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1前言
人类进入21世纪,信息、能源、材料被誉为科学的三大支柱。材料是人类生产和生活的物质基础,是人类进步与人类文明的标志。随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展,要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能,才能在比较苛刻的环境中使用。传统材料难以满足要求,开发和有效利用高性能材料己经成为材料利学发展的必然趋势。目前,在新材料世界里,陶瓷材料已与金属材料、有机材料并称为现代三大材料。由于陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特征,使之成为新材料的发展中心,受到广泛关注。
高性能特种陶瓷在许多方而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(specialceramics)又叫精细陶瓷(fineceramics)、先进陶瓷(advancedceramics)、现代陶瓷(modernceramics)、高技术陶瓷(hightechnologyceramics)或高性能陶瓷(highperformanceceramic)。一般认为,特种陶瓷是“采用高度精选的原材料,具有精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工成的,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和高技术密切相关。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。
结构陶瓷
陶瓷轴承
陶瓷坩埚(耐热堇青石陶瓷)
蜂窝陶瓷蓄热体
电子陶瓷
防雷击保护器件-陶瓷气体放电管
光源陶瓷(插座)
所谓结构陶瓷,是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。是陶瓷材料的重要分支,约占整个陶瓷市场的25%左右。结构陶瓷以耐高温、高强度、超硬度、耐磨、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征,因此在冶金、宇航、能源、机械、光学等领域有重要的应用。在这些应用领域用非金属代替金属是总的趋势。结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用的陶瓷基复合材料。其分类、特性和应用见下表1。
结构陶瓷应用主要有:
切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部
件、发动机部件、热交换器、生物部件和
装甲等。
结构陶瓷主要材料有:
氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、
二氧化锆(ZrO2)、碳化硼(B4C)、
二硼化钛(TiB2)、氧化铝(A1203)、
和赛隆(Sialon)等。
所谓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。由于这类陶瓷材料拥有许多优异的特殊性能,因而受到了人们的普遍关注和重视。在功能材料中,陶瓷也占有十分重要的地位。功能陶瓷占整个特种陶瓷产量的80%,而且每年以20%的速度增长。功能陶瓷己在能源开发、空间技术、电子技术、生物技术、环境科学等领域得到了广泛的应用。
功能陶瓷大致可分为电子陶瓷(包括电绝缘、电介质、铁电、压电、热释电、敏感、导电、超导、磁性等陶瓷)、透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。功能陶瓷的分类、特性和用途见下表2-1、2-2、2-3、2-4。
功能陶瓷与传统的陶瓷相比在原料及工艺等方面有很大的区别,是知识和技术密集刑产品。功能材料之所以具有卓越的功能及特性,不仅与材料的化学组成有关,而且很大程度上决定于其微观结构。功能材料的开发首先依赖于新材料的发现和人工合成。在功能陶瓷材料重大发现中,人们先后发现了氧化物导体,固体电解质,压电与非线性光学材料,铁氧体与记忆材料,太阳能电池,高温氧化物超导体等。随着电子产品向轻薄短小、多功能、高可靠性和高密度表面、高集成化的发展,功能材料也有着不断的发展。
功能陶瓷的品种繁多,性能各异,因而应用领域十分广泛,在现代人的生活中随处可见。