特种陶瓷的概述
- 格式:doc
- 大小:36.50 KB
- 文档页数:4
特种陶瓷材料特种陶瓷材料是一类具有特殊功能和特殊用途的陶瓷材料,它们通常具有优异的耐高温、耐腐蚀、绝缘、导热、导电、摩擦、磨损等特性,广泛应用于电子、航空航天、医疗、化工、机械等领域。
特种陶瓷材料的发展对于提高产品性能、降低能耗、延长使用寿命具有重要意义。
一、特种陶瓷材料的分类。
特种陶瓷材料按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。
结构陶瓷主要用于承受机械载荷的零部件,如陶瓷刀具、陶瓷轴承、陶瓷喷嘴等;功能陶瓷则主要用于电子、光电、磁学、声学、化学等领域,如氧化铝陶瓷基片、氮化硅陶瓷基片、氧化锆陶瓷基片、氧化铝陶瓷密封件等。
二、特种陶瓷材料的特性。
1.耐高温性,特种陶瓷材料具有优异的耐高温性能,可在高温环境下长时间稳定工作。
2.耐腐蚀性,特种陶瓷材料具有良好的耐腐蚀性能,能够在酸碱等恶劣环境下长期使用。
3.绝缘性,部分特种陶瓷材料具有良好的绝缘性能,可用于电子元器件的绝缘隔离。
4.导热导电性,部分特种陶瓷材料具有良好的导热导电性能,可用于制作散热器、电子封装等产品。
5.摩擦磨损性,部分特种陶瓷材料具有优异的摩擦磨损性能,可用于制作轴承、密封件等产品。
三、特种陶瓷材料的应用。
特种陶瓷材料在各个领域都有着重要的应用,如在电子领域,氧化铝陶瓷基片被广泛应用于集成电路封装、功率模块封装、LED封装等;在航空航天领域,氮化硅陶瓷基片被广泛应用于航天器的热控制、隔热保护等;在医疗领域,氧化锆陶瓷基片被广泛应用于人工关节、牙科修复等。
四、特种陶瓷材料的发展趋势。
随着科技的不断发展,特种陶瓷材料也在不断创新和发展,未来的特种陶瓷材料将更加注重多功能、高性能、低成本等方面的发展,同时也将更加注重环保、可持续发展等方面的要求。
总结,特种陶瓷材料具有着独特的特性和广泛的应用前景,它们对于推动各个领域的发展都具有着重要的作用。
未来,特种陶瓷材料将在更多的领域得到应用,并且会不断创新和发展,为人类社会的进步做出更大的贡献。
特种陶瓷,又称精细陶瓷,按其应用功能分类,大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。
在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料,经过1360度左右高温烧结成型,从而获得稳定可靠的防静电性能,成为一种新型特种陶瓷,通常具有一种或多种功能,如:电、磁、光、热、声、化学、生物等功能;以及耦合功能,如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。
目录分类1.氧化物陶瓷2.氮化物陶瓷3.碳化物陶瓷4.硼化物陶瓷5.硅化物陶瓷6.氟化物陶瓷7.硫化物陶瓷8.其他制作工艺1.成形方法与结合剂的选择2.陶瓷注射成形和成形用结合剂3.陶瓷挤压成形和成形用结合剂发展新动向1.重要地位2.技术新发展3.应用新发展4.研究开发重点发展前景分类1.氧化物陶瓷2.氮化物陶瓷3.碳化物陶瓷4.硼化物陶瓷5.硅化物陶瓷6.氟化物陶瓷7.硫化物陶瓷8.其他制作工艺1.成形方法与结合剂的选择2.陶瓷注射成形和成形用结合剂3.陶瓷挤压成形和成形用结合剂发展新动向1.重要地位2.技术新发展3.应用新发展4.研究开发重点发展前景展开分类特种陶瓷特种陶瓷是二十世纪发展起来的,在现代化生产和科学技术的推动和培育下,它们"繁殖"得非常快,尤其在近二、三十年,新品种层出不穷,令人眼花缭乱。
按照化学组成划分有:氧化物陶瓷氧化物陶瓷:氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。
氮化物陶瓷氮化物陶瓷:氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
碳化物陶瓷碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
硼化物陶瓷硼化物陶瓷:硼化锆、硼化镧等。
硅化物陶瓷硅化物陶瓷:二硅化钼等。
氟化物陶瓷氟化物陶瓷:氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。
硫化物陶瓷硫化物陶瓷:硫化锌、硫化铈等。
其他还有砷化物陶瓷,硒化物陶瓷,碲化物陶瓷等。
除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外,还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。
例如,由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷,由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷,由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷,由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷等等。
特种陶瓷行业分析
特种陶瓷是指具有特殊功能的陶瓷材料,主要应用于高科技领域,如电子、信息、医疗、航空航天等行业。
特种陶瓷行业的发展呈现出以下几个特点。
首先,特种陶瓷具有优异的性能和广泛的应用领域。
特种陶瓷的热、电、磁、光、声等性能优于传统陶瓷材料,具有高硬度、高强度、高耐磨、高绝缘、高耐温等特点,在高温、高压、强腐蚀等极端环境下仍能保持稳定性能,因此被广泛应用于化工、电子、航天航空等领域。
其次,特种陶瓷行业具有较高的技术门槛。
特种陶瓷的生产工艺相对复杂,需要学习和掌握先进的陶瓷材料科学与工程知识,具备高超的技术水平和生产能力。
目前,特种陶瓷行业主要由一些大型企业和高新技术企业主导,少数企业具有核心技术和专利,形成了一定的市场垄断。
另外,特种陶瓷行业具有较强的创新能力和市场潜力。
特种陶瓷材料的应用领域不断扩大,市场需求快速增长。
随着科技进步和产业结构升级,特种陶瓷行业的创新需求和市场空间将进一步扩大。
然而,特种陶瓷行业也存在一些问题和挑战。
首先是产业链不完善。
目前国内特种陶瓷行业的中上游产能较大,但下游市场需求不够强劲,产业链配套不完善,限制了特种陶瓷行业的发展。
其次是技术研发投入不足。
特种陶瓷行业需要大量的科技研发投入,但由于长周期、高风险的特点,很多企业对技术创
新的投入不足,导致技术水平整体较低。
总体来说,特种陶瓷行业具有较高的技术门槛和市场潜力,但也面临一些问题和挑战。
为了促进特种陶瓷行业的健康发展,需要加大科技创新投入,完善产业链,提高技术水平,拓宽市场渠道,促进行业整体升级。
特种陶瓷复习资料第一章特种陶瓷的定义: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——特种陶瓷。
这类陶瓷又称为先进陶瓷或精细陶瓷。
分类:按化学成分:氧化物和非氧化物陶瓷按功能分:结构陶瓷和功能陶瓷结构陶瓷:利用力学和热学性能应用于制造发动机,切削工具和轴承等领域功能陶瓷:利用电光磁声化学等功能性,应用于检测,控制,以及生物医学领域等。
按性能:工程陶瓷,热功能,电功能,磁学功能,光学功能,化学功能,放射性功能,声学功能,生物医学功能。
第三章弹性模量的定义:在工程意义上,弹性模量是表征材料对弹性变形的抵抗能力。
在应力应变关系意义上,弹性模量代表着单位应力作用下原子间距的变化率。
陶瓷材料弹性模量的特点比金属大得多;压缩时比拉伸时大(金属相等)1 抗弯强度定义:材料抵抗抗弯曲不断裂的能力。
测试方法:三点弯曲 :四点弯曲断裂韧性K 1C 的定义和测定方法断裂韧性:表征材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标K 1C —裂纹尖端的临界应力强度因子. 3 断裂韧性K 1C 的测定方法硬度的概念:硬度是材料抵抗外来异物压入时产生永久变形的能力 ()232/3t PL b ωσ=()232/3t PL b ωσ=()232/3t PL b ωσ=()232/3t PL b ωσ=影响因素表面原子或离子填充密度;弹性模量、强度、裂纹的方向、塑性变形程度等。
疲劳断裂在交变负荷产生的交变应力作用下,材料内部显微组织发生变化,最后导致的断裂。
称为疲劳断裂这样的变化过程称为材料的疲劳(或交变应力损伤)热学性质包括:热容量,热导率,热膨胀、耐热冲击性能等性质;3.4 陶瓷的增强和增韧1.细晶强化增韧2.晶界增强增韧3.相变增强增韧4.复合增强增韧1.2.晶界增强增韧原理通过改变晶相组成和烧结后的热处理,使晶界玻璃相结晶成高强度的晶界相来提高强度改变晶相组成• 3.相变增韧原理•利用晶态不同变体发生晶型转变时产生的体积变化使材料内部形成应力场,当材料断裂时,应力的释放阻止裂纹的扩张,只有增加外力做功,才能使裂纹继续扩展,于是材料的强度和韧性都得到了提高。
特种陶瓷整理版第一篇:特种陶瓷整理版绪论1名词解释特种陶瓷:采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工的,便于进行结构设计,具有优异特性的陶瓷。
结构陶瓷:具有高硬、高强、耐磨、耐蚀、耐高温、润滑性好等性能,可用作机械结构零部件的陶瓷材料。
功能陶瓷:具有声、光、电、热、磁特性和化学、生物功能的陶瓷材料。
2简述特种陶瓷和传统陶瓷的区别①原材料不同。
传统陶瓷以天然矿物,如粘土、石英和长石等不加处理直接使用;而现代陶瓷则使用经人工合成的高质量粉体作起始材料,突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界线,代之以“高度精选的原料”。
②结构不同。
传统陶瓷的组成由粘土的组成决定,不同产地的陶瓷有不同的质地,所以由于原料的不同导致传统陶瓷材料中化学和相组成的复杂多样、杂质成分和杂质相较多而不易控制,显微结构粗劣而不够均匀,多气孔;先进陶瓷的化学和相组成较简单明晰,纯度高,即使是复相材料,也是人为调控设计添加的,所以先进陶瓷材料的显微结构一般均匀而细密。
③制备工艺不同。
传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型,如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型,材料的烧结温度较低,一般为900℃-1400℃,烧成后一般不需加工;而先进陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型,材料的烧结温度较高,根据材料不同从1200℃到2200℃,烧成后一般尚需加工。
在制备工艺上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限,广泛采用诸如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等先进手段。
④性能不同。
由于以上各点的不同,导致传统陶瓷和先进陶瓷材料性能的极大差异,不仅后者在性能上远优于前者,而且特种陶瓷材料还发掘出传统陶瓷材料所没有的性能和用途。
传统陶瓷材料一般限于日用和建筑使用,而特种陶瓷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。
特种陶瓷的相关介绍特种陶瓷是指在传统陶瓷基础上,通过改变原始的成分配比、成形工艺、烧成工艺等,制成性能优异、用途广泛、具有特殊需求的陶瓷材料。
下面将对特种陶瓷的种类、应用领域和制造工艺等进行介绍。
特种陶瓷的种类1.电子陶瓷:以氧化铝、氧化铝质玻璃、石英等为原料,制成用于半导体器件包装、介质等的电子陶瓷。
2.结构陶瓷:以氧化锆、氧化铝、碳化硅等为原料,经过加压模压、注射成型后,高温烧制而成的具有高强度、抗磨损性、耐腐蚀性等性能的结构陶瓷。
3.生物陶瓷:以氧化锆、氧化铝、磷酸三钙等为原料,经过特殊制造工艺后,制成用于人工关节、牙科医疗和植入式医疗等领域的生物陶瓷。
4.热媒体陶瓷:以氧化铝、氧化锆等为原料,经过特殊工艺处理,制成用于高温传热的热媒体陶瓷。
5.摩擦材料陶瓷:以氧化铝、氮化硅、氧化锆等为原料,经过特殊烧制工艺,制成用于汽车、飞机、铁路等领域摩擦材料的陶瓷。
特种陶瓷的应用领域1.电子领域:用于电容器、介质、射频器件、振荡器、陶瓷滤波器、压电陶瓷、声波陶瓷等领域。
2.医疗领域:用于人工关节、人牙种植体、口腔修复等领域的生物陶瓷。
3.环保领域:用于重金属和有害气体的吸附、污水处理、空气净化等领域的陶瓷。
4.新能源领域:用于氢能源技术、太阳能电池等领域的氧化锆陶瓷。
5.机械领域:用于轴承、密封、磨损件等机械领域的结构陶瓷。
特种陶瓷的制造工艺特种陶瓷的制造过程包括原料选取、配料、成型、烧结等多个工艺环节。
原料选取是关键环节,不同种类的特种陶瓷要选取不同的原料。
例如,生物陶瓷需要选用生物相容性好、生物安全性高的原料,并采用特殊的工艺进行处理,保证最终陶瓷的生物可接受性。
配料是根据要求的化学组成比配制粉末混合物的重要环节,粉末混合方法有湿法和干法两种。
成型是将混合后的陶瓷粉末通过模具成型的环节,通常包括压制、注射成型、挤出成型和印制等多种成型方式。
烧结是将成型后的陶瓷样品放入特殊的烧结设备中加热处理的环节,经过高温烧结,使得陶瓷颗粒结合更紧密、密度更高,从而得到更高的强度和硬度。
特种陶瓷定义陶瓷狭义:陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物,经过成形和高温烧结制成的,由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料.不论是传统硅酸盐陶瓷,还是特种陶瓷,都包括在这个范围里。
广义:以无机非金属物质为主的固体材料,及其制造与应用的科学和技术。
高温已不是制造陶瓷的唯一手段,其原料也超出了硅酸盐的范畴。
特种陶瓷采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于进行结构设计及控制的方法进行制造、加工的,具有优异特性的陶瓷。
特种陶瓷有很多种叫法,例如:精细陶瓷、技术陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷等等。
陶瓷原料传统陶瓷(日用)三大原料:石英,黏土,长石粘土在陶瓷生产中的作用1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。
2.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。
3.粘土一般呈细分散颗粒,同时具有结合性。
4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。
5.粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。
石英在陶瓷生产中的作用1. 石英是瘠性原料,可对泥料的可塑性起调节作用。
2. 在陶瓷烧成时,石英影响陶瓷坏体的体积收缩。
3. 在瓷器中,石英对坯体的力学强度有着很大的影响。
4. 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。
传统陶瓷原料—长石长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料长石在高温下熔融,形成粘稠的玻璃熔体,是坯料中碱金属氧化物(K2O,Na2O)的主要来源,能降低陶瓷坯体组分的熔化温度,有利于成瓷和降低烧成温度。
长石熔体能填充于各结晶颗粒之间,有助于坯体致密和减少空隙。
在釉料中长石是主要熔剂。
长石作为瘠性原料,在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩利变形等。
特种陶瓷性能用途分析特种陶瓷是指具有特殊功能或性能的陶瓷材料。
它们通常具有一定的固定结构和化学组成,以及特殊的物理和化学性质。
这些特殊性能使得特种陶瓷在各个领域具有广泛的应用。
下面将对特种陶瓷的性能和用途进行分析。
1. 高温特性:特种陶瓷具有优异的高温稳定性和耐热性能。
它们能够在高温环境下维持其强度和硬度,而不会发生软化、熔化或变形。
这使得特种陶瓷成为高温工艺和应用领域的理想材料。
例如,特种陶瓷可以用于制造高温炉具、耐火材料、热阻材料等。
2. 机械性能:特种陶瓷具有优异的硬度、强度和抗磨性能。
它们的硬度通常远高于金属和普通陶瓷材料,因此在一些需要耐磨、耐刮擦的应用中具有重要的作用。
例如,特种陶瓷可以用于制造刀具、轴承、粉末冶金模具等。
3. 电绝缘性能:特种陶瓷具有优异的电绝缘性能,能够有效阻止电流通过。
这使得特种陶瓷成为电气工程领域的重要材料。
例如,特种陶瓷可以用于制造绝缘子、电气绝缘材料、电容器等。
4. 磁性能:部分特种陶瓷具有磁性,可以用于电磁设备、传感器、计量设备等领域。
例如,铁氧体陶瓷具有优异的磁性能,被广泛应用于制造各种磁性元件。
5. 生物相容性:一些特种陶瓷具有良好的生物相容性和生物惰性,能够与生物体接触而不引起排异反应或毒性。
这使得特种陶瓷成为医疗器械和生物工程领域的理想材料。
例如,氧化锆陶瓷常被用于制造牙科种植体、人工关节等。
6. 化学稳定性:特种陶瓷通常具有优异的化学稳定性,能够抵抗酸碱腐蚀和化学溶解。
这使得特种陶瓷常被应用于化学工程、化学储存和传输等领域。
例如,氮化硅陶瓷被广泛用于制造化学反应器。
7. 光学性能:部分特种陶瓷具有良好的光学透明性和光学性能,可用于光学器件、光学仪器等领域。
例如,氧化锌陶瓷可以用于制造紫外线透镜、光纤连接器等。
除了以上列举的性能和应用外,特种陶瓷还具有其他特殊性能和广泛的应用。
例如,某些特种陶瓷具有超导性能,可用于制造超导材料和超导器件;某些特种陶瓷具有介电性能,可用于制造电子元件和电介质材料。
特种陶瓷概述摘要本文主要叙述了国内特种陶瓷市场发展和生产现状,讲述了相关的制备方法和最新的相关技术前沿工艺,最后展望了特种陶瓷未来的发展趋势。
关键词特种陶瓷;市场现状;制备工艺;发展规模前言特种陶瓷也称为先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷等,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.发展现状1.1市场情况:与20年前相比,目前我国特陶行业结构变化巨大,私营企业、外资企业的数量和比重迅猛增加,特别是外资企业增长势头迅猛,约占我国全部特陶企业的10%左右。
当前在电子陶瓷行业中,股份制和三资企业市场竞争力最强。
我国特陶市场的开放和市场规模的潜力,吸引许多国外企业纷纷进入,投资不断增加,规模逐步扩大,其投资模式已从最初的产品输入(经销产品)到生产输入(投资设厂),再到应用研究输入(设立实验室),对我国本土特陶企业带来巨大挑战。
1995年我国特种陶瓷产品销售额80亿元人民币(约合10亿美元),其中电子陶瓷约占70%,约56亿元;结构陶瓷占30%,约为24亿元。
相当于日本的1/9、美国的1/5,与欧洲的市场规模相当。
特种陶瓷的特点和用途
特种陶瓷是一种在高温高压环境下制造出的陶瓷材料,具有独特的性质和用途。
由于其良好的耐热、耐腐蚀、耐磨损、绝缘、导热性好等特点,特种陶瓷已经被广泛应用于许多领域,包括电子、机械、航空航天、医疗、化工、环保等。
特种陶瓷具有良好的耐热性。
在高温环境下,许多材料会出现熔化、变形或者老化现象,而特种陶瓷则能够保持其稳定的物理和化学性质。
因此,特种陶瓷被广泛应用于高温炉窑、热电站、航空发动机等领域。
特种陶瓷具有优异的耐腐蚀性。
在酸碱等腐蚀性物质的环境下,普通材料容易受到侵蚀和腐蚀,而特种陶瓷则能够保持其完整和稳定性。
因此,特种陶瓷被广泛应用于化工、环保等领域。
特种陶瓷具有良好的耐磨损性。
在高速运转的机械设备中,普通材料容易出现磨损和疲劳现象,而特种陶瓷则能够保持其完整和耐用性。
因此,特种陶瓷被广泛应用于汽车、船舶、机械等领域。
特种陶瓷还具有良好的绝缘性和导热性能。
在电子、医疗等领域中,特种陶瓷被广泛应用于电子元件、热敏电阻、医疗器械等方面。
特种陶瓷具有独特的性质和用途,已经成为现代工业中不可或缺的材料之一。
随着技术的不断发展和应用领域的不断扩大,特种陶瓷
的应用前景将会越来越广阔。
1、采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于进行结构设计及控制的方法进行制造、加工的,具有优异特性的陶瓷。
特种陶瓷有很多种叫法,例如:精细陶瓷、技术陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷等等。
2、粘土在陶瓷生产中的作用:1)粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。
2)粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。
3)粘土一般呈细分散颗粒,同时具有结合性。
4)粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。
5)粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。
4、特种陶瓷分类:按特性和用途分⑴结构陶瓷⑵功能陶瓷⑶陶瓷基复合材料5、特种陶瓷性能(和金属材料相比)优点:高硬度,耐磨;高熔点,耐高温;高强度;高化学稳定性;比重小,约为金属1/3缺点:脆性大研究热点:如何提高陶瓷的韧性成为世界瞩目的陶瓷材料研究领域的核心课题!!!原因:化学键差异造成的。
金属:金属键,没有方向性,塑性变形性能好陶瓷:离子键和共价键,方向性强,结合能大,很难塑性形变,脆性大,裂纹敏感性强6、提高陶瓷韧性的方法1)利用金属的延展性2)利用晶须或者纤维增韧3)利用相变增韧4)纳米陶瓷增韧7、特种陶瓷用途特陶可以“上天入地”,“上天”指特种陶瓷应用于航天科技行业,“入地”指特种陶瓷可以应用于汽车等行业。
陶瓷刹车盘、陶瓷刀具、陶瓷装甲金刚石:作为世界上最硬的物质,是一种天然“陶瓷”。
8、陶瓷发动机优势①提高发动机热效率。
②减少辅助功率消耗,发动机结构简化。
③适应多种燃料燃烧④降低噪声,减少排气污染⑤减轻质量⑥资源丰富。
9、特种陶瓷研究方向探求材料的组成、结构与性能之间的关系组分一确定,工艺过程是控制材料结构的主要手段陶瓷的显微结构对材料性能影响很大,而材料的显微结构在很大程度上依赖于粉体特性。
1、粉体:作为物质的一种存在状态,粉体不同于气体、液体,也不完全同于固体;它是大量固体粒子的集合体,具有很多固体的属性,如物质结构,密度等等;颗粒间存在宏观空隙,颗粒间结合力较弱;同时它具有固体所不具有的流动性。
特种陶瓷概述特种陶瓷概述特种陶瓷概述摘要本⽂主要叙述了国内特种陶瓷市场发展和⽣产现状,讲述了相关的制备⽅法和最新的相关技术前沿⼯艺,最后展望了特种陶瓷未来的发展趋势。
关键词特种陶瓷;市场现状;制备⼯艺;发展规模、⼋、,刖⾔特种陶瓷也称为先进陶瓷、新型陶瓷、⾼性能陶瓷等,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,特别是在咼技术、新技术领域中的地位⽇趋重要。
许多科学家预⾔:特种陶瓷在⼆^⼀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.发展现状1.1市场情况:与20年前相⽐,⽬前我国特陶⾏业结构变化巨⼤,私营企业、外资企业的数量和⽐重迅猛增加,特别是外资企业增长势头迅猛,约占我国全部特陶企业的10%左右。
当前在电⼦陶瓷⾏业中,股份制和三资企业市场竞争⼒最强。
我国特陶市场的开放和市场规模的潜⼒,吸引许多国外企业纷纷进⼊,投资不断增加,规模逐步扩⼤,其投资模式已从最初的产品输⼊(经销产品)到⽣产输⼊(投资设⼚),再到应⽤研究输⼊(设⽴实验室),对我国本⼟特陶企业带来巨⼤挑战。
1995年我国特种陶瓷产品销售额80亿元⼈民币(约合10亿美元),其中电⼦陶瓷约占70%约56亿元;结构陶瓷占30%约为24亿元。
绪论,第一章特种陶瓷是一类“采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于控制的制造加工技术的,便于结构设计的,具有优异性能的陶瓷。
”特种陶瓷与传统陶瓷材料差别体现在1、原材料不同2、结构不同3、制备工艺不同4、性能不同5、应用领域不同。
理想粉体:1、形状规则一致,各向同性。
2、粒径均匀且细小3、不结块4、纯度高5、能控制相。
特种陶瓷粉体应有特性:1、化学组成精确2、化学组成均匀性好3、纯度高4、适当小的颗粒尺寸5、球状颗粒且尺寸均匀单一6分散性好无团聚。
团聚体:团聚体由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒,是很多一次颗粒的集合体。
团聚原因:1、分子之间的范德华力;2、颗粒间的静电引力;3吸附水分的毛细管力;4、颗粒间的磁引力。
5、颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。
由以上原因形成的团聚体为软团聚体,由化学键键合形成的团聚体为硬团聚体,团聚体的形成使体系能量下降。
粉体颗粒表面能:内部原子在周围原子的均等作用下处于能量平衡的状态;而表面原子只是一侧受到内部原子的引力,另一侧则处于一种具有“过剩能量”的状态,该“过剩能量”就称为表面能。
粉体表面颗粒的“过剩能量”就称为粉体颗粒的表面能。
粉体制备方法一般有两种:1、粉碎法;2、合成法。
粉碎法是由粗颗粒来获取细粉的方法,通常采用机械粉碎(机械制粉),现在已经发展到采用气流粉碎,但是不易制得粒径在1微米以下的微细颗粒。
合成法是由离子,原子,分子通过反应、成核和成长、收集、后处理来获得微细颗粒的方法(化学制粉)。
特点:纯度高,粒度可控,均匀性好,颗粒微细,可以实现颗粒在分子水平上的复合均化。
包括固相法,液相法,气相法。
溶胶凝胶法:用于制备纳米颗粒和薄膜。
它将金属化合物或氢氧化物浓溶液溶胶转变为凝胶,再将凝胶干燥后进行煅烧,然后制得氧化物的方法。
优点:1、在溶液中进行反应,均匀度高;2、化学计量准确,易于改型掺杂;3烧结温度可较大降低;4、制得的粉料粒径小,分布均匀,纯度高。
特种陶瓷概述
10机电一体化3班xxx 指导老师xxx
摘要:本文回顾了陶瓷材料的发展历史,着重评述了特种陶瓷如工程结构陶瓷、生物陶瓷、功能陶瓷等的发展现状,并展望了特种陶瓷的未来发展。
关键词:特种陶瓷、分类、应用、发展及其新动向
1 前言
信息技术、能源和材料是现代文明的三大支柱,材料是人类生产活动和生活必须的物资基础。
从现代科学技术发展史可以看到,每一项重大的新技术发现,往往都有赖于新材料的发展。
随着能源开发、空间技术、激光技术、传感技术等新技术的出现,现有的一般用途的材料已难以满足要求,开发和有效利用高性能材料和功能材料开始引人瞩目。
陶瓷材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨等特点,因而成为新材料的发展中心。
2 特种陶瓷的定义及分类
特种陶瓷(special ceramics)又叫精细陶瓷(fine ceramics)、先进陶瓷(advanced ceramics)、高技术陶瓷(high-technology ceramics)、或高性能陶瓷(high-performance ceramics)。
一般认为,特种陶瓷是“采用高精度的原材料,具有精确控制的化学组成、按照便于控制的制作技术加工的、便于进行结构设计,并具有优异特性的陶瓷”。
它的出现与现代工业忽然高技术密切相关。
近20年来,由于冶金、汽车、能源、生物、航天、通信等领域的发展对新材料的需要陶瓷材料在国内外已经逐步形成了一个新兴的产业。
而特种陶瓷在许多方面都突破了传统陶瓷的概念和范畴,是陶瓷发展史上的一次革命性的变化。
特种陶瓷按照显微结构和基本性能,可分为结构陶瓷、功能陶瓷、智能陶瓷、纳米陶瓷和陶瓷基复合材料。
结构陶瓷:用于高压高温、抗辐射、抗冲击、耐腐蚀、耐磨等环境下的陶瓷材料,可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。
功能陶瓷:具有接受特殊敏感功能的陶瓷制品,可分为电功能陶瓷、磁功能陶瓷、光功能陶瓷、生物功能陶瓷。
智能陶瓷:能够接受外部环境的信息而自动改变自身状态的一种新型陶瓷材料,主要有压电陶瓷、形状记忆陶瓷和电流陶瓷。
纳米陶瓷:晶粒或颗粒处于纳米范围(1-100nm)的陶瓷,包括纳米陶瓷粉体、纳米陶瓷纤维、纳米陶瓷薄膜、纳米陶瓷块体。
陶瓷基复合材料:由陶瓷基体和增强体所组成的复合材料,其性能比单一材料的性能优越。
初具有陶瓷的高强度、高硬度,良好的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等特点外,还使陶瓷的韧性大大提高,强度和模量也有一定提高。
主要有纤维增强、晶须增强、颗粒增强陶瓷基复合材料。
根据陶瓷的性能,吧它们分为高强度陶瓷、高温陶瓷、高韧性陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、电解质陶瓷、半导体陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷(既透明陶瓷)、磁性瓷、耐酸陶瓷和死亡陶瓷。
按照化学组成划分有:
1、氧化物陶瓷:氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、
二氧化钍、三氧化铀等。
2、氮化物陶瓷:氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
3、碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
4、硼化物陶瓷:硼化锆、硼化镧等。
5、硅化物陶瓷:二硅化钼等。
6、氟化物陶瓷:氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。
7、硫化物陶瓷:硫化锌、硫化铈等。
其它还有砷化物陶瓷,硒化物陶瓷,碲化物陶瓷等。
除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外,还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。
例如,由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷,由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷,由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷,由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷等等。
此外,有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷,例如氧化物基金属陶瓷,碳化物基金属陶瓷,硼化物基金属陶瓷等,也是现代陶瓷中的重要品种上。
近年来,为了改善陶瓷的脆性,在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维,这样构成的纤维补强陶瓷复合材料,是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。
3 特种陶瓷的制作工艺
原料粉体的调整——成型——烧结——加工——成品
1.精细陶瓷粉体的制备
(1)机械法
滚动球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等
(2)合成法
固相合成法、液相合成法、气相合成法
2.成型
(1)注浆法(2)压制法(3)可塑法
3.精细陶瓷的烧结
烧结是指生坯在高温加热时发生的一系列物理化学变化,并使生坯体积收缩,强度、密度增加,最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。
4 特种陶瓷的应用
特种陶瓷由于化学成分、结构的特点,使其具有良好的特性,通常具有一种或多种功能。
被广泛的应用在电子技术、计算机技术、空间技术、能源工程等高、精、尖科技领域。
以下是特种陶瓷在汽车上的应用:
一、陶瓷汽车发动机上应用
新型陶瓷碳化硅氮化硅等无机非金属烧结而成。
与以往使用氧化铝陶瓷相比,强度其三倍以上,能耐1000摄氏度以上高温,新材料推进了汽车上新用途开发。
采用新型陶瓷涡轮增压器,它比当今超耐热合金具有更优越耐热性,而比重却只有金属涡轮约三分之一。
因此,新型陶瓷涡轮可以补偿金属涡轮动态响应低缺点。
其他正进行研究有:采用新型陶瓷活塞销活塞环等运动部件。
由于重量减轻,发动机效率可望得到提高。
二、特种敏感陶瓷汽车传感器上应用
对汽车用传感器要求能长久适用于汽车特有恶劣环境(高温、低温、振动、加速、潮湿、。
声、废气),并应当具有小型轻量,重复使用性好,输出范围广等特点。
陶瓷耐热、耐蚀、耐磨及其潜优良电磁、光学机能,近年来随着制造技术进步而得到充分利用,敏感陶瓷材料制成传感器完全能够满足上述要求。
三、陶瓷汽车制动器上应用
对汽车用传感器要求能长久适用于汽车特有恶劣环境(高温、低温、振动、加速、潮湿、。
声、废气),并应当具有小型轻量,重复使用性好,输出范围广等特点。
陶瓷耐热、耐蚀、耐磨及其潜优良电磁、光学机能,近年来随着制造技术进步而得到充分利用,敏感陶瓷材料制成传感器完全能够满足上述要求。
四、陶瓷汽车减振器上应用
高级轿车减振装置综合利用敏感陶瓷正压电效应、逆压电效应电致伸缩效应研制成功智能减振器。
由于采用高灵敏度陶瓷元件,这种减振器具有识别路面且能做自我调节功能,可以将轿车因粗糙路面引起振动降到最低限度。
五、陶瓷材料汽车喷涂技术上应用
近年来,航天技术广泛应用陶瓷薄膜喷涂技术开始应用于汽车上。
这种技术优点□热效果好、能承受高温高压、工艺成熟、质量稳定。
为达到低散热目标,可对发动机燃烧室部件进行陶瓷喷涂,如活塞顶喷氧化锆,缸套喷氧化锆。
经过这种处理发动机可以降低散热损失、减轻发动机自身质量、减小发动机尺寸、减少燃油消耗量。
六、智能陶瓷材料汽车应用
作为特种陶瓷产品分类智能陶瓷材料,其包括汽车制造使用对环境敏感且能对环境变化作出灵敏反应材料,目前已成为材料科学及工程领域研究焦点。
汽车减震装置:利用智能陶瓷产品正压电效应、逆压电效应研制出智能减震器,具有识别路面并自我调节功能,可将粗糙路面对汽车形成震动减到最低限度,整个感知与调节过程只需要20秒。
另外,采用智能陶瓷材料制成减震装置还可以推广应用汽车产品之外领域,如使用到精密加工稳固工作平台等。
汽车智能雨刷:利用钛酸钡陶瓷压阻效应制成智能陶瓷雨刷,可以自动感知雨量,自动将雨刷调节到最佳速度。
汽车有源消声陶瓷材料:由压电陶瓷拾音器、谐振器、模拟声线圈数字信号处理集成电路组成有源消声陶瓷材料,可把汽车震动频率降低到500赫兹以下。
此外,还可以利用智能陶瓷材料开发出智能安全系统与智能传输系统,如安全气囊,也使用了智能陶瓷元件。
现代智能陶瓷材料开发研究与市场,已经处方兴未艾时期,同时它应用已经不仅限于汽车工业,而且对造船、建筑、机械、家电、航天、国防等工业领域产生重要影响,将大大提高各类机械与电子产品智能与自动化水平。
5特种陶瓷的发展前景
陶瓷制品生产在中国历史悠久,经过长期的发展,制造工艺得到不断发展。
特别是近二十年来,陶瓷制品结构的合理调整,迎合了国内外消费者的消费需求,并随着社会的发展和生活水平的提高,在生活中的应用范围越来越广。
在全球金融危机的笼罩下,国内各行业普遍受到影响,但国家总共5万亿元的基础建设投资计划对于建筑建材行业在较长一段时间内将极大的推动作用,特别是对于建材行业拉动十分明显,从行业前景来看,建材行业在此次此次金融危机拥有较大的优势。
目前建材行业景气度持续,未来行业集中度有望提高。
由于我国目前固定资产投资依然保持高位运行——虽然投资增速回落较快的可能是房地产投资和工业投资,但是基础设施建设投资对水泥等建材需求的拉动依然很明显。
参考文献
《陶瓷材料学》第二版周玉编著雷延全主审科学出版社
《陶瓷材料导论》曹茂盛、李大勇等主编哈尔滨工程大学出版社
《特种陶瓷最新应用研究动态》中国陶瓷企业网
《特种陶瓷的发展及展望》谢征芳陈朝绘李永请《中国陶瓷工业》2000年3月第7卷1期。