高技术陶瓷
高级陶瓷及其应用
先进陶瓷及其应用集锦在千姿百态的物质界，大自然所恩赐的天然材料（如矿物、岩石、木材、丝棉等）虽数量大，品种多，但就其品种远不能满足社会发展的需求。
现代科技和人类生存所应用的材料，绝大多数品种是以自然资源和传统材料为基础，经加工改造而成的人工合成材料。
正是这些人工材料，支撑着整个社会的科技与文明。
故而，对自然资源的开发、传统材料的改造和新型材料的研制，已成为当今人们获取新材料的系统工程。
材料工程技术将为科技进步不断开发出形形色色的具有特殊功能的新型材料和先进材料。
功能奇异的先进陶瓷便是新材料技术发展的典范。
陶瓷是用无机化合物粉料经高温烧结而成的、以多晶聚集体为基本结构的固体物质。
传统陶瓷是以天然硅酸盐矿物（瓷石、粘土、长石、石英砂等）为原料，经粉碎、磨细、调和、塑形、干燥、锻烧等传统工艺制作而成。
实际上瓷是在陶的基础上发展而成的比陶白净、细腻、质地致密且性能更为优良的硅酸盐材料。
先进陶瓷与传统陶瓷区别在于：先进陶瓷是以高纯、超细的人工合成的无机化合物（可含或不含硅化物）为原料，采用精密控制的先进工艺烧结而成的、比传统陶瓷结构更加精细、性能更加优异的新一代陶瓷。
先进陶瓷又称为精细陶瓷或高性能陶瓷。
先进陶瓷按使用性能可分为先进结构陶瓷（其使用性能主要指强度、刚度、硬度、弹性、韧性等力学性能）和先进功能陶瓷（其使用性能主要指光、电、磁、热、声等功能性能）两大类；按其化学成分又可分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、铝酸盐陶瓷等。
先进结构陶瓷是指以其优异的力学性能而用于各种机械结构部件的新型陶瓷。
应用领域如陶瓷质密封套管、轴承、缸套、活塞及切削刀具等；先进功能陶瓷则是指利用材料的电、磁、光、声、热等直接的性能或其耦合效应来实现某种使用性能的新型陶瓷。
如电容器陶瓷以其极高的抗电击穿性能用来制作高容抗陶瓷电容器；压电陶瓷以其能利用机械撞击或机械振荡产生电效应来制作压电点火装置的发火元件或传感器元件；热敏陶瓷可感知微小的温度变化，用于测温、控温；气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有害气体进行监测、控制和实现自动报警；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，自动曝光和自动记数；磁性陶瓷是重要的信息记录材料，在计算机中完成记忆功能。
高技术陶瓷成型方法及特点
综合评述
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高技术陶瓷成型方法及特点
王苏新 （ 江苏省陶瓷研究所有限公司 宜兴 !"#!!"） 摘 要 介绍了几种高技术陶瓷的成型方法，并对其工作原理、成型特点作了简要 说明，同时对技术陶瓷成型过程中泥浆制备特点、成型特点及产品具有的特殊性进 行了分析。 关键词 高技术陶瓷 成型方法 特点
任的场合， 如发动机气缸套、 轴瓦、 密封圈、 陶瓷切削 刀具等。功能陶瓷是具有光、 电、 热或磁特性的陶瓷， 广泛应用于传感器、 发光材料、 光导材料、 激光材料、 电子元器件等信息产业中，发挥着非常重要的作用， 已具有极高的产业化程度， 具体表现在以下几方面： )、导电性：大多数陶瓷具有优异的电绝缘性， 因而被广泛用于电绝缘体，而稳定氧化锆和 ! * 氧 化铝分别对氧离子和钠离子具有传导作用 & 稳定氧 化锆可用于生产氧传感器、 氧泵和燃料电池， !*氧 化铝主要用来制造钠 * 硫电池。 +、介电性：大多数陶瓷具有优异的介电性能， 表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷 的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器主要是 以钛酸钡为基体的材料，由于钛酸钡基电介质的介 电常数高达 !# ### 以上， 所以钛酸钡制成的电容器 具有体积小， 电储存能力高等特点。 光学性： 陶瓷在光学方面的应用主要指光吸 ,、 收、 透光信号发生器和光导纤维。 用硫化锌和莫来石 可制造红外透射陶瓷， 它仅允许红外光线透过， 在武 器、 航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。 用 高纯二氧化硅可以制造光导纤维，是现代通讯信号 的主要传输媒介， 具有容量大、 信号损耗低的特性， 是金属信号传输线无法比拟的。 损耗 -、磁学性：陶瓷磁性材料具有电阻率高、 低、 磁性范围广等特性， 铁氧体是磁性材料的代表， 通过对成份的严格控制可以制造出软磁材料、硬磁 性材料和矩磁材料。 镁 * 锰铁氧体， 主要应用于现代 大型计算机逻辑元件和开关元件。 如今高技术陶瓷已成为解决能源、资源问题的 重要材料， 同时也是微电子、 激光、 光纤维、 生物、 海 洋、 宇航等尖端科学技术发展不可缺少的材料。
先进陶瓷及其制备技术举例
先进陶瓷及其制备技术举例
1. 先进陶瓷材料：先进陶瓷是指在结构、性能、制备工艺等方面具有较高水平的陶瓷材料。
例如，氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
2. 先进陶瓷制备技术：先进陶瓷的制备技术包括多种方法，如烧结、凝胶注模成型、溶胶凝胶法、等离子烧结法等。
举例来说，利用凝胶注模成型技术可以制备出复杂形状的陶瓷器件，如微型传感器、微型电子器件等。
该技术通过将陶瓷粉末与有机物混合，形成可塑性较好的凝胶，再通过注射成型、凝胶烧结等步骤获得所需形状的陶瓷器件。
等离子烧结技术是一种高温处理技术，通过利用等离子体的高温和高能粒子的作用，使陶瓷材料在短时间内高温烧结，从而实现陶瓷材料的致密化和改善其性能。
这种技术常用于制备高纯度、高密度的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
这些先进陶瓷及其制备技术的应用可以在高温、高压、耐腐蚀、绝缘等领域发挥重要作用，如航空航天、电子器件、化工等行业。
高性能陶瓷涂层的制备与应用
高性能陶瓷涂层的制备与应用高性能陶瓷涂层是一种非常有用的表面处理技术，可以为基材提供保护、改善表面性能的功能性材料。
它广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域，对于提高产品的性能和寿命具有重要作用。
一、高性能陶瓷涂层的制备技术1. 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）物理气相沉积是一种常用的制备高性能陶瓷涂层的技术。
它通过将陶瓷材料蒸发、离子化，然后沉积在基材表面上。
这种方法可以控制材料的成分及微观结构，从而提高涂层的性能。
常见的PVD方法有蒸发、溅射、离子束沉积等。
2. 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）溶胶-凝胶法是一种简单、低温、多功能的涂层制备方法。
其原理是通过在溶液中形成“溶胶”，然后经过凝胶化得到一种凝胶状的材料，最后将凝胶烧结成陶瓷涂层。
这种方法可以精确控制涂层的成分、纳米结构以及厚度，因此被广泛应用于光学涂层的制备。
二、高性能陶瓷涂层的应用领域1. 航空航天领域高性能陶瓷涂层在航空航天领域中有着广泛的应用。
例如，在航空发动机中，涂层可以提供高温氧化、腐蚀、磨损、摩擦的保护和减少摩擦阻力的功能。
此外，高性能陶瓷涂层还可用于航天器的热保护和飞行器的气动外形设计。
2. 汽车制造领域在汽车发动机的气缸内壁上应用高性能陶瓷涂层，可以降低摩擦和磨损，提高燃烧效率，减少油耗和排放物的排放。
此外，高性能陶瓷涂层还可用于汽车零部件的磨损和腐蚀保护。
3. 电子设备领域高性能陶瓷涂层在电子设备中也有很多应用。
例如，在集成电路制造中，采用陶瓷介电涂层可以提高电子器件的绝缘性能和可靠性。
此外，高性能陶瓷涂层还可用于显示屏的抗刮伤、反射控制以及导电层的保护。
三、高性能陶瓷涂层的发展趋势1. 纳米涂层技术随着纳米技术的发展，纳米涂层成为高性能陶瓷涂层的一个重要方向。
纳米涂层具有独特的物理、化学和力学性能，可以在不同领域发挥重要作用。
例如，纳米涂层可以增强材料的硬度、抗氧化性能和耐磨性，提高产品的使用寿命。
景德镇发展高新技术陶瓷的探讨
采 用熟料 ，且每 英寸孔 目数更 多，比表面积和组装体积更
大 ，就 能赶 超 美 国康 宁 公 司 同 类产 品 ，逐 渐 占据 国 内汽 车
尾气净化器用 多孔 陶瓷载体 的市场 ，其销售额 将超过１ Ｏ ０ 亿元 ；环 境保 护法 正式 实施后 ，国 内发 电厂废 气 的脱 硫
脱硝若 用蜂 窝陶瓷 载体 （ 含脱硝催 化 齐 ４ 矾 钨 钛 的 研 制 配 套 ），将 是 １ １ ０ ０ ｛ ５元 的 更 大 市 场 。 此 项 目是 必 须 抢 占 的
措施进行 了初步的探讨 。
关键 词 ：高新技 术陶瓷 ，科 学发展 ，探讨
２ ０ １ ２ 年 ，江 西 省 陶 瓷 制 品 制 造 业 完 成 工 业 增 加 值 、 主 营 业 务 收 入 、 利 税 总 额 、利 润 总 额 为 １ ２ ２ ｛ Ｌ元 、 ５ ０ ９ 亿 元 、８ ６ 亿元 、６ ２ 亿 元 ，同比分别增 长３ ０ ． ６ ％、２ ９ ． １ ％、 ３ ３ ． ６ ％ 、３ ８ ０ ％ 。 以上 数 据 表 明 ，江 西 的 陶 瓷 制 品 制 造 业 取 得 了 显著 成 绩 。 但 是 ，和 国 内 外 先 进 产 瓷 区相 比差 距 还 较 大 。 其 中 最 主要 的差 距 是 高 新 技 术 陶 瓷研 究 开 发 和产 业 化 的 差距 。 研 制 、 生 产 方 面 不 断 创 新 。 改 革开 放 以来 ，该 市 涌 现 出一 批富有生机的工业陶瓷 （ 含 高 新技 术 陶 瓷 ）民 营企 业 。 景 德 镇 在 高 端 氧 化 锆 系 陶 瓷 、 滤 波 电 容 器 产 品 方 面 具 有 明 显 优 势 ；中 电公 司 的 光伏 产 业用 多 晶硅 极 可能 成 为 该 市 的 高新 技 术 陶 瓷 龙头 产 品 ；在 氧 化 铝 瓷 、压 电陶 瓷 、
新材料的发展对高技术陶瓷的影响
代 光 纤 通 讯 和 传 感 技 术 的 新 纪 元 ； 氧化 物 陶 瓷 高 温 超 导 性 是 几 十 年来 物 理学 和 无 机 材 料 科 学 的 最 重 大 的 发 现 ； 空 间 技 术 的 发 展也 依 赖 于 新 型 无 机 材 料 的 应 用 ， 从 第 一艘 宇 宙 飞船 起 就 采 用 以无 机 新 材 料 制 成 的 隔 热 瓦 、涂 覆 碳 化 硅 的
以上例子充分说明，新型无机材料是 各种新技
术 发 展 的 关 键 所 在 ， 它 本 身也 被 视 为 当代 新 技 术 的 核心 而普 遍 受 到 重 视 。
材 料 足 ｆ 见 机 ： 属 材 料 （ 称 无机 材 ｆ ｌ ｆ金 ｝ 简 料 ）、金 璃材 料卡 柯机 高 分子 材料 夫类构 成 ， ¨ 其 中无 机 材 料 原 料 资 源 丰 富 、 成 小低 廉 ， 生 产过 程 能 耗 低 ． Ｊ 应 用 范 ｍ ‘ 能在 许 多场 品 Ｊ， 合 替代 金 属 或 订 机 岛 分 ｒ卡 料 ， 使材 料 的利 用 于 更 加合 和 经 济 ，成 为 材 料领 域研 究 和 开 发 的 重 点 。传 统 无 机 材 料 要 包 括 陶 瓷 、 玻 璃 、 水
优 先 发展 的领 域 。
代 以 高技 术群 为 代 表 的 新 技 术 命 ， 又 把 新卡 耐 腐 蚀和 抗 氧 化 的基 本 擒性 ， 同 时具 有 宽 广 的 于
热解碳 ／碳复合材料等，高温 、高强 弦窗玻璃
及 各 种 温 控 涂层 也 普 遍用 于 箨种 空 问 飞行 器 。
有 愈柬愈重要 的地位 ：在应用领域上 已成为传 统 ； ｑ技术 改造和现代高新技术 、新兴产业 以 ［ｋ ２
及 发展 现 代 国防 和 生 物 医 学 所 不 可 缺 少 的 重 要
先进陶瓷的6种新型快速烧结技术
一、激光烧结技术激光烧结技术是一种利用激光能量对陶瓷颗粒进行瞬间加热的新型烧结技术。
通过激光束在陶瓷颗粒表面瞬间产生高温，使颗粒迅速烧结成型，并且能够精确控制烧结过程中的温度和时间，实现快速高效的烧结。
二、微波烧结技术微波烧结技术利用微波照射对陶瓷粉体进行加热，通过高频电磁波与材料分子之间的相互作用，使陶瓷颗粒迅速升温并烧结成型。
微波烧结技术具有加热均匀、能耗低、速度快等优点，尤其适用于复杂形状、精密结构的陶瓷制品制备。
三、等离子烧结技术等离子烧结技术是利用等离子体对陶瓷颗粒进行高速撞击和加热的技术。
通过在陶瓷粉末表面产生等离子体，并将其能量传递给陶瓷颗粒，从而使颗粒快速烧结成型。
等离子烧结技术具有烧结速度快、能耗低、可以烧结高温陶瓷材料等优点。
四、压电陶瓷快速烧结技术压电陶瓷快速烧结技术是一种利用压电作用对陶瓷颗粒进行紧致烧结的技术。
通过施加外加电场，使陶瓷颗粒表面发生压电效应，从而实现颗粒的紧致烧结，烧结速度大大提高，同时制备出的陶瓷制品密度高、性能卓越。
五、等离子喷涂技术等离子喷涂技术是一种利用等离子体对陶瓷粉末进行快速烧结成型的技术。
通过等离子喷涂装置将陶瓷粉末与等离子体混合后，在高温高速气流的作用下迅速烧结成型。
等离子喷涂技术不仅可以实现陶瓷材料的快速烧结，还能够制备出具有优异性能的陶瓷涂层。
六、电磁场烧结技术电磁场烧结技术是一种利用电磁场对陶瓷颗粒进行加热和烧结的技术。
通过在陶瓷颗粒周围建立强磁场或者强电场，使颗粒表面迅速加热并烧结成型。
电磁场烧结技术具有能耗低、烧结速度快、制品性能优异等特点，尤其适用于纳米陶瓷材料的制备。
先进陶瓷的快速烧结技术主要包括激光烧结、微波烧结、等离子烧结、压电陶瓷快速烧结、等离子喷涂和电磁场烧结等多种技术。
这些新型烧结技术都具有烧结速度快、能耗低、制品性能优异等特点，对于提高陶瓷制品的生产效率、降低生产成本、改善产品性能具有重要意义。
随着科技的不断发展和进步，相信这些先进陶瓷的新型快速烧结技术在未来会得到更广泛的应用，为陶瓷制造业带来新的发展机遇。
氧化锆陶瓷
氧化锆陶瓷-----2011级材料科班2011 氧化锆陶瓷具有相变增韧和微裂纹增韧，所以有很高的强度和韧性，被誉为“陶瓷钢”，在所有陶瓷中它的断裂韧性是最高。
具有优异的室温机械性能。
在此基础上，我们对氧化锆配方和工艺进行优化，获得了细晶结构的高硬度、高强度和高韧性的氧化锆陶瓷。
高硬度、高强度和高韧性就保证了氧化锆陶瓷比其它传统结构陶瓷具有不可比拟的耐磨性。
具有细晶结构的陶瓷通过加工可以获得很低的表面粗糙度（<0.1u m）。
因而减少陶瓷表面的摩擦系数，从而减少磨擦力，提高拉丝的质量（拉出的丝光滑无毛刺，且不易断丝）。
氧化锆的这种细晶结构具有自润滑作用，在拉丝时会越拉越光。
氧化锆陶瓷的弹性模量和热膨胀系数与钢材相近，因而能有机的与钢件组合成复合拉线轮，不会因受热膨胀不一致而造成损坏或炸裂。
使用证明氧化锆陶瓷拉线轮是现代高速拉线机的理想配件。
氧化锆陶瓷是一种新型高技术陶瓷，它与传统的氧化铝陶瓷相比具有以下优点：1、高强度，高断裂韧性和高硬度2、优良的耐磨损性能3、弹性模量和热膨胀系数与金属相近4、低热导率。
（及对比性能参数如表1）表1 氧化锆陶瓷与普通陶瓷性能参数对比1.氧化锆陶瓷原料纯净的ZrO 2为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。
氧化锆有三种晶相，分别为单斜晶相、四方晶相和立方晶相，三者之间的转变关系如下1.1氧化锆粉末的制备常压下纯的氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，密度 5.65g/cm3， 高温为四方晶系， 密度6.10g/cm3，更高温度下为立方晶系，密度6.27g/cm3，其相互间的转化关系如下：熔体立方四方单斜−−→−−−→−−−→−︒︒︒CC C O O O 271522370211702Zr Zr Zr单斜、四方、立方晶系3种1170 ℃ 2370 ℃ 2715 ℃ m -ZrO 2 ⇔ t -ZrO 2 ⇔ c -ZrO 2 ⇔ liq-ZrO 2 d = 5.65 6.10 6.27 g/cm 3 m -ZrO 2 → t -ZrO 2 T=~1200 ℃ m -ZrO 2 ← t -ZrO 2 T=~1000 ℃ 3~5%的体积膨胀和7~8%的切应变 ↓稳定ZrO 2 ←稳定剂←微裂纹 Y 2O 3，CaO ，MgO et al.天然ZrO2 和用化学法得到的ZrO2 属于单斜晶系。
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1、高技术陶瓷和普通陶瓷的区别。
高技术陶瓷和普通陶瓷主要有一下区别：
（1）在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，代之以“高度精选的原料”（2）在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，所以不同产地的陶瓷有不同的质地。
特种陶瓷的原料一般是纯化合物，因此其成分由人工配比而不是由原料产地决定。
（3）在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结，保护气氛烧结，热压，热等静压等先进手段。
（4）在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性能和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘，以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能。
高技术陶瓷（特种陶瓷的分类）
2、高技术陶瓷分类：结构陶瓷；功能陶瓷
3、高温结构陶瓷分类
（1）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，它们的熔点一般都在2000℃以上；（2）碳化物，如SiC、WC、TiC、HfC、NbC、TaC、B4C、ZrC、等；
（3）膨化物，如HfB2、ZrB2等，膨化物具有很强的抗氧化能力；
陶瓷，氮化物常具有很高的硬度；
（5）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中由于制品表面生成二氧化硅或者硅酸盐保护膜，所以抗氧化能力强。
4、高温结构陶瓷性能特点
高温结构陶瓷具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。
高温结构陶瓷包括高温氧化物和高温非氧化物（或称难熔化合物）两大类。
5、高温结构陶瓷原料制备工艺？高温结构陶瓷制备工艺？
粉末制备——原料处理———成形——烧结——加工——成品
热成形
●成型前的原料处理：
（1）原料煅烧
目的：①去除原料中易挥发的杂质，化学接合和物理吸附的水分、气体、有机物等，从而提高原料的纯度；②使原料颗粒致密化及结晶长大③完成同质异构的晶型转变，形成稳定的结晶相
（2）原料的混合
（3）塑化
（4）造粒
造粒方法：普通造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冻结干燥法
●高温结构陶瓷成形方法
①粉料成形方法，或称粉料压制法，如钢模压制、捣打成形、冷等静压制、干袋式等静压制等
②塑性料团成形方法，或称可塑成型方法，如可塑毛坯挤压、轧膜成形等
③浆料成形方法，或称注浆成形方法，如粉浆教主、离心浇筑、流延成型等
④热致密化成形方法，如热压、热等静压、热锻等
⑤注射成形
⑥其他成形方法，如熔铸法、等离子喷射成形、化学蒸镀等
●高温结构陶瓷烧结：①普通固相烧结②反应烧结③液相烧结
●热致密方法：热压、热等静压等
6、高温结构陶瓷应用
氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。
它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。
利用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉磨球机，用来研磨比它硬度小的材料。
用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
氮化硅陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强；高温时也能抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
正是氮化硅具有如此良好的特性，人们常常用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷，外观与性状:润滑,易吸潮.氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。
将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。
通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。
另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。
这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，用于制作钻头、磨具和切割工具。
7、氧化锆增韧机制
氧化锆增韧陶瓷的增韧机理一般分为三类，即应力诱导相变增韧、微裂纹增韧和裂纹弯曲、分叉和架桥增韧。
8、功能陶瓷概况、分类
9、压电陶瓷的概念、工艺、应用？
10、半导体陶瓷如何半导化？热敏PTC效应？原理。