现代技术陶瓷及应用(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其它陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料，其断裂韧性可以达到10 Mpa m1/2以上，而一般陶瓷的韧性仅有3 Mpa m1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。

纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多，所以它对基体具有强化作用；同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力，从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料，例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30 Mpa m1/2以上，比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵，目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体，其强度和模量接近材料的理论值，极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用，主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。

三、功能陶瓷

功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷，已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。

导电性能

陶瓷材料具有非常广泛的导电区间，从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性，因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用，最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用，主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用，主要用来制造钠-硫电池，其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的，它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高，已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料，已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。

介电性能

大多数陶瓷具有优异的介电性能，表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其它金属原子置换后，会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上，而过去使用的云母小于10，所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态，但当温度超过这一临界值时，电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷，如锆钛酸铅,具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时，会产生一个相应的电信号，反之亦然，从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛，产品有压力传感元件、超声波发生器等。

光学性能

陶瓷在光学方面的应用主要包括光吸收陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维。利用陶瓷光吸收特性在日常生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉和珐琅。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面应用非常广泛。陶瓷也可被制造用来透过不同波长的光线，其中最重要的就是红外线透射陶瓷，它仅允许红外光线透过，被用来制造红外窗口，在武器、航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。这类材料的典型代表有硫化锌陶瓷和莫来石等。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，典型代表有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通讯信号的主要传输媒介，它是用高纯二氧化硅制成的，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性，是金属信号传输线无法比拟的。

磁学性能

金属和合金磁性材料具有电阻率低、损耗大的特性，尤其在高频下更是如此，已经无法满足现代科技发展的需要。相比之下，陶瓷磁性材料有电阻率高、损耗低、磁性范围广泛等特性。陶瓷磁性材料的代表为铁氧体，一种含铁的复合氧化物。通过对成份的严格控制，可以制造出软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。软磁材料的磁导率高，饱和磁感应强度大，磁损耗低，主要用于电感线圈、小型变压器、录音磁头等部件。典型的软磁材料有镍-锌、锰-锌和锂-锌铁氧体。硬磁材料的特性是剩磁大、矫顽力大、不易退磁，主要应用为永久磁体，代表材料为铁酸钡。矩磁材料的剩余磁感应强度非常接近于饱和磁感应强度，它是因磁滞回线呈矩形而得名，主要应用于现代大型计算机逻辑元件和开关元件，代表材料为镁-锰铁氧体。 (

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