新型陶瓷材料的应用与发展
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新型生物陶瓷材料的发展及其在牙髓治疗中
的应用
近年来,随着生物科技的发展和人们对牙齿健康的日益重视,牙
齿治疗技术也在不断提高。
其中,生物陶瓷材料作为一种新兴材料,
其在牙髓治疗中的应用备受关注。
生物陶瓷材料是一种人工制备的陶瓷材料,由锆、氧化铝、硅酸
盐等天然石材和矿物质经过高温热处理、压制成型而成。
生物陶瓷材
料具有生物相容性好、抗磨损性强、不易变色等优点,因此被广泛应
用于牙科治疗领域。
在牙髓治疗中,生物陶瓷材料主要应用于根管填充治疗和牙髓保护。
传统的根管填充材料主要包括银制物、树脂材料等,但这些材料
容易引起过敏反应和细菌侵袭,且容易发生裂纹导致根管二次感染。
相比之下,生物陶瓷材料的应用可以减少这些缺点,使得治疗效果更
加稳定和可靠。
牙髓保护方面,生物陶瓷材料可以阻止牙髓组织受到外界刺激,
起到保护作用。
同时,生物陶瓷材料本身不易发生变色和磨损,对牙
齿的美观和功能都有着重要的维护作用。
除了在牙髓治疗中的应用,生物陶瓷材料还广泛应用于牙科修复
和种植领域。
特别是在牙科种植领域,生物陶瓷材料具有无毒副作用、极小的免疫反应、耐腐蚀、高硬度等优点,其可替代传统的二氧化锆
材料,成为种植修复的首选材料。
总之,生物陶瓷材料作为一种新型的牙科治疗材料,在其优良的
生物相容性、维护功能和美观性等方面有着巨大的应用潜力。
未来,
随着牙科技术的不断发展和生物陶瓷材料的不断完善,相信其应用将
会更加广泛,为人们带来更好的牙齿健康和美丽。
高性能陶瓷材料的研究与应用高性能陶瓷材料是一种具有优异性能的新型材料,在现代工业与科技领域广泛应用。
相较于传统金属材料,高性能陶瓷材料具有更高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、高温稳定性等特点,在诸如轨道交通、能源、电子工业等领域有着广泛的应用前景。
一、高性能陶瓷材料的研究现状目前,高性能陶瓷材料的研究已相当成熟,其中较为著名的是氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
这些陶瓷材料在化学稳定性、硬度、热稳定性等方面具有优异性能,因此被广泛地应用于一些特殊领域中。
氧化铝陶瓷具有高强度、高硬度、良好的磨损性能和低温度热膨胀性能,因此在制造精密陶瓷、刀具、球轴承等方面有着广泛的应用。
氮化硅陶瓷在高温、高压、高速、高功率等极端环境下表现出优异性能,广泛应用于耐磨、切割、研磨等领域。
碳化硅陶瓷的硬度和强度较高,对于耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损等性能需求较高的领域有广泛应用。
二、高性能陶瓷材料的应用领域1. 轨道交通高铁列车的轮轴承重量是极其重要的,轴承采用的材料必须具有高强度、高硬度、抗磨损、耐高温等特点。
因此,高性能陶瓷材料在轨道交通领域的应用越来越广泛。
氮化硅陶瓷轴承广泛用于高速列车轮轴承,它具有高硬度、高耐腐蚀、高高温稳定等特点,能够在高速列车载重严重、高速运行情况下发挥优异性能。
2. 能源高性能陶瓷材料被广泛应用于风电机组、燃气轮机、火电机组等能源设施中。
其中,氮化硅陶瓷的高温稳定性能和电绝缘性能非常适合用于制造燃气轮机叶片,可有效提高燃气轮机的工作效率和使用寿命;碳化硅陶瓷的高强度、高硬度、高温稳定性能能够延长燃气轮机的使用寿命;氧化铝陶瓷则广泛应用于使用寿命相对短的火电机组内部部件中,如喷油嘴、喷气嘴等。
3. 电子工业高性能陶瓷材料在电子工业领域也有着广泛的应用。
硅基、氮化硅、氧化铝、碳化硅等陶瓷材料在集成电路、微电子器件等方面有着广泛的应用和重要作用。
此外,这些陶瓷材料也广泛用于声音、光电、电磁等部件的制造。
先进陶瓷材料在航空航天领域的应用与发展趋势探讨航空航天领域对材料的需求非常高,而先进陶瓷材料,以其卓越的性能和特殊的特性,逐渐成为航空航天领域的重要材料之一。
本文将探讨先进陶瓷材料在航空航天领域的应用与发展趋势。
首先,先进陶瓷材料在航空航天领域的应用非常广泛。
从结构材料到功能材料,从发动机到导弹防御系统,先进陶瓷材料在航空航天领域发挥着广泛而重要的作用。
例如,陶瓷基复合材料在航空发动机的叶片、燃烧室衬里和高温结构中使用,可以提高发动机的效率和性能,减少燃料的消耗和环境污染。
此外,陶瓷材料还被广泛应用于航天器热防护系统、雷达窗口、导弹导引头等领域,提供了优异的热、电、磁等性能,确保了航天器的安全性和可靠性。
其次,先进陶瓷材料在航空航天领域的发展趋势主要体现在以下几个方面。
首先是材料的性能提升。
随着科学技术的进步和研发投入的增加,先进陶瓷材料的性能不断提升。
例如,新型陶瓷基复合材料具有高温强度、耐热蠕变和抗氧化等特点,可以承受更高的温度和压力,提高航空发动机的性能和工作温度范围。
此外,先进陶瓷材料还具有优良的热障性能、低导热性和高抗磨损性能等,可以满足航天器在极端环境和高速飞行中的需求。
其次是制备工艺的改进。
先进陶瓷材料的制备过程需要高温、高压和复杂的工艺条件,因此制备成本较高。
为了降低成本并提高制备效率,近年来研究人员不断改进制备工艺,采用了多种新技术,如等离子喷涂、复合材料制备等,提高了陶瓷材料的质量和制备效率。
此外,先进材料的制备过程中还要考虑材料的可塑性和加工性,使其更加适合航空航天领域的应用。
第三是智能化和功能化。
随着科技的进步,航空航天领域对材料的要求越来越高,需要具备特殊功能和智能化的材料。
先进陶瓷材料不仅具有优异的物理和化学性能,还可以通过控制材料的微观结构和组分,使其具备特定的功能,如传感、储能、自修复等。
这些功能化的先进陶瓷材料可以广泛应用于航空航天领域,为航空器的特殊需求提供解决方案。
2024年新型陶瓷材料市场发展现状引言陶瓷材料作为一种重要的无机非金属材料,在各个领域有广泛的应用。
随着科技的不断进步和创新,新型陶瓷材料的研发也得到了加强。
本文将探讨新型陶瓷材料市场的发展现状,分析其应用领域、市场规模以及发展趋势。
应用领域新型陶瓷材料具有许多独特的性能,因此在多个领域得到了广泛应用。
首先是电子领域,新型陶瓷材料常用于制造晶体管、电容器、绝缘体等电子元件。
其次是医疗领域,新型陶瓷材料在人工关节、牙科修复材料等方面具有广阔的市场潜力。
此外,新型陶瓷材料还用于制造汽车零部件、航空航天器件、能源储存等领域。
市场规模新型陶瓷材料市场规模逐年增长。
根据市场调研,2019年全球新型陶瓷材料市场规模达到了XX亿美元,预计到2025年将达到XX亿美元。
其中,亚太地区是最大的市场,占据了全球市场份额的XX%。
北美和欧洲地区也在新型陶瓷材料市场上占据了一定的份额。
发展趋势新型陶瓷材料市场的发展呈现以下几个趋势。
创新技术驱动在新型陶瓷材料领域,创新技术是市场发展的关键驱动力。
随着科学技术的不断进步,新型材料的研发速度大大加快。
例如,纳米陶瓷材料、3D打印陶瓷材料等的出现,为市场带来了更多的机遇和挑战。
人工智能应用人工智能在各个行业的应用已经成为一个不可逆转的趋势。
在陶瓷材料市场中,人工智能技术的应用也不断推进。
例如,利用人工智能算法进行材料设计和模拟,可以提高研发效率、降低成本,同时带来更好的性能和品质。
环保可持续发展环保和可持续发展已经成为当今社会的关注焦点。
在新型陶瓷材料市场中,环保因素也越来越受到重视。
例如,陶瓷膜过滤材料可以有效净化水源和废水处理,对环境友好。
此外,新型陶瓷材料的高效使用还可以减少资源浪费。
结论新型陶瓷材料市场在不断发展壮大,应用领域广泛,市场规模逐年增长。
未来,新型陶瓷材料市场将会继续受到创新技术、人工智能应用和环保可持续发展等趋势的推动。
随着科技的进步,我们可以期待新型陶瓷材料在更多领域的应用和突破。
新型陶瓷材料的研究与应用随着科学技术的发展,新型材料的研究和应用已经成为现代工业的重要组成部分。
在众多新材料中,陶瓷材料因其优异的性能而备受关注。
本文将探讨新型陶瓷材料的研究与应用,并着重介绍了几种具有潜力的新型陶瓷材料。
首先,让我们来了解一下传统陶瓷材料的局限性。
传统陶瓷材料通常具有优良的耐热性和耐腐蚀性,适用于高温环境和化学腐蚀环境。
然而,它们的韧性和强度相对较低,容易发生破碎。
为了克服这一问题,研究人员开始致力于开发新型陶瓷材料,以满足更高的要求。
一种被广泛研究的新型陶瓷材料是氧化锆。
氧化锆材料具有极高的强度和韧性,同时具有良好的热稳定性和耐腐蚀性。
这使得氧化锆材料在航空航天、医疗器械和高温热工等领域得到了广泛应用。
例如,氧化锆材料可以用于制作高温合金的包层,以提高其耐热性和耐腐蚀性。
此外,氧化锆材料还可以用于牙科领域,用于制作人工牙齿和牙科瓷冠等。
因其良好的生物相容性,氧化锆材料在牙科修复中具有广阔的应用前景。
除了氧化锆,碳化硅也是一种受到研究者广泛关注的新型陶瓷材料。
碳化硅具有高硬度、高强度、耐高温和耐腐蚀性等优点。
这使得碳化硅材料在机械工程和电子工程等领域具有潜力。
例如,碳化硅材料可以用于制造高速切削工具,用于加工高硬度材料。
此外,碳化硅材料还可以用于制造封装材料,用于封装集成电路和太阳能电池等。
由于碳化硅材料的热导率较高,其在电子散热方面具有明显的优势。
另一个备受关注的新型陶瓷材料是氧化铝。
氧化铝材料具有极高的绝缘性能、热稳定性和机械强度。
这使得氧化铝材料在电子、光学和载人航天等领域得到了广泛应用。
例如,氧化铝材料可以用于制造电子器件的封装材料,用于提供良好的绝缘和保护。
此外,氧化铝材料还可以用于制造高性能纤维光缆,用于提供低损耗的光信号传输。
新型陶瓷材料的应用不仅限于工业领域,还涉及到我们日常生活中的许多方面。
例如,新型陶瓷材料在厨房用具和餐具方面得到了广泛应用。
陶瓷刀具因其优异的硬度和抗菌性能而受到人们的喜爱。
新型耐热陶瓷材料的开发及应用新型耐热陶瓷材料(Refractory Ceramic) 是指具有优异的耐热性能和机械性能的陶瓷材料。
近年来,随着工业生产的不断发展和需求的增加,对耐热陶瓷材料的要求也越来越高。
因此,新型耐热陶瓷材料的开发和应用变得尤为重要。
本文将介绍新型耐热陶瓷材料的开发及其应用领域。
首先,对于材料选择,新型耐热陶瓷材料常采用氧化铝、氮化硅、碳化硅等高性能陶瓷作为基础材料。
这些材料具有优异的耐热性能、耐腐蚀性能和机械性能,可以满足工业生产的需求。
其次,制备工艺是新型耐热陶瓷材料开发过程中关键的一环。
传统的制备工艺包括烧结工艺、压制工艺等,但这些工艺存在着能耗高、成本高等问题。
近年来,随着纳米技术的发展,人们开始采用纳米粉末制备新型耐热陶瓷材料,通过改变粒度和形貌来提高材料的性能。
此外,还可以采用3D打印技术来制备新型耐热陶瓷材料,该技术不仅可以提高制备效率,还可以生产复杂形状的器件。
最后,对于性能改进,可以采用改变化学成分、烧结工艺和添加增强剂等方法来提高新型耐热陶瓷材料的机械性能、热稳定性和抗腐蚀性能。
例如,加入碳化硅纤维可以提高材料的强度和断裂韧性,加入氧化镁可以提高材料的耐高温性能。
新型耐热陶瓷材料的应用领域广泛,主要包括航空航天、电力、冶金和化工等行业。
在航空航天领域,新型耐热陶瓷材料常用于制造发动机喷口、燃烧室等部件,能够承受高温高压的工作环境。
在电力行业,新型耐热陶瓷材料可以制造耐火砖、耐火隔热材料等,用于高温炉窑和电厂锅炉等设备。
在冶金和化工领域,新型耐热陶瓷材料广泛应用于高温熔炼、腐蚀介质储存和传输等方面。
总之,新型耐热陶瓷材料的开发和应用是一个复杂而又具有挑战性的过程。
通过合理的材料选择、制备工艺和性能改进,可以不断提高新型耐热陶瓷材料的性能,满足不同领域的需求,并为工业生产提供更加可靠和高效的材料。
纳米陶瓷材料的研究现状及应用
一、研究现状
1、纳米陶瓷材料的科学定义
纳米陶瓷材料是一种同时具有有机和无机特性的材料,其中包含硬晶体、软晶体和非晶状结构。
它们具有很高的热稳定性和化学稳定性,且具
有良好的机械性能。
目前,纳米陶瓷材料被广泛应用于多种领域,如生物
医学、煤炭工业、航空航天、能源储存等领域。
2、研究进展
近年来,随着纳米技术的发展,纳米陶瓷材料的研究也取得了快速发展,得到了广泛的应用。
纳米陶瓷材料的研究已从传统的材料表征和性能
测试扩展到对其结构、形貌、微观组成和制备条件等的深入研究。
目前,
研究者正在尝试利用纳米技术制备新型纳米陶瓷材料,以改善其力学性能、尺寸稳定性和多功能性。
目前,纳米陶瓷材料的研究已经取得了一定的进展,并受到了学者们
的广泛关注和研究。
研究者已经成功地通过合成和优化材料结构,提高了
纳米陶瓷材料的力学性能和耐久性,并实现了纳米陶瓷材料的多功能性。
3、未来发展趋势。
国内先进陶瓷状况与发展机遇和挑战随着现代科学技术的高速发展,迫切要求研制与发展具有特殊性能的新一代先进陶瓷材料。
这是因为先进陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀以及优异的电学性能、光学性能、化学稳定性和生物相容性等优点,从而在航天航空、国防军工、机械化工、生物医疗、信息电子、核电与新能源等领域得到越来越多的应用,已成为国家某些重大工程和尖端技术中不可或缺的关键材料,因此具有重要的科学价值和国家战略意义。
近二十年来,在国家重大工程和尖端技术中对陶瓷材料及其制备技术也提出了更高的要求和挑战。
例如航天工业火箭发射中液氢液氧涡轮泵用的Si 3N 4陶瓷轴承在无润滑状态下高速运转、激光武器需使用大尺寸大功率Nd-YAG 激光透明陶瓷、地球卫星对地监测使用的SiC 陶瓷反射镜、大规模集成电路用高导热AlN 陶瓷基板、减少汽车尾气污染的蜂窝陶瓷催化剂载体、智能终端产品和油电混动车用小型化和高频化MLCC 等。
这些例子充分显示了新一代先进陶瓷材料对现代科学技术发展至关重要。
特别是近年来由于各种高纯氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷的快速发展,加快了国内对先进陶瓷的研发及量产步伐,尽量缩小与世界先进陶瓷发达国家的差距。
本文结合国内先进陶瓷发展现状,剖析了产业分布及产品应用状况,指出了国内先进陶瓷行业目前所面临的问题、机遇与挑战。
1、国内先进陶瓷研发与产业分布国内从事先进陶瓷研究与开发的高等院校和科研院所已达100多个单位,如清华大学、中科院上海硅酸盐研究所、哈尔滨工业大学、西北工业大学和武汉理工大学等,为企业发展在一定程度上提供了技术支撑。
这些单位研制的透明透波陶瓷、激光陶瓷、超高温陶瓷、陶瓷切削刀具、高温陶瓷基复合材料及其他功能陶瓷材料的性能都接近或达到国际先进水平,许多技术和产品已实现产业化。
国内先进陶瓷产业分布主要集中在广东、江苏、山东,以及江西、湖南、浙江、河南、河北等地,其中广东、江苏、山东三省的先进陶瓷产业集中度高,在技术和产品方面具有竞争力,图1为国内结构陶瓷代表性企业分布图。
精密陶瓷技术的应用一、引言精密陶瓷技术是一种具有高硬度、高强度、高耐磨、耐高温、绝缘性能优异的新型陶瓷材料。
它在电子、机械、化工、医疗等领域得到广泛应用。
本文将从这些领域的应用角度来探讨精密陶瓷技术的发展和应用。
二、电子领域中的应用1. 陶瓷封装材料精密陶瓷具有优异的绝缘性能和高温稳定性,在电子元器件的封装中起到了重要作用。
例如,集成电路封装中常用的陶瓷封装材料能够提供可靠的绝缘保护,同时具有良好的导热性能,确保电子元器件的稳定工作。
2. 陶瓷基电路板精密陶瓷材料还被广泛应用于高频电子设备中的电路板制造。
相比于传统的玻璃纤维基板,陶瓷基电路板具有更好的导热性能和耐高温性能,能够满足高频电子设备对于信号传输和散热的要求。
三、机械领域中的应用1. 陶瓷刀具精密陶瓷具有高硬度和耐磨性,被广泛应用于机械加工中的刀具制造。
陶瓷刀具不仅具有更长的使用寿命,而且在高速切削时能够保持较高的切削效率和较好的表面质量。
2. 陶瓷轴承精密陶瓷材料具有优异的耐磨性和耐腐蚀性,在机械设备中的轴承应用中表现出良好的性能。
陶瓷轴承不仅能够减小摩擦损失,提高机械设备的效率,而且能够耐受较高的工作温度和恶劣的工作环境。
四、化工领域中的应用1. 化工设备的防腐蚀涂层精密陶瓷具有耐腐蚀性,可用于化工设备的防腐蚀涂层。
陶瓷涂层能够有效保护设备表面免受腐蚀介质的侵蚀,延长化工设备的使用寿命。
2. 化学触媒载体精密陶瓷材料的高比表面积和化学稳定性使其成为理想的触媒载体。
陶瓷触媒载体能够提供更多的活性位点,提高催化反应的效率和选择性。
五、医疗领域中的应用1. 人工关节精密陶瓷材料具有与人体组织相似的生物相容性和耐磨性,在人工关节的制造中得到了广泛应用。
陶瓷人工关节能够减少摩擦损失,提高关节的稳定性和寿命。
2. 医用陶瓷材料精密陶瓷材料在医疗器械的制造中也发挥着重要作用。
例如,陶瓷刀片在手术中的应用能够实现更精确的切割和更小的创伤。
六、结语精密陶瓷技术的应用领域广泛,不断推动着科技的进步和产业的发展。
新型陶瓷的发展及应用陶瓷是一种由无机非金属材料制成的材料,具有高硬度、耐磨、绝缘性、耐腐蚀和高温稳定性等特点。
随着科技的进步和对材料性能需求的提升,新型陶瓷的研发和应用也得到了快速发展。
新型陶瓷的发展主要包括以下几个方面:一、功能陶瓷的研发:功能陶瓷是指具有特殊功能性能的陶瓷材料,如高温超导陶瓷、微波吸收陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷等。
这些材料在电子、通信、能源、医疗等领域具有重要的应用价值。
例如,高温超导陶瓷在能源传输和储存领域具有极高的效率和密度,可以提高能源利用效率;压电陶瓷可以将机械能转化为电能,广泛应用于传感器、声波和超声波设备等。
二、结构陶瓷的研发:结构陶瓷是指用于承载和支撑的陶瓷材料,具有高强度、高刚性和低密度等特点。
这些材料在航空航天、汽车、机械等高性能制造领域有广泛的应用。
例如,氧化锆陶瓷在航空航天领域可以用于制造发动机零部件,因其高温稳定性和抗腐蚀性能优异;碳化硅陶瓷在汽车发动机零部件中具有优异的高温强度和耐磨性能。
三、生物陶瓷的研发:生物陶瓷是指用于医疗和生物工程领域的陶瓷材料,具有与人体组织相容性好、无毒、无刺激等特点。
这些材料在人工骨骼、牙科修复、人工关节等领域具有重要的应用价值。
例如,氧化锆陶瓷在牙科修复中可以用于制作高强度和美观的假牙,具有较好的生物相容性和抗氧化性能;氢氧基磷灰石陶瓷在人工骨骼中具有良好的成骨性能,可以加速骨骼的愈合和重建。
随着新型陶瓷的研发,其应用也得到了广泛的推广和应用:一、电子领域:新型陶瓷在电子领域有很多应用,如压电陶瓷在传感器、超声波设备和压电元件中的应用;铝氧化物陶瓷在电子元件中具有良好的绝缘性能和高温稳定性;铝钛酸钡陶瓷在微波器件中具有高压电常数和较低的介电损耗。
二、能源领域:新型陶瓷在能源领域具有重要的应用价值,如高温超导陶瓷在能源传输和储存中的应用;氧化锆陶瓷和碳化硅陶瓷在核能领域的应用;燃气轮机中的陶瓷复合材料在提高燃烧效率和降低污染物排放方面具有重要作用。
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。
3.1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,非常适用于制作航天发动机涡轮转子叶片等高温受力部件。
2)陶瓷轴承(Ceramic Bearing)陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件,由于具有金属轴承所无法比拟的优异性能,近十多年来,在国计民生的各个领域得到日益广泛的应用。
在航空航天、核工业、高速机床等高温、高速、耐腐蚀、真空、无磁、无摩擦的特殊环境下,陶瓷轴承的作用正在被人们逐渐地认识。
陶瓷轴承突出的效果是大幅度地提高了轴承的使用寿命和极限速度,为发展高速和超高速、高精密机床提供了基础零部件[4]。
除此以外,在高温、腐蚀、绝缘、真空等行业的应用也已经取得了良好的效果,可在高温、强酸、强碱等一些高腐蚀性介质中长期稳定地工作。
近来,与半导体制造装置和计算机的CD-ROM及其硬盘与信息工业相关的陶瓷轴承需求量不断增加。
当今世界上著名的轴承企业无一不在开发、生产陶瓷轴承,而产品质量的高低,已成为衡量其企业实力的一个重要标志。
3)生物工程领域:生物陶瓷( Biological Ceramic Material)由于生物陶瓷材料的无毒、无害,具有良好的生物活性和生物相溶性,且硬度高,杨氏模量与人体骨相近,故可作为骨骼、牙床、心脏瓣膜等的修补材料或替代材料使用。
生物陶瓷材料又分生物性惰性陶瓷材料和生物性活性陶瓷材料。
生物性惰性陶瓷材料:如多晶氧化铝具有耐腐蚀、耐磨、热膨胀系数小等特点,且可通过高温消毒,常用于大块或小块骨的修补或承重骨的缺损修复。
单晶氧化铝,除具有多晶氧化铝特性外,还具有生物相溶性好的特点,常用于制成人工骨螺钉,强度比金属材料制成的工骨螺钉更高。
同时氧化铝单晶可以加工成各种尺寸小、强度大的牙根,它与人体蛋白质有良好的亲合性能,结合力强。
因此有利于牙龈粘膜材料的附着。
生物性活性陶瓷材料:将含磷酸和钙的活性玻璃,置入生物体内,使之与生物体内的液体发生反应,然后有生物组织成长起骨原纤维组织,在生物玻璃表面与生物组织之间形成结合层。
羟基磷灰石,它具有与人体硬组织(骨和牙)的无机质相同的物质组成,可用于牙槽、骨缺损、脑外科修补、填充等[2]。
4)军事应用:特种陶瓷(Special Ceramics)军事应用中的特种陶瓷主要指的是氧化铝和碳化硼。
在现代军事中,无论是海陆空或其他兵种的现代武器中,都有用特种陶瓷制成的部件。
如B4C陶瓷可作为飞机、车辆和人员的防弹装甲,用比例纤维和B4C复合材料制成的0.6cm厚的B4C内衬可阻挡小口径的装甲弹的穿透作用[6]。
另外,宇宙飞船外壁的陶瓷隔热瓦即为玻璃纤维复合材料,具有轻质、耐热、耐冲击、低热导等优良性能,是理想的军用隔热材料。
特种陶瓷实在导弹控制系统中也有用途,在雷达天线上加装一个气动天线罩,可协调机械、热力、电气系统、的功能,保证导弹正常运行。
还有,火箭上需要的特殊高温材料,很多也是用金属陶瓷制成的。
美国对国防用嵌入式轻质陶瓷装甲的需求近几年有了很大的增长,9.11事件后,配合全世界的反恐怖主义活动,防弹服的需求成倍增长。
5)电子工业领域:氮化铝陶瓷(Aluminum Nitride Ceramic即AIN)氮化铝具有良好的高温抗蚀性,它对许多金属表现良好的抗蚀力,可与铝、铜、镍、钼、钨以及许多铁质合金和超合金在高温下共存,也能在某些化合物,如砷化镓的融盐中稳定存在。
它可以应用到电子工业方面,做基片材料,AIN的导热率是Al2O3的5-10 倍,更适合大规模集成电路要求[6]。
AIN 陶瓷的综合性能良好,非常适用于电子工业。
同时氮化铝陶瓷材料在高温耐蚀和复合材料方面也有很好的应用。
在高温耐蚀方面的应用:AIN陶瓷具有良好的高温耐蚀性,它能与许多金属在高温下共存。
因此是优良的坩埚材料,也可用作腐蚀性物质的容器和处理器。
在复合材料方面的应用:可以通过复合相陶瓷的途径,拓展它在其它方面的应用。
如:加入TIC P、SIC P颗粒和SIC W晶须以提高其强度和韧性。
4.新型陶瓷材料研究近况和发展趋势现代各国不仅在新型陶瓷的应用方面取得了一定的成就,但同时也不断大力地开展新陶瓷的研究和开发,下面列举的几个方面是近年来比较著名的研究领域:4.1纳米复合陶瓷(Nanocomposite Ceramics)Al2O3-Sic纳米复合陶瓷的抗弯强度比三氧化二铝单体提高近三倍。
纳米复合材料不仅在常温下具有很高的强度,其高温强度性能也明显提高。
近来,双向纳米复合陶瓷和纳米压电复合陶瓷是引人注目的新方向[8]。
4.2梯度功能材料(Functionally Graded Material,FGM)梯度功能材料它不同于传统的复合材料,其成分或结构在材料的一面向另一面逐渐变化。
FGM材料的就开发哦在研究和开发热障涂层材料为主的高温耐热材料、刀具材料、热点转换材料等方面取得了进展,在FGM研发工艺中等离子体喷射法(Plasma Spraying)、气象沉积法(CVD)、粉末冶金法(PM)具有较明显的优势,得到广泛的利用。
4.3 synergy 陶瓷synergy陶瓷是指在同一材料里实现多种性能的共存或互补的高性能复合陶瓷,从广义上来看,synergy陶瓷的概念与结构和功能一体化比较接近。