材料科学概论之陶瓷材料

1、静思笃行 持中秉正 秋记与你分享小组成员小组成员：龚萌、黄艳莉、席静雯、汪钰蕊、李倩、牛龚萌、黄艳莉、席静雯、汪钰蕊、李倩、牛同君、王蕊、罗艳、李依凡、王慧琴、马玉珍、朱林玉同君、王蕊、罗艳、李依凡、王慧琴、马玉珍、朱林玉 静思笃行 持中秉正 秋记与你分享主要内容地位和地位和作用作用概念特点分类分类应用发展方向和趋势静思笃行 持中秉正 秋记与你分享传统陶瓷传统陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。固体材料。新型陶瓷新型陶瓷以精致的高纯天然无机物或人工合成的无机

2、化合以精致的高纯天然无机物或人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的加工工艺烧结，具有物为原料，采用精密控制的加工工艺烧结，具有优异的性能。优异的性能。(一）概念静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享（二）地位和作用（二）地位和作用1、是许多新兴科学技术的先导。是许多新兴科学技术的先导。 许多新兴科技都是在划时代的新材料出现后产生的，如半导体材料、许多新兴科技都是在划时代的新材料出现后产生的，如半导体材料、激光晶体、光导纤维、超导材料等。激光晶体、光导纤维、超导材料等。2、是许多现代科技和现代工业发展的基础。是许多现代科技和现代工业发

3、展的基础。 科技的发展对材料提出苛刻的要求，如航天航空要求高强度、耐高科技的发展对材料提出苛刻的要求，如航天航空要求高强度、耐高温、耐烧蚀；原子能工业要求耐辐射和腐蚀；电子工业要求超纯、特薄、温、耐烧蚀；原子能工业要求耐辐射和腐蚀；电子工业要求超纯、特薄、特细且均匀的电子材料；信息技术要求高灵敏、大容量材料等等。特细且均匀的电子材料；信息技术要求高灵敏、大容量材料等等。3、巩固国防、发展军用技术的作用。国防工业、军用巩固国防、发展军用技术的作用。国防工业、军用技术历来是新材料、新技术的主要推动者和应用者技术历来是新材料、新技术的主要推动者和应用者。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享（三）陶瓷的分

4、类（三）陶瓷的分类静思笃行 持中秉正 秋记与你分享特种陶瓷的名称特种陶瓷的名称: :工程陶瓷工程陶瓷Engineering ceramics）先进陶瓷先进陶瓷Advanced ceramics）高技术陶瓷高技术陶瓷（High Technology ceramics）精细陶瓷精细陶瓷（Fine ceramics）新型陶瓷新型陶瓷（New ceramics）近代陶瓷近代陶瓷（Modern ceramics）高性能陶瓷高性能陶瓷（High Performance ceramics）特种陶瓷特种陶瓷（Special ceramics）静思笃行 持中秉正 秋记与你分享特种陶瓷和传统陶瓷特种陶瓷和传统陶瓷

5、 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX主要主要区别区别 静思笃行 持中秉正 秋记与你分享特种陶瓷的分类特种陶瓷的分类: : 结构陶瓷结构陶瓷：主要利用其热、机械、化学功能，有耐磨损材主要利用其热、机械、化学功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材料，硬质材料、耐冲料、高强度材料、耐热材料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构材料。击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构材料。功能陶瓷功能陶瓷：利用其电、磁、声、光、催化、生物化学等功利用其电、磁、声、光、催化、生物化学等功能，其中最主要的是绝缘材料、电介质材料、能，其中最主要的是绝缘材料、电介质材料、压电材料、磁性材料、半导体材料和透光性

6、陶压电材料、磁性材料、半导体材料和透光性陶瓷等电子材料、具有生物化学功能的生物医用瓷等电子材料、具有生物化学功能的生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。材料、抗菌陶瓷材料等。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享新型陶瓷材料新型陶瓷材料 随着近代科学技术的飞速发展，陶瓷已成为随着近代科学技术的飞速发展，陶瓷已成为人类生活和现代化建设中不可缺少的材料之一。人类生活和现代化建设中不可缺少的材料之一。陶瓷的概念也已远远超出古老的传统陶瓷的范陶瓷的概念也已远远超出古老的传统陶瓷的范畴。畴。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享结构陶瓷结构陶瓷 1、定义：、定义： 具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的具有力学和机械性能

7、及部分热学和化学功能的新型陶瓷。新型陶瓷。 耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度2、分类：、分类： 大致分为大致分为氧化物系氧化物系、非氧化物系非氧化物系两类。两类。SiC、Si3N4、BN、AlNSiC、Si3N4、BN、AlNAl2O3、ZrO2、莫来石、莫来石（ Al2O3-SiO2 ）静思笃行 持中秉正 秋记与你分享功能陶瓷功能陶瓷1、定义：、定义：以以非力学性能非力学性能（如电、磁、热、化学、生物等）为主（如电、磁、热、化学、生物等）为主的陶瓷材料。的陶瓷材料。2、分类：、分类：大致分为大致分为氧化物系、非氧化物系两大类氧化物系、非氧化物系两大类绝缘陶瓷绝缘陶

8、瓷介电陶瓷介电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷半导体陶瓷半导体陶瓷超导陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷磁性陶瓷光功能陶瓷光功能陶瓷机敏陶瓷机敏陶瓷智能陶瓷智能陶瓷静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享（四）陶瓷材料的特点（四）陶瓷材料的特点结构特点结构特点性能特点性能特点静思笃行 持中秉正 秋记与你分享 (1) 陶瓷材料的组成与结合键陶瓷材料的组成与结合键静思笃行 持中秉正 秋记与你分享（2）陶瓷材料的显微结构陶瓷材料的显微结构静思笃行 持中秉正 秋记与你分享熔点高、密度小。熔点高、密度小。化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化。化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化。高强度、高

9、硬度、高刚度、耐磨损。高强度、高硬度、高刚度、耐磨损。具有一定的热强性（抗蠕变）。具有一定的热强性（抗蠕变）。绝缘性、压电性、半导体性、磁性、电特性。绝缘性、压电性、半导体性、磁性、电特性。生物体适应性，催化剂等生物化学的功能。生物体适应性，催化剂等生物化学的功能。光学功能及其他一些特殊功能。光学功能及其他一些特殊功能。韧性、塑性很小、塑性变形能力差、易发生脆性破韧性、塑性很小、塑性变形能力差、易发生脆性破坏。坏。加工成型性较差。加工成型性较差。（四）陶瓷材料的性能特点（四）陶瓷材料的性能特点静思笃行 持中秉正 秋记与你分享陶瓷材料的发展前景片式微波电容器多层陶瓷电感器压电陶瓷超声波电机片式陶

10、瓷电感器片式敏感陶瓷元件集成陶瓷元件静思笃行 持中秉正 秋记与你分享MLCC(多层陶瓷电容器)它是各种电子、通讯、信息、军事及航天等消费或工业用电子产品的重要组件。MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而发展迅速。目前，电容器市场无论从数量上还是市场潜力上来看都以陶瓷电容器份额最大。当前MLCCMLCC需求的热点主要集中在手机、P4P4主板、DVDDVD、数码相机和PS2PS2游戏机等。手机对MLCCMLCC的要求特点是：数量大、尺寸小、质量高。在手机应用领域里，日商凭借技术上的绝对优势基本垄断市场。国内企业在手机配套实力明显不足。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享片式陶

11、瓷电感器 多层片式电感类元件包括了一大类具有叠层式介质/线圈结构的新型电子元件，是电感类元件发展的方向，也是三大类无源片式元件中技术含量最高的一大类。目前，这类元件已形成了规模相当大的产业和近百亿美元的国际市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重要应用领域。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享片式陶瓷电感器应用及趋势：片式电感器的生产企业主要分布在日本、美国、欧洲、韩国、我国的台湾和珠江三角洲地区。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重

12、要应用领域。目前片式电感器元件发展的主要趋势是：抗电磁干扰成为片式电感类材料的主要应用领域；高感量和大功率；高频化；集成化。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享 片式微波电容器片式化微波电容是先进多层陶瓷技术和高品质微波介质材料相结合的产物，是一类新型的表面贴装无源陶瓷元件，它具有高载流能力、高品质因数(Q)、超低等效串联电阻(ESR)、高的串联谐振频率(SRF)等特点，可广泛应用于光通信电路、微波通信电路中。片式微波陶瓷电容器虽然应用广，前景好，发展空间广阔，但由于技术含量高，目前系列化产品仅美国、日本等少数国家可以生产，基本形成垄断，国内仅有少数单位开始研发，还没有形成规模生产能力。由于丰厚利

13、润的驱动，近年来许多国外企业也相继加入到片式微波电容的研发行列中，其中最具代表性的有美国的AVX、ATC、Johanson Technology，日本的Murata等。快速渗透通信领域陶瓷电容器除在技术上继续向小尺寸、大容量、介质薄层化方向发展外，高频化也是一个重要的发展方向。为了满足通信设备的高频化对电子元器件的强劲需求，高电流承载能力的高Q微波陶瓷电容器得到了快速发展，并已成为片式陶瓷电容器的重要的组成部分静思笃行 持中秉正 秋记与你分享 片式敏感陶瓷元件 敏感元件及传感器片式化生产技术，近年来在世界各国得到迅速发展，美国、法国、德国、荷兰、日本等国均已实现产业化。由于该项目产品技术含量高

14、，国外在此技术领域对我们严格保密。 德国西门子、日本TDK、日本村田、日本石冢、日本芝浦、我国台湾华星利华及兴勤等公司的新型热敏陶瓷元器件的年总产值约占世界总量的60%-80%，其中片式热敏元件由于其高昂的价格，约占热敏陶瓷元器件工业总产值的30%。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享压电陶瓷超声波电机 压电陶瓷超声波电机是近二十年发展起来的一种新型电机,其技术核心是采用功能陶瓷材料的电能-机械能的信号转换功能，实现对执行部件的驱动和控制。它打破了由电磁效应获得转速和扭矩的传统电机的概念，是当代国内外热门的高新技术之一。 静思笃行 持中秉正 秋记与你分享 断电自锁定、静态保持力矩大，有效避免了产品

15、在正常工作中出现振颤、抖动 响应快(4ms)、步进精度高。易小型化和薄型化直接驱动，无需减速机构，可实现低速下(400rpm)比同尺寸电磁电机更大的力矩输出。不采用磁性绕组：无电磁辐射，也不受电磁场干扰低噪音操作压电陶瓷超声波电机静思笃行 持中秉正 秋记与你分享集成陶瓷元件集成陶瓷元件近年来，由于强大的市场需求牵动和相关材料和工艺技术的研究突破，将庞大数量的无源电子元件整合于同一基板内的梦想已成为可能，一次重大的技术革命和产业革命已经开始孕育，其重大意义和深远影响足以和集成电路的发展相提并论。目前开发出的无源集成技术包括LTCC(低温共烧陶瓷)技术、薄膜集成技术、PCB集成技术，以及MCM多芯

16、片组装技术。每一种技术方案均有各自的优势。但从技术成熟程度、产业化程度以及应用广泛程度等角度来评价，目前，LTCC技术是无源集成的主流技术。该技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷武装直升机在设计中重点强调战场生

17、存力考虑，在座椅和直升机的关键部位采用了陶瓷复合材料轻质装甲材料，涉及到的特种陶瓷主要是氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷。 激光制导炸弹静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享 具有极高硬度，抗加热温度具有极高硬度，抗加热温度2000，是金刚石的代用品。，是金刚石的代用品。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享陶瓷轴承陶瓷轴承陶瓷轴承是在航空航天产业中使用较为广泛的一种产品，具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、高转速等特性。陶瓷轴承针对航空航天工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发，是新材料、新工艺、新结构的完美结合。枭龙战斗机 静思笃行 持中秉正 秋记与你分享红

18、外功能陶瓷材料红外功能陶瓷材料红外伪装隐身技术是通过采用红外功能陶瓷材料来降低或改变目标的红外辐射特征以实现目标的红外低可探测性的技术。这种材料具有改变红外辐射特性的能力，在大气窗口波段内具有低红外发射率，在红外文章出处是华夏陶瓷网视场下，将目标红外特性同周围环境背景融合，实现与红外地形匹配，最大限度地减少目标红外特征信号，降低敌方兵器的发现和识别概率(特别有利于对抗红外成像制导武器)。 直九直升机静思笃行 持中秉正 秋记与你分享陶瓷隔膜材料陶瓷隔膜材料卫星电池要求寿命达到15年，为了达到长寿命必须使用陶瓷隔膜材料。陶瓷隔膜是采用优质陶土，瓷土和稀土等复合材料经真空细密混合成型，然后高温烧结而成，能耐强酸、强碱，在铬酸槽液中不溶解。天宫一号静思笃行 持中秉正 秋记与你分享静思笃行 持中秉正 秋记与你分享（五）发展方向和趋势（五）发展方向和趋势 1.结构陶瓷的发展方向： 主要解决目前脆性、低可靠性和重复性差的缺点。 手段：纳米陶瓷（由微米向纳米发展），多相复合陶瓷（纤维会晶须补强陶瓷基复合材料，自补强复相陶瓷，异相颗粒弥散强化陶瓷，梯度功能陶瓷等），材料设计（按照使用和性能的要求对陶瓷材料进行剪裁和设计）。静思笃行 持中秉正 秋记与你分享2. 功能陶瓷发展方向： 因品种多、产量大、单价低、应用广、功能全、技术高、发展快而占据重