先进陶瓷的分类及应用
根据陶瓷的概念和应用,陶瓷产品可分为两大类:常规陶瓷(传统陶瓷)和先进陶瓷。传统陶瓷是指以粘土及其天然矿物为原料,经破碎、混合、成型、烧成等工序制成的各种制品。另一方面,先进陶瓷的特点是使用精选或合成的原材料,精确控制化学成分,采用有利于控制的制造技术进行加工,允许结构设计,并表现出优异的特性。
先进陶瓷根据其特性又可分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。
1、结构陶瓷
结构陶瓷是指可用作工程结构材料的陶瓷,大致分为氧化物基、非氧化物基和结构用陶瓷基复合材料。
结构陶瓷的例子包括切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀门部件、发动机零件、热交换器和装甲。主要使用的材料包括氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)等。
2、功能陶瓷
功能陶瓷是知识技术密集型产品,品种繁多。这些材料具有微波介电特性、气体敏感性、超导性、电阻率梯度特性、铁电特性和相变行为、多层驱动性、弛豫特性等多种优异功能,使其应用极为多样化。
(1)电子绝缘材料
国际上常用的电子绝缘材料是Al2O3。近年来,出现了AlN陶瓷等新型电子绝缘材料,具有高强度、高绝缘、低介电常数、高导热率等优异性能。其热膨胀系数可与单晶硅相匹配,主要用作大规模集成电路和功率模块电路的散热基板。
(2)陶瓷介电材料
用于调谐电路以及保护逻辑和存储单元的陶瓷电容器介电材料大多基于BaTiO3。此外,还有高介电常数复合钙钛矿材料,随着高介电材料的发展,在10^5Hz频率下介电常数可达10^5,比传统陶瓷电容器高数倍甚至数十倍。
(3)压电陶瓷材料
常用的压电器件包括传感器、气体点火器、警报器、音频设备、医疗诊断设备和通信设备。典型的压电材料是PZT,新型的有高灵敏度、高稳定性压电陶瓷材料、电致伸缩陶瓷材料、热释电陶瓷材料等。
(4)磁性陶瓷材料
磁性陶瓷材料可分为硬磁材料和软磁材料。硬磁材料不易磁化或退磁,以铁氧体磁铁和稀土磁铁为代表,主要用于磁铁和磁存储元件。软磁材料容易磁化和退磁,磁场方向可变,主要用于响应交变磁场的电子元件。
(5)超导陶瓷材料
自20世纪80年代超导陶瓷研究取得重大突破以来,高温超导陶瓷材料的研究和应用备受关注。高温超导材料的应用正向大电流应用、电子学、抗磁等方向发展。
(6)抗菌陶瓷材料
抗菌陶瓷材料是随着科学和社会文明的发展而出现的新一代功能材料。无机抗菌剂根据其对微生物的作用机制可分为三类:一类主要通过物理吸附或离子交换固定在沸石、羟基磷灰石、硅胶、玻璃等无机材料载体上,含有抗菌金属或其离子。如银、铜、锌等。第二类是二氧化钛颗粒光催化抗菌剂,二氧化钛在光照下可以将氧分子转化为活性氧,在水中产生活性氧自由基,从而表现出抗菌、杀菌作用。第三类是具有远红外辐射功能的抗菌材料。远红外辐射的抗菌效果有限,因此这些材料必须与前两类材料配合使用才能有更好的应用价值。
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