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陶瓷的性能:热性能和光性能
2022年07月13日 发布 分类:粉体入门 点击量:104
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决定陶瓷材料许多用途的物理性能是那些和温度变化直接有关的性能。对于所有的陶瓷来说,不管其用途如何,这些性能都是重要的。例如对于作为隔热体或在要求有良好的抗热应力情况下的应用,这些性能则是关键性的。

热性能

我们主要考察的热学性能是热容(改变温度水乎所需的热量)热膨胩系数(温度每变化1°时体积或线尺寸的相对变化)和热导率(每单位温度梯度通过物体所传导的热量)。在制造和使用过程中进行热处理时,热容和热导率决定了陶瓷体中温度变化的速率这些性能是确定抗热应力的基础,同时也决定操作温度和温度梯度。对于用作隔热体的材料来说,低的热导率是必需的性能。陶瓷体或陶瓷构件中的不同组分由于温度变化而产生的不均匀膨胩能够引起相当大的应力。在陶瓷配方的设计、合适涂层的研制、釉和搪瓷以及将陶瓷和其他材料结合使用时所遇到的许多最常见的困难都起因于温度所引起的尺寸变化。

热容

热容是使材料温度升高所需的能量的度量。从另一个观点来说,它是温度每升高一度所增加的能量。

把材料从绝对零度下的最低能量状态提高温度所需的能量用于:

1.使原子以一定的振幅和频率围绕其晶格位置振动(振幅和频率取决于温度)所需的振动能量;

2.使气体分子、液体分子和具有转动自由度的晶体分子转动所需的转动能量;

3.提高结构中电子的能级;

4.改变原子位置(例如形成肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷、无序化现象、磁性取向或者在转变范围内改变玻璃的结构)。所有这些变化都对应于内能的增加,同时伴随有构型熵的增加。

热膨胀

长度和体积随温度的改变而发生的变化对许多应用来说是重要的。一般来说,这两个量都是温度的函数,但对于有限的温度范围内,采用平均值就足够了。

热导

陶瓷的主要用途常常是作为隔热体或作为热导体。这些应用的有效性在很大程度上由特定温度梯度下热量通过陶瓷体传递的速率决定。

光性能

陶瓷制品许多不同的光学性质是与不同的用途相关的。也许最重要的是那些用作窗口、透镜、棱镜、滤光镜或者在其他方面需要的光性能作为材料的主要功能的光学玻璃和晶体。但是像瓷砖、陶瓷餐具、艺术瓷、搪瓷和卫生瓷之类的制品的价值和用途也在很大程度上取决于诸如颜色、半透明度和表面光泽等性质。因此,对大多数陶瓷来说光学性质有着这样或那样的重要性。

由于可能要考虑的光学性质的多样性和复杂性,我们必须把注意力限制在问题的几个主要方面,而不试图作包罗万象的论述。为此我们首先研究用于光学系统的重要性能折射率和色散,这些性能构成光学玻璃广泛应用的基础;然后我们研究光的反射、散射、反射率、半透明性和光泽等问题;最后我们研究在陶瓷系统中光的吸收和颜色的形成与控制以及一些更新的应用。

陶瓷中的电磁波

电介质材料对电磁辐射起的作用不同于自由空间,这是因为电介质材料含有可以被位移的电荷。对于正弦电磁波,存在着波速和强度的变化。

电介质材料的光学性质通常是引人注意的,因为和其他类型的材料比较起来,它在电磁波频谱的光学部分有良好的透过性。在短波区域,这种良好的透过性在紫外吸收限终止。

折射率和色散 

当光从真空进入较致密的材料时,其速度降低。这两种速度之比决定了折射率。

折射率是光频的函数,通常随波长的增加而减小。这种折射率随波长的变化称为色散,并且已经有多种方法来定义。在所考虑的任何波长,可以直接给出色散。


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