新型陶瓷材料

第三节　新型陶瓷材料

一、新型陶瓷材料与传统陶瓷材料的区别

传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、黏土等材料为原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。

二、新型陶瓷材料在性能上的优越性

新型陶瓷在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等优点；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等特性；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等，因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。

三、新型陶瓷材料分类

新型陶瓷材料按化学成分划分，主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al₂O₃、ZrO₂、MgO、CaO、BeO、ThO₂等；另一类是非氧化物陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。

按性能与特征划分可分为高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷、电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷材料层出不穷。

按其应用不同，又可将它们分为工程陶瓷和功能陶瓷两类。

四、新型陶瓷材料的应用

（一）工程陶瓷

在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，因此也称高温结构陶瓷。这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，在空气中可以耐受1980摄氏度的高温，是空间技术、军事技术、原子能、工业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多、认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。

（二）功能陶瓷

利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。

压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，哪怕是像声波振动产生的微小压力也能够使它发生形变，从而使陶瓷表面带电。反之，施加激励电场，压电陶瓷将产生机械形变。用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机，能够连续打火几万次。

压电陶瓷特性

透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。透明陶瓷不但能透过光线，还具有很高的机械强度和硬度。透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料，还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件等，甚至可以代替不锈钢。

透明陶瓷制作的牙套

氮化硅高强度陶瓷以强度高著称，可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。

（三）精密陶瓷

用精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高零件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料，所以被人们认为是对发动机的一场革命。

氮化硅、碳化硅等新型陶瓷材料还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。