新型陶瓷材料的特性及应用.doc

新型陶瓷材料的特性及应用作者：刘超，201022024，物科1001班通讯地址：大连理工大学，物理与光电工程学院email：摘要系统阐述了新型陶瓷材料的分类、特性及需求,重点介绍了新型陶瓷材料在医学上,汽车,航天，机械轴承，军事等方面的应用，并对新型陶瓷材料的研究近况与发展趋势进行了探讨。简介陶瓷被称为无机材料之母，具有耐高温，耐腐蚀、高强度、高硬度的优越性能，特别是近些年来开发的新型陶瓷材料被广泛应用于半导体、航空航天、仿生学、计算机、生物、汽车、医疗、军事等领域，大大促进了人类社会的发展，世界各国尤其是发达国家高度重视新型陶瓷材料的开发利用。为了更好的系统了解新型陶瓷的发展现状，清楚地认识我国与世界发达国家在新型陶瓷材料领域的差距，在这里对新型功能材料做了简单介绍。新型陶瓷材料的物理化学性质与分类新型陶瓷的主要原料有氧化铝，二氧化硅，氧化镁等，化学键有离子键，共价键，少数陶瓷还有金属键、范德华键。不过目前为止还没有形成公认的陶瓷结构理论，多数情况下是通过显微结构来解释陶瓷具有的特性，其显微结构是由多晶粒组成。习惯上人们将新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。下表列出了新型功能材料的主要特性。下面重点介绍几种新型陶瓷材料。氧化铝陶瓷是目前世界上生产量最大、应用面最广的陶瓷材料之一，它不仅可以作为电子工业中电路衬底材料、发动机零部件材料、刀具，而且作为耐高温、抗腐蚀、耐磨损的机械零部件材料取代金属合金也取得显著效果。氧化物陶瓷还包括氧化锗陶瓷、氧化钙陶瓷、氧化锆陶瓷、莫来石陶瓷、锗英石陶瓷。半导体陶瓷是一类导电性介于导电陶瓷与绝缘体陶瓷之间的一类陶瓷，其电阻率介于之间。一般有一种或数种金属氧化物采用陶瓷制备工艺制成的多晶半导体材料。有热敏陶瓷、压敏陶瓷、气敏陶瓷、光敏陶瓷、湿敏陶瓷等多种类型。金属陶瓷具有优良的机械性能，主要指氮化钛陶瓷。这种金属陶瓷耐磨抗弯，具有金黄色光泽，具有很好的装饰效果。兼具较高的导电性和超导的特性，强度大，其功能已覆盖硬质合金的大部分使用范围，应用于军事领域可以大量节省稀有金属的使用量。由于其独特的性能，使用领域正在不断扩大。纳米陶瓷是近十几年发展起来的新型结构陶瓷，是指显微微结构中的物相具有纳米级（0.1-100nm）尺度的陶瓷材料。陶瓷是一种多晶材料，是由晶粒和晶界所组成的烧结体，决定陶瓷性能的主要因素有晶粒、晶界、气孔和裂痕的组合形状，其中最主要的是晶粒尺寸问题。纳米陶瓷材料使晶粒的尺寸提高到纳米级，大大优化了陶瓷材料的性能。纳米陶瓷的特性主要包括：高强度，纳米陶瓷材料在压制、烧结后，其强度比普通陶瓷材料高出4-5倍；增韧性与低温可塑性，晶粒的细化使材料不易断裂，且有助于提高材料的塑性；扩散及烧结性能，纳米陶瓷的烧结温度约比传统陶瓷低600，烧结过程也大大缩短。此外，纳米陶瓷的高磁化率、低磁耗以及特别的光吸收效应，都为新型陶瓷开拓了一个新的应用领域。生物陶瓷，是在高温下烧成的，具有离子键、共价键这些很强的原子结合力，所以溶解度一般非常小，化学性质稳定，在体内不会发生溶解或膨润，也不用担心会被巨噬细胞和吞噬细胞吃掉。生物医学陶瓷与人体的生理环境更具生物相容性，不易在人体中发生化学变化，价格便宜，极具吸引力。可以作为外科矫正手术的假肢（如各种关节），牙齿植入物，中耳骨植入物，人工心脏瓣膜，骨头缺损填料，人工肌腱与韧带材料等等。具有耐腐蚀性、耐磨性、抗血栓、强度匹配性、灭菌性、适应性。一般分为三类：生物惰性陶瓷，包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷和各种碳制品；生物活性陶瓷，可与人体组织结合，包括活性玻璃、活性玻璃陶瓷、羟基磷灰石陶瓷；可被人体组织吸收的陶瓷材料，即生物可吸收性陶瓷，包括硫酸钙、磷酸三钙和钙磷酸盐陶瓷。主要应用领域航空航天领域，高温结构陶瓷的使用，陶瓷涡轮发动机的研究。机械轴承领域，陶瓷轴承的使用，大幅提高了轴承的使用寿命和极限转速，为发展高速和超高速、超精密机床提供了基础零部件。汽车制作领域，轿车减震装置，智能陶瓷雨刷，发动机的调控系统都有特种陶瓷的身影。军事领域，由于新型陶瓷材料的特殊性能，因此在军事领域也有许多用途。防弹装甲，陶瓷隔热瓦，导弹控制系统，雷达等军事武器上都大量使用了特种陶瓷。总结新型陶瓷材料是当今科学技术发展的重要组成部分，在微电子技术、超导技术、生物技术、激光技术、空间技术、传感技术的发展中占有十分重要的地位。国防工业和军用技术、武器技术也多采用新型陶瓷材料及以其为基础的新技术。随着科技的不断进步，新型陶瓷材料必将为人类社会的进步作出更大的贡献。参考文献1 邱关明，新型陶瓷，兵器工业出版社，1993年2 尹衍升，陈宇刚，李嘉，先进结构陶瓷及其复合材料，化学工业出版社，2006年3 王零森，特种陶瓷，中南大学出版社，2005年4 殷庆瑞，祝炳和，功能陶瓷的显微结构、性能与制备技术，冶金工业出版社，2005年5 尹衍升、张景德，氧化铝陶瓷及其复合材料，化学工业出版社，2002年6