1.先進(jìn)陶瓷材料的定義

  先進(jìn)陶瓷材料又稱精密陶瓷材料，是指采用精致的高純、超細(xì)的無機化合物為原料及先進(jìn)的制備工藝技術(shù)制造的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

  根據(jù)工程技術(shù)對產(chǎn)品使用性能的要求，制造的產(chǎn)品可以分別具有壓電、鐵電、導(dǎo)電、半導(dǎo)體、磁性等或具有高強、高韌、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、高熱導(dǎo)、絕緣或良好生物相容性等優(yōu)異性能。

2.先進(jìn)陶瓷材料的分類

  根據(jù)用途不同，先進(jìn)陶瓷材料可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。

（1）結(jié)構(gòu)陶瓷

  結(jié)構(gòu)陶瓷主要材料有氧化鋁陶瓷(Al2O3)、氮化硅陶瓷(Si3N4)、碳化硅陶瓷(SiC)、六方氮化硼陶瓷(BN)等。

  1）氧化鋁陶瓷（Al2O3）

  氧化鋁陶瓷主要組成物為Al2O3，一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷具有各種優(yōu)良的性能。耐高溫，一般可要1600℃長期使用，耐腐蝕，高強度，其強度為普通陶瓷的2~3倍，高者可達(dá)5~6倍。其缺點是脆性大，不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛，可用作坩堝、發(fā)動機火花塞、高溫耐火材料、熱電偶套管、密封環(huán)等，也可作刀具和模具。

  2）氮化硅陶瓷（Si3N4）

  氮化硅陶瓷主要組成物是Si3N4，這是一種高溫強度高、高硬度、耐磨、耐腐蝕并能自潤滑的高溫陶瓷，線膨脹系數(shù)在各種陶瓷中最小，使用溫度高達(dá)1400℃，具有極好的耐腐蝕性，除氫氟酸外，能耐其它各種酸的腐蝕，并能耐堿、各種金屬的腐蝕，并具有優(yōu)良的電絕緣性和耐輻射性。可用作高溫軸承、在腐蝕介質(zhì)中使用的密封環(huán)、熱電偶套管、也可用作金屬切削刀具。

  3）碳化硅陶瓷（SiC）

  碳化硅陶瓷主要組成物是SiC，這是一種高強度、高硬度的耐高溫陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗彎強度，是目前高溫強度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷還具有良好的導(dǎo)熱性、抗氧化性、導(dǎo)電性和高的沖擊韌度。是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，可用于火箭尾噴管噴嘴、熱電偶套管、爐管等高溫下工作的部件；利用它的導(dǎo)熱性可制作高溫下的熱交換器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂輪、磨料等。

  4）六方氮化硼陶瓷（BN）

  六方氮化硼陶瓷主要成分為BN，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，六方氮化硼的結(jié)構(gòu)和性能與石墨相似，故有“白石墨”之稱，硬度較低，可以進(jìn)行切削加工具有自潤滑性，可制成自潤滑高溫軸承、玻璃成形模具等。

（2）工具陶瓷

  結(jié)構(gòu)陶瓷主要材料有硬質(zhì)合金、金剛石天然金剛石（鉆石）、立方氮化硼（CBN）等。

  1）硬質(zhì)合金

  硬質(zhì)合金主要成分為碳化物和粘結(jié)劑，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘結(jié)劑主要為鈷（Co）。硬質(zhì)合金與工具鋼相比，硬度高（高達(dá)87~91HRA），熱硬性好（1000℃左右耐磨性優(yōu)良），用作刀具時，切削速度比高速鋼提高4~7倍，壽命提高5~8倍，其缺點是硬度太高、性脆，很難被機械加工，因此常制成刀片并鑲焊在刀桿上使用，硬質(zhì)合金主要用于機械加工刀具；各種模具，包括拉伸模、拉拔模、冷鐓模；礦山工具、地質(zhì)和石油開采用各種鉆頭等。

  2）金剛石天然金剛石（鉆石）

  金剛石天然金剛石（鉆石）作為名貴的裝飾品，而合成金剛石在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，金剛石是自然界最硬的材料，還具備極高的彈性模量；金剛石的導(dǎo)熱率是已知材料中最高的；金剛石的絕緣性能很好。金剛石可用作鉆頭、刀具、磨具、拉絲模、修整工具；金剛石工具進(jìn)行超精密加工，可達(dá)到鏡面光潔度。但金剛石刀具的熱穩(wěn)定性差，與鐵族元素的親和力大，故不能用于加工鐵、鎳基合金，而主要加工非鐵金屬和非金屬，廣泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、寶石、瑪瑙等的加工。

  3）立方氮化硼（CBN）

  立方氮化硼（CBN）具有立方晶體結(jié)構(gòu)，其硬度高，僅次于金剛石，其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性比金剛石好，可用于淬火鋼、耐磨鑄鐵、熱噴涂材料和鎳等難加工材料的切削加工?？芍瞥傻毒?、磨具、拉絲模等。

  4）其他工具陶瓷

  其它工具陶瓷尚有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等陶瓷，但從綜合性能及工程應(yīng)用均不及上述三種工具陶瓷。

（3）功能陶瓷

  功能陶瓷通常具有特殊的物理性能，涉及的領(lǐng)域比較多，常用功能陶瓷的特性及應(yīng)用見表。

常見功能陶瓷：

3.先進(jìn)陶瓷材料的發(fā)展史

  先進(jìn)陶瓷材料是新材料的一個重要組成部分，廣泛應(yīng)用于通訊、電子、航空、航天、軍事等高技術(shù)領(lǐng)域，在信息與通訊技術(shù)方面有著重要的應(yīng)用。大部分功能陶瓷在電子工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，通常也稱為電子陶瓷材料。如用于制造芯片的陶瓷絕緣材料、陶瓷基板材料、陶瓷封裝材料以及用于制造電子器件的電容器陶瓷、壓電陶瓷、鐵氧體磁性材料等。  電子技術(shù)、大規(guī)模集成技術(shù)電路，離不開壓電、鐵電和磁性陶瓷；電子計算機的記憶系統(tǒng)需要具有方形磁滯回線的鐵磁體陶瓷；高速硬盤轉(zhuǎn)動系統(tǒng)需要陶瓷軸承；在火箭和導(dǎo)彈的發(fā)射中，鼻錐和透波陶瓷天線罩是關(guān)鍵部件，它要承受高溫氣流的摩擦和沖刷，要求材料具有高的高溫強度和好的抗氧化性能，只有陶瓷材料才能滿足這些要求；作為新能源的磁流體發(fā)電機，需要采用陶瓷做電極材料；高溫燃料電池、高能量蓄電池，需要采用陶瓷塊離子導(dǎo)體做隔膜材料等等。

  目前先進(jìn)陶瓷已形成一個巨大的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。全世界先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品的銷售總額超過300億美元，并以每年l0％以上的速度增長。美國與日本在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。先進(jìn)陶瓷材料因其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能及特有的光、聲、電、磁、熱或功能復(fù)合效應(yīng)在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和國防軍工等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。

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