[医学]第10章 精细功能陶瓷.ppt

2019/4/14,1,第10章 精细功能陶瓷,2019/4/14,2,陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。,一、陶瓷材料的发展概况,2019/4/14,3,我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌，它是中华文明的伟大象征之一，在我国的文化和发展史上占有极其重要的地位。,2019/4/14,4,陶瓷的研究进程分为三个阶段 新石器时代 先进陶瓷阶段 纳米陶瓷阶段,2019/4/14,5,新石器时代 远在几干年前的新石器时代，我们的祖先就已经用天然黏土作原料，塑造成各种器皿，再在火堆中烧成坚硬的可重复使用的陶器，由于烧成温度较低，陶瓷仅是一种含有较多气孔、质地疏松的未完全烧成制品。,2019/4/14,6,以后大约在2000年前的东汉晚期，人们利用含铝较高的天然瓷土为原料，加上釉的发明，以及高温合成技术的不断改进，使陶瓷步入瓷器阶段，这是陶瓷技术发展史上意义重大的里程碑。,2019/4/14,7,釉 以石英、长石、硼砂、黏土等为原料制成的东西，涂在瓷器、陶器外面，烧制后发出玻璃光泽，可增加陶瓷的机械强度和绝缘性能。,2019/4/14,8,瓷器烧成温度高，质地致密坚硬，表面有光亮的釉彩。 随着科学的进步与发展，由瓷器又衍生出许多种类的陶瓷。,2019/4/14,9,陶瓷都是以黏土为主要原料与其他天然矿物原料经粉碎混炼-成形-煅烧等过程制成的。 如常见的日用陶瓷、建筑陶瓷、电瓷等传统陶瓷。,由于陶瓷的主要原料取之于自然界的硅酸盐矿物(如黏土、长石、石英等)，所以可归为硅酸盐类材料和制品。 从原始瓷器的出现到近代的传统陶瓷，这一阶段持续了四千余年。,2019/4/14,10,先进陶瓷阶段 20世纪以来，随着人类对宇宙的探索、原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，从性质、品种到质量等方面，对陶瓷材料均提出越来越高的要求。从而促使陶瓷材料发展成为一系列具有特殊功能的无机非金属材料。,2019/4/14,11,如氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等各种高温和功能陶瓷。 这时，陶瓷研究进入第二个阶段先进陶瓷阶段。,2019/4/14,12,先进陶瓷（Advanced ceramics）又称现代陶瓷，是为了有别于传统陶瓷而言的。 先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)、新型陶瓷(New Ceramics)、特种陶瓷(Special Ceramics)和高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。,2019/4/14,13,在先进陶瓷阶段，陶瓷制备技术飞速发展。 在成形方面，有等静压成形、热压注成形、注射成形、离心注浆成形、压力注浆成形等成形方法； 在烧结方面，则有热压烧结、热等静压烧结、反应烧结、快速烧结、微波烧结、自蔓延烧结等。,2019/4/14,14,在先进陶瓷阶段，采用的原料已不再使用或很少使用黏土等传统原料，而已扩大到化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料，组成范围也延伸到无机非金属材料范围。,2019/4/14,15,此时可认为，广义的陶瓷概念已是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称。,2019/4/14,16,这一阶段的先进陶瓷，无论从原料、显微结构中所体现的晶粒、晶界、气孔、缺陷等在尺度上还只是处在微米级的水平，故又可称之为微米级先进陶瓷。,2019/4/14,17,纳米陶瓷阶段 到20世纪90年代，陶瓷研究已进入第三个阶段-纳米陶瓷阶段。 所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相有纳米级尺度的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在纳米量级的尺度上。,2019/4/14,18,纳米陶瓷是当今陶瓷材料研究中一个十分重要的发展趋向，它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论、从性能到应用都提高到一个崭新的阶段。,2019/4/14,19,二、功能陶瓷的定义、范围和分类,从性能上可把先进陶瓷分为结构陶瓷(Structral ceramics)和功能陶瓷(Functional Ceramics)两大类。,2019/4/14,20,结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷)，特别适于高温下应用的则称为高温结构陶瓷。,功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。,2019/4/14,21,功能陶瓷的特点 品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、技术高、更新快。,2019/4/14,22,通过对复杂多元氧化物系统的化学、物理及组成、结构、性能和使用效能间相互关系的研究，已陆续发现了一大批具有优异性能或特殊功能的功能陶瓷，并可借助于离子置换、掺杂等方法调节、优化其性能，功能陶瓷材料研究已开始从经验式的探索逐步走向按所需性能来进行材料设计。,2019/4/14,23,三、功能陶瓷的性能与工艺特征,陶瓷功能的实现，主要取决于它所具有的各种性能，而在某一类性能范围中，又必须针对具体应用，去改善、提高某种有效的性能，以获得有某种功能的陶瓷材料。,2019/4/14,24,例如，就陶瓷的电学功能而言，要改善压电陶瓷在大功率使用下的功能，就必须首先改进陶瓷材料的机电损耗特性； 为改善滤波器陶瓷性能，则要从提高材料的频率变化时间和温度的稳定性入手；,2019/4/14,25,对于集成电路基片陶瓷，需改善其绝缘电阻和导热性能； 为改善作避雷器使用的压敏陶瓷的功能，则需提高其通流容量和非线性系数。,2019/4/14,26,一般来说，要从性能的改进来改善陶瓷材料的功能，需从以下两个方面入手： 通过改变外界条件，即改变工艺条件以改善和提高陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。,2019/4/14,27,从材料的组成上直接调节、优化其内在的品质，包括采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂质，使不同相在微观级复合，进而形成不同性质的晶界层等。,2019/4/14,28,一般工艺条件是指原料的物理化学性质和状态、加工成型方法和条件、烧成制度和烧结状态，以及成品的加工方法和条件等。 无论是改变组成还是改变工艺，最终都是通过材料微观结构的变化，才能体现出宏观的功能变化。,2019/4/14,29,因此，要想达到自控设计材料，或者进行局部的性能改善，必须综合考虑组成、工艺、微观结构等诸多因素，这是个系统工程。 下图表示了陶瓷功能与组成、工艺、性能和结构的关系。,2019/4/14,30,陶瓷功能与组成、工艺、性能、结构的关系,2019/4/14,31,电子导电陶瓷,离子导电陶瓷,四、主要功能陶瓷- 4.1导电陶瓷,2019/4/14,32,1. 电子导电陶瓷,在氧化物陶瓷中，离子的外层价电子通常受到原子核的较大吸引力，束缚在各自的离子上，即使施加一个不低的外电场，这些价电子也不能自由运动而成为所谓的自由电子。 所以氧化物陶瓷通常是不导电的绝缘体，或者说是电介质。,2019/4/14,33,但是，如果把某些氧化物加热，或者用其它的方法激发,使外层电子获得足够的能量，足以克服原子核对它的吸引力，摆脱原子核对它的控制，而成为自由电子。 于是,这种氧化物陶瓷就成了电子导体或半导体。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,34,氧化锆陶瓷、氧化钍陶瓷及由复合氧化物组成的铬酸镧陶瓷，都是新型的高温电子导电材料，可作为高温设备的电热材料。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,35,它们与金属电热体相比，最大的优点： 更耐高温；有良好的抗氧化能力： 金属电热材料中最常见的镍铬丝，在空气中的最高使用温度只有1100度； 用昂贵的抗氧化性能好的铂丝、铑丝，在空气中的最高使用温度也只有1600度； 采用难熔金属钽、钼、钨作电热体，使用温度可以提高到2000度，但必须以氢、氮、氩等气体保护或者在真空下工作，否则，它们就会很快氧化而失去使用价值。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,36,稳定氧化铅陶瓷的最高使用温度为2000度，它在高温下的导电性能很好，基本上为电子导电。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,37,缺点： 在低温特别是在室温情况下的导电性能还不理想，作为电热材料时，必须在高温设备中用热源进行预热； 另外，氧化锆的负电阻温度系数较大，即温度升高时电阻大大降低，使得通过的电流大大增加、给操作控制带来不少困难。 所以，稳定氧化锆作为电热材料的广泛利用还需进行一些开发性的工作。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,38,氧化钍陶瓷电热体的最高使用温度可达到2500度，它与稳定氧化锆陶瓷电热体一样，低温时的导电性能还有待改进。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,39,以复合氧化物制成的铬酸镧电子传导的导电陶瓷是近10年内出现的一种新型电热材料，它的使用温度可达1800度，在空气中的使用寿命在1700小时以上，用于15001800度的高温电炉，可称得上是最好的电热材料。 同时，铬酸镧陶瓷不仅可作通常情况下的电热材料，而且与氧化锆陶瓷组成的复合材料，是磁流体发电机优先考虑的电极材料。,1. 电子导电陶瓷,2019/4/14,40,2.离子导电陶瓷,在电解质溶液中，电导主要来自带电离子的运动；而在固态离子型晶体中，带电离子倍受限制，但仍能以扩散的形式发生，从而产生离子导电。 离子在晶体中扩散是通过取代晶格空位的方式进行的。一般情况下，这类运动取向混乱，宏观上不产生电流。 然而，在电场作用下，离子沿电场方向运动的几率增大，从而产生离子电流。,2019/4/14,41,稳定的氧化锆陶瓷在高温时不仅产生电子导电，也会因氧离子的运动而产生离子导电。 因此，凡是在高温情况下需要测量或控制氧气含量的地方，都可以采用氧化锆陶瓷氧气敏感元件，这种元件在节能和防止大气污染方面发挥作用。,2.离子导电陶瓷,2019/4/14,42,还有一类阳离子导电体，如氧化铜陶瓷就是一种有代表性的阳离子导电体，近几年发展很快，是一种只允许钠离子通过的导电陶瓷。 氧化铝是用氧化钠和氧化铝在高温下合成的铝酸盐。可以作为离子选择电极的选择膜，即离子浓度传感器。 利用它只允许某一种阳离子通过的特性，可准确而又迅速地测定被测离子的浓度，可以用于金属提纯等方而。,2.离子导电陶瓷,2019/4/14,43,陶瓷材料在电场作用下，带电粒子被束缚在固定位置上，仅发生微小位移，即形成电极化而不产生电流者为绝缘体。 带电粒子在电场下作微小位移的性质称为介电性。 介电材料主要是通过控制其介电性质，使之呈现不同的比介电系数、低介质损耗和适当的介电常数温度系数等性能，以适应各种用途的要求。,四、主要功能陶瓷- 4.2 介电铁电陶瓷,2019/4/14,44,介电陶瓷的铁电特性表现： 本身具有自发极化。 当施加外界电场时，自发极化方向沿电场方向趋于一致； 当外电场反向，而且超过材料矫顽电场值时，自发极化随电场而反向；,2019/4/14,45,当电场移去后，陶瓷中保留部分极化量，即剩余极化。 自发极化与电场之间存在着一定的滞后关系，这种滞后特性类似于铁磁材料BH曲线的滞后特性，它表征铁电材料的必要条件。 晶体的铁电相通常是由自发极化方向相同的区域、按一定规律组成的。 每一个极化区域称为铁电畴，分隔电畴的间界际为畴壁。,2019/4/14,46,介电陶瓷材料主要应用在陶瓷电容器和微波介质元件方面。 二次世界大战后，由于收录机、电视机、录相机以及通讯技术的飞速发展和近年来计算机技术、摄影技术、汽车及钟表技术的进步，促使陶瓷电容器的制作技术有了巨大的发展，微波技术的发展对微波介质陶瓷元件的扩大应用起了推动作用。,1.介电陶瓷材料,2019/4/14,47,温度补偿电容器用介电陶瓷 这类陶瓷材料主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质，在性能上要求具有稳定的电容温度系数和低介电损耗。,1.介电陶瓷材料,2019/4/14,48,微波介质陶瓷 微波介质陶瓷主要用于制作微波电路元件，一般微波电路元件要求材料在微波频率下具有高介电常数、低介质损耗、低膨胀系数和低介电常数温度系数。,1.介电陶瓷材料,2019/4/14,49,高介电容器陶瓷 高介电常数的陶瓷主要是铁电陶瓷材料，其中以钛酸钡为基，添加各种添加物，可以制得介电常数很高的电容器用陶瓷材料。若以Sr、Sn、Zr等离子置换钙铁矿型结构的多元复合化合物，使居里点移至常温，则介电常数可增大到近20000，介电常数的温度系数也随之增加。,1.介电陶瓷材料,2019/4/14,50,4高压电容器陶瓷 钛酸钡陶瓷材料虽具有高介电常数，但在高压下使用时其介电常数随电压的变化较大，这主要是由于BaTiO3的铁电特性影响。 钛酸锶陶瓷的介电常数虽比BaTiO3陶瓷低，但其绝缘性能却好得多，而且其介电常数随电压的变化小，介电损耗亦小。 这类电容器广泛应用于电视机、雷达高压电路及避雷器、断路器等方面。,1.介电陶瓷材料,2019/4/14,51,低温烧结电容器陶瓷 铁电陶瓷的主要用途之一是制作高电容率的电容器。 通常用BaTiO3为基的陶瓷制作叠层式电容器，一般需高温烧结，但高温金属电极材料存在问题。,2. 铁电陶瓷材料,2019/4/14,52,近年开发了许多低温烧结的材料系统。如添加MnO2的0.94Pb(Mg1/3 Nb1/3)O30.06PbTiO3系的陶瓷材料，其烧结温度比BaTiO3低200250，介电常数则相差不大。 为了降低电容器的价格，尽可能少用Pt和Pb等贵金属，大量采用Ag作为内电极，以获得较好的经济效果。,2. 铁电陶瓷材料,2019/4/14,53,透明铁电陶瓷 陶瓷是将金属氧化物为主的粉末置于高温下烧结而成的。 它的显微结构由细小的晶粒所构成，由于气孔相、晶界和杂质相的散射是不透明的。,2. 铁电陶瓷材料,2019/4/14,54,Al2O3，MgO，Y2O3，BeO，ThO2都己制成透明陶瓷， 唯有PLZT透明陶瓷具有铁电压电性能。,2. 铁电陶瓷材料,近年来由于陶瓷制造工艺的发展，出现了热压法、微细粉末精制法等可以控制其显微结构和晶界性质的方法，使之成为透明陶瓷。,2019/4/14,55,PLZT陶瓷材料可利用控制材料组成来自由地调整其电光性质。由于很容易制成任意形状和大小的元件，故适合于大量生产和加工，与电光晶体相比，价格相当便宜。 因此，它是一种应用上具有多种优良性能的材料，目前正大量研究光信息处理用的功能元件。即光调制元件、光闸、光开关、图像显示元件和图像转换元件等。,2. 铁电陶瓷材料,2019/4/14,56,气敏陶瓷的电阻值将随其所处环境的气氛而变，不同类型的气敏陶瓷，将对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓度(分压力)作有规则的变化。 其检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别可达十亿分之一的量级，远远超过动物的嗅觉感知度，故有“电子鼻”之称。,四、主要功能陶瓷- 4.3气敏陶瓷和湿敏陶瓷,1. 气敏陶瓷,2019/4/14,57,气敏陶瓷一般都是某种类型的金属氧化物，通过掺杂或非化学计量比的改变而使其半导化。 其气敏特性，大多通过待测气体在陶瓷表面附着，产生某种化学反应(如氧化、还原反应)、与表面产生电子的交换(俘获或释放电子)等作用来实现的，这种气敏现象称为表面过程。 尽管这种表面过程在不同的陶瓷及不同的气氛中作用不尽相同，但大多与陶瓷表面氧原子(离子)的活性(结合能)密切相关。,2019/4/14,58,气体与敏感陶瓷的作用部位通常只限于表面，故其敏感特性如电阻值与吸收气体浓度的关系，就和敏感体的烧结形式(几何形状)关系甚大。 常见的有薄膜型、厚膜型和多孔烧结体型。 尽管三种敏感体的工艺差别较大，但从显微结构上看，它们都属多晶、多相体系。,2019/4/14,59,常见气敏陶瓷： SnO2气敏陶瓷是目前应用最广泛的材料，可掺杂Pd，In，Ga，GeO2等活性物质提高其灵敏度。 另外可添加A12O3，Sb2O3，MgO，CaO等添加物以改善其烧结、老化及吸附等特性。 SnO2气敏陶瓷对可燃性气体，如氢、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、一氧化碳、城市煤气、天然气都有较高的灵敏度。,2019/4/14,60,ZnO也是很重要的气敏材料，掺以Pt和Pd催化剂后，可提高其灵敏度。 掺Pt后对丁烷和丙烷等气体的灵敏度高，而掺Pd 后对氢和CO的灵敏度高。,2019/4/14,61,ZnO与VMoA12O3催化剂组合后，检测氟里昂气体比一般的气敏传感器的灵敏度高。 但长期使用后，催化剂层会发生变化，连续使用400h后则逐渐退化，灵敏度开始降低。 不用催化剂的ZnO传感器对氟里昂气体的灵敏度很低。,2019/4/14,62,Fe2O3气敏陶瓷主要用于检测异丁烷气体和石油液化气。 它是利用-Fe2O3和Fe3O4之间的氧化还原过程中，Fe 3+和Fe 2+转变时的电子变换检测还原性气体。 -Fe2O3和-Fe2O3有很高的电阻率， Fe3O4电阻率 很低，因此在-Fe2O3和Fe3O4间发生氧化还原反应转变时，由于Fe 3+ 和Fe 2+ 之间的电子交换，利用此种特性进行还原气体的检测。 当-Fe2O3接触还原性气体时，则转变为Fe3O4，电阻大大降低，因而出现气敏特性。,2019/4/14,63,ZrO2气敏陶瓷主要用于氧气的检测。 它是靠被测气体和参比气体(空气)处于气敏陶瓷两侧，按照浓差电池的原理，由子两侧氧的活性浓度或分压的不同，因而形成化学势的差异，使高浓度一侧的氧通过气敏陶瓷中的氧空位以O 2-离子的状态向低浓度一侧迁移，形成O 2- 离子电导，在陶瓷两侧产生氧浓差电势。,2019/4/14,64,添加Y2O3，CaO改性的ZrO2陶瓷，使用温度可达500度以上，一般用于金属冶炼、钢水的氧气检测、汽车排气系统中。 因此要求这类陶瓷要具有良好的耐热冲击性能。,2019/4/14,65,2. 湿敏陶瓷,水分在一般物质表面的附着量，以及潮气在木材、布匹、烟草等多孔性或微粒状物质中的吸收情况，与大气的湿度密切相关。 合适的湿度对于生物、生活、生产都非常重要，因此湿度的测量、控制与调节，对于工农业生产、气象环卫、医疗健康、生物食品、货物储运、科技国防等领域均具有十分重要的意义。,2019/4/14,66,17世纪，人们发现随着大气湿度的变化，人的头发会出现伸长或缩短的现象，由此制成毛发湿度计。 18世纪时，人们利用水分向大气蒸发时必须吸收潜热的效应，研制成干湿球湿度计。 上述湿度计都属于湿度的非电测量方法，其主要缺点是灵敏度、准确性和分辨率等特性都不够高，且难于和现代的指示、记录与控制设备直接相连。,2019/4/14,67,敏感机理：与气敏陶瓷的异同： 同：两者都属表面作用过程 异： 气敏要研究多种气体的作用；而湿敏则着重于水分子的附着； 气敏大多是表面反应过程，属于化学吸附，只用电子电导便足以说明问题。但在感湿过程中，既有化学吸附，又有物理吸附；既要考虑电子过程，也不能忽视离子电导，在某些场合下，离子电导还可能起主导作用。,2019/4/14,68,陶瓷湿度传感器测试范围宽、响应速度快、工作温度高、耐污染能力强。因此湿敏陶瓷成为人们主要研制、开发的湿敏材料。分类,氧化物涂覆膜型 多孔烧结体型 厚膜型 薄膜型,2019/4/14,69,按测湿范围有 高湿型(适用于相对湿度大于70BH) 中湿型(3080RH)、 低湿型(小于30RH) 全湿型(0100BH)。,2019/4/14,70,主要湿敏陶瓷： 由感湿瓷粉料调浆、涂覆、干调而成为涂覆模型。比较典型、性能较好的是以Fe3O4为粉料的感湿元件。,以滑石瓷作为基片，利用厚膜工艺，丝网漏印制叉指状金浆，烧结成电极，再在其上涂覆一层Fe3O4 感湿浆料，低温烘干即成。成膜时可采用多次薄涂的方法，使膜厚达2030m为宜，在全湿范围内有湿敏特性。,2019/4/14,71,MgCr2O4属高温烧结型湿敏陶瓷，加入TiO2，Bi2O3的元件，感湿灵敏度适中，电阻率低、阻值温度特性好，并有足够的抗热震性。,含有30mol的TiO2和70mol的MgCr2O4，在1300度的空气中可烧结成相当理想的多孔瓷体，其晶粒平均直径为I-2m，具有典型的颈状联接结构，瓷粒四周有连通状气孔孔径约为0.05-0.3m ，它具有相当高的比表面积，这对吸湿及脱湿非常有利。,2019/4/14,72,MnWO4和NiWO4是一种体积小、结构简单、工艺方便、特性理想的厚膜型湿敏元件。 整个厚膜工艺分两步，一是感湿浆料的制备;二是用印刷法制作感湿元件。,2019/4/14,73,浆料可以采用碳酸盐或直接采用氧化物，粉料经混合研磨后压型燃烧，经粗磨、细磨达到一定细度后加入有机粘合剂，然后调整浓度，充分混合至高度均匀，便可得到印刷用的感湿瓷浆料。,2019/4/14,74,制备方法： 采用溅射、阳极氧化、等离子CVD、溶胶凝胶等方法可以制作湿敏陶瓷薄膜。 目前常用的方法是阳极氧化，即在磷酸、硫酸、草酸等电解溶液中对铝、钽等金属进行阳极氧化，得到厚度为l-100nm的表而氧化膜。,2019/4/14,75,采用阳极氧化时，由于能在较宽范围内选择电解液种类、pH值、温度和生成的电流密度等成膜条件，与在气相中形成膜层相比，容易实现对膜层性质的各种控制。生成的膜厚取决于工艺电压，这是阳极氧化膜的一大特点。氧化铝、氧化钽是主要的感湿薄膜，它们具有响应快、灵敏度高，线性好等特点.,2019/4/14,76,铁系元素氧化物(分子式MFe2O4)称为铁氧体。铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。 就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，有较高的介电性能。 铁氧体的磁性能表现在高频时具有较高的磁导率。 因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低（通常只有纯铁的1315），因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。,四、主要功能陶瓷- 4.4铁氧体,2019/4/14,77,1932年日本发现了铁氧体，由于它的电阻较大，作为高频损耗小的磁芯材料而受到重视，曾被部分地用作高频线圈的磁芯，只是在第二次世界大战以后，由于电子学的飞跃发展才得到实际使用。,2019/4/14,78,在50年代发现了含有稀土元素的铁系氧化物构成的石榴石型磁性材料，特别是作为微波波段的低损耗材料受到了人们的重视。 同时还出现了在特高频和甚高频带具有高磁导率的材料。,2019/4/14,79,分类 铁氧体是磁性陶瓷的代表，是作为高频用磁性材料而制备的金属氧化物烧结磁性体。它分为 软磁铁氧体 硬磁铁氧体 微波铁氧体,2019/4/14,80,1. 软磁铁氧体,这类材料在较弱的磁场下，易磁化也易退磁，如锌铬铁氧体和镍锌铁氧体等。 软磁铁氧体用于制作各种高频磁芯，已实用的铁氧体几乎都是Mn铁氧体、Ni铁氧体等和Zn铁氧体(ZnFe2O4非磁性铁氧体)的固溶体。 软磁铁氧体还用于磁带录音和录像磁头等，也是磁记录元件的关键材料。,2019/4/14,81,2.硬磁铁氧体,铁氧体硬磁材料磁化后不易退磁，因此，也称为永磁材料或恒磁材料。 举例： Co铁氧体是在900度左右的温度下预烧，再于1100左右的温度下减压烧成后，在居里温度到300度之间的温度下施加磁场，然后缓慢冷却至室温(磁场冷却处理)而制成的。,2019/4/14,82,Ba铁氧体是把原料氧化物的混合物放在11001200度下预烧，于11501250度的温度下烧结而成的各向同性铁氧体。 如果将Ba铁氧体粉碎，则可看到沿晶体的C面劈裂为偏平的微晶，将该微粒在磁场中成型，或者加单轴性压力成型之后再烧结，得到C轴为易磁化轴，排列一致的各向异性的铁氧体。,2019/4/14,83,硬磁铁氧体主要用于电信器件中的录音器，拾音器、扬声器，各种仪表的磁芯等。,2019/4/14,84,3. 微波铁氧体,磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场的作用下，平面偏振的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播，但其偏振面会不断地绕传播方向旋转的现象。 金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性，但由于电阻率低、涡流损耗太大，电磁波不能深入其内部，所以无法利用。,2019/4/14,85,因此，铁氧体旋磁材料旋磁性的应用，就成为铁氧体独有的领域。旋磁材料大都与输送微波的波导管或传输线等组成各种微波器件。主要用于雷达、通信、导航、遥测等电子设备中。如环行器、隔离器、相移器等电路中的元件已广泛使用Mn-Mg-A1系铁氧体、Ni-Zn系铁氧体和稀土类石榴石材料。,2019/4/14,86,4. 铁氧体矩磁材料 指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是，当有较小的外磁场作用时，就能使之磁化，并达到饱和，去掉外磁场后，磁性仍然保持与饱和时一样。如镁锰铁氧体，锂锰铁氧体等就是这样。这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机的存储器磁芯等方面。,2019/4/14,87,5. 铁氧体压磁材料 指磁化时在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料，如镍锌铁氧体，镍铜铁氧体和镍铬铁氧体等。 压磁材料主要用作电磁能与机械能相互转化的换能器，作磁致伸缩元件用于超声。,2019/4/14,88,用于人体组织和器官的修复并代行其功能的人造材料称为生物材料或生物医学材料。从医用的角度来看，生物材料属功能材料范畴。对生物材料的要求既不同于医药，更不同于普通工业材料，具有其特殊性。,四、主要功能陶瓷- 4.5生物陶瓷,2019/4/14,89,生物陶瓷的必要条件,生物学条件： (1)生物相容性好，对机体无免疫排异反应，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合，具有生物活性； (2)对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变和致病作用； (3)无溶血、凝血反应。,2019/4/14,90,化学条件： (1)在体内长期稳定、不分解、不变质； (2)耐侵蚀，不产生有害降解产物： (3)不产生吸水膨润、软化变质等变化。,2019/4/14,91,力学条件： (1)具有足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等； (2)具有适当的弹性模量和硬度； (3)耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。,2019/4/14,92,其它： (1)具有良好的孔隙度、体液及软硬组织易于长入： (2)易加工成型，使用操作方便； (3)热稳定性好，高温消毒不变质。,2019/4/14,93,生物陶瓷的特点,首先，由于它是在高温下烧结制成，其结构中包含着键强很大的离子键和共价键，所以它不仅具有良好的机械强度、硬度，而且在体内难溶解，不易腐蚀变质，热稳定性好。便于加热消毒，耐磨性能好，不易产生疲劳现象，满足种植学的要求。,2019/4/14,94,第三，陶瓷成型容易，可以根据使用要求，制成各种形态和尺寸，如颗粒型、柱形、管形；致密型或多孔型也可制成骨螺钉、骨夹板；制成牙根、关节、长骨、颌骨、颅骨等。第四，通常认为陶瓷烧成后很难加工，但是随着加工装备及技术的进步，现在陶瓷的切削、研磨、抛光等已是成熟的工艺。,其次、陶瓷的组成范围比较宽，可以根据实际应用的要求设计组成，控制性能变化。,2019/4/14,95,近年来又发现了可以用普通金属加工机床进行车、铣、刨、钻孔等的可切削性生物陶瓷，利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性，制成了铸造玻璃陶瓷。 用这种陶瓷制作的人工牙冠，不仅强度好，而且色泽与天然牙相似。,2019/4/14,96,举例,a. 氧化铝 植入材料中氧化铝是一种一直使用得很满意的实用生物材料。 视制造方法的不同，有单晶氧化铝、多晶氧化铝和多孔质氧化铝三种产物。,2019/4/14,97,氧化铝生物相容性良好，在人体内稳定性高，机械强度较大，单晶氧化铝C轴方向具有相当高的抗弯强度(1300MPa)，因而临床上用来制作人工骨、人工牙根、人工关节和固定骨折用的螺栓。,2019/4/14,98,但是，氧化铝也存在几个问题: (1)与骨不发生化学结合，时间一长，骨固定会发生松 弛； (2)机械强度不十分高； (3)杨氏模量过高(380GPa)； (4)摩擦系数和磨耗速度不低。,2019/4/14,99,为把氧化铝陶瓷牢固地固定在骨头上，可把陶瓷制成多孔质形态，使骨头长入陶瓷空隙，但这样会降低陶瓷的机械强度。 使用在金属表面形成多孔性氧化铝薄层的复合法，既能保证强度又能形成多孔性。,2019/4/14,100,部分稳定化的氧化锆和氧化铝一样，生物相容性良好，在人体内稳定性高，而且比氧化铝的断裂韧性值更高，耐磨性也更为优良，用作生物材料有利于减小植入物的尺寸和实现低摩擦、磨损，因而在人工牙根和