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新型陶瓷材料简述

一、新型陶瓷材料的出现

本世纪二三十年代以来,由于科学的高速发展,对传统陶瓷提出了新的挑战.如电力的普及与大规模的应用,需要使用大量强度很高,绝缘性能很好的绝缘子;电子通信技术的发展迫切需要在高频下绝缘性能良好的陶瓷材料;特别是在第二次世界大战期间,为了解决用于制作高质量电容器的天然云母的匮乏,希望能够用介电常数高的陶瓷来代替天然云母.现实的需要推动了对陶瓷材料进行广泛而深入的研究.人们发现,虽然陶瓷中的玻璃相,使陶变得坚硬,致密,但是,也正是陶瓷中的玻璃相,妨碍了陶瓷强度的进一步提高.同时,玻璃相也是陶瓷绝缘性能,特别是高频绝缘性能不好的根源.于是,在传统陶瓷的基础上,一些强度高,性能好的材料不断涌现,它们的玻璃相含量都比传统陶瓷低.目前,由于陶瓷制备工艺的不断进步,特别是对陶瓷烧结过程,显微结构进行研究的结果表明,制备出玻璃相含量非常低,甚至几乎不含玻璃相的,由许多微小晶粒结合而成的结晶陶瓷是可能的.这种材料的各种性能有可能与相应单晶体的性能相近.现在,许多高性能陶瓷,几乎都是不含有玻璃相的结晶态陶瓷.为了有别于传统陶瓷,人们称之为先进陶瓷或高技术陶瓷……于是新型陶瓷材料便应运而生了。 二、新型陶瓷材料与传统陶瓷材料的区别

新型陶瓷材料属于新型材料的一种。传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而

制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的。新型陶瓷由于其化学组成，显微结构及性能不同于普通陶瓷，故被称为新型陶瓷或特种陶瓷。新型陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度，高硬度，高韧性，耐腐蚀，导电，绝缘，磁性，透光，半导体以及压电，光电，电光，声光，磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械，电子，化工，冶炼，能源，医学，激光，核反应，宇航等方面。 三、新型陶瓷材料的优缺点

新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。 四、新型陶瓷材料的分类 (一)按化学成分划分

主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。 (二)按性能与特征划分

可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质

陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。 (三)按其应用不同划分

可将它们分又为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。

在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，在空气中可以耐受1980℃的高温，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。

压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，哪怕是像声波震动产生的微小的压力也能够使它们发生形变，从而使陶瓷表面带电。用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机，能够连续打火几万次。

透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。透明陶瓷不但能透过光线，还具有很高的机械强度和硬度。透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料，还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件等，甚至可以代替不锈钢。

氮化硅高强度陶瓷以强度高著称，可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，