文档介绍：第四章材料概论
第三章材料物性:电、磁、热性质及光学和力学
本章内容:陶瓷材料、聚合物材料、复合材料
第一节功能材料的特点和分类
1、功能材料概念出处
材料按作用:结构材料、功能材料
1965、美国贝尔所的 Morton 提出、日本学术机构的讨论、提倡、引起国际材料界的重视
2、功能材料的定义
具有优良的电、磁、光、热、声、力、化学和生物学功能及其相互功能转化的、被用作非结构目的的高技术材料
(2)智能部分
机器、装置、产品可分为:
(1)力能部分
由结构材料构成
巨大的机构,如人体的骨骼、承受力量、保持构造稳定
由功能材料构成
纤细、敏感的结构、如人体的神经系统、保持整体的功能正常
材料系统(原子、离子、电子等)
外部作用(输入)
材料系统性能变化(输出)
材料与外界的作用
3、功能材料的特点
常以材料形式为最终产品,并对材料本身进行性能评价
结构材料:
以元件形式对其物理性能评价、材料和元件“一体化”
功能材料:
具有多功能、高效能、多品种、产量少、附加值高、市场规模小、产品更新快等
功能材料对产品或系统的功能起决定性的作用
特点:
4、功能材料的分类
功能材料范围尚无严格的定义、尚无统一的分类法
几种常见分类法
单晶、多晶、非晶材料
(1)按功能材料的化学键
金属、无机非金属、有机和复合功能材料
有机:包括聚合物
复合:有机—有机;有机—无机;有机—金属
无机非金属:陶瓷
(2)按功能材料的物化性质
电性、磁性、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能材料
(3)按功能材料的应用领域
电子、军工、核、信息工业、能源、医疗材料等
(4)按功能材料的结晶性
第二节陶瓷材料
一、陶瓷材料概述
陶瓷材料属于无机非金属材料、不含碳氢氧结合的化合物,主要是金属氧化物和金属非氧化物
传统陶瓷的原料:地壳中储量最多的硅酸盐矿物
制作:高温烧结
玻璃、水泥、耐火材料也是典型的硅酸盐陶瓷
硅酸盐陶瓷
陶瓷材料是人类应用最早的材料。它坚硬,稳定,可以制造多种器件、工具或用具;在一些特殊的情况下也可以用作结构材料
按照成分和用途、工业陶瓷材料可分为:
(1)普通陶瓷(或传统陶瓷):主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料
( 2)特种陶瓷(或新型陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷、先进陶瓷)
主要为高熔点的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等烧结材料
(3)金属陶瓷
主要指用陶瓷生产方法制取的金属与碳化物或其它化合物的粉末制品
陶瓷的耐热性、机械强度、电磁特性、耐腐特性、尺寸稳定性
二战后电子工业、核能利用工程、空间技术的兴起与发展
要求高性能的陶瓷
天然陶瓷的原料成分复杂难满足要求
新型陶瓷原料:化学纯原料或纯度可控的人造原料
(4)产品形态上
新型(功能)陶瓷与传统的硅酸盐陶瓷的区别:
(1)材料的组成上
除硅酸盐(氧化物和含氧酸盐)外, C, N, B, Si 等的单质、化合物及金属
(2)应用上
由材料固有的静态物性
物理效应和微观机能
(3)制备工艺上
突破传统工艺、采用新工艺技术
除传统的烧结体或粉体外,还有薄膜和纤维等
功能陶瓷在信息工程、微电子技术等高新技术的应用
单功能或多功能传感器:电、光、热、声、磁、气氛等
功能陶瓷产品:电子陶瓷是最大一类,其次是工具和结构陶瓷
高温结构陶瓷:如涡轮机转子、发动机部件,
甚至将来整个陶瓷发动机
功能陶瓷在许多领域有取代和部分取代金属的趋势
如切削工具、热机部件、集成电路封装、极板、及磁性材料等
高温超导陶瓷材料:使超导材料的研究进入新的阶段
二、陶瓷加工工艺
陶瓷加工工艺包括:制粉、成型、烧结
陶瓷的微结构:多晶、多相体,宏观上通常表现为各性同性
陶瓷性能不仅取决其成分、还与其加工工艺(微结构)有关
新配方、新工艺、新结构的开发是提高陶瓷材料及其器件性能的途径
(一)制粉—陶瓷粉料的制备
功能陶瓷制粉方法:
固相反应、液相(溶液)反应、溶胶—凝胶法
固相反应
成熟、普遍采用