更新時間:2016/04/05 瀏覽量:1581
特種陶瓷不同的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)決定了它不同的特殊性質(zhì)和功能,如高強度、高硬度、高韌性、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、光電、電光、聲光、磁光等。由于性能特殊,這類陶瓷可作為工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料應(yīng)用于機械、電子、化工、冶煉、能源、醫(yī)學(xué)、激光、核反應(yīng)、宇航等方面。一些經(jīng)濟發(fā)達國家,特別是日本、美國和西歐國家,為了加速新技術(shù)革命,為新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ),投入大量人力、物力和財力研究開發(fā)特種陶瓷,因此特種陶瓷的發(fā)展十分迅速,在技術(shù)上也有很大突破。特種陶瓷在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù),特別是在高技術(shù)、新技術(shù)領(lǐng)域中的地位日趨重要。本世紀(jì)初特種陶瓷的國際市場規(guī)模預(yù)計將達到500億美元,因此許多科學(xué)家預(yù)言:特種陶瓷在二十一世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中,必定會占據(jù)十分重要的地位。
什么是特種陶瓷
特種陶瓷是二十世紀(jì)發(fā)展起來的,在現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的推動和培育下,它們"繁殖"得非常快,尤其在近二、三十年,新品種層出不窮,令人眼花繚亂。按照化學(xué)組成劃分有:
①氧化物陶瓷:氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、氧化鈦、氧化釷、氧化鈾等。
②氮化物陶瓷:氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾等。
③碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化鈾等。
④硼化物陶瓷:硼化鋯、硼化鑭等。
⑤硅化物陶瓷:硅化鉬等。
⑥氟化物陶瓷:氟化鎂、氟化鈣、氟化鑭等。
硫化物陶瓷:硫化鋅、硫化鈰等。還有砷化物陶瓷,硒化物陶瓷,碲化物陶瓷等。
除了主要由一種化合物構(gòu)成的單相陶瓷外,還有由兩種或兩種以上的化合物構(gòu)成的復(fù)合陶瓷。例如,由氧化鋁和氧化鎂結(jié)合而成的鎂鋁尖晶石陶瓷,由氮化硅和氧化鋁結(jié)合而成的氧氮化硅鋁陶瓷,由氧化鉻、氧化鑭和氧化鈣結(jié)合而成的鉻酸鑭鈣陶瓷,由氧化鋯、氧化鈦、氧化鉛、氧化鑭結(jié)合而成的鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)陶瓷等等。此外,有一大類在陶瓷中添加了金屬而生成的金屬陶瓷,例如氧化物基金屬陶瓷,碳化物基金屬陶瓷,硼化物基金屬陶瓷等,也是現(xiàn)代陶瓷中的重要品種上。近年來,為了改善陶瓷的脆性,在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無機纖維,這樣構(gòu)成的纖維補強陶瓷復(fù)合材料,是陶瓷家族中最年輕但卻是最有發(fā)展前途的一個分支。
人們?yōu)榱松a(chǎn)、研究和學(xué)習(xí)上的方便,有時不按化學(xué)組成,而根據(jù)陶瓷的性能,把它們分為高強度陶瓷,高溫陶瓷,高韌性陶瓷,鐵電陶瓷,壓電陶瓷,電解質(zhì)陶瓷,半導(dǎo)體陶瓷,電介質(zhì)陶瓷,光學(xué)陶瓷(即透明陶瓷),磁性瓷,耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。
特種陶瓷種類
(1)納米陶瓷:它是指晶粒尺寸,晶界寬度,第二相分布,缺陷尺寸均在100nm以下,并具有納米材料固有特征的陶瓷材料。必須指出,即使采用納米粉料,坯體在燒成過程中往往發(fā)生晶體迅速成長,甚至出現(xiàn)二次重結(jié)晶等問題,結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品已不是納米陶瓷,而是微米陶瓷,因而失去了納米材料的固有特性,也就不能稱為納米陶瓷.另一方面近來許多報道表明,一旦獲得納米陶瓷,將可望克服陶瓷材料的脆性,而且有顯著的超塑性和高強度。
(2)陶瓷分離膜:它是一種固態(tài)膜,主要有兩部份構(gòu)成,即膜支撐體及多孔膜。支撐體廣泛采用含鋁量高的氧化鋁陶瓷。多孔膜主要由AL2O3,ZrO2,TiO2和SiO2等為主體構(gòu)成。一般分離膜孔徑為:2~50nm,有時達微米級,其品種,規(guī)格日趨多樣化。分離膜通常具有化學(xué)穩(wěn)定性好,能耐酸,耐堿,耐有機溶劑,機械強度高,耐磨性好,可反向沖洗;抗微生物能力強;耐高溫;孔徑分布范圍窄,分離效率高等特點。目前許多產(chǎn)品已在廢水處理、果汁生產(chǎn)、固液分離等方面獲得應(yīng)用,可望在環(huán)境工程,石油化工,生物工程,冶金工業(yè)及納米粉料制備等眾多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,市場前景頗好,社會經(jīng)濟效益顯著。當(dāng)前陶瓷膜分離技術(shù)發(fā)展迅速,正向著介孔膜及氣氣分離膜方向發(fā)展。
(3)仿生復(fù)相陶瓷:為克服陶瓷材料的脆性,提高其韌性,國內(nèi)外許多科學(xué)家們從對天然生物材料如竹,貝殼等的結(jié)構(gòu)特征所進行的判析中得到啟示,從而進一步對結(jié)構(gòu)陶瓷的材料設(shè)計,制備工藝等多方面進行了研究。果然,獲得了某些仿生復(fù)相陶瓷。主要技術(shù)措施有纖維、晶須補強,顆粒彌散,自補強(原位生長),多相補強以及表面改性等。例如,YTZP陶瓷材料,室溫強度已達2000mpa以上,KIC已超過15,達到了可與某些金屬材料比較的強度。又如,SiC陶瓷通N2形成Si3N4表面層,使強度和斷裂韌性均有明顯提高??傊畯?fù)相特種陶瓷材料所具有的高強度,高耐磨性等特點,在高科技領(lǐng)域中的應(yīng)用已取得顯著效果,已成為結(jié)構(gòu)陶瓷研究熱點之一。
(4)基板材料
目前國內(nèi)外主要采用Al2O3陶瓷作為集成電路基板材料,然而隨著電子元器件向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向發(fā)展,迫切希望采用高導(dǎo)熱系數(shù)陶瓷基板,理論上最適宜的候選材料有金剛石(C)、立方氮化硼(BN)、氧化鈹(BeO)、碳化硅(SiC)和氮化鋁(AlN)等。
特種陶瓷材料
一、成形方法與結(jié)合劑的選擇
特種陶瓷成形方法有很多種,生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)制品的形狀選擇成形方法,而不同的成形方法需選用的結(jié)合劑不同。常見陶瓷成形方法、結(jié)合劑種類及用量如下所示:
特種陶瓷成形方法、結(jié)合劑種類和用量成形方法 結(jié)合劑舉例 <;結(jié)合劑用量(質(zhì)量%)
千壓法聚乙烯醇縮丁醛等 1~5;澆注法 丙烯基樹脂類 1~3;擠壓法 甲基纖維素等 5~15;注射法 聚丙烯等 10~25;等靜壓法 聚羧酸銨等 0~3
結(jié)合劑可分為潤滑劑、增塑劑、分散劑、表面活性劑(具有分散劑和潤滑功能)等,為滿足成形需要,通常采用多種有機材料的組合。選擇結(jié)合劑,要考慮以下因素:
1)結(jié)合劑能被粉料潤濕是必要條件。當(dāng)粉料的臨界表面張力(yoc)或表面自由能(yos)比結(jié)合劑的表面張力(yoc)大時,才能很好地潤濕。
2)好的結(jié)合劑易于被粉料充分潤濕,且內(nèi)聚力大。當(dāng)結(jié)合劑被粉料潤濕時,在相互分子間發(fā)生引力作用,結(jié)合劑與粉料間發(fā)生紅結(jié)合(一次結(jié)合),同時,在結(jié)合劑分子內(nèi),由于取向、誘導(dǎo)、分散效果而產(chǎn)生內(nèi)聚力(二次結(jié)合)。雖然水也能把楊料充分潤濕,但水易揮發(fā),分子量較小,內(nèi)聚力小,不是好的結(jié)合劑。按各種有機材料內(nèi)聚力大小順序,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)結(jié)合劑的分子量大小要適中。要想充分潤濕,希望分子量小,但內(nèi)聚力弱。隨著分子量增大,結(jié)合能力增強。但當(dāng)分子量過大時,圍內(nèi)聚力過大而不易被潤濕,且易使坯體產(chǎn)生變形。為了幫助分子內(nèi)的鏈段運動,此時要適當(dāng)加入增塑劑,在其容易潤濕的同時,使結(jié)合劑更加柔軟,便于成形。
4)為保證產(chǎn)品質(zhì)量,還需要防止從結(jié)合劑、原材料和配制工序混人雜質(zhì),使產(chǎn)品產(chǎn)生有害的缺陷。
在原料配制中,用粉碎、混合等機械方法和結(jié)合劑、分散劑配合,達到分散,盡可能不含有凝聚粒子。結(jié)合劑受到種類及其分子量,粒子表面的性質(zhì)和溶劑的溶解性等影響,吸附在原料粒子表面上,通過立體穩(wěn) 定化效果,起到防止粉末原料凝聚的作用。
特種陶瓷成型工藝
防水板
防水板是以高分子聚合物為基本原料制成的一種防滲材料,既可以防止液體滲漏,也可以預(yù)防氣體揮發(fā)。在建筑、交通、地鐵、隧道、工程建設(shè)中廣泛運用。
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木塑地板
木塑地板是一種新型環(huán)保型木塑復(fù)合材料產(chǎn)品,在生產(chǎn)中、高密度纖維板過程中所產(chǎn)生的木酚,加入再生塑料經(jīng)過造粒設(shè)備做成木塑復(fù)合材料,然后進行擠出生產(chǎn)組做成木塑地板。
石塑地板
石塑地板又稱為石塑地磚,正規(guī)的名稱是PVC片材地板;,是一種高品質(zhì)的新型地面裝飾材料,采用天然的大理石粉構(gòu)成高密度、高纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的堅實基層,表面覆以超強耐磨的高分子PVC耐磨層,經(jīng)上百道工序加工而成。
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