论陶瓷材料的发展.doc

材料科学与工程进展姓名：刘海全班级：材料0804学号：1003080709材料科学与工程进展 陶瓷材料进展陶瓷是陶器与瓷器的总称。它是一种既古老而又现代的工程材料，亦称无机非金属材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘等优点。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土。在历史的演变中，陶瓷器的制作技巧成为各个国家的重要科技发展，除了在食器、装饰的使用上有重要作用，如今在科学、技术的发展上亦扮演重要角色。陶瓷材料的发展经历了三次重大飞跃。从陶器发展到瓷器，是陶瓷发展史上的第一次重大飞跃；从传统陶瓷发展到先进陶瓷，是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃；从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。 陶瓷材料可分为普通陶瓷（传统陶瓷）材料和特种陶瓷（现代陶瓷）材料两大类。普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。常用特种陶瓷材料根据用途不同，又可分为结构陶瓷、工具陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷主要用于制作结构零件，机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。电子陶瓷指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷，这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。常用的功能陶瓷有超导陶瓷、敏感陶瓷、电容陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷等。功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的领域比较多，此处以压电陶瓷为例。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料，具有压电效应。压电陶瓷具有非常敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作压电地震仪，能精确地测出地震强度，指示出地震的方位和距离。陶瓷不仅性能特殊，其制备工艺也区别于其它材料（金属及有机材料）。它的特殊之处在于陶瓷材料的制备采用粉末冶金工艺，即是由其粉末原料经加压成型后直接在团根或大部分团相状态下烧结而成。另一个重要特点是材料的制备与制品的制造工艺一体化。即材料制备和零件的制备在同一空间和时间内完成。 粉末制备的方法很多，但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。（1）机械研磨粉碎法。传统陶瓷粉料的合成方法是因相反应加机械粉碎（球磨）。其过程一般为：将所需要的组分或它们的先驱作用物质用机械球磨方法进行粉碎并混合。然后在一定的温度下锄烧，使组分之间发生因相反应。得到所需的物相。即琢磨的方法将物料细化。得到一定细度的粉料。这种方法虽然易于工业化。但在球后过程中易引人杂质而造成污染。同时，机械球磨混合无法使组分分布达到微观均匀。而且粉末的细度有限。通常很难小于lm而达到亚微米级。机械球磨法又分子摩和湿摩两种方法。（2）化学法。为了克服机械研磨法的缺点，近年来人们普遍采用化学法会成各种粉末原料。化学法与传统的机械研磨法的不同在于该法通过化学的手段将溶液或气体组分均匀混合，并通过化学反应使颗粒从波相、气相或因相中形核析出两制得细颗粒粉料。根据起始组分的形态和反应不同，化学法可分为以下三种类型：液相法。起始的组分包含在溶液中。通过溶剂的蒸发浓缩析出或溶液中各组分门的叵应沉淀析出后过滤鲜手段使洛质从溶液中桥出（如共沉淀法）。气相法。通过气相反应过程使颗粒从气体中桥出（如CVD法）。因相法。从固体出发，通过盐类分解或因相物料门的化学反应得到所需组分的粉料（如高温自蔓延会成法）。液相法使用得较为普遍，此法比较适用于氧化物陶瓷粉料的制备；气相法一般适用于非氧化物陶瓷粉末的制备调相法适合于单组分氧化物陶瓷粉料的制备。 纵然陶瓷材料有各种优良性能，在关于它的使用上仍有不可避免的缺陷这是限于传统意义上的陶瓷材料。脆性和韧性不足是传统陶瓷的最大弱点，它大大限制了陶瓷的应用范围。但是，这并非是陶瓷材料的不治之症，经过各国科学家和工程师多年的艰苦研究，终天大大地改善了陶瓷的脆性，研制出纤维补强陶瓷复合材料。并且粉末冶金技术和各种新型陶瓷材料也能改善传统陶瓷性脆和韧性不足的缺陷。由此可以看出套擦材料具有非常广阔的发展前景，不仅在材料科学领域，甚至在医学、食器、装饰方面也开始发挥越来越不可小觑的作用。尤其是近年来热兴得生物陶瓷