第5章 功能陶瓷的合成与制备课件.ppt

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1、第五章功能陶瓷的合成与制备“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。日用陶瓷－餐具建筑陶瓷－地砖电瓷性能：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其它特殊性能(压电性、磁性和光学性能)，但脆性大结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料不同形状的特种结构陶瓷件功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管陶瓷材料传统陶瓷：天然硅酸盐矿物(黏土、石英、长石等)新型陶瓷：新型无机非金属材料(氧化物、氮化物、碳

2、化物)等，也叫先进陶瓷和高技术陶瓷结构陶瓷功能陶瓷结构陶瓷是指在应用时主要利用其力学性能的材料功能陶瓷是指以电、磁、光、声、热力、化学和生物学信息的检测、转换、耦合、传输及存储功能为主要特征，这类介质材料通常具有一种或多种功能。本章主要论述功能陶瓷的合成与制备方法5.1功能陶瓷概论5.2高温超导陶瓷5.3敏感陶瓷5.4压电陶瓷5.5半导体陶瓷5.6磁性陶瓷第五章功能陶瓷的合成与制备说明功能陶瓷的制备应具备的技术要素功能陶瓷的粉体成形方法和烧结方法5.1功能陶瓷概论5.1.1功能陶瓷的分类功能陶瓷的应用十分广泛，材料体系和品种繁多、功能全、技术高、更新快，主要材料有电气电子材料、磁性材料、光学

3、材料、化学功能材料、热功能材料及生物功能材料等。1.机械材料：耐磨损、高比强度、高硬度、抗冲击、高精度尺寸、自润滑性等。2.热学材料：耐热、导热、隔热、蓄热与散热、热膨胀等。3.化学材料：耐腐蚀性、耐气候性、催化性、离子交换性、反应性、化学敏感性等。在以上所列举的常用功能陶瓷材料中，比较重要的材料特性如下：4.光学材料：发光性、光变换性、分光性、光敏感性等。5.电器材料：磁性、接电性、压电性、绝缘性、导电性、存储性、半导性、热电性等。6.生物医学材料：生物化学反应性、胀器代用功能性、感觉功能脏器性、生物形态性等。陶瓷多种功能的实现，主要取决于它具有的各种特性，在具体应用时，并根据需要，对其某

4、一有效性能加以改善提高，以达到良好使用的目的。要以性能的改进来改善陶瓷材料的功能性，可以从以下两方面进行：1.从材料的组成上直接调节，优化其内在品质，包括采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂质，使不同相在微观级别复合，形成不同性质的晶界层等。2.通过改变外界条件即改变工艺条件和提高陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。无论改变组成还是改变工艺，最终都是使材料的微观结构产生变化，从而使其性能得到提高，表5.1、表5.2(P152)给出的就是功能材料形态、能量等变化对其性能的影响实例。因此，陶瓷的功能性与其组成、工艺、自身性能和结构密切相关，功能陶瓷的工艺技术和性能检测关系可用下图表示。

5、多晶体的陶瓷一般均是通过高温烧结而制成的，所以也称为烧结陶瓷。由于组成陶瓷的物质不同，种类繁多，制造工艺因而多种多样，一般工艺可按下列流程图进行，这也是功能陶瓷的制造工艺。5.1.2功能陶瓷的制备工艺在功能陶瓷的制备过程中还应具备下列技术要素:(1)原材料：高纯超细、粒度分布均匀；(2)化学组成：可以精确调整和控制；(3)精密加工：精密可靠，而且尺寸和形状可根据需要进行设计；(4)烧结：可根据需要进行温度、湿度、气氛和压力控制。高性能陶瓷与普通陶瓷不同，通常以化学计量进行配料，要求粉料高纯超细，传统的通过机械粉碎和分级的固相法已不能满足要求。1.超微细粉料的制备功能陶瓷的微观结构和多功能性，

6、在很大程度上取决于粉末原料的特性、粒度及其形状与尺寸、化学组成及其均匀度等。随着科学技术的迅猛发展，对功能陶瓷元件提出了高精度、多功能、高可靠性、小型化的要求。为了制造出高质量的功能陶瓷元件，其关键之一就是要实现粉末原料的超纯、超细的均匀化。(1)要求粉末组成和化学计量比可以精确地调节和控制，粉料成分有良好的均一性；粒子的形状和粒度要均匀，并可控制在适当的水平；粉料具有较高的活性，表面洁净，不受污染；能制成掺杂效果、成形和烧结性能都较好的粉料；适用范围较广、产量较大、成本较低；操作简单、条件适宜、能耗小、原料来源充分而方便。(2)功能陶瓷超微细粉的常用制备方法（三种）固相法：一般是把金属氧化

7、物或其盐按照配方充分混合、研磨后进行煅烧。粉碎方法有化学法与机械法。化学反应有氧化还原法、固体热分解法、固相反应法。沉淀法：可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法等，均利用生产沉淀的液相反应来制取。水解法：1)醇盐水解法，是制备高纯的超微细粉的重要方法；2)金属盐水解法溶胶-凝胶(sol-gel)法：是将金属氧化物或氢氧化物浓的溶胶转变为凝胶，再将凝胶干燥后进行煅烧，然后制备氧化物的方法。利用该法制备ZrO2