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1、先进陶瓷材料先进陶瓷材料11、陶瓷材料的发展概况、陶瓷材料的发展概况陶瓷陶瓷在人类在人类生活和社会建设生活和社会建设中是不中是不可缺少的材料，它和可缺少的材料，它和金属材料金属材料、高分子高分子材料材料并列为当代并列为当代三大固体材料三大固体材料。2陶瓷的研究进程分为三个阶段陶瓷的研究进程分为三个阶段新石器时代新石器时代先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段纳米陶瓷阶段纳米陶瓷阶段3新石器时代新石器时代远在远在几干年前几干年前的的新石器时代新石器时代新石器时代新石器时代，我们的祖先就，我们的祖先就已经用已经用天然黏土天然黏土天然黏土天然黏土作原料，塑造成各种器皿，再作原料，塑造成各种器皿，再在在火堆中火堆中
2、烧成坚硬的可重复使用的烧成坚硬的可重复使用的陶器陶器陶器陶器，由于，由于烧成烧成温度较低温度较低，陶瓷仅是一种含有，陶瓷仅是一种含有较多气孔较多气孔较多气孔较多气孔、质地疏质地疏质地疏质地疏松松松松的的未完全烧成未完全烧成制品。制品。4由于由于陶瓷陶瓷的主要原料取之于自然界的主要原料取之于自然界的的硅酸盐矿物硅酸盐矿物(如如黏土黏土、长石长石、石英石英等等)，所以可归为，所以可归为硅酸盐类材料和制品硅酸盐类材料和制品。从从原始瓷器原始瓷器的出现到的出现到近代的传统陶近代的传统陶瓷瓷，这一阶段持续了四千余年。，这一阶段持续了四千余年。5先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段20世纪以来，随着人类对世纪以来，随
3、着人类对宇宙的探索宇宙的探索、原子原子能工业的兴起能工业的兴起和和电子工业电子工业的迅速发展，从的迅速发展，从性质性质性质性质、品种品种品种品种到到质量质量质量质量等方面，对等方面，对陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料均提出均提出越来越高越来越高的要求的要求。从而，促使。从而，促使陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料发展成为一系列发展成为一系列具具有特殊功能的有特殊功能的无机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料。6如如氧化物陶瓷氧化物陶瓷、压电陶瓷压电陶瓷、金属陶金属陶瓷瓷等各种等各种高温和功能陶瓷高温和功能陶瓷。这时，陶瓷研究进入第二个阶段这时，陶瓷研究进入第二个阶段先进陶瓷阶段先
4、进陶瓷阶段。7先进陶瓷先进陶瓷先进陶瓷先进陶瓷（Advanced ceramics）又称又称现代陶瓷现代陶瓷现代陶瓷现代陶瓷，是为了有别于是为了有别于传统陶瓷传统陶瓷传统陶瓷传统陶瓷而言的。而言的。先进陶瓷先进陶瓷先进陶瓷先进陶瓷有时也称为有时也称为精细陶瓷精细陶瓷精细陶瓷精细陶瓷(Fine Ceramics)、新型陶瓷新型陶瓷新型陶瓷新型陶瓷(New Ceramics)、特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷(Special Ceramics)和和高技术陶瓷高技术陶瓷高技术陶瓷高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。等。8在在先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段，陶瓷制
5、备技术陶瓷制备技术飞速发展。飞速发展。在在成形方面，成形方面，成形方面，成形方面，有有等静压等静压等静压等静压成形、成形、热压注热压注热压注热压注成形、成形、注注注注射射射射成形、成形、离心注浆离心注浆离心注浆离心注浆成形、成形、压力注浆压力注浆压力注浆压力注浆成形等成形方法；成形等成形方法；在在烧结方面，烧结方面，烧结方面，烧结方面，则有则有热压热压热压热压烧结、烧结、热等静压热等静压热等静压热等静压烧结、烧结、反应反应反应反应烧结、烧结、快速快速快速快速烧结、烧结、微波微波微波微波烧结、烧结、自蔓延自蔓延自蔓延自蔓延烧结等。烧结等。9在在先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段先进陶瓷阶段，采
6、用的采用的原料原料原料原料已不再使用或已不再使用或很少使用很少使用黏土黏土黏土黏土等传统原料，而已扩大到等传统原料，而已扩大到化工原料化工原料化工原料化工原料和和合成矿物合成矿物合成矿物合成矿物，甚至是，甚至是非硅酸盐非硅酸盐非硅酸盐非硅酸盐、非氧化物非氧化物非氧化物非氧化物原料，原料，组成范围组成范围也延伸到也延伸到无机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料范围。范围。10此时可认为，此时可认为，广义的陶瓷概念广义的陶瓷概念已已是是用陶瓷生产方法用陶瓷生产方法制造的制造的无机非金属无机非金属固体材料固体材料和和制品制品的统称。的统称。11但是，但是，这一阶段的先进陶瓷这一阶段的
7、先进陶瓷，无论从，无论从原料原料、显微结构显微结构中所体现的中所体现的晶粒晶粒、晶界晶界、气孔气孔、缺陷缺陷等等在尺度上在尺度上还只是处在还只是处在微米级微米级的水平，故又可称之为的水平，故又可称之为微米级先进陶瓷微米级先进陶瓷。 12纳米陶瓷阶段纳米陶瓷阶段到到20世纪世纪90年代，陶瓷研究已进入第三个阶年代，陶瓷研究已进入第三个阶段段-纳米陶瓷阶段纳米陶瓷阶段纳米陶瓷阶段纳米陶瓷阶段。所谓所谓纳米陶瓷纳米陶瓷纳米陶瓷纳米陶瓷，是指，是指显微结构中的物相显微结构中的物相就有就有纳米级尺度纳米级尺度的陶瓷材料。它包括的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸晶粒尺寸晶粒尺寸晶粒尺寸、晶界晶界晶界晶界宽度宽度宽
8、度宽度、第二相分布第二相分布第二相分布第二相分布、气孔尺寸气孔尺寸气孔尺寸气孔尺寸、缺陷尺寸缺陷尺寸缺陷尺寸缺陷尺寸等均等均在在纳米量级的尺度上纳米量级的尺度上。13纳米陶瓷纳米陶瓷是当今是当今陶瓷材料研究中陶瓷材料研究中一个一个十分重要的发展趋向，它将促使十分重要的发展趋向，它将促使陶瓷材料陶瓷材料的研究的研究从工艺到理论从工艺到理论、从性能到应用从性能到应用都提都提高到一个崭新的阶段。高到一个崭新的阶段。142、功能陶瓷的定义、范围和分类功能陶瓷的定义、范围和分类从性能上从性能上可把可把先进陶瓷先进陶瓷分为分为结构陶瓷结构陶瓷(Structral ceramics)和和功能陶瓷功能陶瓷(F
9、unctional Ceramics)两大类。两大类。15结构陶瓷结构陶瓷是指具有是指具有力学力学和和机械性能机械性能及部及部分分热学热学和和化学功能化学功能的先进陶瓷的先进陶瓷(现代陶瓷现代陶瓷)，特别特别适于高温下应用的适于高温下应用的则称为则称为高温结构陶瓷高温结构陶瓷。16目前，常用的先进结构陶瓷有：目前，常用的先进结构陶瓷有：（1）高熔点氧化物，如）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，等， 它们的熔点一般都在它们的熔点一般都在2000摄氏度以上；摄氏度以上；（2) 碳化物，如碳化物，如SiC、WC、TiC、B4C、ZrC等；等；（3）氮化物，如）氮化物，如Si3N
10、4、BN、AlN、TiN等，氮化物常等，氮化物常 具有很高的硬度；具有很高的硬度；（4）硼化物，如）硼化物，如ZrB2等，硼化物具有很强的抗氧化能力；等，硼化物具有很强的抗氧化能力；（5）硅化物，如）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中具有很强等，在高温使用中具有很强 的抗氧化能力。的抗氧化能力。17四、氧化铝陶瓷的性能、用途四、氧化铝陶瓷的性能、用途 1 1）高强度、高温稳定性：装饰瓷，喷嘴、火箭、）高强度、高温稳定性：装饰瓷，喷嘴、火箭、 导弹的导流罩；导弹的导流罩；95瓷纺织件瓷纺织件99瓷纺织件瓷纺织件氧化铝耐高温喷嘴氧化铝耐高温喷嘴18 2 2）高硬度、高耐磨性：切削工具，
11、模具，磨料，）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料， 轴承，人造宝石；轴承，人造宝石；蓝宝石蓝宝石193 3）熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管，）熔点高、抗腐蚀：耐火材料，坩埚，炉管， 热电偶保护套等；热电偶保护套等；氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷转心球阀氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷密密封封环环氧化铝陶瓷坩埚氧化铝陶瓷坩埚20立方氧化锆21功能陶瓷功能陶瓷是指那些利用是指那些利用电电、磁磁、声声、光光、热热、力力等等直接效应直接效应及其及其耦合效应耦合效应所提所提供的供的一种或多种性质一种或多种性质来实现某种来实现某种使用功能使用功能的先进陶瓷的先进陶瓷(现代陶瓷现代陶瓷)。22功能陶瓷功能陶瓷电
12、功能陶瓷：绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、快离子导体陶瓷、高温超导陶瓷功能陶瓷的分类磁功能陶瓷：软磁铁氧体、硬磁铁氧体、记忆用铁电体光功能陶瓷：透明陶瓷、透明铁电陶瓷敏感陶瓷：热敏陶瓷、气敏陶瓷、湿敏陶瓷、压敏陶瓷、光敏陶瓷生物及化学功能陶瓷：载体用陶瓷、催化用陶瓷、生物陶瓷23通过对通过对复杂多元氧化物系统复杂多元氧化物系统复杂多元氧化物系统复杂多元氧化物系统的的化学、物理及化学、物理及组成、结构、性能和使用效能组成、结构、性能和使用效能间相互关系的研究，间相互关系的研究，已陆续发现了一大批具有已陆续发现了一大批具有优异性能或特殊功能的优异性能或特殊功能的优异性能或特殊功能的优异性能或特殊功能的功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷，并可借助于，并可借助于离子置换离子置换、掺杂掺杂等方法等方法调调节、优化其性能节、优化其性能，功能陶瓷材料研究已开始从，功能陶瓷材料研究已开始从经经经经验式的探索验式的探索验式的探索验式的探索逐步走向逐步走向按所需性能来进行材料设计按所需性能来进行材料设计按所需性能来进行材料设计按所需性能来进行材料设计。24
