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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。

更新时间:2016/04/05 浏览量:1506

特种陶瓷
1什么是特种陶瓷

特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能,如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊,这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家,特别是日本、美国和西欧国家,为了加速新技术革命,为新型产业的发展奠定物质基础,投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷,因此特种陶瓷的发展十分迅速,在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术,特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元,因此许多科学家预言:特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中,必定会占据十分重要的地位。

什么是特种陶瓷

什么是特种陶瓷

2特种陶瓷种类

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:
①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、氧化钛、氧化钍、氧化铀等。
②氮化物陶瓷:氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
③碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
④硼化物陶瓷:硼化锆、硼化镧等。
⑤硅化物陶瓷:硅化钼等。
⑥氟化物陶瓷:氟化镁、氟化钙、氟化镧等。
硫化物陶瓷:硫化锌、硫化铈等。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。
人们为了生产、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。

特种陶瓷种类

特种陶瓷种类

3特种陶瓷材料

(1)纳米陶瓷:它是指晶粒尺寸,晶界宽度,第二相分布,缺陷尺寸均在100nm以下,并具有纳米材料固有特征的陶瓷材料。必须指出,即使采用纳米粉料,坯体在烧成过程中往往发生晶体迅速成长,甚至出现二次重结晶等问题,结果导致产品已不是纳米陶瓷,而是微米陶瓷,因而失去了纳米材料的固有特性,也就不能称为纳米陶瓷.另一方面近来许多报道表明,一旦获得纳米陶瓷,将可望克服陶瓷材料的脆性,而且有显着的超塑性和高强度。
(2)陶瓷分离膜:它是一种固态膜,主要有两部份构成,即膜支撑体及多孔膜。支撑体广泛采用含铝量高的氧化铝陶瓷。多孔膜主要由AL2O3,ZrO2,TiO2和SiO2等为主体构成。一般分离膜孔径为:2~50nm,有时达微米级,其品种,规格日趋多样化。分离膜通常具有化学稳定性好,能耐酸,耐碱,耐有机溶剂,机械强度高,耐磨性好,可反向冲洗;抗微生物能力强;耐高温;孔径分布范围窄,分离效率高等特点。目前许多产品已在废水处理、果汁生产、固液分离等方面获得应用,可望在环境工程,石油化工,生物工程,冶金工业及纳米粉料制备等众多领域获得广泛应用,市场前景颇好,社会经济效益显着。当前陶瓷膜分离技术发展迅速,正向着介孔膜及气气分离膜方向发展。
(3)仿生复相陶瓷:为克服陶瓷材料的脆性,提高其韧性,国内外许多科学家们从对天然生物材料如竹,贝壳等的结构特征所进行的判析中得到启示,从而进一步对结构陶瓷的材料设计,制备工艺等多方面进行了研究。果然,获得了某些仿生复相陶瓷。主要技术措施有纤维、晶须补强,颗粒弥散,自补强(原位生长),多相补强以及表面改性等。例如,YTZP陶瓷材料,室温强度已达2000mpa以上,KIC已超过15,达到了可与某些金属材料比较的强度。又如,SiC陶瓷通N2形成Si3N4表面层,使强度和断裂韧性均有明显提高。总之复相特种陶瓷材料所具有的高强度,高耐磨性等特点,在高科技领域中的应用已取得显着效果,已成为结构陶瓷研究热点之一。
(4)基板材料
目前国内外主要采用Al2O3陶瓷作为集成电路基板材料,然而随着电子元器件向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向发展,迫切希望采用高导热系数陶瓷基板,理论上最适宜的候选材料有金刚石(C)、立方氮化硼(BN)、氧化铍(BeO)、碳化硅(SiC)和氮化铝(AlN)等。

特种陶瓷材料

特种陶瓷材料

一、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>;-CONH2>;一COOH>;一OH>;-NO2>;-COOC2H5>;一COOCH5>;-CHO>=CO>;-CH3>= CH2>;-CH2
3)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。

特种陶瓷成型工艺

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