B2O3-Al2O3-SiO2透明玻璃陶瓷研究
1、介绍
由S. D. Stookey在二十世纪五十年代中期发现的微晶玻璃，是一种至少包含一个结晶相和一个玻璃相的多晶陶瓷材料，它们在可控条件下核化以及结晶化，并且一般玻璃中残余玻璃相低于50%。将前驱玻璃熔化、淬火和成形，之后通过热转换使一种结晶相分散在玻璃基体中就得到微晶玻璃。控制内部结晶的重点是成核的效率，加入很小部分的形核剂后，即可使陶瓷中的晶粒良好地无定向生长，且没有空隙、微裂纹和其他气孔。按照stewart所说，TiO2和ZrO2或它们的混合物是最常用、比较有效的形核剂。在可控热处理中，形核和各种结晶相在玻璃基体中长大。
微晶玻璃与它相对的基础玻璃相比具有优异的热、机械、物理和化学性能。基础玻璃中各种氧化物成分都有其各自独特的作用。
往玻璃成分中引入Na2O和ZnO能改变其热物理性能，包括降低粘度和提高热膨胀率。B2O3充当玻璃的网状骨架。为了提高原玻璃的工作性能以及降低成本，使用LiO2来部分代替MgO和ZnO。
透明玻璃陶瓷具有零热膨胀性、良好的导热性、在激光下透明度高、优越的化学稳定性和抗热震性，有在不久的将来取代单晶玻璃的潜力。
本项研究的目的是制备B2O3-Al2O3-SiO2透明玻璃陶瓷并检查热处理温度和时间对微观组织的影响，据我所知这尚未被人报道。实验用DTA, XRD, UV-Vis-Nir 分光光度计和SEM进行表征。
2、实验
2.1 原料
分析纯SiO2, Al2O3, ZnO, LiOH, KOH, H3BO3, TiO2, ZrO2和Sb2O3用于最初原玻璃的制备。玻璃的成分见表1。使用TiO2和ZrO2作为形核剂，Sb2O3作为澄清剂。引入K2O和ZnO以提高玻璃的热物理性能，包括降低粘度和提高热膨胀率。B2O3充当玻璃的网状骨架。
原料使用行星式球磨机进行均化。将配合料放入铂金坩埚中放入带PID控制的MoSi2电阻炉中进行加热，在1450℃下保温2h。室温下将熔化液倾倒在不锈钢板上，将得到的样品在600℃进行退火处理2h，再以20℃/h的速率使样品降低至室温来缓解内部应力。最终制成了清晰、透明、无气泡的玻璃。
2．2 特征描述
玻璃的核化和晶化用差热分析对玻璃样品的晶化行为进行记录而表征。该仪器使用熔点高的高纯铟和锌进行校准。将14. 566mg玻璃粉末放入氧化铝坩埚中在持续吹氮气氛下测量数据。在30~ 1000℃范围内以10℃/ min的升温速率记录差热曲线。由差热曲线可知玻璃样品在650℃到830℃范围内结晶。不同的热处理工艺在表2给出，用于研究形核和结晶过程，以及微观组织的变化。
在该次实验中，使用X粉末衍射仪对晶体相进行鉴定。扫描方式是以4°/min的速率从2θ=5°到50°。
最终得到的微晶玻璃样品使用分光光度计进行表征。在做透射实验之前，需把样品制成10mm*10mm*1mm的块并抛光。
3、结果和讨论
3.1 差热分析
本次实验中BAS玻璃的差热曲线如图1所示。差热曲线显示在650℃有一个特征吸热峰，
而吸热基线显示550℃是玻璃开始转变的温度。720℃和772℃分别是形核和结晶的放热峰。
3.2 XRD
本次实验中一些样品的XRD数据如图2所示。XRD分析指出了玻璃结晶的证据。峰值与已知纪录的主晶相相一致。所有的峰值使用PCPDF软件进行分析之后，得出主晶相化学式为Al4B2O9。数据显示Al4B2O9晶相的强度随热处理温度的升高的持续时间的增长而变强。实验结果显示在650~670℃进行热处理时生成微量的正交Al4B2O9。在该温度下成核时间并不能显著影响衍射峰以及晶核密度。当温度升到680℃时，衍射峰变得较窄，这指出更多晶核形成。在680℃时，成核时间越长，衍射峰峰值越大，但对宽度影响不大。这个现象归因于微晶的密度。随着结晶时间的增加，衍射峰变得尖锐，这显示了微晶的生长。
把XRD提供的半峰全宽数据带入Scherrer公式中进行计算，可得出不同热处理温度下的晶粒尺寸。主要的晶粒尺寸以及与之对应的晶化时间在图3给出。第二项符合多项式y= 13. 88333+ 1. 95x- 0. 20333x2。可以得出结论：在740℃时4h内微晶的密度随着晶化时间的增加而快速增加，而之后则变化不明显，这是由于非常低的生长速率。
依据给定温度下的晶粒生长公式G m- G m0 = kt。其中G是晶粒平均尺寸，G0是t=0时的晶粒尺寸，k是个常数。这里的m大约是3，表明晶粒以晶界扩散机制长大。
不同结晶时间下的晶粒尺寸的标准偏差在图4给出。最初标准偏差随着热处理持续时间的增加而变大，在乳化4h之后则轻微变大，这表明在最初结晶阶段晶粒尺寸相对较大的晶粒比尺寸小的生长更快，在一定时间之后它们则达到同样低的速率，这在之前已经讨论过。图5是晶粒尺寸分布函数图，它的频率可有下面的公式计算出。
其中f n是频率，S d是标准偏差，D是平均粒径。从图5显然可以得出结论：晶粒尺寸的分布是正常的，与1h相比2h的粒径更均匀，因为经过1h的处理晶粒并没有完全生长，这导致在乳化时间内形核和长大同时进行。当乳化时间更长时晶粒尺寸则变得离散。
3.3 SEM
SEM用来研究微晶玻璃的形态、晶粒尺寸以及残余玻璃基体的分布。微晶玻璃Tb-6由大约20nm的微晶组成，如图6所示，这也解释了为什么结晶率这么高透过度还这么好的原因。这些细晶通常凝聚成团。样品Tb-3如图7所示，因为较短的乳化时间，它的粒径小，仅10~20nm。已被证实使用Scherrer公式计算出的尺寸与使用SEM测得的实际尺寸相一致。
3.4 UV-Vis-Nir透射实验
玻璃样品在680℃下分别进行持续30、60、和120分钟的热处理，在740℃下分别进行30、60、120、240分钟的热处理。240~2400nm范围内的透明度通过测量得到。UV-Vis-Nir透射曲线如图8所示。对所有样品，透过度在250nm以下是0，在250到800nm范围内透过度则不同程度的急剧增加。在热处理在740℃下持续时间超过30分钟，从268到900nm的透过度随着持续时间的增加而下降。样品Tb-1在800nm的透过度达到90%，这个数值几乎可以一直保持到2096nm时。
由下面的公式E g=h c/λco,其中c是光速，E g是能隙，λco是截止波长。微晶玻璃的λco是250nm，所以微晶玻璃材料的E g是4.98eV。
4 结论
采用传统的熔融和退火技术制备出含B2O3-Al2O3-SiO2-Li2O-K2O组分的硼铝硅玻璃, 并通过成核和长晶工艺最终制备出透明玻璃陶瓷。微晶玻璃与前体玻璃相比结构有了明显的改变。主要的结晶相经鉴定为正交Al4B2O9。使用Scherrer公式计算出的晶粒平均尺寸与SEM 测量的实际尺寸相一致。粒径的分布正常。晶粒长大方式是晶界扩散机制。实验获得了高达90%透过度的微晶玻璃，同时粒径（<30nm）远小于可见光的波长。
功能陶瓷材料的应用 研究 姓名：刘军堂___________ 学号: 23122837________ 班级: 机械1201_________ 任课老师：张志坚__________
功能陶瓷材料的应用研究 1.选择一个课题进行相关检索，要求对课题作简要分析，并在分析的基础上确定检索词，准确描述检索过程。（10分）（可选择其他课程中以论文方式考核的科目，如无此类题目，可自选或用备选题目） 功能陶瓷 功能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料，各国在基础与应用研究以及工程化方面，均给予了特殊重视，特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据功能陶瓷材料的应用前景，本文介绍了功能陶瓷新材料的性能、应用范围，市场的开发应用现状和开发应用新领域，以及正在研发的高性能陶瓷材料；同时介绍了功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；应用现状；趋势 检索过程 第一步：进入“中国知网”主页，网址是“https://www.doczj.com/doc/c78560697.html, 第三步：登录成功后会进入操作界面， 第四步：选择要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按自己的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。
陶瓷材料的力学性能 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 玻璃 — 工业玻璃 (光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 陶瓷 —普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘） ，化工，多孔 ……特种陶瓷 -电容器，压电，磁性，电光，高温 …… 金属陶瓷 -- 结构陶瓷，工具（硬质合金） ，耐热，电工 …… 玻璃陶瓷 — 耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷 … 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种
陶瓷（人工的化学或化工原料 --- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2) 坯料的成形 （可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 2 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4)塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7)热稳定性 — 抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷 220 ℃） (8)化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性 — 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（ NiO ， Fe3O4 等） (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷
文章编号:1000-2278(2002)04-0246-05 透明陶瓷的研究现状与发展展望 刘军芳 傅正义 张东明 张金咏 (武汉理工大学) 摘 要 简要地论述了国内外对透明陶瓷的研究现状,重点介绍了透明陶瓷制备中出现的新方法和新工艺,探讨了气孔和晶界组织结构等因素对透明陶瓷的透光性能的影响,并对透明陶瓷研究的发展提出了自己的看法。关键词:透明陶瓷,制备工艺,气孔率 中图法分类号:TQ174.75+8 文献标识码:A THE RESEARCH SITUATION AND DEVELOPMENT PROSPECT OF TRANSPARENT CERAMICS Liu Jun f ang Fu Zhenyi Zhang Dongming Zhang Jinyong (Wuhan University of Science and Technology) Abstract THe current research situation for transparent ceramics was introduced.It mainly focused on the new method and new technology appeared in the transparent cera mics preparing.Meanwhile it simply discussed the effect of pores and grain boundary organization structure on the transmittance of transparent ceramics,and at the same time the author present her own opinion.Keywords transparent cera mics,prepara tion technics,porosity 1 前 言 自1962年R.L.C oble 首次报导成功地制备了透 明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用112 。近38年来,世界上许多国家,尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量的研究工作,先 后开发出了Al 2O 3、Y 2O 3、MgO 、CaO 、TiO 2、ThO 2、ZrO 2等 氧化物透明陶瓷以及Al N 、ZnS 、ZnSe 、MgF 2、CaF 2等非氧化物透明陶瓷 12-32 。 2 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下 条件142 :(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小;(5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方 收稿日期:2002-03-06 作者简介:刘军芳,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,430070 第23卷第4期 2002年12月 陶瓷学报 JOURNAL OF CERAMICS Vol.23,No.4Dec.2002
材料与化工学院 2012级材料科学与工程二班 课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健 学生学号： 授课老师：
目录 1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------4 2.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------4 2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------4 2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------5 2.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------5 2.2.2 PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------6 2.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------6 2.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------7 2.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------7 2.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------7 2.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------7 2.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------8 3.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8
教学准备 1. 教学目标 知识与技能： 1.知道玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料及用途。 2.了解光导纤维和高温结构陶瓷等新型材料的性能与用途。 过程与方法 了解玻璃陶瓷和水泥对生产生活的重要意义 情感态度与价值观 感受化学在生活生产中的重要地位，培养学生关注社会的意识和责任感。 2. 教学重点/难点 教学重点 玻璃、陶瓷和水泥的制备原料，主要反应及成分。 教学难点 玻璃、陶瓷和水泥的制备原料及成分 3. 教学用具 教学课件 4. 标签 教学过程 教学过程设计 一、新课引入 展示各种玻璃制品的图片：
二、新课教学 自学任务： 1、制造普通玻璃的主要原料是什么？普通玻璃的主要成分是什么？生产普通玻璃的简单流程是怎样的？ 2、了解不同性能的玻璃 3、制造陶瓷器的主要原料是什么？了解陶瓷器的制造过程极其性能 4、制造水泥的主要原料是什么？普通水泥的主要成分是什么？生产普通水泥的简单流程是怎样的？ 5、了解“水泥的水硬性”、“水泥砂浆”、“混凝土”及“钢筋混凝土”
6、了解“光纤”与“光缆”及“光纤”的用途；了解“高温结构陶瓷”的性能与用途 [板书] 第三节玻璃、陶瓷和水泥 （一）玻璃 1、普通玻璃是Na2SiO3、 Ca2SiO3、SiO2熔化在一起得到的物质，主要成分是SiO2。这种物质称作玻璃态物质，没有一定的熔点，而是在某个范围内逐渐软化 2、玻璃窑中发生的主要反应： 3、在生产过程中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可制成具有不同性能和用途的玻璃。如：提高SiO2的含量或加入B2O3能提高玻璃的化学稳定性和降低它的热膨胀系数，从而使其更耐高温和抗化学腐蚀，可用于制造高级的化学器皿；加入 PbO后制得的光学玻璃折光率；加入某些金属氧化物可制成彩色玻璃：加入Co 2O3玻璃呈蓝色，加入Cu2O玻璃呈红色，加入Fe2+ 玻璃呈绿色。 4、
陶瓷与玻璃 教材内容：四年级第一学期（上海科技教育出版社） 教学目标： 1、初步了解陶瓷和玻璃的特性、用途和加工方式。 2、通过制作“陶珠”，通过比较区分黏土加热前后的性质变化。 3、简单了解一些人类利用、发明陶瓷和玻璃的历程。 4、欣赏精美的陶瓷和玻璃器皿，知道陶瓷的发明体现了我国古代劳动人民的智慧，从而增加民族自豪感。 教学重点： 通过实验，初步了解陶瓷和玻璃的特性。 教学难点: 通过体验陶泥加工成陶珠的过程，区别加热前后的变化，感知陶瓷的发明历程。 教学准备：玻璃与陶瓷制品，玻璃片，陶瓷勺，铁钉，黏土，陶珠，课件等。 教学课时: 1课时 教学过程： 一．观看视频，激发兴趣，引入新课 [3分钟] 1、开场：同学们，在学习今天的内容之前，先请大家观看一段视频。 2、学生观看陶瓷制作的过程。（视频） 师：刚才的这段视频向我们介绍了什么？师：对，向我们展现了古老的陶瓷制作工艺。板书：陶瓷 3、师：(出示不同的杯子) 问：老师这里有一些杯子，你能说说它们是什么杯子吗？请学生上来区分一下 板书：玻璃 追问：你们是怎么区别陶瓷杯和玻璃杯的？（透明度） 4、师：今天我们就来了解一下“陶瓷与玻璃”的一些特点。（完整板书：加个“与”字。）板书：陶瓷与玻璃（读一下课题）
二、观察与讨论，比较陶瓷和玻璃的特性 [12分钟] 1、过渡：刚才我们通过观看图片，从外观上就可以一眼判断出它们的不同点。 板书：不同点不透明透明 2、观察与讨论，完成学习任务单 师问：还可以从哪些方面比较陶瓷和玻璃的特性呢？（脆性、硬度、耐热性）、 3、师：同学们都作了一些猜测，但是我们还是要通过实验来证明一下。 4、观看视频：陶瓷、玻璃都摔碎了。 5、师：从刚才的视频中你们得出什么结论？ 师：对，这是它们的一个共同点。 板书：共同点易碎 6、师：刚才我们是通过视频了解到陶瓷与玻璃都容易碎，下面我们自己亲自动手做做小试验，再进一步了解他们的特点。 活动一： 要求：用小铁钉分别划玻璃和陶瓷，说说你的感受？ 学生动手实验，教师巡视。 交流感受，得出结论：板书：坚硬 小结：通过实验我们发现，陶瓷和玻璃都很坚硬。（手指板书，再次强化） 活动二： 师：当坚硬的陶瓷和玻璃遇到火时，会发生怎样的变化呢？再请同学们观看视频。师：当温度达到600-700度时，玻璃就软化了；而陶瓷要融化的话，温度要达到2000度以上。由此我们可以得出结论：陶瓷的耐高温性超过玻璃， 板书：陶瓷的耐高温性超过玻璃 7、完成学习任务单。（教师巡视） 8、小结：通过观察与实验，我们了解到：（指着板书让学生一起说他们的相同点和不同点。）
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
功能陶瓷材料总复习
功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1、定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率范围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 松弛极化 频率范围：
铁电体， 晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。 电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。 电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相 T
沈宗洋等： (Na, K)NbO3基无铅压电陶瓷的研究进展· 521 · 第38卷第3期 氧化钇透明陶瓷的研究进展 靳玲玲1，蒋志君2，章健1，王士维1 (1. 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050；2. 科技部高技术研究发展中心，北京 100044) 摘要：Y2O3为立方结构，熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽，声子能量低，易实现稀土离子的掺杂。Y2O3透明陶瓷在高温窗口，红外头罩，发光介质(闪烁、激光和上转换发光)及半导体行业具有潜在应用价值，有些已获得实际应用。结合研究结果，本文重点介绍Y2O3透明陶瓷制备工艺的研究进展，综合评述Y2O3透明陶瓷在高压气体放电灯灯管、窗口材料、闪烁陶瓷、激光陶瓷、上转换发光等应用领域方面的研究，并对国内Y2O3透明陶瓷的研发提出看法。 关键词：氧化钇；透明陶瓷；制备工艺；稀土掺杂；综合评述 中图分类号：O61 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2010)03–0521–06 RESEARCH PROGRESS OF YTTRIA TRANSPARENT CERAMICS JIN Lingling1，JIANG Zhijun2，ZHANG Jian1，WANG Shiwei1 (1. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050; 2.The High Technology Research and Development Center, The Ministry of Science and Technology, Beijing 100044, China) Abstract: Because of the high melting point, chemical stability, high transmittance from ultraviolet rays to middle infra-red, and low phonon energy, yttria is a promising material for high temperature windows, infrared domes, optical matrix for scintillation, laser output and upconversion, and components of semiconductor devices. In this paper, the preparation process of yttria transparent ce-ramics and luminescence of the yttria transparent ceramics doped with rare earth elements are discussed in detail. And the applications in high-pressure gas discharge lamp, windows, scintillation ceramics, laser ceramics, upconversion luminescence, and so on are re-viewed. Finally, the views on the research of yttria transparent ceramics are put forward. Key words: yttria; transparent ceramics; preparation technology; rare-earth element doping; review 室温下，Y2O3为稳定的c型立方结构, 晶格常数为1.060nm, 空间群为T h7。每个单胞中包含32个Y3+和48个O2–。Y离子格位存在两种不同的晶格环境，有8个高对称性的S6(即C3i)格位和24个低对称性的C2格位。两种不同Y格位的配位数均为6。 Y2O3的物理化学性质的主要特点是： 1) 熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽(0.23～8.0μm)； 2) 在1050nm处，其折射率高达1.89，使其具有80%以上的理论透过率； 3) Y2O3具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙，可以通过稀土离子的掺杂，实现发光性能的有效裁剪，从而实现其应用的多功能化； 4) 声子能量低，其最大声子截止频率大约为550cm–1，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，提高辐射跃迁的几率，从而提高发光量子效率；[1] 5) 热导率高，约为13.6W/(m·K)，高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。[2] 上述特性使Y2O3透明陶瓷在高温窗口、红外探测、发光介质、半导体行业具有潜在应用价值。本 收稿日期：2009–06–16。修改稿收到日期：2009–08–08。基金项目：国家“863”计划(2006AA03Z535)资助项目。 第一作者：靳玲玲(1983—)，女，博士研究生。 通信作者：王士维(1964—)，男，博士，教授。Received date:2009–06–16. Approved date: 2009–08–08. First author: JIN Lingling (1983–), female, postgraduate student for doctor degree. E-mail: lljin@https://www.doczj.com/doc/c78560697.html, Correspondent author: WANG Shiwei (1964–), male, Doctor, professor. E-mail: swwang51@https://www.doczj.com/doc/c78560697.html, 第38卷第3期2010年3月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 38，No. 3 March，2010 DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2010.03.010
文章编号：1006-2874（2010）05-0071-04 特种陶瓷材料的研究进展 葛伟青 （唐山学院，唐山：０６３０００） 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ 特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 １概述 特种陶瓷通常包括结构陶瓷、功能陶瓷(电子陶瓷)和生物陶瓷等.结构陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性,功能陶瓷具有导电、半导性、绝缘、压电、透光、光电、电光、声光、磁光等性能,生物陶瓷具有医疗(人工关节.骨、牙齿等)和催化等功能,在现代工业技术,特别是在高新技术领域中的地位日趋重要。 中国科学院上海硅酸盐研究所所长罗宏杰在佛山市加快发展特种陶瓷推介会上发言说，特种陶瓷具备传统陶瓷不具备的多种特性，消耗低、利润高，应用前景十分广阔。预计2010年全国的市场规模将达到400亿元。世界的市场规模将达到1500亿美元。中国经济的高速发展,将为特种陶瓷制造业提供广阔的市场与发展空间。 目前,高温结构陶瓷研究的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用的材料。高温结构陶瓷的应用在汽车、飞机、火箭等领域获得了成功。福特公司研制的汽车用轮机的机头、定子和叶轮都是用氮化硅制作的,热交换器是用蜂窝状结构的结晶化玻璃制成的。超音速飞机发动机和火箭燃烧室内壁、隔热衬层等高温部位都利用到了陶瓷材料。美国研制成功了AGT100和AGT101型全陶瓷汽车发动机,其进口温度分别达到了1290℃和1370℃,比超合金高200 ~260℃。 ２粉末制备技术进展情况 目前最引人注目的粉末制备技术是超高温技术。利用超高温技术可廉价地研制特种陶瓷。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质，能够获得纯度极高的物质，生产率会大幅度提高，可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶-凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。 ３特种陶瓷成形方法及特点 ３．１干法成型 干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。 3.1.1钢模压制成型（干压法） 将含有少量增塑剂、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放在金属模内,在压机上受压,使之密实成型。钢模压制的优点是易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。 3.1.2等静压成型 等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力可达300MPa左右。在常温下成型时称为冷等静压成型,在几百摄氏度到2000℃温区内成型时称为热等静压成型。等静压有两种方式:干袋法和湿袋法。湿袋法是将粉末或颗粒密封于成型橡胶模型内,置于高压容器 收稿日期：2010-04-15 通讯联系人：葛伟青，E-mail:hbtsgwq@https://www.doczj.com/doc/c78560697.html, ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＯｃｔ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５ 中国陶瓷工业 ２０１０年１０月第１７卷第５期
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
一、玻璃 从1500年埃及人发明玻璃至今，玻璃一直是最常用的仿制宝石材料。尤其现在，玻璃的品种千变万化，几乎可用来仿任何天然宝石，特别是在模仿大多数无机宝石时，具有相当的迷惑性。玻璃的制作工艺已经十分成熟。 一般透明宝石的玻璃仿制品是将传统的玻璃熔融并加入适当的材料而制得的。它具有与被仿制宝石相似的颜色、透明度、折射率、密度和某些特殊的光学效应等。玻璃的熔化通常是在燃气炉窑的陶瓷坩埚中进行的。当加入适当材料的玻璃熔化后，可将其熔融液倒入模子，通过对模子施压以获得所需的形状。在铸模过程中，由于不均匀收缩会在表面留下收缩凹坑。膜子的结合部位也会留下铸模痕。 玻璃品种的类型的性质与加入的特殊材料有关。加入不同的着色剂，玻璃仿制品可呈现不同的颜色，甚至显示变色效应。如加入氧化铜，玻璃呈红色；加入氧化钴，玻璃呈蓝色。如果在玻璃中添加稀土成分，则可提高其折射率，甚至可制得折射率大于1.80的稀土玻璃，从而增强了玻璃仿制品的光泽。若同时加入铅或铊，可提高仿制品的色散及相对密度。 1．玻璃的宝石学性质 化学组成：按其成分可划分两大类型。 无铅玻璃（冕牌玻璃）：由二氧化硅及少量钠、钙的氧化物组成。主要用作窗、瓶及光学透镜等。 铅玻璃（燧石玻璃）：由二氧化硅及少量钾、铅的氧化物组成。由于铅的加入，玻璃的折射率、色散增高了，但硬度也因此降低。主要用于仿宝石。 为了产生特征的颜色，还可加入一些致色元素。如为了获得红、绿、蓝色等，常加入Se、Cr、稀土或钴等元素。 物理性质 光泽：玻璃光泽； 透明度：透明至不透明； 导热性：较差，触感较晶体温，但比塑料凉； 断口：贝壳状断口； 硬度：5±； 相对密度：2.0-4.2； 颜色：无色及任何色；
学号： 1004230213 专业素质教育 2012 ~ 2013 学年秋季学期 学院：材料学院 专业班级：无机10—02班 姓名：宋海彬 透明陶瓷的研究现状与发展展望 摘要:陶瓷具有广大的发展前景，透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。综述了透明陶瓷的分类，探讨了透明陶瓷的制备工艺，并展望了透明陶的应用前景。 关键词:性能透明材料前景组成陶瓷透光性制备工艺应用 前言:1962年RLC首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用。 透明陶瓷的分类 透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。 1氧化物透明陶瓷
对氧化物透明陶瓷的研究早于对非氧化物透明陶瓷的究，其制备工艺也相对成熟。到目前为止，已经先后研发出了多种材料:Be()、ScZ()3、Ti认、ZK):、Ca(〕、Th(矢、A12()3仁5·6〕、Mg()、AI()NL，」、YZ03[8·”〕、稀土元素氧化物、忆铝石榴石(3Y203·SA12()。)仁’0，”】、铝镁尖晶石(Mg()·A一2()。)〔’2，’3]和透明铁电陶瓷pLZ子川等。其中AiZ姚、M四、YZ姚以及忆铝石榴石以其自身优异的综合性能，现已经得到广泛的应用。2非氧化物透明陶瓷 对非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪80年代开始的。非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备要困难得多，这是由于非氧化物透明陶瓷具有较低的烧结活性、自身含有过多的杂质元素(如氧等)，这些都成为制约非氧化物透明陶瓷实现成功烧结并得到广泛应用的主要因素。但经过各国研究人员的共同努力和深人研究，现已经成功地制备出了多种透明度很高的非氧化物透明陶瓷，其中最典型的是AIN、GaAS、MgFZ、ZnS、CaFZ等透明陶瓷。 与氧化物透明陶瓷相比，大多数的非氧化物透明陶瓷不仅室温强度高，而且高温力学性能好，此外，还具有优良的抗急冷急热冲击性能。这些都使得对非氧化物透明陶瓷的研究势在必行。 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁度高。因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材料。
论文 题目：陶瓷材料的研究进展 姓名： 专业：化学工程与工艺 学号： 日期：2009-6-21
陶瓷材料的研究进展 摘要：近年来，随着科学的进步，陶瓷材料越来越多的进入我们的生产和生活，并且在性能和作用上体现出出乎意料的优越性。就我所知，陶瓷材料大体上可以分为四个类型：传统工艺陶瓷，结构陶瓷，功能陶瓷和生物陶瓷。本文仅对后三种新型陶瓷材料的研究进展做一个简单综述。 关键词：结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷纳米技术Abstract: In recent years, along with the science progress, the ceramic material more and more entered our production and the life, and manifested the superiority unexpectedly in the performance and the function. I know, the ceramic material may divide into four types on the whole: Traditional process ceramics, structure ceramics, functional ceramic and biological ceramics. This article only makes a simple summary to the latter three kind of new ceramic material's research development. Key word: Structure ceramics，functional ceramic，biology ceramics ，nanotechnology