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功能陶瓷
时间: 2018-07-10 08:31 浏览次数:
沈阳微汉迪是一家专业的陶瓷生产厂家,专业生产工业陶瓷,特种陶瓷,换迎来电咨询:13309837263 陶瓷是远比金属、塑料古老的材料,在人类的日常生活中扮演重要的角色,我们用的烹
沈阳微汉迪是一家专业的陶瓷生产厂家,专业生产工业陶瓷,特种陶瓷,换迎来电咨询:13309837263
 
陶瓷是远比金属、塑料古老的材料,在人类的日常生活中扮演重要的角色,我们用的烹饪器具、餐具、卫生用洁具、装饰材料等都用到了陶瓷材料,这是我们看到“陶瓷”这个字眼,所最先能想到的。简言之我们所认识到的都是传统意义上的陶瓷,认为陶瓷就是有一些粘土烧制而成,其应用也仅仅是在日常生活中的几个局限领域。功能陶瓷是在原料、制备工艺上区别于传统陶瓷的,不仅仅利用人们熟知的陶瓷外在特点,如高强度、高硬度、耐热性、耐腐蚀等特点,而且开发了陶瓷材料在力、光、电、声、磁、化学、生物等方面的功能。
功能陶瓷发展历程


 

1

 

第一个突破性的进展

具有高介电常数的新材料—钛酸钡的发明。

 

2

 

第二个突破性进展

具有压电性的陶瓷材料问世。

 
 

3

 

第三个突破性进展

半导电性

 

4

 

第四个突破性进展

铁电理论的研究与铁电性能在新技术中的应用研究与开发如铁电存储器、红外热释电、光电效应等。

 
 

5

 

第五个突破性进展

始于20世纪80年代的诱导相变与超导研究。已有不少学者认为,陶瓷高温超导性与电子和声子的非线性相互作用及晶格的不稳定性与引起铁电性的结构相变有关。

 


目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。目前已经研究比较深入并大量使用的功能陶瓷有绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等,下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其应用。

绝缘陶瓷
 

绝缘陶瓷
 

直到20世纪以前,陶瓷一直是指以粘土为代表的硅酸盐矿物烧制而成的器具,由于这些制品本身是绝缘的,故称为绝缘陶瓷。广泛应用于汽车、电力、计算机等领域,主要器件有绝缘子、火花塞、电阻器基体材料和集成电路基片等。

介电陶瓷
 
介电陶瓷

介电陶瓷是通过控制介电性质,使之符合高比介电常数、低的高频损耗、适当的介电常数温度变化值等要求的一种陶瓷。包括铁电介质陶瓷、半导体介质陶瓷、高频介质陶瓷和微波介质陶瓷等陶瓷介质材料,其主要用于电容器和微波电路元件的应用。

压电陶瓷

压电陶瓷
 

压电陶瓷在晶体结构上没有对称中心,具有压电效应,也就是具有机械能与电能之间的转换与逆转换的功能。压电陶瓷具有成本低、能量转换效率高、加工成型方便等优点,主要用于制作压电器材、变压器、滤波器和谐振器等。

半导体陶瓷

半导体陶瓷


 

半导体陶瓷是技术密集型的高技术材料,其重点是开发敏感陶瓷。这类陶瓷的半导性是指将陶瓷的晶相转变成n型或p半导体,晶界要适当绝缘。主要包括半导体陶瓷电容器、热敏电阻、压敏电阻、湿度传感器和气体传感器等。

功能陶瓷发展趋势
 

自出现以来,功能陶瓷获得越来越深入的发展,其性能更加多样、品种更加繁多、使用更加广泛。当前功能陶瓷发展趋势可归纳为以下几点:复合化,多功能化,智能化,低维化和材料、设计、工艺一体化。单一材料的功能和特性往往难以满足新技术新发展对材料综合性能的要求,复合材料可以综合单一材料很多优异的性能。

 

智能材料是功能陶瓷发展和应用的更高阶段,是现代科学技术发展和人类社会需求的必然结果。当材料的特征尺寸足够小,尤其是到了纳米级时,量子效应和表面效应将十分显著,可产生独特的电、磁、光、热、力等物理和化学特性,纳米功能陶瓷技术是研究的热点之一,是一种新型的功能陶瓷材料。材料、设计、工艺的一体化,有助于开发更优异特征和更新功能的功能陶瓷。

 

为制备高可靠和高效能的功能陶瓷材料能及微型元器件提供理论依据,研究内容应该有:

 

1高性能功能陶瓷粉体制备关键基础性问题

 

研究高性能功能陶瓷粉体制备中组成控制与结构控制的方法与理论,研究粉体制备过程中的反应机制、扩散机理以及粉体表征等关键性基础问题,研究用于制备功能陶瓷材料的固液浆料体系的物理化学特性及其调控理论与技术。

 

2功能陶瓷膜、片与多层结构制备关键基础性问题和关键技术

 

研究功能陶瓷膜、片、多层结构制备的基础性和关键性问题,如流延、内电极、低温共烧及制膜新技术等。研究陶瓷材料与异质材料的结合机理和界面结构。

 

3复相功能陶瓷的制备及相关基础性问题

 

研究复相价电、铁电陶瓷的组成、设计及其功能与效应的复合探索形成与稳定复相结构陶瓷的制备技术及提高功能陶瓷材料复相结构的重现性和一致性的相

关基础性问题等。

 

现代功能陶瓷的特点是品种多、价格低、应用广、功能全、技术高、更新快。通过对复杂多元氧化物系统的化学、物理及组成、结构、性能和使用效能间相互关系的研究,已陆续发现了一大批具有优异性能或特殊功能的功能陶瓷,并可借助于离子置换、掺杂等方法调节、优化其性能,功能陶瓷材料研究已开始从经验式的探索逐步走向按所需性能来进行材料设计。一般来说,要从性能的改进来改善陶瓷材料的功能,办法可从两方面入手:

 

(1)从材料的组成上直接调节,优化其内在的品质。

 

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,即改变工艺条件以改善和提高陶瓷材料的性能,达到获得优质材料的目的。工艺条件是指原料粉料的物理化学性质和状态、加工成型方法和条件,烧成制度和烧结状态,以及成品的加工方法和条件等。

 

无论从应用的广度,还是市场占有率来看,在当前及以后相当一段时间内功能陶瓷在现代陶瓷中仍将占据主导地位。因此,功能陶瓷今后在性能方面会向着高效能、高可靠性、低损耗、多功能、超高功能以及智能化方向发展。在设备技术方面向着多层、多相乃至超微细结构的调控与复合、低温活化烧结、立体布线、超细超纯、薄膜技术等方向发展,在材料及应用的主要研究方向应包括智能化敏感陶瓷及其传感器,具有高转换率、高可靠性、低损耗、大功率的压电陶瓷及其换能器;超高速大容量超导计算机用光纤陶瓷材料;多层封装立体布线用的高导热低介电常数陶瓷基板材料;量大面广、低烧、高比容、用稳定性的多层陶瓷电容器材料等。

 

 

我国发展新型功能陶瓷材料,一方面要大力引进先进装备及检测手段,购买新材料配方和技术专利,来提高我国陶瓷材料的研究、开发、生产的起点水平;另一方面,又要在消化、吸收国外技术的基础上,立即投入到有创造性的研究开发工作之中去。因此我国科技工作者应根据目标市场需求,有针对性地深入研究与市场相适应的应用技术,同时也为该项技术的发展寻找到真正的源泉和根本的推动力。同时国家亦应该在产业政策、投资力度、投资机制等方面对陶瓷驱动技术予以大力扶持,最先进的技术是买不来的,我们一定要积极发展有自主知识产权的技术,以使自己在未来全球经济一体化的大潮中立于不败之地。

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