特種陶瓷又稱精細陶瓷,按其應用功能分類,大體可分為高強度、耐高溫和復合結(jié)構(gòu)陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類,特種陶瓷在陶瓷坯料中加入特別配方的無機材料,經(jīng)過1360度左右高溫燒結(jié)成型,從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能,成為一種新型特種陶瓷,通常具有一種或多種功能,如:電、磁、光、熱、聲、化學、生物等功能,以及耦合功能,如壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。
特種陶瓷現(xiàn)處于的重要地位:
特種陶瓷有熱壓鑄、熱壓、靜壓及氣相沉積等多種成型方法,這些陶瓷由于其化學組成、顯微結(jié)構(gòu)及性能不同于普通陶瓷,故稱為特種陶瓷或高技術(shù)陶瓷,在日本稱為精細陶瓷。
特種陶瓷發(fā)展新動向:
A.特種陶瓷在技術(shù)上的新發(fā)展:
(1)特種陶瓷在粉末制備方面,目前最引人注目的是超高溫技術(shù)。利用超高溫技術(shù)不但可廉價地研制特種陶瓷,還可廉價地研制新型玻璃,如光纖維、磁性玻璃、混合集成電路板、零膨脹結(jié)晶玻璃、高強度玻璃、人造骨頭和齒棍等。此外,特種陶瓷還利用超高溫技術(shù)還可以研制出象鉭、鉬、鎢、釩鐵合金和鈦等能夠應用于太空飛行、海洋、核聚變等尖端領(lǐng)域的材料。例如日本在4000—15000℃和一個大氣壓以下制造金鋼石,其效率比普遍采用的低溫低壓等離子體技術(shù)高一百二十倍。
(2)特種陶瓷在成型方面:特種陶瓷成型方法大體分為干法成型和濕法成型兩大類,干法成型包括鋼模壓制成型、等靜壓成型、超高壓成型、粉末電磁成型等;濕法成型大致可分為塑性成型和膠態(tài)澆注成型兩大類。近些年來膠態(tài)成型和固體無模成型技術(shù)在特種陶瓷的成型研究中也取得了較為快速的發(fā)展。
特種陶瓷膠態(tài)成形是高分散陶瓷漿料的濕法成形,與干法成形相比,可以有效控制團聚,減少缺陷。無模成形實際上是快速原型制造技術(shù)(Rapid prototyping manufacturing technology,RP &M) 在制備陶瓷材料中的應用。特種陶瓷材料膠態(tài)無模成形過程是通過將含或不含粘結(jié)劑的陶瓷漿料在一定的條件下直接從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),然后按照RP &M 的原理逐層制造得到特種陶瓷生坯的過程。特種陶瓷成形后的生坯一般都具備良好的流變學特性,可以保證后處理過程中不變形。
(3)特種陶瓷燒結(jié)方面:特種陶瓷制品因其特殊的性能要求,需要用不同于傳統(tǒng)陶瓷制品的燒成工藝與燒結(jié)技術(shù)。隨著特種陶瓷工業(yè)的發(fā)展,其燒成機理、燒結(jié)技術(shù)及特殊的窯爐設施的研究取得突破性的進展。特種陶瓷的主要燒結(jié)方法有:常壓燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)/熱等靜壓燒結(jié)法、反應燒結(jié)法、液相燒結(jié)法、微波燒結(jié)法、電弧等離子燒結(jié)法、自蔓延燒結(jié)法、氣相沉積法等。
(4)在特種陶瓷的精密加工方面:特種陶瓷屬于脆性材料,硬度高、脆性大,其物理機械性能(尤其是韌性和強度)與金屬材料有較大差異,加工性能差,加工難度大。因此,研究特種陶瓷材料的磨削機理,選擇最佳的磨削方法是當前要解決的主要問題。
B.特種陶瓷在應用上的新發(fā)展:
(1)耐熱性能優(yōu)良的特種陶瓷可望作為超高溫材料用于原子能有關(guān)的高溫結(jié)構(gòu)材料、高溫電極材料等;
(2)隔熱性優(yōu)良的特種陶瓷可作為新的高溫隔熱材料,用于高溫加熱爐、熱處理爐、高溫反應容器、核反應堆等;
(3)導熱性優(yōu)良的特種陶瓷極有希望用作內(nèi)部裝有大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路電子器件的散熱片;
(4)耐磨性優(yōu)良的硬質(zhì)特種陶瓷用途廣泛,如今的工作主要是集中在軸承、切削刀具方面;
(5)高強度的特種陶瓷可用于燃氣輪機的燃燒器、葉片、渦輪、套管等;在加工機械上可用于機床身、軸承、燃燒噴嘴等。這方面的工作開展得較多,許多國家如美國、日本、德國等都投入了大量的人力和物力,試圖取得領(lǐng)先地位。這類陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化鋁、氧化鋯等;
(6)特種陶瓷中具有潤滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼極為引人注目,國外正在加緊研究;
(7)特種陶瓷中生物陶瓷方面正在進行將氧化鋁、磷石炭等用作人工牙齒、人工骨、人工關(guān)節(jié)等研究,這方面的應用引起人們極大關(guān)注;
(8)特種陶瓷中一些具有其他特殊用途的功能性新型陶瓷(如遠紅外陶瓷等)也已開始在工業(yè)及民用領(lǐng)域發(fā)揮其獨到的作用。
研究開發(fā)重點;
特種陶瓷制品生產(chǎn)在中國歷史悠久,經(jīng)過長期的發(fā)展,制造工藝得到不斷發(fā)展。特別是近二十年來,特種陶瓷制品結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整,迎合了國內(nèi)外消費者的消費需求,并隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高,將在生活中的應用范圍越來越廣。
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