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传统陶瓷与新型陶瓷有什么区别?
2022年04月27日 发布 分类:粉体入门 点击量:240
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陶瓷制品是多种多样的,从微细的单晶晶须、细小的磁芯和衬底基片到几吨重的耐火炉体砌块,从严格控制其组成的单相制品到多相多组分的砖瓦,从无气孔而透明的各类晶体和玻璃到轻质绝缘的泡沫制品。品种如此之多以至于没有一种简单的分类方法是恰当的。从历史的发展和生产的吨位来看,把以矿物为原料的制品(大多数是硅酸盐)与新型的非硅酸盐制品分别加以考虑是比较合适的。


传统陶瓷

可以把传统陶瓷定义为组成硅酸盐工业的那些陶瓷制品,主要是黏土制品、水泥以及硅酸盐玻璃。

硅酸盐陶瓷工业最大的一个分支是各类玻璃制品的制造业,绝大多数是制造钠钙硅酸盐玻璃。陶瓷工业第二大分支是石灰及水泥制品,在这一门类中最大的一组材料是用于建筑结构的水硬性胶凝材料。白瓷这一分类中所包括的制品类别更为形形色色,有陶器、瓷器和类似细晶瓷的制品,后者涉及多种多样的特种制品和特殊用途。传统陶瓷的另一个分类是搪瓷,它主要是覆盖在金属上的硅酸盐玻璃质涂层。另外一组是结构用的黏土制品,主要由砖和瓦组成,但也包括多种类似的制品如排水管等。传统陶瓷工业中特别重要的一族是耐火材料,大约有40%的耐火材料工业是烧制黏土制品,另外40%是重质地非黏土耐火材料,如镁砖、铭砖以及其他类似的组成物;此外,还有需求量很大的各种特殊耐火制品。磨料工业主要是生产碳化硅和氧化铝磨料。最后,陶瓷工业还有一个分支,它并不生产上述陶瓷制品,而是和陶瓷及其原料的矿物制备有关。

可以很恰当地把绝大多数传统陶瓷工业称为硅酸盐工业,这种描述与1899年向美国陶瓷学会提出的建议是一致的。硅酸盐工业仍然包括了整个陶瓷工业中最庞大的一部分,从这一点看来,可以把硅酸盐工业看成是这一领域中的骨干。

新型陶瓷

尽管陶瓷工业是古老的,但它并没有停滞不前。虽然传统陶瓷或硅酸盐陶瓷无论在产量上还是产值上都占陶瓷材料生产的大部分,但多种多样的新型陶瓷已在近20年中得到了发展。这些新型陶瓷具有独特的或卓越的性能,因而引起人们的特别注意。它们或是为了满足耐高温、优越的机械性能、特殊的电性能和较高的抗化学腐蚀性等方面的特殊需要而加以发展,或者或多或少是偶然发现而成为陶瓷工业中的一个重要部分。为了说明这种发展的活跃状况,简单地叙述其中几种新型陶瓷是有益的。

纯氧化物陶瓷已经发展到了高度均匀并具有优良性质的水平,适用于特种电器元件和耐火元件。最常用的氧化物有氧化铝A12O3).氧化错(ZrO2)、氧化钍(ThO2)、氧化铍(BeO)、氧化镁(MgO2);尖晶石(MgAl2O4)和镁橄榄石(Mg2SiO4)。

以二氧化铀(UO2)为主的核燃料已经得到广泛应用。这种材料具有作为燃料材料在核反应堆中长期使用以后仍保持其良好性质的独特能力。

像锯酸锂(LiNbO3)和掺铜改性错钛酸铅(PLZT)这样的电光陶瓷是一类可用以将电信息转变为光信息、或是在电信号指令下执行光学功能的材料。

已经发展出了具有多种组成和用途的磁性陶瓷。这类陶瓷构成了大型计算机中磁性记忆元件的基础。这种陶瓷独特的电性能在高频微波电子技术中特别有用。

目前正在制备种类繁多的单晶,目的在于取代无法获得的天然晶体或者使用其本身具有的独特性能。红宝石和石榴石激光晶体以及蓝宝石管和基片是从熔体中生长出来的;大尺寸的水晶则是用水热法生长出来的。

具有特殊用途和优异性能的氮化物陶瓷已经出现。这类陶瓷包括实验室炼铝用的耐火材料氮化铝,以及已经商品化的重要新型耐火材料和可能发展成燃气轮机部件的氮化硅和赛隆(SiAlON),还有一种很有用的耐火材料氮化硼。

铝搪瓷已经发展成为建筑工业的一个重要部分。

金属陶瓷复合材料已经得到了发展并成为机械切削加工工业的一个重要部分,作为耐火材料具有重要的用途。这一族中最重要的成员是用金属黏结的各种碳化物以及铬合金和氧化铝的混合物。

具有独特性能的碳化物陶瓷得到了发展,其中碳化硅碳化硼是极为重要的研磨材料。

已经发展出了具有高温强度和抗氧化等独特性能的硼化物陶瓷。

诸如钛酸根一类的铁电陶瓷得到了发展,它具有极高的介电常数,作为电子元件特别重要。

非硅酸盐玻璃得到了发展,特别适用于红外透射、特殊光学性能和半导体器件。

已经制成了组成和天然沸石相似、但其组成能得到更好控制的分子筛。其结构也可以进行调控,使它的晶格间距(这些化合物的晶格间距很大)可用以分离不同尺寸分子的化合物。

玻璃陶瓷是一类新材料。首先以玻璃的方式成形,然后使它成核并晶化而成为一种高度结晶的陶瓷材料。自从康宁(Corning)玻璃公司最先推出耐热玻璃Pyroceram以来,这一概念已经在几十种组成物中获得了应用。

已经在氧化铝、氧化钇、尖晶石、氧化镁、铁氧体等为基础的组成物中制备出了无气孔多晶氧化物。

许许多多其他新型的陶瓷材料在一二十年前还不为人知,而今天却在生产和应用。具有新奇而有用性质的新产品正在不断出现。从这一点上说,陶瓷工业是变化最快的工业之一。这些陶瓷材料之所以得到发展,是因为需要新材料来使目前有用的设计变成切实可用的产品。很多新的、在工艺上合理的结构与系统发展的最主要障碍就是缺乏令人满意的材料,而新型陶瓷正在不断地弥补这些不足。

陶瓷的新用途

对新的、更优良性能的需求导致了新型材料的发展;同样,基于它们的特性,这些新材料的出现又开辟了许多新用途。对陶瓷及其性能的深入理解加速了“新型陶瓷一新的用途一新型陶瓷”这一循环的发展。

在磁性陶瓷领域可以看到陶瓷新用途的一个发展实例。这类材料具有典型铁磁材料的磁滞回线。某些铁磁材料具有很近似方形的磁滞回线,特别适用于电子计算机的记忆电路。陶瓷这种新用途促进了对材料和工艺的广泛研究和发展。

另一个实例是核能的发展对铀(有时用针)浓度很高、具有抗腐蚀稳定性和经受大量铀原子裂变而不变质的能力的含铀燃料提出了需求。从许多应用来看,作为核燃料的UO2是一种特别好的材料。因此,氧化铀陶瓷已成为反应堆技术中的一个重要部分。

在火箭和导弹的发展中,鼻锥和火箭喷管是两个关键部件,它们需要经受极高的温度并具备良好的抗冲蚀性能。陶瓷材料在这两个部件上得到了应用。

在金属的高速切削方面,人们长期以来已熟知氧化物陶瓷作为切削刀具在许多方面所表现出来的优越性,但是较低且不稳定的强度却阻碍了其正常的使用。强度高且稳定的氧化铝陶瓷的发展使其在金属切削中得到了应用从而为陶瓷材料开辟了一个新的应用领域。

1946年发现钛酸根的介电常数比其他绝缘材料大100倍,从此,一类新型铁电材料得到了发展。用这类铁电材料做成的电容器比其他电容器尺寸小而容量大,从而改进了电子线路,开辟了陶瓷材料的一个新用途。

在喷气式飞机和其他应用上,金属部件不得不用昂贵且在战争时期难以得到的合金来制造,以便经受住中等程度的高温。当采用一种陶瓷保护涂层后,温度极限得以提高,这就使得使用温度得以提高,或者可以使用成本较低又不太紧缺的合金作为替代品。

还可以举出甚至几年前还不存在的陶瓷的许多新用途。我们还可以期待现在不能预料的一些新用途将会不断出现。


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