功能材料(精细功能陶瓷)

几种常见的功能陶瓷内容摘要功能陶瓷是一类在光、电、力、声、化学、生物等方面具有特殊功能性质的材料，由于其众多方面的功能，故功能陶瓷种类繁多，应用广泛。

本文首先详细的对两种常见的功能陶瓷---压电陶瓷、生物陶瓷作了介绍，总结分析了他们的发展历史和现状并预测了他们未来的发展趋势。

随着压电陶瓷组分的改变，机电耦合系数、机械品质因数、弹性系数、压电常数等一系列参数有了重大改善，未来压电陶瓷将朝着复合型、高居里、无铅化几个方向发展，势必成为一种具备优良性能且环保的优秀功能材料。

生物陶瓷具有良好的生物可容性、无毒性、且性能稳定，广泛应用在医学治疗的许多环节，举例介绍了三大类生物惰性、活性、可降解陶瓷，其未来发展趋势是“活的”、复合型、多孔的、纳米级的等等，是绝对优于金属及有机材料的无毒害的功能材料。

之后对其他功能陶瓷的功能与应用做了简要介绍，如超导陶瓷、磁性陶瓷、敏感陶瓷、化学陶瓷。

【关键词】功能陶瓷压电陶瓷生物陶瓷发展历史及现状未来趋势Several Common Functional CeramicsAbstractFunctional ceramics is a kind of material, which has optical,electrical, mechanical, acoustic, chemical and biological propeties. Because of it’s various function, functional ceramics is classified into many categories. This paper firstly introuduces two common functional ceramics－piezoceramics and bioceramics, mainly summrizes their development and research status, then outlines the development prospects. With the change of piezoceramics’ composition, a series of parameters such as electro-mechanical coupling factor, mechanical quality factor, coefficent of elasticity and piezoelectric constant have been significantly improved. The future trend of piezoceramics is composite, high T c and lead-free. The biological ceramics has good biological adaptability, avirulence, and stable property ,so it has widespread application in medical treament, the paper simply introduces three kinds—inert ceramics,active ceramics and degradable ceramics. Bioceramics’ future development trend is “live”, composite, porous, nano-level etc.It is a kind of material without posion, which is much better than metals and organic materials. At last, the article gives a brief introduction of other functional ceramics such as superconducting cramics, magnetic ceramics, sensitive ceramics and chemical ceramics.【Key words】Functional ceramics Piezoelectric ceramics Biological ceramics Development and research status Prospects目录一、前言 (1)二、正文 (1)（一）压电陶瓷 (1)（二）生物陶瓷.....................................................（错误！未定义书签。

功能陶瓷名词解释陶瓷功能性主要包括：电子陶瓷、热释电陶瓷和红外线陶瓷等。

其中，电子陶瓷的研究主要集中在硅系半导体材料和其它化合物半导体材料上。

在电子陶瓷领域，研究主要是为了通过改变器件的组成，或者改变电路的结构和使用方法，使其具有新的性能。

1、电子陶瓷（有机—无机复合材料）：以电子工业用的有机功能材料为基础，在一定条件下与无机功能材料复合，形成功能性有机材料。

主要用于微波和高频部分、磁学部分和光电探测器件等。

2、热释电陶瓷：又称为压电陶瓷，是一种在特殊条件下应力诱发下产生电致伸缩振动而使器件输出电信号的器件。

它广泛地应用于各种开关、继电器、温度传感器、隔离元件等。

3、红外线陶瓷：在工作波长范围内（约3— 1000nm）吸收或辐射红外线能量的陶瓷材料。

它是红外加热和红外线遥控等技术的重要材料。

4、压电陶瓷：又称为铁电陶瓷，它是一类在交变电场作用下，当外力去除后，电场消失时，仍保留在变化着的状态下的压电材料。

它是制造电子陶瓷的基础材料之一。

5、超硬陶瓷：可以抵抗相当于几百公斤至上千公斤拉力而不被破坏的陶瓷。

它的硬度大于任何金属，但是还没有达到完全绝对意义上的最硬，而且它也不能经受严格意义上的最高温度—— 2000摄氏度，所以常温下就不可能烧结，一般只有在1000摄氏度以上才有可能将它烧结。

6、记忆合金：通过周期性的热处理，形成永久记忆效应的合金，记忆效应具有可逆性。

7、导电陶瓷：在极低的温度下呈现超导电性，随温度升高，由超导电性又转入到普通导电状态的陶瓷。

8、压电陶瓷：在极低的温度下呈现超导电性，随温度升高，由超导电性又转入到普通导电状态的陶瓷。

9、超导陶瓷：在极低的温度下，也就是在接近绝对零度时，呈现零电阻的陶瓷。

10、生物陶瓷：利用生物原理和生物技术研制的医用、诊断、治疗、保健用生物陶瓷。

11、远红外陶瓷：具有红外放射性，它所释放的红外线能促进人体血液循环，调节生理机能，达到保健作用。

12、催化陶瓷：在适宜的温度下能够降解某些有毒气体的陶瓷。

精细化工新材料的类型一、金属有机框架材料金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一种由金属离子或簇与有机配体构成的结晶材料。

MOFs具有高度的可调性和多样性，可以通过改变金属离子和有机配体的选择来调控其结构和性能。

MOFs具有大孔隙、高比表面积和可调控的孔径大小等优点，因此在气体吸附、储能、分离等领域具有广泛的应用前景。

二、纳米材料纳米材料是指在一定条件下制备的颗粒尺寸在1-100纳米之间的材料。

由于其尺寸效应和表面效应的存在，纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质。

纳米材料广泛应用于催化、电子器件、传感器、生物医学和环境保护等领域。

三、高分子功能材料高分子功能材料是以高分子化合物为基础，通过合成和改性得到的具有特定功能的材料。

高分子功能材料具有多样的结构和性能，可用于电子器件、光学材料、超级电容器、生物医学材料等领域。

例如，聚合物发光材料可应用于有机发光二极管（OLED）和荧光传感器等领域。

四、功能陶瓷材料功能陶瓷材料是指具有特定功能和性能的陶瓷材料。

功能陶瓷材料具有优异的物理、化学和机械性能，可用于催化、传感器、电子器件、高温结构材料等领域。

例如，氧化锆陶瓷具有高温稳定性和优异的机械性能，可用于高温气体分离和固体氧化物燃料电池等应用。

五、生物材料生物材料是指具有生物相容性和生物活性的材料，可用于修复和替代人体组织。

生物材料广泛应用于医学领域，如人工关节、脊椎间盘、组织工程和药物传递系统等。

生物材料的开发对于改善人类健康和提高生活质量具有重要意义。

六、功能涂层材料功能涂层材料是将具有特定功能的材料涂覆在基材表面，以赋予基材特定的性能和功能。

功能涂层材料广泛应用于防腐、耐磨、防刮、防腐蚀、隔热和光学等领域。

例如，纳米涂层具有高硬度、耐磨和抗腐蚀性能，可用于汽车、航空航天和建筑等领域。

七、电化学材料电化学材料是指能够在电化学过程中发生电荷转移和电化学反应的材料。

功能陶瓷及应用知识点总结一、功能陶瓷的概念及分类功能陶瓷是指具有特定功能的陶瓷材料，主要包括结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、环境陶瓷和陶瓷复合材料等。

根据功能的不同，功能陶瓷可以分为：1. 结构陶瓷：主要用于承受结构应力和外力作用的陶瓷材料，包括砖瓦、建筑陶瓷、化工陶瓷等。

其特点是硬度高，抗压、抗弯和抗冲击性能好。

2. 功能陶瓷：主要指具有特定功能的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。

其特点是具有一定的电、磁、热、光、声等功能。

3. 生物陶瓷：主要用于医疗领域，如氧化锆陶瓷、生物活性玻璃陶瓷等。

其特点是无毒、无刺激、无放射性，能与生物体组织相容。

4. 环境陶瓷：主要用于环境保护和治理，如陶瓷过滤器、陶瓷填料等。

其特点是耐高温、耐腐蚀，具有吸附、过滤、分离等功能。

5. 陶瓷复合材料：由两种或两种以上的材料经过一定的工艺加工成的复合陶瓷材料，如陶瓷金属复合材料、陶瓷陶瓷复合材料等。

其特点是具有两种或两种以上材料的优点，具有良好的综合性能。

二、功能陶瓷的制备工艺及应用1. 制备工艺（1）粉体制备：包括干法制备和湿法制备两种方式。

干法制备通过研磨、干燥、筛分等步骤获得所需的粉末。

湿法制备则是通过溶胶-凝胶法、水热法、水热合成法等将所需的原料转化成溶液、凝胶状物质，再通过干燥、热处理等步骤制备成粉末。

（2）成型工艺：包括模压成型、注射成型、挤压成型、等静压成型等方式。

（3）烧结工艺：包括氧化烧结、还原烧结、热处理等方式。

2. 应用（1）氧化铝陶瓷：主要用于电气绝缘、耐磨、耐腐蚀、高温、高压等领域，如磨具、瓦楞板、电阻片、耐火材料等。

（2）氮化硅陶瓷：主要用于磨具、轴承、喷嘴、耐火材料等领域，具有高硬度、高耐磨、高耐腐蚀、高温稳定性好的特点。

（3）氧化锆陶瓷：主要用于生物医学领域，如牙科修复、人工关节、医疗器械等，具有生物相容性好、抗摩擦、抗磨损、抗腐蚀等特点。

（4）生物活性陶瓷：主要用于骨科和牙科领域，如骨修复材料、牙科种植体、骨接合材料等，具有促进骨组织生长、良好的生物相容性、无毒、无刺激等特点。

功能材料的分类
功能材料是指根据其特定的物理、化学或电学性质，在某些应用领域
中发挥特定的功能的材料。

根据其性质和应用，功能材料可以分为以
下几类：
1. 电子材料：主要包括半导体、金属、陶瓷等。

半导体材料广泛应用
于电子器件中，如晶体管、太阳能电池等；金属材料则广泛应用于导体、电极等领域；陶瓷材料则主要应用于压敏电阻器、介质等。

2. 光学材料：主要包括光学玻璃、光学薄膜等。

光学玻璃具有高透明
度和优异的光学性能，广泛应用于镜头、棱镜等光学元件中；光学薄
膜则广泛应用于反射镜、滤波器等领域。

3. 磁性材料：主要包括铁氧体、钕铁硼等。

铁氧体广泛应用于变压器、传感器等领域；钕铁硼则广泛应用于永磁体中。

4. 功能陶瓷材料：主要包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等。

氧化铝陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性，广泛应用于机械零件、切削工
具等领域；氧化锆陶瓷则广泛应用于医疗器械、航空航天等领域。

5. 生物材料：主要包括生物陶瓷、生物塑料等。

生物陶瓷具有良好的
生物相容性和生物活性，广泛应用于人工关节、牙科修复等领域；生物塑料则广泛应用于医用注射器、输液袋等领域。

总之，功能材料在各个领域中都发挥着重要的作用，其分类也是多种多样的，不同的功能材料在不同的应用领域中都有着广泛的应用。

功能陶瓷的简单介绍功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、化学及生物体特性，具有相互转化功能的陶瓷。

它主要是利用纳米技术使陶瓷的性能发生改变的。

热学功能陶瓷、生物功能陶瓷、化学功能陶瓷、电磁功能陶瓷、光学功能陶瓷，还是在涂层/薄膜和复合材料死当今比较主要的几种功能陶瓷。

生物功能陶瓷在生物功能陶瓷方面:利用纳米技术生产的纳米抗菌材料有三类:一类Ag+系抗菌材料（当高价银离子与细菌接触时使细菌体内的蛋白质变性。

）;第二类是是ZnO,Tio2:等光触媒型纳米抗菌材料（通过催化反应，将细菌的尸体分解得一干二净，一般还有除臭，自洁，防霉，防锈，高效防老化，全能净化空气，自造“负离子雨林”气候等功能）;第三类是C-18A纳米蒙脱土等无机材料。

将前两类加人陶瓷中可制成对病菌、细菌有强的杀菌和抑菌作用的陶瓷产品。

北京陶瓷厂和日本东陶机器株式会社合资生产的高档卫生洁具“TOTO”产品，即是应用这一技术生产的具有抗菌性能的卫生洁具。

生物陶瓷材料亦可作为作为无机生物医学材料，且没有毒副作用，与生物组织有良好的生物相容性、耐腐蚀性等优点，已越来越爱人们的重视。

主要有以下几种活性材料；（1）羟基磷灰石生物活性材料。

人工听小骨羟基磷灰石听小骨临床应用效果优于其它各种听小，具有优良的声学性质，平均提高病人的听力20-30db。

在特定语言频率范围提高45-60db。

微晶与人体及生物关系密切，在生物和医学中已有成功应用，利用ha 微晶能使细胞内部结构发生变化，抑制癌细胞生长和增殖，可望成为治疗癌症的“新药”。

（2）磷酸钙生物活性材料。

磷酸钙又称生物无机骨水泥，是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料。

有望部分取代传统的pm-ma有机骨水泥。

国内研究抗压强度已达到60mpa以上；磷酸钙陶瓷纤维：磷酸钙陶瓷纤维具有一定机械强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制务有机与无机复合型植入材料。

（3）磁性材料。

生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料，植入肿瘤灶内，在外部交变磁场的作用下，产生磁滞热效应，导致磁性材料区域内局部温度升高，借以杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤的发展。

11111111一、 名题 号得分一二三四五六七八九词解释（每题 3，共计 15 分）总分1、 高温超导材料 具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。

2、 形状记忆效应 形状记忆效应是指具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下(处于马氏体状态)进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度时，材料完全恢复到变形 前的初始形状的效应。

3、 光生伏特效应当光量子的能量大于半导体禁带宽度的光照射到结区时，光照产生的电子空穴对在结电场作用下，电子推向 n 区，空穴推向 p 区；电子在 n 区积累和空穴在 p 区积累使 P-n 结两边的电位发生变化，p-n 结两端出现一个因光照而产生的电动势， 这一现象称为光生伏特效应。

4、气敏陶瓷： 气敏陶瓷对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓度(分压力) 作有规则的变化，检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别可达十亿分之一的量级， 故有“电子鼻”之称。

5、粒子数反转 为了形成足够的激发辐射，得到激光，就必须用一定的方法去激发电子群体，使亚 稳态上的电子数目超过基态上的。

该过程称为粒子数的反转。

二、判断题（每题 1，共计 10 分） 1、光学材料主要是指光介质材料，还有光功能材料，光纤材料是光介质材料，而激光材料是光功能材料。

（√） 2、在一个原子体系中，在光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激Word 文档(密封线外不要写姓名、学号、班级、密封线内不准答题，违者按零分计 ) …………………………………………密…………………………封……………………………………线…………………………………11111111吸收总是同时存在的。

是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。

（×） 3、二能级的系统来做激活媒质实现粒子数反转是不可能的。

要想获得粒子数反转，必须使用多能级系统。

在现代的激光器中，第一台激光器红宝石激光器是四能级系统 （×） 4、与超导合金材料相比，元素超导体具有塑性好、易于大量生产、成本低等优点。

新型功能陶瓷材料的分类与应用一、本文概述随着科学技术的飞速发展，新型功能陶瓷材料以其独特的物理、化学和机械性能，在众多领域展现出广阔的应用前景。

这些材料不仅具备传统陶瓷的高硬度、高耐磨、高耐温等特性，更在电学、磁学、光学、热学等方面表现出优异的性能，因此被广泛应用于能源、电子、通信、生物医疗、航空航天等关键领域。

本文旨在全面介绍新型功能陶瓷材料的分类及其在各领域的应用情况。

我们将对新型功能陶瓷材料进行详细的分类，包括按照功能性质、制造工艺和应用领域等不同的分类方法。

我们将重点介绍这些材料在能源转换与储存、电子与通信、生物医疗以及航空航天等领域中的具体应用案例和前景。

我们将对新型功能陶瓷材料的未来发展趋势和挑战进行展望，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。

通过本文的阐述，读者可以对新型功能陶瓷材料的分类和应用有一个全面而深入的了解，同时也能够把握这些材料在未来的发展趋势和应用前景，为相关领域的研究和产业发展提供有益的借鉴和指导。

二、新型功能陶瓷材料的分类新型功能陶瓷材料，也称为先进陶瓷或精细陶瓷，凭借其独特的物理、化学和机械性能，在众多领域都有着广泛的应用。

这些材料的分类通常基于其主要的功能特性和应用领域。

以下是新型功能陶瓷材料的主要分类：结构陶瓷：这类陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨性和良好的抗腐蚀性。

常见的结构陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷等。

它们在汽车、航空航天、机械等领域有着广泛的应用。

电子陶瓷：电子陶瓷具有良好的导电性、介电性和压电性，是电子工业的重要基础材料。

常见的电子陶瓷包括压电陶瓷、铁电陶瓷、超导陶瓷和半导体陶瓷等。

它们在通信、计算机、传感器、电子元件等领域发挥着重要作用。

生物陶瓷：生物陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性，可用于制作人工牙齿、人工骨骼、人工关节等医疗器械。

常见的生物陶瓷包括生物活性玻璃陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷等。

光学陶瓷：光学陶瓷具有高折射率、高透光性和良好的化学稳定性，广泛应用于光学仪器、激光器、光通信等领域。

功能陶瓷材料功能陶瓷材料是指对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。

功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分．它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。

功能陶瓷材料是陶瓷材料的一种，与大多数陶瓷材料的制备工艺步骤基本相似，一般包括以下步骤：配料→混合→预烧→粉碎→成型→排塑→烧结→后处理（极化、磁化等）。

1、配料：根据配方（化学反应的配比）和生产需要的数量计算出各种原料所需的质量。

用天平称取各原料。

为使后面的化学反应顺利进行，原料的颗粒尽量小些（不要超过2 m，.最好为纳米粉），纯度要高。

对于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害杂质。

2、混合：通常使用转动球磨机或振动球磨机进行，有用干法的，也有用湿法的，所用的球大多是玛瑙球。

用球磨法不但可以混合，同时还可以使原料颗粒进一步被粉碎。

球磨要足够长时间以使各成分原料均匀混合，最大限度地彼此接触，以利于后面的化学反应。

当然，混合也可以采用其它方法，只要达到各原料的均匀混合就行。

3、预烧：混合好的料进行预烧，目的是让各成分间进行化学反应，生成目标化合物。

不同的化学反应有不同的条件（温度、压力、气氛等）要弄清这些条件。

4、粉碎、成型：将预烧后的材料粉碎是为了成型。

成型是按使用要求将材料做成某种特定形状的坯体。

成型根据不同要求可以采用模压、轧膜等方式。

为便于成型，成型前通常要在粉碎的料中加入某种粘合剂。

常用粘合剂的配方及重量比为：聚乙烯醇15%，甘油7%，酒精3%，蒸馏水75%；在90℃下搅拌溶化。

对模压、粘合剂一般是料粉重量的5%，而对轧膜，则粘合剂要达料粉重量的15～20%。

5、排塑：去除成型坯体中的水分、粘合剂的过程称排塑或排胶，一般采取加温办法。