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氮化矽陶瓷廠家帶伱全面了解先進陶瓷材料

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氮化矽陶瓷廠家帶伱全面了解先進陶瓷材料

發布日期:2017-05-25 作者: 點擊:

  先進陶瓷通常指的是采用高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料,具有精确的化學組成,精密的制造加工技術和結構設計,并具有優異特性的陶瓷。先進陶瓷按種類可分為具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點的結構陶瓷,以及具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點的功能陶瓷。先進陶瓷廣泛應用于高溫、腐蝕,電子、光學領域,作為一種新興材料,以其優異的性能在材料領域獨樹一幟,受到人們的高度重視,在未來的社會中将發揮重要的作用。


  一、結構陶瓷

  結構陶瓷主要有:切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發動機部件、熱交換器和裝甲等。主要材料有氮化矽(Si3N4)、碳化矽(SiC)、二氧化锆(ZrO2)、碳化硼(B4C)、二硼化钛(TiB2)、氧化鋁(A12O3)和賽隆(Sialon)等。

  (1)Si3N4基陶瓷材料

  C纖維增強Si3N4基陶瓷材料,用ZrO2的變相效應防止由于纖維與基體的熱膨脹系數上的不匹配而産生的裂紋,所獲得的複合材料的斷裂韌性提高5倍。氮化矽陶瓷以其優異的綜合性能和豐富的資源成為高性能陶瓷中最有應用潛力的一種切削工具,每年約有140噸氮化矽粉末用于刀具制造,價值約3億美元。

  (2)碳化矽基陶瓷

  用熱壓工藝制得的碳化矽陶瓷,其密度可以接近理論密度,彎曲強度即使在1400℃左右的高溫仍可達到500~600MPa。用CVI法制得的C纖維補強的碳化矽複合材料,強度為520MPa,而斷裂韌性達到16.5MPa·m。加入25vol%TiB的碳化矽複相陶瓷,如果嚴格控制起始的顆粒尺寸,可使強度達到888MPa,斷裂強度達到8.8MPa·m。可以說碳化矽是高溫空氣中強度最高的材料,其熱導率僅次于氧化铍陶瓷材料。中國有很多企業生産碳化矽粉 ,其中很大一部分出口,但是主要都是低品味的用于制造耐火磚用的碳化矽粉。東歐有15萬噸/年的生産能力,北美的生産量為10萬噸/年。高純、高活性的碳化矽微細粉價格很高,為14-40美元/公斤,年需求額約1500萬美元,這種粉末用于制造高性能的碳化矽陶瓷。

  (3)氧化锆增韌陶瓷

  氧化锆增韌陶瓷在結構陶瓷研究中取得了重大的進展,經過增韌的陶瓷品種也很多,目前已經知道的可使氧化锆穩定的添加物有:氧化鎂、氧化鈣、氧化镧、氧化钇、氧化铈等單一的氧化物或它們的複合氧化物。被增韌的材料,除了穩定的氧化锆以外,還有氧化鋁、氧化钍、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷。在氧化鋁中添加16vol%的氧化锆增韌處理,得到材料的強度為1200MPa,斷裂韌性為15.0MPa.m。氧化锆增韌陶瓷材料在室溫下具有最高的強度和斷裂韌性,今後将着重提高其高溫的性能。


  二、功能陶瓷

  功能陶瓷是知識和技術密集型産品。人們先後發現了氧化物導體,固體電解質,壓電、非線性光學材料,鐵氧體、記憶材料,太陽能電池,高溫氧化物超導體等。随着電子産品向輕薄短小、多功能、高可靠性和高密度表面、高集成化的發展,功能材料也有着不斷的發展。

  功能陶瓷的品種繁多,這類材料具有微波介電性能、氣敏性能、超導性能、電阻梯度性能、鐵電性能及其相變行為、多層驅動性、弛豫性能等多種優良的功能,應用十分廣泛。

  (1)電子絕緣材料

  目前國内外常用的電子絕緣材料是Al2O3。近年來出現的新型電子絕緣材料,如AlN陶瓷,具有高強度、高絕緣性、低介電常數、高的熱導率等優良的性能,且其熱膨脹系數能夠與單晶矽相匹配,主要應用是作為大規模集成電路和電力模塊電路的散熱基闆。

  (2)電介質材料

  用于調諧電路、保護邏輯及記憶單元的陶瓷電容器介質材料多數為BaTiO3基材料,此外還有高介的複合鈣钛礦材料,以研制出頻率為105Hz時,介電常數高達105的高介材料目前晶界層電容器的出現,使常規瓷介電容器的介電常數提高數倍甚至數十倍。

  (3)壓電陶瓷材料

  常用的壓電元件:傳感器、氣體點火器、報警器、音響設備、醫療診斷設備及通訊等。通常的壓電材料是PZT,新型的壓電陶瓷材料主要有:高靈敏、高穩定壓電陶瓷材料、電緻伸縮陶瓷材料,熱釋電陶瓷材料等。

  (4)磁性陶瓷材料

  磁性陶瓷材料可分為硬磁性和軟磁性材料兩類,前者不易磁化,也不易失去磁性。代表性硬磁材料為鐵氧體磁鐵和稀土磁體,主要用于磁鐵和磁存儲元件。軟磁性材料易磁化及去磁,磁場方向可以改變,主要用于交變磁場響應的電子部件。

  (5)超導陶瓷材料

  從二十世紀80年代對超導陶瓷的研究有重大突破以來,對高溫超導陶瓷材料的研究及應用就倍受關注。近十幾年以來,我國在這方面的研究一直處于世界先進水平。目前高溫超導材料的應用正朝着大電流應用、電子學應用、抗磁性等方面發展。

  (6)抗殺菌陶瓷材料

  抗殺菌陶瓷材料是随着科學的發展及社會的文明而産生的新一代功能材料。無機抗殺菌劑按作用于微生物的機理可分為三類:一類是主要通過物理吸附或離子交換将銀 、 銅 、鋅等具有抗殺菌作用的金屬或其離子固定在沸石、磷灰石、矽膠、玻璃等無機材料載體上而制成;第二類是二氧化钛粒子光催化抗殺菌劑,二氧化钛在光照下能使氧分子變成活性氧,使水産生活性氧自由基而發揮抗菌殺菌的作用;第三類是具有遠紅外輻射功能的抗殺菌材料,遠紅外線的抗殺菌功能效果有限,因此這種材料必須與前兩種材料配合使用,才能有更好的應用價值。


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