1、先进陶瓷材料Advanced ceramic materials飞雾流 雪20180528先进陶瓷的概念及分类先进陶瓷的概念及分类先进陶瓷国内外研究现状先进陶瓷国内外研究现状先进陶瓷的制备工艺及分析表征先进陶瓷的制备工艺及分析表征以多孔碳化硅结构陶瓷为例以多孔碳化硅结构陶瓷为例目录目录陶瓷陶瓷陶瓷的概念陶瓷的概念传统上，陶瓷的概念是指以粘土及其天然矿物为原料，经过粉碎混合、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品。亦称为 “ 普通陶瓷 ” 或 传统陶瓷 。 先进陶瓷 是 “ 采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。 ”l
2、 功能陶瓷 ：功能陶瓷是具有电、磁、光、热、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占 70%的市场份额，其余为结构陶瓷。l 结构陶瓷 ： 是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。先进陶瓷 按照性能和应用 可分为 结构陶瓷 和 功能陶瓷 两大类。（ 1）高熔点氧化物，如 Al2O3、 ZrO2、 MgO、 BeO等，它们的熔点一般都在 2000摄氏度以上；（ 2) 碳化物，如 SiC、 WC 、 TiC、 B4C、 ZrC等；（ 3）氮化物，如 Si3N4、 BN、 AlN、 TiN等，氮化
3、物常具有很高的硬度；（ 4）硼化物，如 ZrB2等，硼化物具有很强的抗氧化能力；（ 5）硅化物，如 MoSi2、 ZrSi等，在高温使用中具有很强的抗氧化能力。结构陶瓷结构陶瓷2003年 2月 1日美国 “哥伦比亚 ”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，是造成整起事故的祸首。“哥伦比亚 ”号航天飞机事故调查委员会去年公布的调查报告称，外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机热保护系统，是导致事故发生的主要原因。8功能陶瓷电功能陶瓷：绝缘 陶瓷、介 电 陶瓷、 铁电 陶瓷、 压电 陶瓷、半 导 体陶瓷、快离子 导 体陶瓷、高温超 导 陶瓷磁功能陶瓷：软 磁 铁 氧体、硬磁
4、铁氧体、 记忆 用 铁电 体光功能陶瓷：透明陶瓷、透明 铁电陶瓷敏感陶瓷：热 敏陶瓷、气敏 陶瓷、湿敏陶瓷、 压 敏陶瓷、光敏陶瓷生物及化学功能陶瓷：载 体用陶瓷、催化用陶瓷、生物陶瓷功能陶瓷功能陶瓷种 类 性 能 应 用结 构陶瓷 高温陶瓷 800 以上 长 期使用，超高温短期使用 窑炉器件、柴油机等 发动 机、航空航天、空 间 技 术 等高 强 陶瓷 高 韧 性、高 强 度、良好的抗冲 击 性 机床主 轴轴 承、密封 环 、模具等超硬陶瓷 热稳 定性、化学 稳 定性、 弹 性模量 优 良 高速磨削道具、防 弹 装 备 等耐腐 蚀 陶瓷 优 良的化学 稳 定性和耐冲刷性能 化工 设备 、 舰
5、 船潜艇密封、金属液体防 护 、 过滤 陶瓷等功能陶瓷 电 子陶瓷 压电 、光 电 、 热释电 、 铁电 、 绝缘 性 电 子元器件、超高 压绝缘 子等超 导 陶瓷 超 导 特性、耐低温 超 导 光 缆 、空 间 、 电 子、生物等光学陶瓷 透波性能、透明性、 荧 光性 基板、天 线 罩、 发 光器、陶瓷 传 感器、激光器件等生物陶瓷 与血液、器官良好的生物相容性 陶瓷关 节 、骨骼、牙 齿 等磁性陶瓷 磁 导 率、 矫顽 力大、硬度高 微波器件、量子无 线电 等储 能陶瓷 能量 转换 与存 储 特性 热 、 电 、光、 氢储 能等力学性能物理、化学性能先 进 陶 瓷 应 用 性 能 分 析美
6、国日本欧盟l 全球第二大先进陶瓷材料生产 基地；l 国家航空和宇航局对结构陶瓷的大规模研究与开发 ；l 业内 知名企业：格鲁曼、杜邦、赛瑞丹l 全球最大先进陶瓷材料生产 基地；l 功能陶瓷领域垄断国际市场 ；l 业内知名企业：京瓷、东芝、旭硝子、住友、村田、东陶l 市场份额仅次于日本和美国；l 德国、法国在结构陶瓷领域重点研发；国内外 研究发展情况中国 l 市场 份额稳步增长；1） 技术及新产品工程转化极度匮乏虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料，但绝大部分仍停留在实验室样品上，有的产品由于成本高及可靠性等问题，市场还不能接受，所以产品的销售额与发达国家相比相差甚远。2） 高端粉体制备及分散
7、技术远远落后我国对陶瓷粉料的制备仍未引起足够的重视，多种陶瓷粉料尚无专业化生产企业，许多企业不得不 “ 自产自销 ” 。受部分发达国家限制，国内企业在粉料质量上仍存在较大的波动；同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。3）分析测试仪器及制造装备加工技术落后虽然我国引进了国外先进的工艺装备，像气压烧结炉、热等静压、注射成型机、流延机等来提高我国的技术装备水平，但因投资大，在经济上给企业造成了很大压力，从而限制了先进陶瓷的发展。而国内仿制设备因加工水平差距，可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。我国先进陶瓷产业现状坯体成型坯体烧结精密加工粉体制备先进陶瓷制备工艺及分析表征分析测试液相法气相法 固相
8、法电阻加热法化学火焰法等离子法激光法溶液法乳液法溶胶-凝胶法熔盐合成法 喷雾干燥法 热分解法烧结法还原-化合法机械化学法 机械粉碎法粉体制备活性高纯度高粒径小坯体成型 成型技术干法压制成型 塑性成型干压成型冷等静压成型挤压成型注射成型热蜡铸成型扎膜成型浆料成型 固体无模成型注浆成型流延成型凝胶注模成型原位凝固成型熔融沉积成型三维打印成型分层实体成型立体光刻成型激光选取烧结成型坯体烧结坯体烧结 是指把成型坯体转变为致密体的工艺过程。烧结状态烧结压力特殊加热原理固态烧结液相烧结常压烧结无压烧结真空烧结热压烧结热等静压烧结气氛烧结微波烧结放电等离子烧结自蔓延烧结坯体烧结技术精密加工陶瓷球阀磨削加工激
9、光切割机 激光打孔机 超声波打孔机分析测试 常用仪器激光粒度 仪差示 扫 描 热 分析（ DSC）同步 热 分析（ TGA/DSC）比表面积分析仪（ BET）X射线荧光光谱（ XRF）X射线衍射仪 （ XRD）3D激光显微镜 扫描电镜 (SEM)原子力显微镜 (AFM)透射电镜（ TEM）X射线光电子能谱（ XPS）拉曼光 谱红 外光 谱仪多孔碳化硅陶瓷制 备 流程 简图举例碳化硅、层析氧化铝、石墨原料的微观结构 碳化硅和石墨的 TGA-DSC 曲线（ 10C/min,空气气氛中） 不同烧结温度（ 1300-1500C）相同保温时间（ 3h）制得的样品 XRD图谱（ A代表氧化铝， C代表方石
10、英， M代表莫来石， S代表碳化硅） 在空气气氛中烧成温度为 1450（ 3h）制得的二氧化硅结合碳化硅多孔陶瓷（a）和莫来石结合碳化硅多孔陶瓷的场发射电子显微镜图；（ a）、（ b）的内置图分别为他们的颈部的能谱图 石墨的含量对在空气气氛中烧成温度为 1450（ 3h）制得的莫来石结合碳化硅多孔陶瓷气孔率和抗弯强度的影响 粒径及氧化铝对 多孔碳化硅 陶瓷的高温氧化性能影响 粒径对在 1450 （ 3h）制得的莫来石 结合碳化 硅多孔陶瓷的孔径分布影响 Materials science： ceramicsIncites journal citation reports 2016思考题 先进 陶瓷是什么？ 生活中我们用到的先进陶瓷元件有哪些？本章结束 谢谢！飞雾流雪20180528
