淺談功能陶瓷

1、 無機(jī)非金屬材料題目：淺談功能陶瓷姓 名： 陳 賢 學(xué) 號(hào)： 1110131052 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：11金屬（2）班 指導(dǎo)教師：  賀 靜 淺談功能陶瓷【摘要】文章從功能陶瓷的概念談起，主要解釋了功能陶瓷的種類、制備方法。【關(guān)鍵詞】功能陶瓷、種類、制備方法一、 功能陶瓷及其種類凡具有光、電、磁、聲、力、生物、化學(xué)等功能的陶瓷，一般稱為功能陶瓷材料。功能陶瓷不局限于以上某種單一功能，有的功能陶瓷材料一材多能。而這些性質(zhì)的實(shí)現(xiàn)往往取決于其內(nèi)部的電子狀態(tài)或原子核結(jié)構(gòu)，又成電子陶瓷。常見的功能陶瓷有壓電陶瓷、生物陶瓷、超導(dǎo)陶瓷、磁性陶瓷、化學(xué)陶瓷等。此外，還有半導(dǎo)體陶瓷、絕

2、緣陶瓷、介電陶瓷、放光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推進(jìn)劑陶瓷、太陽能光轉(zhuǎn)換陶瓷、貯能陶瓷、陶瓷固體電池、阻尼陶瓷、生物技術(shù)陶瓷、催化陶瓷、特種功能薄膜等，在自動(dòng)控制、儀器儀表、電子、通訊、能源、交通、冶金、化工、精密機(jī)械、航空航天、國防等部門均發(fā)揮著重要作用。二、 功能陶瓷的制備1配料：根據(jù)配方（化學(xué)反應(yīng)的配比）和生產(chǎn)需要的數(shù)量計(jì)算出各種原料所需的質(zhì)量。用天平稱取各種原料。為使后面的化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行，原料的顆粒盡量小些（不易超過2m，最好為納米粉），純度要高。對(duì)于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害雜質(zhì)。2混合：通常使用轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)或振動(dòng)球磨機(jī)進(jìn)行，有用干法的，也有用濕

3、法的，所用的球大多是瑪瑙球。用球磨法不但可以混合，同時(shí)還可以使原料顆粒進(jìn)一步被粉碎。球磨要足夠長時(shí)間以使各成分原料均勻混合，最大限度得彼此接觸，以利于后面的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)然，混合也可以采用其他方法，只要達(dá)到各原料的均勻混合就行。3預(yù)燒：混合好的料進(jìn)行預(yù)燒，目的是讓個(gè)成分間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成目標(biāo)化合物。不同的化學(xué)反應(yīng)有不同的條件（溫度、壓力、氣氛等）要弄清這些條件。4粉碎、成型：將預(yù)燒后的材料粉碎是為了成型。成型是按使用要求將材料做成某種特定形狀的坯體。成型根據(jù)不同要求可以采用模壓、軋膜等方式。為便于成型，成型前通常要在粉碎的料中加入某種粘合劑。常用粘合劑的配方及重量比為：聚乙烯醇15%，甘油7%

4、，酒精3%，蒸餾水75%；在90下攪拌溶化。對(duì)模壓，粘合劑一般是料粉重量的5%，而對(duì)軋膜，則粘合劑要達(dá)粉料重量的1520%。5排塑去除成型坯體中的水分、粘合劑的過程稱排塑或排膠，一般采用加溫辦法。在粘合劑中，聚乙烯醇的揮發(fā)溫度最高（200500），為使排塑徹底，要達(dá)到合適的排塑溫度，并保溫一定時(shí)間。在排塑的升降溫中，速度不要太快，一般小于100/h。6燒結(jié)這一過程是晶體結(jié)構(gòu)形成和擴(kuò)大的過程，可稱為晶化過程。在預(yù)燒后粉碎成型的坯體中，已經(jīng)存在著許多細(xì)小的晶粒，在一定的高溫下，通過原子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)材料的晶化過程。一方面，在晶粒內(nèi)部自由能較高的區(qū)域和晶界處生成新的晶核，不斷長大；另一方面，由于晶粒

5、表面張力的作用，一部分晶粒依靠晶?！巴淌伞绷硪徊糠志Я６L大，這種長大通常通過晶界的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。7后處理極化、磁化等后處理是一些專用功能陶瓷燒成后的必要處理過程，目的是使各晶粒中的某性能盡可能按同一方向排列，以達(dá)到塊料整體具有較強(qiáng)的性能。四、功能陶瓷的性質(zhì)及應(yīng)用1壓電陶瓷壓電陶瓷是功能陶瓷中用途最廣泛的一種功能陶瓷，據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓電陶瓷占整個(gè)給你糖吃市場(chǎng)三分之一的份額。由此可見其重要性。壓電陶瓷的制造特點(diǎn)是在直流電場(chǎng)下對(duì)軟電陶瓷進(jìn)行極化處理，使之具有壓電效應(yīng)。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。這種奇

6、妙的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用在人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動(dòng)、頻率控制等功能。壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器，水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發(fā)生器、紅外探測(cè)器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝置和壓電陀螺等。壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將其微弱的跡象振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等。地震是毀滅型的災(zāi)難，而且震源始于地殼深處，以前很難預(yù)測(cè)，使人類陷入了無計(jì)可施的尷尬境地。壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng)，用他來制作壓電地震儀，能精確地測(cè)出地震強(qiáng)度，指示出地震的方位和距

7、離。這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一，別小看這微小的變化，基于這個(gè)原理制作的精確控制機(jī)構(gòu)壓電驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于精密儀器和機(jī)械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等領(lǐng)域都是一大福音。諧振器、濾波器等頻率控制裝置，是決定通信設(shè)備性能的關(guān)鍵器件，壓電陶瓷在這方面具有明顯的優(yōu)越性。它頻率穩(wěn)定性好，精度高及使用頻率范圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性，使以往的電磁設(shè)備無法望其項(xiàng)背而面臨被提到的命運(yùn)。2生物陶瓷生物硬組織代用材料有體骨、動(dòng)物骨，后來發(fā)展到不銹鋼和塑料，由這些生物材料在生物體中使用，不銹鋼存在溶析、腐蝕

8、和疲勞問題，塑料存在穩(wěn)定性差和強(qiáng)度低的問題。目前世界各國相繼發(fā)展了生物陶瓷材料。它不僅具有不銹鋼塑料具有的特性，而且具有親水性、能與細(xì)胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性。因此生物陶瓷具有廣闊的發(fā)展前景。生物陶瓷除用于測(cè)量、診斷治療等外，主要是用作生物硬組織的代用材料?？捎糜诠强啤⒄瓮饪?、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。3超導(dǎo)陶瓷超導(dǎo)陶瓷在低于某個(gè)特定溫度時(shí)，電阻突然陡降為零的現(xiàn)象；在磁場(chǎng)中其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，即抗磁現(xiàn)象。超導(dǎo)陶瓷廣泛的應(yīng)用于一些電力領(lǐng)域。例如：超導(dǎo)磁體制成了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，超導(dǎo)輸電線路等；超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，有超導(dǎo)材料制成晶體管，在避免大規(guī)模集成電路散熱的同時(shí)，還

9、減少了計(jì)算機(jī)的容量和體積，最終大大提高了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度；利用超導(dǎo)材料還發(fā)明了磁懸浮列車，給人們的出行帶來了極大的便利。4磁性陶瓷磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。從應(yīng)用功能上講，磁性材料分為：軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等。軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料中既有金屬材料又有鐵氧體材料；而旋磁材料和高頻軟磁材料就只能是鐵氧體材料了，因?yàn)榻饘僭诟哳l和微波頻率下將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，導(dǎo)致金屬磁性材料無法使用，而鐵氧體的電阻率非常高，將有效的克服這一問題，得到廣泛應(yīng)用。磁性陶瓷材料的應(yīng)用非常廣泛，主要用于兩個(gè)方面：第一方面是信息存

10、儲(chǔ)，如磁盤、磁卡、軟硬磁盤等；第二方面就是磁性流體，外加磁場(chǎng)時(shí)，磁性流體表現(xiàn)為順磁性。新興發(fā)展起來的如磁性藥流載體就是一個(gè)很好的例子。5化學(xué)陶瓷化學(xué)功能是指一些化學(xué)物質(zhì)遇到陶瓷材料會(huì)表現(xiàn)出的敏感性、催化性、吸附性等性質(zhì)。特別利用其表現(xiàn)保護(hù)的催化性和吸附性可制成在化工領(lǐng)域里必不可少的催化劑及其載體。另外還可利用一些孔材料用于污水處理、環(huán)境保護(hù)等方面。陶瓷制品生產(chǎn)在中國歷史悠久，經(jīng)過長期的發(fā)展，制造工藝得到不斷發(fā)展。特別是近二十年來，陶瓷制品結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整，迎合了國內(nèi)外消費(fèi)者的消費(fèi)需求，并隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，在生活中的應(yīng)用越來越廣?，F(xiàn)代功能陶瓷的特點(diǎn)是品種多、價(jià)格低、應(yīng)用廣、功能全、技術(shù)高、更新快。功能陶瓷在現(xiàn)在陶瓷中占據(jù)主導(dǎo)地位。功能陶瓷今后在性能方面會(huì)向著高效能、高可靠性、低損耗、多功能、超高功能以及