浅谈陶瓷材料的性能及其应用2
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浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点蒋永彪(贵州省机械工业学校,贵州贵阳550000)1陶瓷基复合材料分类陶瓷基复合材料,根据增强体分成两大类:连续增强的复合材料和不连续增强的复合材料,如表1所示。
其中,连续增强的复合材料包括一方向,二方向和三方向纤维增强的复合材料,也包括多层陶瓷复合材料;不连续增强的复合材料包括晶须、晶片和颗粒的第二组元增强体和自身增强体,如Si 3N 4中等轴晶的基体中分布一些晶须状β-Si 3N 4晶粒起到增韧效果。
纳米陶瓷既可以是添加纳米尺寸的增强体复合材料,也可以是自身晶粒尺寸纳米化及增强。
表1陶瓷基复合材料分类陶瓷基符合材料也可以根据基体分成氧化物基和非氧化物基符合材料。
氧化物基复合材料包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物、复合氧化物等,弱增强纤维也是氧化物,常称为全氧化物复合材料。
非氧化物基复合材料以SiC ,Si 3N 4,MoS 2基为主。
2陶瓷基复合材料的力学特性陶瓷本体具有耐高温、抗氧化、高温强度高、抗高温蠕变性好、高硬度、高耐磨损性、线膨胀系数小、耐化学腐蚀等优点,但也存在致命的弱点(脆性),它不能承受激烈的机械冲击和热冲击,这限制了它的应用。
可通过控制晶粒、相变韧化、纤维增强等手段制成复合材料,陶瓷基复合材料具有了更高的熔点、刚度、硬度和高温强度,并具有抗蠕变、疲劳极限好、高抗磨性,在高温和化学侵蚀的场合下能承受大的载荷等优点,使其在航空、航天等众多领域有着广泛的应用前景。
2.1陶瓷基复合材料的主要物理和化学性能(1)热膨胀。
复合材料有纤维、界面和基体构成,因此热膨胀的相容性是非常重要的。
虽然线膨胀系数彼此相同是最为理想的,但是几乎实现不了。
通常用线膨胀系数来表征材料的热膨胀,晶体的线膨胀系数存在各向异性,因此,线膨胀系数的各向异性造成的热应力常常是导致多晶体材料从烧结温度冷却下来即发生开裂的原因。
在陶瓷基复合材料里,一般希望增强体承压缩的残余应力,这样即使是弱界面,也不会发生界面脱黏。
超高温下陶瓷材料的性能研究报告摘要:本研究报告旨在探究超高温下陶瓷材料的性能特点及其应用前景。
通过实验和分析,我们发现超高温下的陶瓷材料具有优异的耐热性、耐腐蚀性和机械性能,适用于航空航天、能源等领域。
此外,我们还发现了一些问题和挑战,如热膨胀系数不匹配和制备工艺复杂等。
为了解决这些问题,我们提出了一些改进方案和未来研究的方向。
1. 引言超高温下的陶瓷材料是一类具有特殊性能的材料,其研究和应用在航空航天、能源等领域具有重要意义。
本报告将重点探讨超高温下陶瓷材料的性能特点和应用前景。
2. 超高温下陶瓷材料的性能特点超高温下陶瓷材料具有以下几个显著的性能特点:2.1 耐热性:超高温下陶瓷材料能够在极端高温环境中保持稳定的物理和化学性质,不易熔化或变形。
2.2 耐腐蚀性:超高温下陶瓷材料能够抵抗酸碱、高温气体和腐蚀性液体的侵蚀,具有优异的耐腐蚀性能。
2.3 机械性能:超高温下陶瓷材料具有优秀的机械性能,如高硬度、高强度和良好的耐磨性。
3. 超高温下陶瓷材料的应用前景基于超高温下陶瓷材料的性能特点,其在航空航天、能源等领域具有广阔的应用前景:3.1 航空航天领域:超高温下陶瓷材料可用于制造航空发动机、航天器热结构件等,提高发动机效率和航天器的耐热性能。
3.2 能源领域:超高温下陶瓷材料可用于制造核电站燃料元件、高温燃烧室等,提高能源利用效率和安全性。
4. 超高温下陶瓷材料的问题与挑战尽管超高温下陶瓷材料具有优异的性能特点,但仍存在一些问题和挑战:4.1 热膨胀系数不匹配:超高温下陶瓷材料与其他材料之间的热膨胀系数不匹配,容易导致材料界面的应力集中和破裂。
4.2 制备工艺复杂:超高温下陶瓷材料的制备工艺复杂,需要高温、高压等特殊条件,制备过程中易产生缺陷。
5. 改进方案和未来研究方向为解决超高温下陶瓷材料的问题和挑战,我们提出以下改进方案和未来研究的方向:5.1 界面工程:通过界面工程技术,改善超高温下陶瓷材料与其他材料之间的热膨胀系数不匹配问题,提高材料界面的力学性能。
陶瓷车刀的性能及使用来源:华菱超硬刀具引言陶瓷车刀作为非金属刀具材料,在金属切削领域中广泛应用,本文根据陶瓷刀片、立方氮化硼刀片的种类和性能,浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。
(本文出处:华菱超硬刀具----量体裁衣的服务,最优化的刀具解决方案)一,陶瓷车刀的种类及发展脉络陶瓷刀片的种类及发展:陶瓷刀片最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强:氧化铝陶瓷刀片—-复合氧化铝陶瓷刀片--氮化硅陶瓷刀片--立方氮化硼刀片。
在金属切削领域,氧化铝陶瓷刀片和氮化硅陶瓷刀片合称为陶瓷刀片;在无机非金属材料学中,立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类,立方氮化硼材料刀具的问世,是陶瓷刀具的革命。
我国华菱超硬作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料的研究所之一,最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀片,其韧性和耐磨性能显著增加。
二,陶瓷车刀的性能及适合加工材料陶瓷刀片比硬质合金刀片相比,可承受2000℃的高温,而硬质合金在800℃时则变软;所以陶瓷刀片更具有高温化学稳定性,可高速切削,但其缺点是氧化铝陶瓷刀片的强度和韧性很低,容易破碎。
因陶瓷刀片耐高温,对高温高速切削更有利,由于陶瓷热导率低,高温只在刀尖,高速切削所产生的热量都随切屑带走,所以大部分研究者认为:氧化铝陶瓷刀片能够,且最好高于硬质合金切削的10倍线速度下进行切削,才能真正体现陶瓷刀片的优点。
为了减低陶瓷刀片对破碎的敏感性,在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时,加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。
尽管加入了这些添加剂,但是陶瓷刀片的韧性比硬质合金刀片还是低得多。
另一个提高氧化铝陶瓷刀片韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须,通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径,20微米长很结实的晶须,相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。
单受其抗冲击韧性限制,一直精车加工领域中使用。
和氧化铝陶瓷刀片一样,氮化硅陶瓷刀片比硬质合金刀片有更高的热硬性。
它耐高温与机械冲击的性能也比较好,与氧化铝陶瓷刀片相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不足。
陶瓷材料概述范文陶瓷材料是一种非金属无机材料,其主要成分为氧化物、非氧化物和组合材料。
陶瓷材料具有许多独特的性质,如高温耐性、耐腐蚀性、绝缘性、硬度高等,因此被广泛应用于工业、冶金、化工、电子、建筑等领域。
陶瓷材料根据其结构与用途可分为三类:普通陶瓷、特种陶瓷和结构陶瓷。
普通陶瓷是最基本的一种陶瓷材料,由黏土和瓷石等原料烧结而成。
普通陶瓷具有较低的价格和良好的加工性能,广泛应用于建筑材料、制陶工业、机械工业等。
常见的普通陶瓷有砖瓦、瓷器等。
特种陶瓷是一类性能优良、用途特殊的陶瓷材料。
特种陶瓷的特点是高温稳定性、耐磨性和电绝缘性能的提高。
根据其化学成分和结构特点,特种陶瓷可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和复合陶瓷。
氧化物陶瓷包括金刚石(碳化硅)陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等,主要用于高温热工业、电子工业、机械制造业等。
非氧化物陶瓷主要包括硼化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等,具有高硬度、耐磨性、导热性能等,广泛应用于航空航天、电子、光学等领域。
复合陶瓷由两种或多种不同材料组成,具有更加优良的性能,例如碳化硅纤维增强碳化硅(C/C)复合陶瓷材料广泛应用于高温结构部件。
结构陶瓷是一类性能优异的陶瓷材料,具有高强度、低密度和良好的耐磨性能。
结构陶瓷主要用于制造高压磨料工具、轴承等机械结构部件。
常见的结构陶瓷有氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷等。
陶瓷材料还具有许多其他特殊的性能,如生物相容性、超导性、光学透明性等。
在现代科技的发展中,陶瓷材料发挥着重要的作用。
例如,陶瓷瓦片用于建筑中的防水、隔热层;陶瓷杯用于食品和饮料的容器;陶瓷电容用于电子器件中的储能等。
陶瓷材料的应用领域不断扩大,对于人类社会的发展与进步具有重要的推动作用。
总之,陶瓷材料是一类非金属无机材料,具有独特的性质和广泛的应用领域。
普通陶瓷、特种陶瓷和结构陶瓷是其主要分类。
陶瓷材料在工业、冶金、化工、电子、建筑等领域起到重要的作用,对于促进社会进步和技术发展具有重要意义。
252018.6期收稿日期:2018-12-10美 术 论 丛青花瓷是中国极具代表的艺术表现形式,一直以来深受万人瞩目。
其艺术审美标准已经渗透在人民大众的生活点滴之中。
但青花瓷被冠以“现代”二字,就艺术语言与创作目的来说,它与传统青花就有了本质的区别。
现代青花瓷是当代陶艺家以青花这种表现语言为媒介,结合现代艺术的创作理念与表现手法,来表达作者的审美情感与精神风貌的一种艺术形式。
正因为这种艺术形式是汲取了现代艺术的营养而茁壮成长起来的,因此,她有着明显后现代主义艺术的体态与特征。
青花装饰是陶瓷釉下彩绘的一种表现形式,以钴矿为彩料,在坯体上彩绘,喷上青白釉,经过1300℃左右窑烧后,整个瓷面呈现幽靓明快而又沉静的青蓝色。
首先从材料上来讲青花装饰的运用。
在青花装饰中,人们一直以来就非常注意和运用材料的性能。
青花瓷由于使用了特殊的材料,并发挥其独特的性能,所以形成了其独特的装饰形式和格调。
青花色料与国画所用黑墨特性相似,可以勾画,随意挥写,落笔生辉。
同时,青花色料有色阶、浓淡、深浅变化。
远在明朝,青花装饰就采用从南洋进口的色料,使青花瓷画面呈色非常美丽,明亮而浓艳。
青色晕散在瓷釉中间,有一种清澄莹澈的感觉,犹如画在宣纸上的墨晕一样,点染描绘,可衬托出画面的优美。
在清朝,青花装饰采用云南珠明料,质地纯净,色调鲜明青翠,蓝中泛青,不同浓淡的料水,能分染出深浅不同的多种色彩。
实践证明,青花装饰善于动用自己的材料,并能发挥它的特长,避免它的局限,做到“各随其宜”体现了工艺美术装饰“限制”、“利用”、“变化”的原则。
其次,从技法上来看青花装饰的运用。
青花装饰是一种单一色彩的浅谈青花瓷在陶瓷中的运用/吴和龙QIAN TAN QING HUA CI ZAI TAO CI ZHONG DE YUN YONG装饰方法,主要有工笔法和写意法,即勾线分水和“浓淡笔触一笔点划”表现技法。
如“分水”表现技法,是用笔饱含被茶水冲淡的青料料水,使其垂直在笔尖上的料水接触坯面,用笔带动水运动,按所绘物象的特征来处理纹路。
多孔陶瓷材料在环境工程中的应用研究随着人类社会的发展,环境问题备受关注。
而多孔陶瓷材料的特殊性质给环境工程带来了新思路和新方法。
本文将围绕多孔陶瓷材料在环境工程中的应用研究进行浅谈。
一、多孔陶瓷材料的特点1.1 多孔性多孔陶瓷材料具有较大的孔隙度和孔径分布,其多孔性使其在物质传输和污染物控制方面具有优异的性能。
1.2 稳定性多孔陶瓷材料具有较好的化学稳定性和耐高温性,能够承受不同的化学环境和高温气氛,能够保证环境工程设备的长期稳定运行。
1.3 可再生性多孔陶瓷材料由于性能稳定、结构可控,并且采用低能耗制造,能够有效地延长其使用寿命并降低运营成本,具有良好的可再生性。
二、多孔陶瓷材料在环境工程中的应用2.1 空气净化多孔陶瓷材料在空气净化领域中广泛应用,包括汽车尾气净化、大气污染物吸附、室内空气净化等。
例如,可将多孔陶瓷材料加工成悬浮体或填充体,在汽车尾气排放口中使用,有效地去除有毒有害气体,减少污染物的排放。
2.2 水资源处理多孔陶瓷材料在水资源处理方面,可以应用于地下水、饮用水的净化和废水的处理。
例如,可将多孔陶瓷材料制成滤芯,在净水器中使用,通过物理过滤和吸附作用去除水中的杂质和有害物质。
2.3 固体废物处理多孔陶瓷材料可用于固体废物的深度处理和无害化处理。
例如,可将多孔陶瓷材料制成载体,在垃圾焚烧炉内使用,对废气中的有害物质进行吸附和转化,达到净化废气的目的。
2.4 新能源领域多孔陶瓷材料在新能源领域中的应用也越来越广泛,如太阳能电池、储能电池等都离不开多孔陶瓷材料的应用。
例如,可以将多孔陶瓷材料作为锂离子电池的隔板,具有优异的耐化学腐蚀性、稳定性和较高的导电性能。
三、多孔陶瓷材料在环境工程中的研究进展多孔陶瓷材料在环境工程中的应用研究日益深入。
研究者们在材料制备、性能评估和应用开发等方面取得了诸多有意义的研究成果,如以下几个方面:3.1 多孔陶瓷材料的制备方法近年来,多孔陶瓷材料制备的方法越来越多样化。
陶瓷材料的力学性能高分子091 项淼学号17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207000MN/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。
浅析陶瓷材料在家具装饰的应用经济的发展使得人们对生活质量有了更高的要求,更多人希望营造一个根据自己喜好建设的环境,更期待将自己喜好的元素加入到家具装饰中。
陶瓷自古以来就是中国人喜好的材料,随着科学技术的快速发展,实现了陶瓷材料与家具装饰的融合,将传统文化与现代技术结合在一起,呈现出一种新的技术形式,为人们提供更好的生活品质。
一、陶瓷艺术与家具关系概述人们艺术意识的提升,对生活品质有了更高的认识,对于更多的中国人来说还是更希望将中华文化融入到生活中的每一个环节。
家具是人们生活中的重要构成,浓缩了丰富的中华文化的中式家具一直以来都为人们所热衷。
将陶瓷与家具融合在一起,不但可以实现人们对家具功能的要求,同时也满足了人们对中式文化艺术的追求。
随着人们对待艺术态度的不断改变,陶瓷逐渐不再是单纯的实用品或者装饰品,陶瓷艺术随着整个现代艺术运动发展而发展,在更大程度的利用和把握陶瓷媒介特性基础上,创造出比传统陶艺更具有艺术形式与审美表现力的丰富形象[1]。
陶瓷材料受其稳定性、适应性以及功能性等特性影响,以及所具有的釉彩、肌理等艺术形式,逐渐成为了家具生产等艺术装饰中的宠儿。
陶瓷材料与家具生产的融合,将对陶瓷的欣赏转变为装饰材料加以应用,与家具造型比例、造型、空间、节奏等方面相互融合,成为即美观又实用的物件,对提升人们生活质量具有重要意义。
二、家具装饰中陶瓷材料应用方式1.日常使用。
最先应用在家具中的陶瓷材料是以餐具的形式出现的,人们对于陶瓷应用的重点为实用性,陶瓷材料达到承载物品的目的就算完成设计要求[2]。
随着人们艺术意识的提升,日常使用的家具逐渐发生了改变,在原有实用的基础上更富有艺术性。
例如传统单一的陶瓷餐具,逐渐变为成套的器皿套装,无论是色彩还是纹饰等都达到和谐统一的目的,在满足人们使用的基础上,精美的装饰花纹以及简洁干练的质地更加美观,满足人们情感上的追求。
2.个性装饰。
全球化经济的发展,人们接触到的内容更多,形成了更明显的个人意识,而这逐渐也体现在家具中。
浅谈特种陶瓷材料的性能、应用及其展望摘要陶瓷是无机非金属材料,它以其特殊的性能被广泛应用。
特种陶瓷是陶瓷材料不断发展的产物,随着人们需求的增长,特种陶瓷材料的类型越来越多。
特种陶瓷性能好、应用广、发展快,在各个领域均被广泛应用,在现代工业中有着重要地位。
SummaryAbstract ceramic inorganic non-metallic materials, with special performance was widely used. Special ceramics is the continued development of ceramic products, as demand growth, special types of ceramic materials is increasing. Good special ceramics, wide application, fast development, has been widely applied in various fields, has an important position in the modern industry.关键词:无机非金属(non metallic inorganic)性能(highperformance)发展(development)重要地位(Important position)一、特种陶瓷的类型按照化学成分可分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等,此外还有铬酸镧钙陶瓷,金属陶瓷等。
但是人们为了生产、研究和学习上的方便,有时不按化学组成,而根据陶瓷的性能把它们分为结构陶瓷和功能陶瓷,其中又可以分为高强度陶瓷、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(即透明陶瓷)、磁性瓷、耐酸陶瓷和生物陶瓷等。
结构陶瓷有很好的强度、韧度以及硬度;功能陶瓷则有其特殊的性能,例如绝缘性、介电性、热电性等。
二几种特种陶瓷的性能极其应用随着现代电器,无线电、航空、原子能、冶金、机械、化学等工业以及电子计算机、空间技术、新能源开发等尖端科学技术的飞跃发展而发展起来的。
这些陶瓷所用的主要原料不再是粘土,长石,石英,有的坯休也使用一些粘土或长石,然而更多的是采用纯粹的氧化物和具有特殊性能的原料,制造工艺与性能要求也各不相同。
为了方便更好地了解特种陶瓷,以下以性能分类。
1.介电陶瓷这类材料主要分为非铁电陶瓷和铁电陶瓷两类。
非铁电陶瓷比如二氧化钛、钛酸镁等,高频损耗小,也称为补偿电容器陶瓷。
铁电陶瓷比如钛酸钡、锆钛酸铅等,介电常数高,也称为强介电陶瓷。
除此以外还有一些比如反铁电陶瓷等等,数量比较少。
陶瓷材料特有的高强度、耐热性、稳定性等特点,被人们普遍看好用作集成电路板的制造材料。
目前作为集成电路基板的陶瓷材料主要有氧化铝、氧化铍、碳化硅及氮化铝等,其中以氧化铝应用最为普遍。
这类陶瓷的介电损耗低,机械强度高,已被广泛应用于基板材料。
介电陶瓷主要用于生产大容量电容器。
2.压电陶瓷某些材料在机械应力作用下,引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象,称为压电效应。
具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷,它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比,这就是压电效应。
反之,当这类材料在外电场作用下,其内部正负电荷中心移位,又可导致材料发生机械变形,形变的大小与电场强度成正比,这就是逆压电效应。
这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域,以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。
在能量转换方面,压电陶瓷能将机械能转换成电能。
常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3(A表示二价金属离子,B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价)型化合物,如:Pb(Mn1/3Nb2/3)O3和Pb(Co1/3Nb2/3)O3等组成的三元系。
如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物,可组成四元系或多元系压电陶瓷。
此外,还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷,如偏铌酸钾钠(Na0.5·K0.5·NbO3)和偏铌酸锶钡(Ba x·Sr1-x·Nb2O5)等,它们不含有毒的铅,对环境保护有利。
压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺。
另外由于压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等,但是最大的奇功在于它能制造压电地震仪,可以准确指出地震的方位和距离。
不仅如此,压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小,最多不超过本身尺寸的千万分之一,别小看这微小的变化,基于这个原理制做的精确控制机构--压电驱动器,对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。
3.绝缘陶瓷绝缘材料在电器电路或电子电路中所起的作用主要是根据电路设计要求将导体物理隔离,以防电流在它们之间流动而破坏电路的正常运行。
此外,绝缘材料还起着导体的机械支持、散热及电路环境保护等作用,一般将具有上述作用的陶瓷称为绝缘陶瓷。
电子技术中首先要求绝缘材料不导电,即要求电阻率尽量高。
绝缘陶瓷分为氧化物绝缘陶瓷和非氧化物绝缘陶瓷两大系列,要成为一种优异的绝缘陶瓷,必须具备以下性能:体积电阻率:(ρ) ≥1012Ω·cm相对介电常数: (εr) ≤30 良好的导热性、与导体材料相近的热膨胀系数、耐热性、高强度和化学稳定性。
应用固体能带理论,可以很好的解释固体中的绝缘性、半导性和导电性。
固体能带中被电子完全占满的叫满带,未被电子占据的叫导带,满带和导带之间称为禁带。
如果禁带宽度足够大(几个ev以上),满带的电子就难以被激发而超越禁带进入导带,也即认为电子几乎无法迁移,那么固体就是典型的绝缘体。
实际上,这种理想的绝缘体只有在绝对零度时才能获得,如果外界条件有所变化,例如温度升高或受光照,由于热激发,满带中的部分电子就可能被激发而跃迁到导电,从而使导电成为可能,这与高温时半导体的性质相似,只不过绝缘体的禁带宽度比半导体大(绝缘体的约4-5eV,而半导体约1eV)。
由于绝缘体具有很大的禁带宽度,激发电子需要很大的能量,在室温附近,实际上可以认为电子几乎不迁移。
由于很多绝缘陶瓷是典型的离子晶体或共价晶体,就需要考虑离子扩散出现的电导行为,因此在绝缘陶瓷中应尽可能避免碱金属离子的存在(尤其是钠离子),这些离子可形成强烈的电导,降低陶瓷的绝缘性能。
总体来说绝缘陶瓷的用途非常广泛,像整流管用陶瓷管壳、陶瓷管壳、封装材料、陶瓷管保险丝、电子电器用陶瓷绝缘管等。
4.半导体陶瓷半导体陶瓷具有半导体特性、电导率约在10-6~105S/m的陶瓷。
半导体陶瓷的电导率因外界条件(温度、光照、电场、气氛和温度等)的变化而发生显著的变化,因此可以将外界环境的物理量变化转变为电信号,制成各种用途的敏感元件。
半导体陶瓷生产工艺的共同特点是必须经过半导化过程。
半导化过程可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子(例如,BaTiO3中的Ba2+被La3+取代),使晶格产生缺陷,形成施主或受主能级,以得到n型或p型的半导体陶瓷。
另一种方法是控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程。
例如氧化气氛可以造成氧过剩,还原气氛可以造成氧不足,这样可使化合物的组成偏离化学计量而达到半导化。
半导体陶瓷敏感材料的生产工艺简单,成本低廉,体积小,用途广泛。
压敏陶瓷指伏安特性为非线性的陶瓷。
如碳化硅、氧化锌系陶瓷。
它们的电阻率相对于电压是可变的,在某一临界电压下电阻值很高,超过这一临界电压则电阻急剧降低。
典型产品是氧化锌压敏陶瓷,主要用于浪涌吸收、高压稳压、电压电流限制和过电压保护等方面。
半导体陶瓷用于制造各种敏感电阻,其用于各种控制系统制造,在生活生产有着重要作用.5.透明陶瓷一般陶瓷是不透明的,但是光学陶瓷像玻璃一样透明,故称透明陶瓷。
一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔,前者能吸收光,后者令光产生散射,所以就不透明了。
因此如果选用高纯原料,并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。
早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷,后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。
近期又研制出非氧化物透明陶瓷,如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等。
这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能,而且耐高温,一般它们的熔点都在2000℃以上。
透明陶瓷的制造是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物(如金、银、铜、铂、二氧化钛等)作为结晶的核心,在玻璃熔炼、成型之后,再用短波射线(如紫外线、X射线等)进行照射,或者进行热处理,使玻璃中的结晶核心活跃起来,彼此聚结在一起,发育成长,形成许多微小的结晶,这样,就制造出了玻璃陶瓷。
透明陶瓷的机械强度和硬度都很高,能耐受很高的温度,即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。
电绝缘性能、化学稳定性都很高。
光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能,就是它能象照相底片一样感光,由于这种透明陶瓷有这样的感光性能,故又称它为感光玻璃。
并且它的抗化学腐蚀的性能也很好,可经受放射性物质的强烈辐射。
它不但可以象玻璃那样透过光线,而且还可以透过波长10微米以上的红外线,因此,可用来制造立体工业电视的观察镜,防核爆炸闪光危害的眼镜,新型光源高压钠灯的放电管。
透明陶瓷的用途十分广泛,在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀,汽轮机叶片,水泵,喷气发动机的零件等,在化学工业上可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等,在国防军事上,透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料,还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等;在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石,在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板,在日用生活中可以用来制作各种器皿,瓶罐,餐具等等。
由于特种陶瓷类型较多,我最后介绍一下生物陶瓷与工程陶瓷。
生物硬组织代用材料有体骨、动物骨,后来发展到采用不锈钢和塑料,由于这些生物材料在生物体中使用,不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳问题,塑料存在稳定性差和强度低的问题。
因此生物陶瓷具有广阔的发展前景,目前世界各国相继发展了生物陶瓷材料。
生物陶瓷不仅具有不锈钢塑料所具有的特性,而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。
生物陶瓷除用于测量、诊断治疗等外,主要是用作生物硬组织的代用材料,可用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼耳鼻喉科及普通外科等方面。
生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定,生物相溶性好的陶瓷材料。