陶瓷做高科技的产业，才能无愧于"china"的称号。
题目超级电容器技术综述 学号 班级_____________ 学生 _______________ 扌旨导教师_______ 杨莺_________________ ______ 2014 _______ 年
超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的 优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend . 引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。 1 超级电容器概述 1.1超级电容器的定义及特点
纳米陶瓷材料的初步了解 罗杰无机1001 摘要：本文主要介绍了纳米陶瓷材料的制备方法、特性、一些当前的应用和前景 前言 随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服 陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属似柔韧性和可加工性。英国材料学家Cahn指出，纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。纳米耐高温陶瓷粉涂层材料是一种通过化学反应而形成耐高温陶瓷涂层的材料。作为一名无机专业的学生，我认为纳米陶瓷将会是本专业的一个极有前景的发展方向，也可能是将来我们自己所要研究的方向，因此我把自己的short parper 的主题放在了这。 纳米陶瓷的制备 纳米陶瓷的制备工艺主要包括纳米粉体的制备、成型和烧结。目前世界上对纳米陶瓷粉体的制备方法多种多样，其中主要分为两类：物理方法和化学方法。其中物理方法有：惰性气体冷凝法、电子蒸发法、激光剥离法等等；化学方法有：化学气相沉积法、沉淀法、溶胶一凝胶法等等。但应用较广且方法较成熟的主要有气相合成和凝聚相合成2种。 1、气相合成：主要有气相高温裂解法、喷雾转化法和化学气相合成法，这些方法较具实用性。化学气相合成法可以认为是惰性气体凝聚法的一种变型，它既可制备纳米非氧化物粉体，也可制备纳米氧化物粉体。这种合成法增强了低温下的可烧结性，并且有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度。原料的坩埚中经加热直接蒸发成气态，以产生悬浮微粒和或烟雾状原子团。原子团的平均粒径可通过改变蒸发速率以及蒸发室内的惰性气体的压强来控制，粒径可小至3～4nm，是制备纳米陶瓷最有希望的途径之一。 2、凝聚相合成（溶胶一凝胶法）：是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形成配合物，通过控制PH值、反应温度等条件让其水解、聚合，经
超级电容器综述 超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。 超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。 由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。 目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类： ●双层电容器（Double layer capacitor） 由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。 ●赝电容器（Pseudo－capacitor）
由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代； ●混合电容器（Hybrid capacitor） 由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。目前在水溶液电解质体系中，已有碳/氧化镍混合电容器产品，同时正在发展有机电解质体系的碳/碳（锂离子嵌入反应碳材料）、碳/二氧化锰等混合电容器。 此外，若按照电容器采用的电极材料分类，则可分为碳基型、氧化物型和导电聚合物型；而按采用的电解质类型分类，则又分为水溶液电解质型和非水电解质型（主要为有机电解质型）。在有机电解质溶液中，电容器的工作电压可提高至2.5V以上。 超级电容器的性能特点 超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理，性能比较详见下表。 超级电容器作为一种新型能源器件，具有以下主要优点： （1）功率密度高 超级电容器的内阻很小，且在电极/溶液界面和电极材料本体内部均能够实现电荷的快速贮存和释放，因此它的输出功率密度高达数千瓦/千克，是任何一种化学电源都无法比拟的，是一般技术'>蓄电池的数十倍。
新型陶瓷材料的应用与 发展 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶 瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷， 而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展， 各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科 学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高 速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震 而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各 行各业。 应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐 蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代 表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗 性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被 有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生 物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，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，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合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质 量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的 研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前 对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作
陶瓷工艺学. 马铁成主编中国轻工业出版社2011 陶瓷及其复合材料周张健编著北京理工大学出版社2007 陶瓷生产工艺知识问答张长海编著化学工业出版社2008 现代陶瓷材料及技术曲远方主编华东理工大学出版社2008 陶瓷矿物原料与坯釉配方应用刘属兴, 刘维良, 夏光华编著化学工业出版社2008 陶瓷-金属复合材料-第2版李荣久主编冶金工业出版社2004 陶瓷工艺学张锐主编化学工业出版社2007 陶瓷矿物原料与岩相分析主编刘属兴武汉理工大学出版社2007 陶瓷材料显微结构与性能张金升 ... [等] 编著化学工业出版社2007 陶瓷镀层(日)竹田博光编思远出版社1993.9 陶瓷表面技术周元康, 孙丽华, 李晔编著国防工业出版社2007 陶瓷材料学周玉编著科学出版社2004 实用陶瓷材料手册张玉龙, 马建平主编化学工业出版社2006.7 陶瓷制品检测及缺陷分析顾幸勇, 陈玉清主编化学工业出版社2006 中国陶瓷综述朱裕平编著山东美术出版社2006 陶瓷－金属材料实用封接技术高陇桥编著化学工业出版社2003 陶瓷添加剂应用技术俞康泰编著化学工业出版社2006 陶瓷材料的强韧化穆柏春 ... [等]著冶金工业出版社2002 陶瓷色釉料与装饰导论俞康泰编著武汉工业大学出版社2001 .陶瓷材料力学性能导论(美)格林著 陶瓷添加剂沈一丁, 李小瑞编著化学工业出版社2004 41.陶瓷滚动轴承王军著东北大学出版社2000 陶瓷材料断裂力学龚江宏著清华大学出版社2001 .陶瓷克里斯·莱夫特瑞上海人民美术出版社2004 陶瓷制品造型设计与成型模具杨裕国编著化学工业出版社2006 .陶瓷材料表面改性技术曾令可, 王慧编著化学工业出版社2006 .陶瓷材料导论主编关长斌, 郭英奎, 赵玉成哈尔滨工程大学出版社2005 .陶瓷材料概论何贤昶著上海科学普及出版社2005.9 .陶瓷－金属材料实用封接技术高陇桥编著化学工业出版社2005.4 .陶瓷纤维崔之开编著化学工业出版社2004 陶瓷材料力学性能导论David J.Green著清华大学出版社2003 .陶瓷腐蚀(美)罗纳德A·麦考利著冶金工业出版社2003
一、超级电容器的发展与进步 （一）概述 在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。 电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。 超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。 超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。 （二）超级电容器的原理 超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。一方面，与传统电容器相比，超级电容器的电极材料往往选用高比表面积材料，如活性碳，通过静电作用在固/液界面形成对峙的双电层存储电荷，因此超级电容器拥有比传统电容器高的能量密度，静电容量能够达到千法拉至万法拉级；另一方面，与电池能量存储机理类似，超级电容器可以通过法拉第氧化还原反应完成电荷存储和释放，由于主要依靠电极表面或近表面的活性材料存储电荷，超级电容器与电池相比，能量密度较低，但是具有高的功率密度和循环稳定性。 1 传统电容器 传统的平行板电容器是所有静电电容器储能的基础，传统电容器电能的储存来源于电荷在两极板上聚集而产生电场。平行板电容器的静电电容的计算公式为： r是两极板材料的相对介电常数，0是真空介电常数，A是电极板的正对面积，d 是两极板的距离。 2 双电层超级电容器 双电层电容器是通过静电电荷分离，依靠固/液界面的双电层效应完成能量的存储和转化。电解液离子分布可为两个区域——紧密层和扩散层。其双电层电容可视为由紧密层电容和扩散层电容串联而成。双电层电容器正是基于上述理论发展起来的。充电时，电子经外电
电子技术查新训练文献综述报告 题目超级电容器技术综述 学号3130434055 班级微电132 学生赵思哲 指导教师杨莺 2014 年
超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .
功能陶瓷材料概述 功能陶瓷由于其在电、磁、声、光、热、力等方面优异的性能，广泛应用于电子电力、汽车、计算机、通讯等领域，在科学技术发展和实际生产生活中发挥着越来越重要的作用。主要阐述了功能陶瓷电学、光学、磁学、声学、力学等基本性质，并介绍了功能陶瓷的种类和应用以及未来发展趋势。 标签： 功能陶瓷；性质;应用 1 前言 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。它有别于我们所熟知的日用陶瓷、艺术陶瓷、建筑陶瓷等，而是指在电子、微电子、光电子信息和自动化技术以及能源、环保和生物医学领域中所使用的陶瓷材料。功能陶瓷以其独特的声、光、热、电、磁等物理特性和生物、化学以及适当的力学等特性，在相应的工程和技术中发挥着关键作用，如制造电子线路中电容器用的电介质瓷，制造集成电路基片和管壳用的高频绝缘瓷等。 2 功能陶瓷基本性质 功能陶瓷是利用其对电、光、磁、声、热等物理性质所具有的特殊功能而制造出的陶瓷材料。其电学、光学、磁学、声学、热学、力学等性质是研究和运用的重点。功能陶瓷的这些性质与其组成、结构和工艺等有着密切关系。 功能陶瓷电学性质可以用电导率、介电常数、击穿电场强度和介质损耗来表示，是功能陶瓷材料很重要的基本性质之一。光学性质指其在可见光、红外光、紫外光及各种射线作用时表现出的一些性质。表征磁学性质的参数有磁导率、磁化率、磁化强度、磁感应强度等。材料在外力作用下都会发生相应的形变甚至破坏，有必要研究材料的力学性能，功能陶瓷材料也具有弹性模量、机械强度、断裂韧度等表征力学性能的参数。 3 功能陶瓷种类及其应用 功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。目前已经研究比较深入并大量使用的功能陶瓷有绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等，下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其应用。 3.1 绝缘陶瓷
材料科学导论 课程论文 题目： 院（系）： 专业： 姓名： 学号： E–mail：
超级电容器的研究综述 摘要：超级电容器具有储存能量大、比功率大、耐低温、免维护、低污染等突出优点，广泛地应用在启动、牵引动力、脉冲放电和备用电源等领域。综述了超级电容器的发展和超级电容器的研究进展，认为要想更大地提高超级电容器的比容量和储能密度等，需要进一步对电极材料、电解质材料、加工工艺、结构设计等方面进行研究。 关键词：超级电容器；电极材料；电解质材料 Research summary of supercapacitor Abstract: Supercapacitor could be used in start, traction, pulse-discharge and standby power with the advantages of high energy, high specific power, low temperature tolerance, maintenance free and low pollution. The research progress of supercapacitor and the development of super- capacitor were reviewed. It was concluded that in order to increase the specific capacity and energy density of supercapacitor, it was necessary to research the electrode materials, electrolyte material ,processing technology and structure design further. Key words: supercapacitor；electrode material；electrolyte material
超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植
物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料 炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将
陶瓷材料 【摘要】：陶瓷材料是我们日常生活中一种非常重要的材料，尤其是在我们中国，制作陶瓷自古以来就是我们的专长。到了现代陶瓷的概念和功能发生了一系列的变化，本文主要对陶瓷材料的性能，应用以及发展前景做一个简单的概述 【关键字】：陶瓷，材料 正文： 1，概述：传统的陶瓷材料是粘土、石英、长石等硅酸盐材料，而现代陶瓷材料是无机非金属材料的统称。 陶瓷材料是一种天然或人工合成的粉状化合物, 经过成型或高温烧结,由金属元素和非金属的无机化合物构成的多相固体材料。陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、原料丰富、成本低廉等诸多优点而被人一直关注。现在,陶瓷材料、金属材料、高分子材料被称为三大主要固体材料。 2，性能： (1)力学性能：陶瓷材料具有极高的硬度和优良的耐磨性，弹性模量高，钢度大抗拉强度低抗压强度很高，陶瓷的塑性、韧性低，脆性大，在室温下几乎没有塑性。 (2)机械性能:大多数陶瓷的硬度都比金属高的多,特别好, 常用作耐磨零件(如轴承, 刀具).它具有高的弹性模量和高脆性,具有低的抗拉强度和高的抗压强度, 具有较强的耐热功能,具有耐高温的特性, 其熔点一般大于2000℃。此外, 陶瓷材料还具有热膨胀系数较小、导热性较低、热容量较小等机械特性。 (3)电学性能：大多数陶瓷材料有较高的电阻率、较小的介电常数和介电损耗, 因此它可以用作绝缘材料。少数的陶瓷材料可以用作半导体材料,而且已经成为无线电技术和高新技术领域不可或缺的材料。有的陶瓷材料还具有超导特性,，具有超导特性的陶瓷已经成为高温超导材料中的重要组成部分。 (4)化学性能：陶瓷材料具有抗高温氧化、抗腐蚀的能力。它不仅对酸、碱、盐具有良好的抵抗作用,而且还对熔融金属具有抗蚀作用。所以陶瓷材料常用作化学反应的发生器、用作离子交换膜。有的陶瓷材料还可以含载体对化学反应有催化作用。 (5)生物性能：陶瓷材料的生物功能主要表现在可以修复或替换人体的某些组织、器官或增强脏器功能的方面。比如人造腔膜、心脏起搏器用电池板、助听器用振动板等。另外, 有的陶瓷材料还具有人体感知功能。 (6)光学性能：某些陶瓷材料具有光吸收、光反射及光偏移的特性,还有的具有分光性、感光性及导光性。一些先进光学陶瓷材料还具有良好的透光性。利用陶瓷材料的这些光特性可以制造出许多光学产品, 例如制作特种灯具(比如Na灯) 的灯管材料、陶瓷感光计等等。 3，应用： （1），纳米陶瓷材料：纳米陶瓷是指在纳米技术的基础上研究开发的具有更高更多特性陶瓷材料。在陶瓷材料的显微结构中, 相粒尺寸、第二相分布、气孔尺寸等量纲均在纳米量级( 0.1nm至100nm) 的水平上, 因此使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。我们都知道普通陶瓷材料的显微组织主要由晶体相、玻璃相及气相组成, 各相的组成、结构、数量、形状与分布都对陶瓷材料的性能有直接的影响, 而玻璃相及气相的含量较大会使陶瓷的强度、硬度和抗热冲击等性能降低。纳米陶瓷材料的出现很好地克服了普通陶瓷材料这些缺点。并且对材料的力学、电学、化学、光 学、磁学等性能产生重要影响, 为替代普通陶瓷材料的应
氧化锆陶瓷 摘要：本文介绍了氧化锆的基本性质、氧化锆超细粉体的制备方法、高性能氧化锆陶瓷材料的成型工艺以及其在各领域的应用情况。 关键词：氧化锆；高性能陶瓷；制备；应用 材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的材料是十分重要而急迫的任务，氧化锆就是具有这种功能的智能材料！ 一、名称：氧化锆陶瓷，ZrO2陶瓷，Zirconia Ceramic 二、种类及特点 纯ZrO2为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2，不易分离。世界上已探明的锆资源约为1900万吨，氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。在常压下纯ZrO2共有三种晶态：单斜氧化锆（m-ZrO2）、四方氧化锆（t-ZrO2）和立方氧化锆（c-ZrO2），上述三种晶型存在于不同的温度范围，并可以相互转化： 单斜（Monoclinic）氧化锆（m-ZrO2）<950℃ 5.65g/cc 四方（Tetragonal）氧化锆（t-ZrO2）1200-2370℃ 6.10g/cc 立方（Cubic）氧化锆（c-ZrO2）>2370℃ 6.27g/cc 三、增韧原理 氧化锆增韧的方法,主要是利用氧化锆的相变才能达到的!. 部分稳定ZrO2陶瓷在烧结冷却过程中，ｔ－ZrO2晶粒会自发相变成m－ZrO2，引起体积膨胀，在基体中产生微裂纹，相变诱导的微裂纹会使主裂纹扩展时分叉或改变方向而吸收能量，使主裂纹扩展阻力增大，从而使断裂韧性提高。这种机理称微裂纹增韧。主要增韧方法有：应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、残余应力增韧、表面增韧以及复合增韧等。 其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。 材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。 对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m 相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。 四、氧化锆粉体的制备 ZrO2超细粉体的制备技术 锆英石的主要成分是ZrSiO4，一般均采用各种火法冶金与湿化学法相结合的工艺，即先采用火法冶金工艺将ZrSiO4破坏，然后用湿化学法将锆浸出，其中间
陶瓷概述 学号：姓名： [摘要]：陶瓷是陶器和瓷器的总称。人们早在约8000年前的新石器时代就发明了陶器。除了使用于食器、装饰上外，陶瓷在科学、技术的发展中亦扮演着重要角色。陶瓷原料是地球原有的大量资源黏土经过淬取而成。在今日文化科技中有各种创意的应用。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。如今，陶瓷工艺真正飞速发展。 [关键词]：陶瓷历史；陶瓷材料；新品种陶瓷；新品种陶瓷特点 1.陶瓷的概念及发展历史 1.1什么是陶瓷 陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。陶器和瓷器的总称。陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼，成形，煅烧而制成的各种制品。由最粗糙的土器到最精细的精陶和瓷器都属于它的范围。对于它的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、石英等)，因此与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业，同属于“硅酸盐工业”的范畴。 1.2陶瓷的发展历史 陶瓷的发展史是中华文明史的一个重要的组成部分，中国作为四大文明古国之一，为人类社会的进步和发展做出了卓越的贡献，其中陶瓷的发明和发展更具有独特的意义，中国历史上各朝各代有着不同艺术风格和不同技术特点。中国是世界上最早应用陶器的国家之一，而中国瓷器因其极高的实用性和艺术性而备受世人的推崇. 在中国，制陶技艺的产生可追溯到纪元前4500年至前2500年的时代，汉族劳动人民在科学技术上的成果以及对美的追求与塑造，在许多方面都是通过陶瓷制作来体现的，并形成各时代非常典型的技术与艺术特征。 夏朝以前发展的标志是彩陶。其中有较为典型的仰韶文化、以及在甘肃发现的稍晚的马家窑与齐家文化等等，解放后在西安半坡史前遗址出土了大量制作精美的彩陶器，令人叹为观止. 汉朝，陶器受到了更为确切的重视,在这一时期，烧造技艺有所发展，较为坚致的釉陶普遍出现，汉字中开始出现“瓷”字。同时，通过新疆、波斯至叙利亚的通商路线，中国与罗马帝国开始交往，促使东西方文化往来交流，从此一时期的陶瓷器物中也可以看出外来影响的端倪。 唐代，陶瓷的工艺技术改进巨大，许多精细瓷器品种大量出现，即使用当今的技术鉴测标准来衡量，它们也算得上是真正的优质瓷器。尤其以唐三彩最为出名。唐末五代十国出现了一个陶瓷新品种——柴窑瓷（萧窑），质地之优被广为传颂，但传世者极为罕见。
材料学导论陶瓷材料 《材料科学导论》课程学习报告 —关于陶瓷材料学习的体会 1. 陶瓷材料概论 说到陶瓷,在许多人的印象中,是一种坚硬易碎的物体,缺乏韧性,缺乏塑性。许多陶瓷学家把陶瓷看成是用无机非金属化合物粉体,经高温烧结而成,以多晶聚集体为主的固态物。这一定义虽然同时指出了材料的制备特征和结构特征,但却把玻璃、搪瓷、金属陶瓷等摒除在外。所以,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。 2. 陶瓷材料的发展 陶瓷是人类最早利用自然界提供的原料制造而成的材料。旧石器时代,人们就发现经火煅烧过的粘土,其硬度和强度都大大提高,而且不再被水瓦解。于是,就有了利用粘土的可塑性,将其加工成所需的形状,然后用火烧制成的陶器。随着金属冶炼术的发展,人类掌握了通过鼓风机提高燃烧温度的技术,并且发现,有一些经高温烧制的陶器,由于局部熔化变得更加致密坚硬,完全改变了陶器多孔,透水的缺点。经过长期的摸索和经验积累,以粘土,石英,长石等矿物原料配制而成的瓷器出现了。 从陶器发展到瓷器,是陶瓷发展过程中的一次重大飞跃。这种传统的瓷器,从结构上来看,是由玻璃相结合在一起的、由许多微小的晶 粒构成的物体。 随着科学技术的高速发展,人们迫切需要大量强度很高,绝缘性能良好的陶瓷材料。此时,人们发现,尽管陶瓷中的玻璃相使陶瓷变得坚硬、致密,然而它却妨碍了
陶瓷强度的提高。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,玻璃相含量比传统陶瓷低的一些强度高,性能好的材料不断涌现。现在,许多科学与技术方面使用的高性能陶瓷(High performance Ceramics)都是几乎不含有玻璃相的结晶态陶瓷。为了有别于传统陶瓷,称之为先进陶瓷(Advanced Ceramics)或高技术陶瓷(High Tech Ceramics);有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)或工程陶瓷(Engineering Ceramics)。 3. 陶瓷材料的定义 陶瓷的传统定义:陶器和瓷器的总称,包括玻璃,搪瓷,耐火材料,砖瓦,水泥,石膏等。 陶瓷的狭义定义:以粘土为主要原料，经高温烧制而成的制品。 陶瓷的广义定义:经高温烧制而成的无机非金属材料的总称。 陶瓷的精确定义:用天然原料或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。 4. 陶瓷材料的分类陶瓷材料按照性能可大致分为普通陶瓷和特种陶瓷。 1. 普通陶瓷:原料: 粘土、石英和长石。 特点:坚硬而脆性较大、绝缘性和耐腐蚀性极好;制造工艺简单，成本低廉，各种陶瓷中用量极大。 分类:普通陶瓷又分为普通日用陶瓷和普通工业陶瓷。 (1) 普通日用陶瓷:特点:作日用器皿和瓷器，具有良好的光泽度、透明度，热稳定性和机械强度较高。分类:长石质瓷(国内外常用的日用瓷，作一般工业瓷制品)、绢云母质瓷(我国的传统日用瓷)、骨质瓷(近些年得到广泛应用，主要作为高级日用瓷制品)和滑石质瓷(我国发展的综合性能好的新型高质瓷)。 (2) 普通工业陶瓷:特点:普通工业陶瓷有炻器和精陶。炻器是陶器和瓷器之间的一种瓷。分类:工业陶瓷按用途分为:建筑卫生瓷(用于装饰板，卫生间装置和器
陶瓷材料的結構與特性 【摘要】一般稱為陶瓷的材料是泛指「非金屬的無機固相物質」，它通常是一種化合物，由兩種或兩種以上的帶電離子鍵結所構成。由於離子種類不同，合成的物質具有與金屬材料截然不同的機械、電、磁、光等特性。 英文ceramic（陶瓷）一字源自希臘字"keramikos"，意指「燒過的東西」。在中國的工藝辭彙裡，「陶」與「瓷」卻指不同的燒成品：前者是指燒結後的物品，例如瓦罐，它仍具有表面孔隙，在潮濕的環境中會吸收水分；「瓷」一字指的是表面燒結緻密，不會滲水的日用器皿，其表面常覆蓋著一層玻璃質的釉料，在高溫的燒成後，表層可以隔離水氣的入侵。 陶瓷材料與人類文明的發展息息相關 建築業採用大量的水泥材料，外牆及室內裝飾的壁磚、地磚，以及有利採光與美觀的多色玻璃門窗或幕帷，隨處可見。日常電器用品或資訊產品中，做為個人電腦386／486中央處理器多層電路隔板的氧化鋁基板、電阻材料、多層電容器，都是由高純度的陶瓷所製成。由於某些陶瓷具有優異的抗腐蝕性，這種材料又可用來製作強酸、強鹼的容器，或是製成人工關節，來取代人體內不堪使用的關節。陶瓷的高硬度，使得許多容易磨蝕的組件漸漸採用陶瓷，而且它的熔點比一般的金屬與高分子材料來得高，所以高溫的隔熱材料或是廢熱的熱交換器，都可使用陶瓷材料。其他在國防工業或航太工業，精密陶瓷都有其特定的用途。 如果了解陶瓷材料的原子結構與金屬及高分子材料的不同後，大家一定不會對陶瓷性質的多樣性感到懷疑。一次世界大戰以前，陶瓷產品只限於日常的器物如磚瓦、混凝土或是玻璃器皿。但1940年以後，陶瓷領域已擴展到微電子、電腦、資訊、國防、航太的範圍之中。由於對陶瓷的物、化性質的了解，改善純化與合成的技術，並發展出新的陶瓷製造工程，才使得簡單的建築與日常使用的陶瓷材料，擴展為特定用途的精密陶瓷組件。 最常見的陶瓷原料是天然風化的礦石，像是黏土或石英砂，主要的成分是氧化矽，其次是氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，或是鹼金屬的氧化物。由於大自然長年風化作用的結果，將火山岩漿形成的花崗岩分解，經雨水及二氧化碳作用將其中的長石（含鉀鋁矽的氧化物）部分溶解，殘留的鋁矽酸物轉成高嶺土（一種常見的陶瓷黏土）。這種黏土的基本成分是Al2O3.2SiO2.2H2O，因為含有氧化鐵的雜質，常呈棕褐色，又在自然環境的分離作用下，細小的晶粒（小至1mm的1/1000）沈積成黏土礦，其中混雜著有機質，成為傳統陶瓷原料的主要來源。由於含有有機質（像木質素或藻膠），細緻的黏土很容易與水混合，形成的泥漿也有適當的黏性，由泥漿注模成形的坯體也有相當的強度，可以移入窯爐裡，燒出精緻、美觀的瓷器。 細小的陶瓷顆粒，有些呈圓形，有些呈鬚晶或板片狀，但都有其固定的結晶構造。因為顆粒夠小的關係，燒陶瓷生坯時，不必達到它的熔點就能將陶瓷燒結緻密。緻密的陶瓷器不僅不易吸水，其他的強度、硬度、透明度等性質都能提高不少。 此外，利用燒瓷溫度與時間的調整，細小的陶瓷顆粒在燒結時會逐漸靠近，達到緻密化的目的；晶粒也會逐漸長大，或是長成「柱晶」狀，例如許多白色瓷器的坯體都有的「富鋁紅柱石」（mullite，又稱「莫來石」）。不同的熱處理方法，包括改變加熱的溫度、時間、氣氛，可造成晶粒與孔隙的變化。不同的晶粒大小、分布與晶界間的現象，我們統稱「微結構」，這種結構的尺度就比原子的結構或是晶體結構大上數百倍，乃至數千倍以上。陶瓷材料的性質即決定於陶瓷化合物的「原子結構」、「晶體結構」，以及不同製程產生的「微結構」。 以下按陶瓷的基本分子結構、結晶結構與微結構，由小而大，分階段舉例說明與陶瓷特性間的關係。 陶瓷的分子結構 前面提及最常見的陶瓷材料是以黏土為主的氧化物，包括氧化矽、氧化鋁或氧化鉀的分子，這些分子都含有一定量的陰及陽離子。兩個異性的離子由於游離或吸引電子的能力不同的關係，當它們接近時，除了可藉由共同擁有原子軌道上的電子達到穩定的效果外，這種對價電子親和能力（又稱「陰電性」）也會影響兩個相吸的異性離子的鍵結特性，我們常以「游離率」或「陰電性差值」來表示。 當陰陽離子的陰電性相差愈多，它們形成的化合物的「離子鍵性」愈高，反之則「共價鍵性」高。所以除了少數的例外，大部分的陶瓷材料的分子鍵結形態多屬兩種鍵性的混成。完全的共價鍵材料極少，結晶形的鑽石（碳）即是一例；而接近完全離子鍵的化合物，像食鹽（氯化鈉）則只有非常微弱的共價鍵性。稍後，我們將介紹共價與離子鍵性比例的高低，將直接影響陶瓷材料的熔點、基本分子結構、導電性及其他許多物理性質。