现代陶瓷材料及其先进制备技术

蜂窝陶瓷蜂窝陶瓷是近三十年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。

由最早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。

蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状，目前最大的孔数已达到了每平方厘米20～40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高达20%以上。

由于多孔薄壁的特点，大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能，目前生产的产品，其网状孔以三角和四方为主，三角比四方承受力好得多，孔数也多些，这一点作为催化载体尤其重要。

随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少，陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的，热冲击破坏的温度也是提高的。

因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。

热膨胀系数是主要性能指标，当前国外水平是α25－1000℃≤1.0×10－6℃－1，与国内对比有一定差距，不过这差距越来越小。

最早生产蜂窝陶瓷的原料主要是高岭土、滑石、铝粉、粘土等，而今天已突破了，尤其是硅藻土、沸石、膨胀土以及耐火材料的应用，蜂窝陶瓷应用日益广泛，性能越来越好。

除了用于烧结成型的蜂窝陶瓷外，还出现了不烧结的蜂窝陶瓷，这大大提高了催化性能的活性。

不仅外观尺寸由最小的球环形状发展到大尺寸的立柱和方形和圆形。

根据模具设计的不同；可以制作成不同尺寸不同形状不同结构的蜂窝陶瓷。

如用在石化行业炼油空气吸附干燥的分子筛催化剂，尺寸高达0.8 m，宽0.25m的正方形，孔数每平方厘米达到25，从原料、工艺以及机械制造方面都有了很大的变化。

尤其是生产工艺有了很大提高。

作为催化剂的蜂窝陶瓷要求在制造成型时不开裂，有机成分必须释放干净，除了耐磨性能外还要求有一定的机械强度，再生回用多次。

蜂窝陶瓷主要产品有蓄热填料、活性炭、活性氧化铝、分子筛、瓷料球、塔填料和催化剂等数十种产品，蓄热填料的蜂窝陶瓷热容量J/kgk1000以上，使用温度≥1700℃，在加热炉、烘烤器、均热炉、裂解炉等窑炉中可节省燃料达40%以上，产量提高15%以上，排放烟气温度低于150℃。

2先进陶瓷的特点陶瓷材料，从广义上讲，是指除有机和金属材料之外的所有其它材料，即无机非金属材料。

这里将现代的陶瓷材料冠以“先进”（也可称作“精细”、“高技术”等），是为了与传统的陶瓷材料相区别。

原料不同结构不同它们的差别主要体现在：制备工艺不同性能不同原料结构以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用化学和相组成复杂、多样，杂质成份和杂质相众多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，且多气孔使用经人工合成的高质量的粒体作起始材料一般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，其显微结构一般均匀而细密制备工艺性能矿物经混合可直接用于湿法成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃到1400℃，烧成后一般不需加工一般限于日用和建筑使用用的高纯度粉体必须添加有机的添加剂才能干法或湿法成型，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优异的力学性质特别是高温力学性质和各种光、电、声、磁的功能，在各个工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织、汽车、航天、核工业和军事工业中3先进陶瓷的分类电子陶瓷结构陶瓷先进陶瓷涂层/薄膜复合材料纳米陶瓷问题原料制备难用机械的方法很难得到高纯度的、球状的粉体。

只能用化学的或物理的方法合成,通过合成可得到大多数纳米级的陶瓷粉体。

纳米粉体的团聚给陶瓷烧成带来麻烦在烧结后将引入大量的缺陷和气孔,严重影响烧结体的致密度和它的性能;团聚体亦将加速粉体在烧成过程中的二次重结晶,形成大晶粒,达不到纳米尺寸的要求。

因此,防止和消除粉体团聚是人们充分注意的问题。

问题原料制备难表征难纳米粉体如何表征,如何确认它是高纯的、符合化学式的、球状和无团聚的纳米粉体,因为常规的表征微米粉体的手段和方法往往无能为力或误导,必须探求新的测试方法或几种方法对照分析才能得到所需的表征结果。

（2）先进陶瓷的制备先进陶瓷的制备粉体制备成型烧结和加工。

先进材料导论论文（先进结构陶瓷材料）学生姓名学号专业先进结构陶瓷材料摘要随着现代高新技术的发展，先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术领域发展的重要关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。

先进陶瓷是“采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷”。

功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为结构陶瓷。

由于先进陶瓷各种功能的不断发现，在微电子工业、通讯产业、自动化控制和未来智能化技术等方面作为支撑材料的地位将日益明显，其市场容量将不断提升。

本文介绍先进结构陶瓷材料当前的发展背景，互联网和高新技术发展时代下陶瓷材料的发展前景。

关键词先进结构陶瓷高新技术功能陶瓷1、研究背景目前，全球范围内先进陶瓷技术快速进步、应用领域拓宽及市场稳定增长的发展趋势明显。

随着现代高新技术的发展，先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术领域发展的重要关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。

【1】由于先进陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。

先进陶瓷的发展是国民经济新的增长点，其研究、应用、开发状况是体现一个国家国民经济综合实力的重要标志之一。

先进陶瓷是“采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷”。

2、国内外研究现状及发展趋势、国外研究发展情况先进结构陶瓷材料的研究，需要跟踪国际科技前沿，对新设想、新技术进行广泛探索。

自蔓延高温燃烧合成技术(SHS)、凝胶注模成形技术、微观结构设计已成为研究热点。

先进陶瓷工艺学先进陶瓷工艺学是一门研究陶瓷制造过程中的先进技术和工艺的学科。

陶瓷是一种古老而广泛应用的材料，具有优异的物理、化学和机械性能，在许多领域中都有重要的应用。

先进陶瓷工艺学的发展使得陶瓷的性能得到了进一步提升，扩大了陶瓷在各个领域中的应用范围。

在先进陶瓷工艺学中，采用了许多先进的技术和工艺来改进陶瓷制造过程。

其中一个重要的技术是粉末冶金技术，通过将陶瓷粉末进行成型和烧结，可以制备出具有复杂形状和高精度的陶瓷制品。

粉末冶金技术能够克服传统陶瓷制造中的一些困难，如难以加工和成型的问题，同时还能够提高陶瓷制品的性能。

另一个重要的工艺是化学气相沉积技术，通过将气体中的化学物质在高温条件下沉积在基体上，可以制备出具有高纯度和均匀性的陶瓷薄膜。

化学气相沉积技术具有高效、可控性好和制备复杂结构的优点，被广泛应用于电子、光学和能源等领域。

在先进陶瓷工艺学中，还涉及到陶瓷材料的化学合成、物理性能测试和表征等方面的研究。

通过合理选择和设计陶瓷材料的化学成分和结构，可以调控其物理、化学和机械性能。

同时，通过各种测试和表征手段，可以对陶瓷材料的性能进行评估和控制。

先进陶瓷工艺学的发展对许多领域产生了重要影响。

在电子领域，先进陶瓷材料被广泛应用于电子封装、介质和传感器等方面。

在能源领域，先进陶瓷材料被应用于燃料电池、太阳能电池和储能设备等。

在医疗领域，先进陶瓷材料被用于制备人工骨骼和牙科材料等。

此外，先进陶瓷材料还被应用于航空航天、汽车和化工等领域。

然而，尽管先进陶瓷工艺学取得了许多重要进展，但仍面临一些挑战。

首先，陶瓷材料的制备过程较为复杂，需要掌握一系列精细的工艺和技术。

其次，陶瓷材料的性能与其制备过程和结构密切相关，需要深入理解材料的微观结构和性能之间的关系。

此外，陶瓷材料的成本较高，限制了其在一些领域的应用。

因此，进一步研究和发展先进陶瓷工艺学仍然具有重要意义。

通过改进陶瓷制备工艺和优化材料性能，可以扩大陶瓷在各个领域中的应用范围，促进相关领域的发展。

先进陶瓷材料研究现状及发展趋势概述：结构陶瓷和功能陶瓷，结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷，它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性；结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用陶瓷基复合材料。

功能陶瓷是指具有电、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。

功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为结构陶瓷。

粉体特性：粉体的特性对先进陶瓷后续成型和烧结有着显著的影响，特别是显著影响陶瓷的显微结构和机械性能。

通常情况下，活性高、纯度高、粒径小的粉体有利于制备结构均匀、性能优良的陶瓷材料。

同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。

粉体制备方法：陶瓷粉体的制备主要包含固相反应法、液相反应法和气相反应法3大类，固相反应法：其中固相反应法特点是成本较低、便于批量化生产，但杂质较多，主要包括碳热还原法〔碳化硅（Si C）粉体、氧氮化铝（Al ON）粉体）〕、高温固相合成法（镁铝尖晶石粉体、钛酸钡粉体等）、自蔓延合成法氮化硅〔（Si3N4）粉体等300余种〕和盐类分解法〔三氧化二铝（Al2O3）粉体〕等。

液相法：液相反应法生产的粉料粒径小、活性高、化学组成便于控制，化学掺杂方便，能够合成复合粉体，主要包括化学沉淀法、溶胶——凝胶法、醇盐水解法、水热法、溶剂蒸发法。

气相法：气相反应法包括物理气相沉积和化学气相沉积2种。

与液相反应法相比，气相反应制备的粉体纯度高、粉料分散性好、粒度均匀，但是投资较大、成本高先进陶瓷的成型技术：（4种）干法压制成型：干压成型、冷等静压成型；塑性成型：挤压成型、注射成型、热蜡铸成型、扎膜成型；浆料成型：注浆成型、流延成型、凝胶注模成型和原位凝固成型；固体无模成型：熔融沉积成型、三维打印成型、分层实体成型、立体光刻成型和激光选取烧结成型冷等静压成型：等静压成型是最常见的瘠性料先进陶瓷成型工艺，通过将粉体放入柔性模具或包套中，通过对其施加各项均匀的压力成型，是目前国内应用最为广泛、最为成熟的工艺，分为干袋式等静压和湿袋式等静压。

第十二章 纳米陶瓷材料 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。 随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。 世界著名材料学家John W. Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 一、纳米陶瓷的问世背景 二、纳米陶瓷（粉体）的制备方法 三、纳米陶瓷（粉体）的应用领域 一、纳米陶瓷的问世背景 陶瓷是由晶粒和晶界组成的一种多晶烧结体。由于工艺上的关系，很难避免其中存在气孔和微小裂纹。 决定陶瓷材料性能的主要因素：化学组成、物相和显微结构。先进陶瓷采用人工合成原料，它的化学组成和杂质含量都可以有效地控制，所制备材料的一致性得以保证。 陶瓷的显微结构：主要考虑晶粒尺寸大小及其分布、晶界的组成、结晶态和其含量以及它的分布状态、气孔和微小裂纹等宏观缺陷的大小及其分布等。其中最主要的是晶粒尺寸问题。现有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微米级的水平，这是由所采用的工艺所决定的。 陶瓷材料的优异性能：耐磨损、耐腐蚀、耐高温高压、硬度大、不会老化等，能够在其它材料无法承受的恶劣环境条件下正常工作。 陶瓷材料的缺点：脆性和难加工。 1. 高技术陶瓷 包括Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4等，具有硬度高、耐磨性好、化学性质稳定、密度小等优异性能。在各工业领域关键部件上使用，尤以SiC、 Si3N4等Si基陶瓷最具优异的综合性能和广泛的工业应用前景。 2. 高技术陶瓷存在的问题 (1) 韧性待增强 目前用来增强韧强化的方法有： i) 颗粒增韧：工艺简单，但增韧效果不大； ii) 晶须(纤维)增韧：由于晶须在基体中难以分散均匀、工艺性不好，达不到预期效果，晶须的毒性和高价格也是不利因素。 在陶瓷微观结构中加入能量吸收单元（颗粒、晶须、片晶等）来实现：通过塑性形变来吸收能量；利用裂纹偏转和提供桥联单元来阻止裂纹的进一步扩展。 iii) ZrO2相变增韧：加入能够相变的第二相，通过相变来吸收裂纹扩展的能量。可有较好的效果，但在高温工作条件下不能达到增韧的目的。 iv) 自增韧技术：对SiC、Si3N4，原位控制组织结构形态，工艺性好、有效果，但增强的效果有待提高。  这些方法对提高陶瓷的韧性起到很大的作用，但是，想彻底解决陶瓷的脆性问题依然十分困难。

一种全固废基多孔陶瓷吸音材料及其制备方法全固废基多孔陶瓷吸音材料及其制备方法近年来，随着工业化进程的加快，固体废弃物的处理成为一项迫切的任务。

在这一背景下，全固废基多孔陶瓷吸音材料应运而生，成为一种有效处理固体废弃物的方法。

全固废基多孔陶瓷吸音材料是由固体废弃物经过处理、研磨和烧结等工艺制成的。

这种材料具有多孔结构，能够吸收和分散环境中的噪音和声波，有效地减少噪音污染。

此外，全固废基多孔陶瓷材料具有耐磨损、耐高温和耐腐蚀等优点，可以广泛应用于建筑、交通运输、航空航天等领域。

制备全固废基多孔陶瓷吸音材料的方法如下：首先，选择适合的固体废弃物作为原料，这些废弃物应具有一定的化学成分和物理特性，以保证最终制成的陶瓷材料具有所需的性能。

其次，对原料进行预处理，包括清洗、破碎和筛选等步骤。

这些预处理过程能够去除杂质，使原料更适合制备陶瓷材料。

然后，将预处理后的原料进行混合，并加入适量的粘结剂、增强剂和稳定剂等辅助材料。

混合后的材料形成胚体，可通过压制、挤出或注塑等工艺形成所需的坯体。

接下来，对坯体进行烧结。

烧结过程中，矿物质颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷结构。

此时，废弃物的化学成分能与陶瓷材料的生物可降解活性物质形成复合体，增加陶瓷材料的稳定性和吸音性能。

最后，对烧结后的陶瓷材料进行表面处理和涂层等工艺，以增强其抗压、耐磨、吸音和耐腐蚀等性能。

总体而言，全固废基多孔陶瓷吸音材料的制备方法是一种有效处理固体废弃物的方式。

它不仅可以减少废弃物的堆积和对环境的污染，还能为各种场景提供噪音控制解决方案。

这一技术的应用前景广阔，有望在未来的环保领域发挥着重要的作用。