第二部分项目第一节特种陶瓷特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强 度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类在陶瓷坯料 中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获 得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或 多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合 功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能一、分类特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推 动和培育下，它们〃繁殖〃得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层 出不穷，令人眼花缭乱按照化学组成划分有：氧化物陶瓷氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧 化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等氮化物陶瓷氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等碳化物陶瓷碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等硅化物陶瓷硅化物陶瓷：二硅化钼等氟化物陶瓷氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、三氟化镧等硫化物陶瓷硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等其他还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以 上的化合物构成的复合陶瓷。
例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁 铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧 化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、 氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT ）陶瓷等等此外，有 一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属 陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中 的重要品种上近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了 金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷 家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶 瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电 陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶 瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等 随着 科学技术的发展，人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多 更新的品种二、制作工艺成形方法与结合剂的选择特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成 形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同常见陶瓷成形方 法、结合剂种类及用量如下所示：特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量成形方法 结合剂举例〈结合剂用量（质量％）千压法聚乙烯醇缩丁醛等1~5浇注法丙烯基树脂类1~3挤压法甲基纤维素等5~15注射法聚丙烯等10~25等静压法聚羧酸铵等0~3结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂（具有分散 剂和润滑功能）等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。
选择结合剂，要考虑以下因素：1） 结合剂能被粉料润湿是必要条件当粉料的临界表面张力 （yoc）或表面自由能（yos）比结合剂的表面张力（yoc）大时，才能很好地润湿2） 好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大当结合剂被 粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结 合（一次结合），同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效 果而产生内聚力（二次结合）虽然水也能把杨料充分润湿，但水易 挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂按各种有机材料内 聚力大小顺序，用基表示可排列如下：一 CONH —〉一C0NH2〉一 COOH〉一 OH〉一N02〉一C00C2H5〉一 C00CH5〉一CHO〉=CO〉一CH3〉= CH2〉一CH23） 结合剂的分子量大小要适中要想充分润湿，希望分子量小, 但内聚力弱随着分子量增大，结合能力增强但当分子量过大时， 围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形为了帮助分子内 的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合 剂更加柔软，便于成形4） 为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序 混人杂质，使产品产生有害的缺陷。
在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合， 达到分散，尽可能不含有凝聚粒子结合剂受到种类及其分子量，粒 子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过 立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用在成形工序中， 结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作 业性一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加 热使其分解挥发掉因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无 机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量陶瓷注射成形和成形用结合剂氮化硅等特种陶瓷材料具有高强度、高耐磨性、低密度（轻量 化）、耐热性、耐腐蚀性等优良性能，适用于制造涡轮加料机叶轮、 摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件这些部件要求复杂的形 状、咼精度尺寸和咼可靠性不允许有内在缺陷（裂纹、气孔、异物 等）和表面缺陷能满足这些质量要求的成形技术之一，就是陶瓷注射成形法陶 瓷注射成型技术来源于高分子材料的注塑成型，借助高分子聚合物 在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成型的，成型之后再把高聚 物脱除比传统的陶瓷加工工艺要简单的多，能制造出各种复杂形状 的高精度陶瓷零部件，且易于规模化和自动化生产。
目前，由清华大学材料科学与工程系杨金龙教授发明的CiM（陶 瓷胶态注射成型方法及装置）技术在国内该领域中处于领先水平陶瓷的注射成型技术有着诸多优点，用它制备复杂形状的陶瓷元 件，不仅产品尺寸精度高、表面条件好，而且省去了后加工操作，降 低了生产成本，缩短了生产周期，还具有自动化程度高、适合于大规 模生产的特点该工艺一般包括下列步骤：陶瓷粉的选取、粘结剂的 选取、陶瓷粉与粘结剂的均匀混合、注射成型、脱脂、烧结其中脱 脂是关键起初的陶瓷成型注射技术是将大量的高分子树脂与陶瓷粉体混 练在一起后得到混合料，然后装入注射机于一定温度注入模具，迅速 冷凝后脱模而制成坯体该技术适合制备湿坯强度大，尺寸精度高， 机械加工量少，坯体均一的产品，适于大规模生产对形状复杂、厚 度较薄产品的制备有着明显的优越性但是由于含有大量的高分子粘 结剂，使陶瓷坯体的脱脂成为不可逾越难题，并且有毛坯易变形，容 易形成气孔等缺点粘结剂能使粉末填充成预期形状，它对整个工艺有重要的影响 理想的粘结剂应该具有以下特点：1） 在成型温度下纯粘结剂的粘度在lPa・s以下，流动时不发生 与粉体的分离，冷却后有足够的强度和硬度；2） 为惰性物质，与粉体不发生反应；3） 在成型和混合温度以上才分解，分解的产物无毒、无腐蚀性 且残余灰分少；4） 膨胀系数低，由热膨胀或结晶引起的残余应力低；5） 符合环保要求，价廉、安全、不吸湿、无易挥发组分，贮藏 寿命长。
目前使用的大多数粘结剂可分为3类：蜡基或油基粘结剂、水基 粘结剂和固体聚合物溶液蜡基粘结剂通常含3-4个组分，聚合物控 制着流动粘度、生品（烧结前的坯体）强度和脱脂的特征短分子链 的成型性能好且可使成型元件中的定向作用减至最小蜡或油是主填 充剂，在脱脂的初期被除去表面活性剂用于改善粉末与粘结剂的相 容性增塑剂用来调节聚合物的流动特性水基粘结剂含有水溶性聚 合物、凝胶或水玻璃这类粘结剂通常采用低压成型以避免粉末与 粘结剂的分离和减少模具磨损及残余应力由于水易于除去，这使得 制造较厚的元件成为可能粘结剂溶液的凝固或胶凝使生品具有了强 度在烧结前，水从生品中蒸发或升华出去，使变形降至最低程度 新型的、采用聚苯乙烯的固体聚合物溶液的粘结剂配方已经被采用以 避免变形主填充剂用溶液浸渍法除去由于聚苯乙烯的骨架结构没 法被削弱，所以避免了生品的变形主填充剂是一种小的有机物分子， 它既有苯环又有极性集团苯环使它在混合时可溶于聚苯乙烯，极性 集团则使它在脱脂时可溶于水或醇等溶剂中常见的粘结剂有聚丙烯（PP）、无规则聚丙烯（APP）、聚乙烯（PE）、 乙烯一醋酸乙烯共聚体（EVA））聚苯乙烯（PS））丙烯酸系树脂等。
其中PE具有优异的成形性；EVA与其他树脂的相溶性好，流动性、 成形性也好；APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的 特征；PS流动性好助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然 石蜡、硬脂酸、配合剂等成形材料的流动性可以使用高式流动点测 定器和熔化分度器进行评价当脱脂具有结合剂的含量多时，则脱 脂性有降低的倾向，助剂的石蜡多者，脱脂性好如果有机材料在特 定的温度区域不能全部飞散掉，就会影响陶瓷的烧结，因此，需要考 虑热分解特性，加以选择陶瓷挤压成形和成形用结合剂堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优 良材料特性，所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体堇青石蜂窝 状物利用原料粒子的取向，产生出蜂窝状结构体的低热膨胀，可用挤 压成形法来制造根据堇青石分子组成（2MgO ・2Al203 ・5SiO2）,原料可选用滑石、 高岭土和氧化铝成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内，经过 细分后，向薄壁扩展，再结合，由此求得延伸性和结合性好的质量 另外，作为挤压成形后的蜂窝状体，为了保持形状，坯土的屈服值高 者好，也就是说，选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达 到最佳化。
原料粉末、结合剂、助剂（润滑剂、界面活性剂等）及水经机械 混练后，用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形 一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出 高粘性的结合性能常用的有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、 聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）等MC 能很好溶于水中，当加热时很快胶化o CMC能很好溶于水中，分散性、 稳定性也高OPVA广泛地用于各种成形润滑剂可减少粉体间的摩擦， 界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性缺乏可塑性，具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑，表面缺陷增 加因此，对结合剂的性能应有评价指标评价还土的可塑性方法， 有施加扭曲、压缩、拉伸等应力，求出应力与变形之间的关系，用毛 细管流变计的方法、粘弹性的方法等用这种方法可以评价坯土的自 守性和流动性在用粘弹性的方法评价时，可得出结合剂配合量增加 到一定程度时，自守性和流动性均会增加的结果也就是说，结合剂 配合量的增加有助于原料的可塑性增加有机材料是特种陶瓷的主要结合剂，合理选用这些有机材料是保 证产品质量的关键在生产中，应根据粉料的特性、制品的形状、成 形方法综合进行选择。
第二节氧化锆一、简介氧化锆(ZrO2)自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英 石锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，比重4. 6 —4. 7,硬度7. 5,具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900°C它可 提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性， 其含量为2%-3%时，能提高釉的抗龟裂性能还因它的化学惰性大， 故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用在 建筑陶瓷釉料中多使用锆英石，一般用量为8%—12%并为“釉下 白”的主要原料，氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，若想获得较好 的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆纯净的氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色，添 加显色剂还可显示各种其它颜色纯氧化锆的分子量为123.22，理 论密度是5.89g/cm3，熔点为2715C通常含有少量的氧化铪，难以 分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响氧化锆有三种晶体形态： 单斜、四方、立方晶相常温下氧化锆只以单斜相出现,加热到11。