精细陶瓷的应用与研究

西安电子科技大学2011学年第 2 学期

课程电子陶瓷工艺原理课程题目精细陶瓷的应用与研究

学生姓名吴宪洋

学号05091065

班级05091102

任课教师张显

专业电子科学与技术

所属学院技术物理学院

精细陶瓷的应用与研究

摘要：

精细陶瓷在社会上被人们所认识已经历了相当一段时间，这期间,在产业界以及大学、研究机构等部门，许多技术人员和研究人员对精细陶瓷产生了兴趣，并进行了研究开发。随着对上述精细陶瓷兴趣的增长以及研究的深入，就提出了各种各样关于精细陶瓷的问题，这对于精细陶瓷来说，也是令人非常欣喜的事情。也就是说，由于许多人对此产生了兴趣，想出了关于精细陶瓷的各种利用方法，其应用范围就逐渐扩大了。但是，另一方面，也恐怕有对精细陶瓷的认识停滞在一知半解的水平上，从而对精细陶瓷抱有过大希望的可能，精细陶瓷它以抗高温、超强度、多功能等优良性能,在新材料世界独领风骚。本文主要论述了精细陶瓷的制作工艺及其发展趋势。

关键词：精细陶瓷、特种陶瓷、功能陶瓷、烧结技术、成型方法与粘合剂引言：

新材料是发展高新技术的物质基础，也是改造传统产业的必备条件，因此材料科学被列为对世纪六大高科技领域（生物、信息、能源、材料、空间技术和海洋工程）之一。特种陶瓷（又称高性能陶瓷，先进陶瓷，精细陶瓷，高技术陶瓷等）是新材料的一个组成部分，由于它具有其他材料所没有的各种优良性能，例如：耐高温、高强度、重量轻、耐磨、耐腐蚀、优异的电、磁、声、光、热学件能等，它在国民经济中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金、石油化工和生物等各方面都有广阔的应用前景，成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料，在国防现代化建设中，武器装备的发展也离不开特种陶瓷材料。除此之外，在当今世界各国把环境保护作为重要的问题来考虑时，以环境保护、生活优化为背景的环境净化功能陶瓷的研究与开发也必然对改善人类生存环境，实施可持续发展战略起到积极的推

动作用。由此可见，特种陶瓷在国民经济建设及国防建设中的作用和地位是十分重要的。

目前特种陶瓷的研发方向主要有一下几个方面：

①特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等；

②超导陶瓷的研究；

③特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究；

④陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础，目前国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；

⑤多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视；

⑥陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合(陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属)问题也是现阶段的研究重点。

⑦在非氮化物陶瓷中，目前国外研究最多的是陶瓷发动机，高压热交挽器及陶瓷刀具等；

⑧随着生物化学，生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。

但是结构陶瓷本身面临最大的问题是成本高、可靠性和重复性的问题。因此，研究开发低成本、高可靠性的制备技术是扩大特种陶瓷应用领域，保证其持续发展的重要问题。这就要求在新的科研理论和实践成果来为精细陶瓷业的稳步发展提供更加先进的技术支持。

一、精细陶瓷的简介：

fine ceramics 又称高性能陶瓷、高技术陶瓷。按其用途可分成工程陶瓷和功能陶瓷两大类。前者主要利用它们的高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性能，又称结构陶瓷；后者主要利用它们的光、声、电、热、磁等物理特性，又称电子陶瓷。按化学组成可分成氧化物类和非氧化物类。前者包括各

种氧化物和含氧酸盐；后者包括氮化物、碳化物、硼化物等。前一类一般作功能陶瓷用，后一类作工程陶瓷用。有些品种用于制造发动机部件、汽车部件、电视机、吹风机、火灾警报器、高温挤型模具等。还可用于制造耐高温喷嘴，适合国防的需要。

特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。按照化学组成划分有：

①氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。

②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。

③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。

④硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。

⑤硅化物陶瓷：二硅化钼等。

⑥氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。

⑦硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。

⑧砷化物陶瓷：硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。

除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。

二、精细陶瓷与传统陶瓷的主要区别

精细陶瓷与传统陶瓷的根本区别在于可以从原料的选择制备、后续的制

造工艺方法实施严格控制，可以制造得到实际中需要的具有不同性能要求的陶瓷材料。

①在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，特种陶瓷一般以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料。主要区别在于精细陶瓷原料的各种化学组成、形态、粒度和分布等得到可以精确控制。

②在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的成分决定，所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地。由于特种陶瓷的原料是纯化合物，因此成分由人工配比决定，其性质的优劣由原料的纯度和工艺，而不是由产地决定。

③在制备工艺上，成型上多用等静压、注射成型和气相沉积等先进方法，可获得密度分布均匀和相对精确的坯体尺寸，坯体密度也有较大提高；烧结方法上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结，保护气氛烧结、热压、热静压、反应烧结和自蔓延高温烧结等等手段。

④在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性质和功能，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，从而使其在高温、机械、电子、宇航、医学工程各方面得到广泛的应用。

制作工艺：

一、成形方法与结合剂的选择：

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下所示：

特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量

成形方法结合剂举例 <结合剂用量（质量％）

千压法聚乙烯醇缩丁醛等 1~5