陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過(guò)成形和高溫燒結制成的一類(lèi)無(wú)機非金屬材料。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)?捎米鹘Y構材料、刀具材料,由于陶瓷還具有某些特殊的性能,又可作為功能材料。
2、性能
(1)力學(xué)特性:陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料,其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強度較高,但抗拉強度較低,塑性和韌性很差。
(2)熱特性:陶瓷材料一般具有高的熔點(diǎn)(大多在2000℃以上),且在高溫下具有極好的化學(xué)穩定性;
陶瓷的導熱性低于金屬材料,陶瓷還是良好的隔熱材料。同時(shí)陶瓷的線(xiàn)膨脹系數比金屬低,當溫度發(fā)生變化時(shí),陶瓷具有良好的尺寸穩定性。
(3)電特性:大多數陶瓷具有良好的電絕緣性,因此大量用于制作各種電壓(1kV~110kV)的絕緣器件。鐵電陶瓷(鈦酸鋇BaTiO3)具有較高的介電常數,可用于制作電容器,鐵電陶瓷在外電場(chǎng)的作用下,還能改變形狀,將電能轉換為機械能(具有壓電材料的特性),可用作擴音機、電唱機、超聲波儀、聲納、醫療用聲譜儀等。少數陶瓷還具有半導體的特性,可作整流器。
(4)化學(xué)特性:陶瓷材料在高溫下不易氧化,并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。
(5)光學(xué)特性:陶瓷材料還有獨特的光學(xué)性能,可用作固體激光器材料、光導纖維材料、光儲存器等,透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷(鐵氧體如:MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4)在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計算機記憶元件方面的應用有著(zhù)廣泛的前途。
3、分類(lèi)
(1)普通材料:采用天然原料如長(cháng)石、粘土和石英等燒結而成,是典型的硅酸鹽材料,主要組成元素是硅、鋁、氧,這三種元素占地殼元素總量的90%,普通陶瓷來(lái)源豐富、成本低、工藝成熟。這類(lèi)陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。
特種材料
采用高純度人工合成的原料,利用精密控制工藝成形燒結制成,一般具有某些特殊性能,以適應各種需要。根據其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等;特種陶瓷具有特殊的力學(xué)、光、聲、電、磁、熱等性能。本節主要介紹特種陶瓷。
(2)特種材料分類(lèi):根據用途不同,特種陶瓷材料可分為結構陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。
4、發(fā)展歷史
原來(lái)的陶瓷就是指陶器和瓷器的通稱(chēng)。也就是通過(guò)成型和高溫燒結所得到的成型燒結體。傳統的陶瓷材料主要是指硅鋁酸鹽。剛開(kāi)始的時(shí)候人們對硅鋁酸鹽的選擇要求不高,純度不大,顆粒的粒度也不均一,成型壓強不高。這時(shí)得到陶瓷稱(chēng)為傳統陶瓷。后來(lái)發(fā)展到純度高,粒度小且均一,成型壓強高,進(jìn)行燒結得到的燒結體叫做精細陶瓷。
接下來(lái)的階段,人們研究構成陶瓷的陶瓷材料的基礎,使陶瓷的概念發(fā)生了很大的變化。陶瓷內部的力學(xué)性能是與構成陶瓷的材料的化學(xué)鍵結構有關(guān),在形成晶體時(shí)能夠形成比較強的三維網(wǎng)狀結構的化學(xué)物質(zhì)都可以作為陶瓷的材料。這重要包括比較強的離子鍵的離子化合物,能夠形成原子晶體的單質(zhì)和化合物,以及形成金屬晶體的物質(zhì)。他們都可以作為陶瓷材料。其次人們借鑒三維成鍵的特點(diǎn)發(fā)展了纖維增強復合材料。更進(jìn)一步拓寬了陶瓷材料的范圍。因此陶瓷材料發(fā)展成了可以借助三維成鍵的材料的通稱(chēng)。
陶瓷的概念就發(fā)展成為可以借助三維成鍵的材料,通過(guò)成型和高溫燒結所得到的燒結體。研究陶瓷的結構和性能的理論也得到了展開(kāi):陶瓷材料,內部微結構(微晶晶面作用,多孔多相分布情況)對力學(xué)性能的影響得到了發(fā)展。材料(光,電,熱,磁)性能和成形關(guān)系,以及粒度分布,膠著(zhù)界面的關(guān)系也得到發(fā)展,陶瓷應當成為承載一定性能物質(zhì)存在形態(tài)。這里應該和量子力學(xué),納米技術(shù),表面化學(xué)等學(xué)科關(guān)聯(lián)起來(lái)。陶瓷學(xué)科成為一個(gè)綜合學(xué)科。這種發(fā)展在一定程度上和高分子成型關(guān)聯(lián)起來(lái)。它們應當相互影響。
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