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新型陶瓷材料

发布日期:2020-04-07 23:27 作者:电玩城捕鱼

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  新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面,有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等;在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能;在生物方面,具有一定生物相容性能,可作为生物结构材料等。但也有它的缺点,如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。

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  属于新型材料的一种。传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料,在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能,其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的,这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。

  主要分为两类:一类是纯氧化物陶瓷,如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一类是非氧化物系陶瓷,如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。

  可分为:高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进,新型陶瓷层出不穷。

  在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷,它主要在高温下使用,也称高温结构陶瓷。这类陶瓷以氧化铝为主要原料,具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点,在空气中可以耐受1980℃的高温,是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类,但世界上研究最多,认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。

  压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷,哪怕是像声波震动产生的微小的压力也能够使它们发生形变,从而使陶瓷表面带电。用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机,能够连续打火几万次。

  透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。透明陶瓷不但能透过光线,还具有很高的机械强度和硬度。透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料,还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件和坦克观察窗等,甚至可以代替不锈钢。

  氮化硅高强度陶瓷以强度高著称,可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。

  精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高工件温度,从而提高热效率,降低燃料消耗,节约能源,减少发动机的体积和重量,而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料,所以,被人们认为是对发动机的一场革命。氮化硅可用多种方法制备,工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1600K反应后获得:

  也可用化学气相沉积法,使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应,产物Si3N4积在石墨基体上,形成一层致密的Si3N4层。此法得到的氮化硅纯度较高,其反应如下:

  氮化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等,具有非常广泛的用途。

  利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多,用途各异。例如,根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料,用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件,变压器等形形色色的电子零件。

  利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外,陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。总之,新型陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域,应用前景十分广阔。


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