《先進陶瓷材料》PPT課件.ppt

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1 先進陶瓷材料 2 1 陶瓷材料的發(fā)展概況陶瓷在人類生活和社會建設中是不可缺少的材料 它和金屬材料 高分子材料并列為當代三大固體材料 3 陶瓷的研究進程分為三個階段新石器時代先進陶瓷階段納米陶瓷階段 4 新石器時代遠在幾干年前的新石器時代 我們的祖先就已經用天然黏土作原料 塑造成各種器皿 再在火堆中燒成堅硬的可重復使用的陶器 由于燒成溫度較低 陶瓷僅是一種含有較多氣孔 質地疏松的未完全燒成制品 5 由于陶瓷的主要原料取之于自然界的硅酸鹽礦物 如黏土 長石 石英等 所以可歸為硅酸鹽類材料和制品 從原始瓷器的出現(xiàn)到近代的傳統(tǒng)陶瓷 這一階段持續(xù)了四千余年 6 先進陶瓷階段20世紀以來 隨著人類對宇宙的探索 原子能工業(yè)的興起和電子工業(yè)的迅速發(fā)展 從性質 品種到質量等方面 對陶瓷材料均提出越來越高的要求 從而 促使陶瓷材料發(fā)展成為一系列具有特殊功能的無機非金屬材料 7 如氧化物陶瓷 壓電陶瓷 金屬陶瓷等各種高溫和功能陶瓷 這時 陶瓷研究進入第二個階段 先進陶瓷階段 8 先進陶瓷 Advancedceramics 又稱現(xiàn)代陶瓷 是為了有別于傳統(tǒng)陶瓷而言的 先進陶瓷有時也稱為精細陶瓷 FineCeramics 新型陶瓷 NewCeramics 特種陶瓷 SpecialCeramics 和高技術陶瓷 High Tech Ceramics 等 9 在先進陶瓷階段 陶瓷制備技術飛速發(fā)展 在成形方面 有等靜壓成形 熱壓注成形 注射成形 離心注漿成形 壓力注漿成形等成形方法 在燒結方面 則有熱壓燒結 熱等靜壓燒結 反應燒結 快速燒結 微波燒結 自蔓延燒結等 10 在先進陶瓷階段 采用的原料已不再使用或很少使用黏土等傳統(tǒng)原料 而已擴大到化工原料和合成礦物 甚至是非硅酸鹽 非氧化物原料 組成范圍也延伸到無機非金屬材料范圍 11 此時可認為 廣義的陶瓷概念已是用陶瓷生產方法制造的無機非金屬固體材料和制品的統(tǒng)稱 12 但是 這一階段的先進陶瓷 無論從原料 顯微結構中所體現(xiàn)的晶粒 晶界 氣孔 缺陷等在尺度上還只是處在微米級的水平 故又可稱之為微米級先進陶瓷 13 納米陶瓷階段到20世紀90年代 陶瓷研究已進入第三個階段 納米陶瓷階段 所謂納米陶瓷 是指顯微結構中的物相就有納米級尺度的陶瓷材料 它包括晶粒尺寸 晶界寬度 第二相分布 氣孔尺寸 缺陷尺寸等均在納米量級的尺度上 14 納米陶瓷是當今陶瓷材料研究中一個十分重要的發(fā)展趨向 它將促使陶瓷材料的研究從工藝到理論 從性能到應用都提高到一個嶄新的階段 15 2 功能陶瓷的定義 范圍和分類 從性能上可把先進陶瓷分為結構陶瓷 Structralceramics 和功能陶瓷 FunctionalCeramics 兩大類 16 結構陶瓷是指具有力學和機械性能及部分熱學和化學功能的先進陶瓷 現(xiàn)代陶瓷 特別適于高溫下應用的則稱為高溫結構陶瓷 17 目前 常用的先進結構陶瓷有 1 高熔點氧化物 如Al2O3 ZrO2 MgO BeO等 它們的熔點一般都在2000攝氏度以上 2 碳化物 如SiC WC TiC B4C ZrC等 3 氮化物 如Si3N4 BN AlN TiN等 氮化物常具有很高的硬度 4 硼化物 如ZrB2等 硼化物具有很強的抗氧化能力 5 硅化物 如MoSi2 ZrSi等 在高溫使用中具有很強的抗氧化能力 18 四 氧化鋁陶瓷的性能 用途 1 高強度 高溫穩(wěn)定性 裝飾瓷 噴嘴 火箭 導彈的導流罩 19 2 高硬度 高耐磨性 切削工具 模具 磨料 軸承 人造寶石 藍寶石 20 3 熔點高 抗腐蝕 耐火材料 坩堝 爐管 熱電偶保護套等 21 立方氧化鋯 22 功能陶瓷是指那些利用電 磁 聲 光 熱 力等直接效應及其耦合效應所提供的一種或多種性質來實現(xiàn)某種使用功能的先進陶瓷 現(xiàn)代陶瓷 23 功能陶瓷 電功能陶瓷 絕緣陶瓷 介電陶瓷 鐵電陶瓷 壓電陶瓷 半導體陶瓷 快離子導體陶瓷 高溫超導陶瓷 功能陶瓷的分類 磁功能陶瓷 軟磁鐵氧體 硬磁鐵氧體 記憶用鐵電體 光功能陶瓷 透明陶瓷 透明鐵電陶瓷 敏感陶瓷 熱敏陶瓷 氣敏陶瓷 濕敏陶瓷 壓敏陶瓷 光敏陶瓷 生物及化學功能陶瓷 載體用陶瓷 催化用陶瓷 生物陶瓷 24 通過對復雜多元氧化物系統(tǒng)的化學 物理及組成 結構 性能和使用效能間相互關系的研究 已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批具有優(yōu)異性能或特殊功能的功能陶瓷 并可借助于離子置換 摻雜等方法調節(jié) 優(yōu)化其性能 功能陶瓷材料研究已開始從經驗式的探索逐步走向按所需性能來進行材料設計