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特种陶瓷的特点和用途,特种陶瓷与普通陶瓷的区别有哪些
日期: 2022-10-27
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近三四十年来,由于科学技术的迅速发展,特别是电子技术、空间技术、计算机技术的发展,迫切需要有特殊性能的材料,而某些陶瓷恰恰能满足这类要求,因此,这类陶瓷得到了迅速发展,这些新发展起来的陶瓷,不论从原料、工艺或性能上均与“传统陶瓷”有很大的差异,被称为“特种陶瓷”,以区别于旧有的陶瓷或传统陶瓷,碳化硼就是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷。碳化硼的应用领域十分广泛,在结构陶瓷、耐磨材料、防弹装甲、核工业等,都具有十分重要的应用价值和不可替代的地位。

于是乎——高性能陶瓷、先进陶瓷、精细陶瓷、特种陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高技术陶瓷、工程陶瓷等等等等一系列的名字便诞生了。根据不同人的语言习惯和陶瓷的不同应用领域,各个国家和各种文献、著作对其称谓均不统一,为了统一说法,本文我们用“特种陶瓷”称呼之。

特种陶瓷尚无精确定义,一般来说,通常认为特种陶瓷是“采用高度精选或合成的原料,能精确控制化学组成,按照便于进行显微结构设计和控制的制造技术加工,并且具有高性能的一类陶瓷。”特种陶瓷和普通陶瓷一样都是经过高温热处理而制成的无机非金属材料。

↓特种陶瓷与普通陶瓷主要区别在哪呢↓


区别点

普通陶瓷

特种陶瓷

原料

天然矿物原料

人工精制化工原料和合成原料

成分

主要由黏土、长石、石英的产地决定成分

原料采用人工合成的高纯度化合物,由人工配比决定成分

成型

注浆、可塑法成型为主

模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、注射成型为主

烧成

温度一般在1350℃以下,燃料以煤、油、气为主

结构陶瓷常需1600℃左右高温烧结,功能陶瓷需精确控烧成温度,燃料以电、气、油为主

加工

一般不需加工

常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光

性能

以外观效果为主,较低力学性能和热性能

以内在质量为主,常呈现耐温、耐腐蚀、耐磨和各种电、光、热、磁、敏感、生物性能

用途

炊、餐具,陈设品和墙地砖、卫生洁具

主要用于宇航、能源、冶金、机械、交通、家电等行业


特种陶瓷按其特性和用途又可分为两大类:结构陶瓷和功能陶瓷。

结构陶瓷结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用的陶瓷基复合材料。结构陶瓷又可分为氧化物,非氧化物,纳米陶瓷,低膨胀陶瓷,陶瓷基复合材料。

氧化物:主要材料有Al2O3、ZrO2、MgO、SiO2、BeO、莫来石等;具有高强度、高硬度、高韧性、高导热性、耐磨性等特性;可用于各种制作受力构件、汽车、车床、机零件、拉丝模具、刀具、测量工具、磨介等。

非氧化物:主要材料包括碳化物(SiC、B4C、TiC等),氮化物(Si3N4、BN、AIN、Sialon等),硅化物(MoSi2、TiSi2、Mg2Si等)硼化物(ZrB2、TiB2等);具有耐高温、超硬性、抗热震、抗氧化等特性;可用于制造汽车发动机零件、燃气轮机叶片、高温润滑材料、耐磨材料、耐火材料等。

纳米陶瓷:主要材料为纳米氧化物及非氧化物;具有超塑性和高韧性,多用于各种高性能结构零件的制造。

低膨胀陶瓷:主要材料为菫青石、锂辉石、钛酸铝等,这类陶瓷的膨胀系数小于2×10-6/℃;可用于制作耐急冷急热结构零件。

陶瓷基复合材料:主要有氧化物陶瓷基体(Al2O3/ZrO2)、氮化物陶瓷基体(Si3N4/BN)、碳化物陶瓷基体(SiC/B4C)等;高温力学性能优良;多用于火箭头罩、飞行器表面瓦、发动机零部件的制作。

功能陶瓷

功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性,且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷大致上可分为电子陶瓷(包括电绝缘、电介质、铁电、压电、热译电、敏感、导电、超导等陶瓷)、透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、光学、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。功能陶瓷按其不同的功能可分为电子陶瓷,热、光学功能陶瓷,生物、抗菌陶瓷,多孔化学陶瓷。

电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为6类:高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点,广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。

热、光学功能陶瓷:耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中,耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等,由于它们具有高温稳定性好,可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果,被广泛应用于各个领域。陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维,利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见,如涂料、陶瓷釉。核工业中,利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料,有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介,具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。

透明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表,在透明氧化铝的制造过程中,关键是氧化铝的体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程,在原料中加入适当的添加剂如氧化镁,可抑制晶粒的长大。其可用作熔制玻璃的坩埚,红外检测窗材料,照明灯具,还可用于制造电子工业中的集成电路基片等。

生物、抗菌陶瓷材料:可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷,生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外,主要是用作生物硬质组织的代用品,可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域,家用电器是目前应用最广泛、使用量最大的行业之一。近几年来我国的抗菌材料行业发展很快,在无机抗菌剂、有机抗菌剂、光催化型抗菌剂的产业化及应用开发等领域得到迅速发展。

多孔陶瓷:具有透光率高、比表面积大、密度低、传导率低、耐高温、耐腐蚀等优点,被应用于汽车尾气处理、工业污水处理、熔融金属过滤、催化剂载体、隔热、隔音材料等。近几年,多孔陶瓷的应用扩展到了航空领域、电子领域、医用材料领域及生物领域等,已引起全球材料界的高度重视,并得到迅速发展。为了得到不同的多孔陶瓷,各种制备方法相继提出,如添加造孔剂法、溶胶凝胶法、热压法、离子交换法等。


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