无极功能材料论文

1、无机功能材料课程论文  (工程硕士) 功能陶瓷研究现状及技术发展 姓 名 李 祝 专 业 化学实验与技术 学 号 2111306021 任课教师 何湘柱 完成时间 2013年 11月 10日 14 目 录摘 要1关键字11 绪论22 分类介绍3 2.1 电子陶瓷3 2.1.1 绝缘陶瓷3 2.1.2 压电陶瓷4 2.1.3 介电陶瓷5 2.1.4 半导体陶瓷6 2.1.5 磁性陶瓷7 2.2 纳米功能陶瓷材料8 2.3 超导陶瓷；9 2.4 自洁功能陶瓷103 结论104 展望和预测11参考文献12摘 要介绍几种功能陶瓷的发展现状及研究状态。分别介绍了他们的性能，特点。综述近些年来的

2、功能陶瓷发展历程以及对新型的功能陶瓷优点进行分析，重点介绍了几类功能陶瓷。关键字功能陶瓷；新型材料；材料研究；智能材料；技术发展AbstractIn this review ,we have introduced the development and research status of several kinds of functional ceramics,and introduced their performance, characteristics respectively .We retrospect the development of functional ceramics

3、and the model in recent years .Then analyzed the advantages of functional ceramics. In this review we have focused on several kinds of functional ceramics.Key words functional ceramics; new material; material research; smart materials; technology development 1 绪论陶瓷是一类无机非金属固体材料,陶瓷材料的形态可以分为单晶，烧结体，玻璃,复

4、合体和结合体。但是他们各有缺点。单晶具有精密功能，但成型加工困难，成本高，硬而脆。多晶材料采用烧结方式成型。陶瓷的典型代表包括瓷器，耐火材料,水泥，玻璃和研磨材料,传统陶瓷往往含有很多天然材料。因为陶瓷具有很多的优点，但传统的陶瓷由于自身存在很多的局限性，所以今年来制陶工艺发展迅速，开发出大量的新型功能陶瓷。功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历了从电解质陶瓷半导体陶瓷快离子导体陶瓷高温超导陶瓷的发展过程1。新型功能陶瓷材料是以电、磁、光、声、热、力学、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输、处理和存储等功能为其特征的新型材料,已成为微电子技术、激光技术、光纤技术、传感技术以及空间技术等现

5、代高级技术发展不可替代的重要支撑性材料。目前功能陶瓷在计算机技术、微电子技术、光电子技术等领域应用广泛，成为推动我国科技发展的重要功能性材料近几十年来，制陶工艺发展迅速，制得了广泛应用在电子，能源等诸多领域的耐热性高，机械强度高，耐腐蚀，绝缘，及各种电磁优越性能的新型陶瓷材料2 。随着现代新技术的发展,功能陶瓷及其应用正向着高可靠、微型化，薄膜化、精细化，功能、智能化、集成化、高性能、高功能和复合结构方向发展，这使得他们的应用越来越显著的在我们的生活中。功能陶瓷与结构陶瓷相对而言。传统的陶瓷与新型功能陶瓷在原料和工艺方面有很大的区别。传统陶瓷主要是硅酸盐类而新型的功能陶瓷为更多的知识技术与科技

6、密集型产品。功能陶瓷的第一个突破性的进展是具有高介电常数的新材料钛酸钡的发明。功能陶瓷的第二个突破性进展是具有压电性的陶瓷材料问世20世纪40年代末钛酸钡与50年代粗酸铅陶瓷研制成功,很快就被应用于能量转换和各类水声、超声、电声换能器等。压电陶瓷的应用使得功能陶瓷在无机新材料领域里具有稳固的地位,也已形成几十亿美元的市场。功能陶瓷的第三个功能是半导电性，20世纪70年代正温度系数(PTc)和负温度系数(NTC)陶瓷的研制成功,标志着如今的陶瓷材料已不是传统意义上的绝缘材料。功能陶瓷的第四个突破性进展是铁电理论的研究与铁电性能在新技术中的应用研究与开发(如铁电存储器、红外热释电、光电效应等)19

7、60年,Cochrna和Andesron正式发表了说明铁电性起因,亦即自发极化产生的软模理论对陶瓷而言,其压电、热释电、电光和其他非线性效应是起源于自发极化受应力、温度或电场作用而引起的变化。铁电性已成为具备其他效应的必要条件铁电陶瓷也因此而得名。功能陶瓷的第五个功能是始于加世纪80年代的诱导相变与超导研究。已有不少学者认为,陶瓷高温超导性与电子和声子的非线性相互作用及晶格的不稳定性与引起铁电性的结构相变有关。此外,在超硬度，超高强度，高耐热,以及对光和某些射线高透明的陶瓷开发应用也取得了长足的进步,对人类社会高科技新技术的发展做出了应有贡献3。 目前我国功能陶瓷的发展并不算达到领先地位。很多

8、领域的发展也在探索创新阶段。功能陶瓷的种类和应用范围较大，我国在研究过程中不可能面面俱到，因此在研究过程中应做到抓住重点，突出优势。我国在超导陶瓷、电解质陶瓷等方面的研究取得了显著成绩，我们应在此基础上再接再厉，加强与国家先进水平之间的技术交流，保证我国在该类功能陶瓷研究中处于领先地位。功能陶瓷材料未来前景广阔，在应用上具有较大潜力，因此，为了满足未来发展需求，我们应从应用基础做起，脚踏实地，建立完善的研究体系，充分发挥团队作用，提高现有资源的利用率，为我国功能陶瓷的研究做出突出贡献。2 分类介绍2.1 电子陶瓷在功能陶瓷中与电子远动状态有关并用于电子技术中的各种陶瓷称为“电子陶瓷”包括绝缘陶

9、瓷，压电陶瓷，介电陶瓷，半导体陶瓷，磁性陶瓷，光学陶瓷。他和金属材料，半导体材料及有机材料一样。最近，陶瓷材料对传感器技术的发展引起人们的关注。据日本电子材料工业会统计资料，1983年日本电子陶瓷总产值为2066亿日元占全部电子材料总产值的67%，1985年的电子陶瓷总产值为1189亿日元。可见电子陶瓷在整个电子材料的中的地位4。2.1.1 绝缘陶瓷 高导热电绝缘陶瓷是特种陶瓷材料中的一朵奇葩.高导热电绝缘陶瓷出现得很早,但那时没能认识到它优良的热、电性能而作它用.近30年来,随着大规模集成电路、计算机技术、高温工业的发展,关于高导热电绝缘陶瓷的研究和应用也得到了较大的发展.随着研究的深入,高

10、导热电绝缘陶瓷的应用前景也将更为广阔，特别是空间技术、电子技术、计算机技术的发展,迫切需要一些有特殊性能的材料,特种陶瓷(special ceramics)5由于具有优异的性能，使得人们研究开发高温热电绝缘陶瓷的兴趣加深。徐小兵，陈蔚鸿6基于神经网络的绝缘陶瓷电火花加工工艺效果预测模型用于研究可以映射电参数与加工结果之间的关系。而纪仁杰7等基于传热导理论绝缘陶瓷高瞬时能量密度单脉冲放电的温度场模型。 绝缘陶瓷研究还主要体现在如下方面：1，新材料的研发2，在原料上除采用纯度高的化合物外,高导热电绝缘陶瓷的成形和烧结工艺也给予了材料工作者较多的研究内涵,并取得了较大的进展.1966年Bergman

11、n和barrington8,提出了陶瓷粉末材料的冲击波活化烧结新工艺的概念。凝胶浇注(gel casting)9和直接凝聚浇注工艺(direct coagalation casting)10。在国内外的一些实验室中已成功地利用这两种工艺制备形状复杂的氧化铝、氮化硅、碳化硅等制品11,12。绝缘陶瓷还可以用于电火花磨削加工13。绝缘陶瓷的磨削加工问题基于绝缘陶瓷辅助电火花加工原理的绝缘陶瓷电火花磨削加工方法。陶瓷具有硬度强度高，耐腐蚀、耐高温性能强,化学惰性好。20世纪90年代,日本长冈科技大学的福泽康教授和东京大学的毛利尚武教授在用电火花加工金属和绝缘陶瓷的结合面时,发现金属侧被电火花加工蚀除

12、的同时,绝缘陶瓷也被加工蚀除，从而发明了绝缘陶瓷辅助电极法电火花加工技术,并且利用辅助电极法进行了绝缘陶瓷电火花成形加工和电火花线切割加工的研究14-16。高温结构材料、金属熔液的浴槽和电解槽衬里、熔融盐类容器、金属基复合材料增强体、主动装甲材料等.尤其是其导热性良好,并且具备低的电导率、介电常数和介电损耗,使之成为高密度集成电路基板和封装的理想材料.同时也可用作电子器件的封装材料、散热片以及高温炉的发热件等.随着科技的发展,高导热电绝缘陶瓷固有的缺点脆性得到改善,性价比得到提高。高导热电绝缘陶瓷具备优良的综合性能,是近年来受到广泛关注的新一代先进陶瓷,在多方面都有着广泛的应用前景.2.1.2

13、 压电陶瓷 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等晶体结构上没有对称中心,因而具有压电效应,已被广泛应用于医学成像声传感器、声换能器、超声马达等17,19, 即具有机械能与电能之间转换和逆转换的功能。压电陶瓷最大的特性是具有压电性,包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下,其电荷密度与外力成正比,反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心发生相对位移而被极化,由此

14、位移导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。压电陶瓷材料具有成本低、换能效率高、加工成型方便等优点,常用于制作压电器材、滤波器、谐振器和变压器等。常用的压电元件: 传感器、气体点火器、 报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯等介电陶瓷。二元系锆钛酸铅Pb(ZrxTi1-x)O3(简称PZT)压电陶瓷的压电性能和温度稳定性以及居里温度等都大大优越于其他陶瓷,更重要的是PZT还可以通过改变组分或变换外界条件使其电物理性能在很大范围内进行调节,如三元系,四元系等,以适应不同需要20。因此很快成为国内外学者研究的主要对象。压电陶瓷的新应用主要在于压电陶瓷材料性能的日趋完善,使得它已成为功能陶瓷中应用

15、最广泛的一类材料。不仅应用在工业和民用产品上,如通讯设备中的陶瓷滤波器、陶瓷鉴频器、陶瓷衰减器、水下通讯和探测的水声换能器和鱼雷探测器，雷达、电视机、计算机中的陶瓷变压器和陶瓷表面波器件,而且在军事上同样也获得了大量应用,如将压电陶瓷做成水声换能器,可以顺利进行水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷等工作。用压电陶瓷做成的压电引信,可以精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器。除此以外,在精密测量、导航、超声探伤、超声清洗、超声诊断等方面也有广泛应用。随着表面组装技术(SMT)的发展,逐步要求功能陶瓷元器件多层片式化、片式元件集成化、集成元件模拟化和多功能化等21。目前,最新研究热点问题是如何实现压电陶

16、瓷的多功能集成,获的集成化、智能化、小型化的新型压电器件。本实验室在这方面也取得了一定的进展,实现了压电压磁多功能材料和电磁流变液结合的新型声学与振动控制器件,以适应主动振动控制、强振隔离体、航空航天、机器人、动力机械等的快速制动控制;核设施、医疗保健、桥梁工程等抗(防、减)震(振)的需要;用于防次声和爆炸冲击波等的危害22。目前国内的压电陶瓷主要在铁电压电陶瓷，（1）无铅压电陶瓷有关无铅压电陶瓷的研究日本在世界上占重要位置，发表了诸多参考价值较大的专利和论文。但是和铅基陶瓷研究相比无铅压电陶瓷还存在一定的差距，需要经过长期的探索和研究。最近，含铋层状机构无铅压电陶瓷和钛酸铋钠系统的研究获得了

17、显著的效果，在不久的将来会广泛应用于电子产品领域。（2）弛豫铁电单晶体早在20世纪90年代弛豫铁电单晶体研究已获得突破性进展，成功的研究出了接近实际要求的单晶体，尤其可使机电耦合系数达到92%以上，压电系数达到了2000×10-12/N，储存能量密度达到了130 J/kg，这些指标均超过现有各种压电材料，为声呐探测、医学超声成像等领域的研究奠定了坚实的基础。2.1.3 介电陶瓷 陶瓷材料特有的高强度、耐热性、稳定性等特点，被人们普遍看好用作集成电路板的制造材料。现作为集成电路基板的陶瓷材料主要有氧化铝、氧化铍、碳化硅及氮化铝等，其中以氧化铝应用最为普遍。这类陶瓷的介电损耗低，机械强度

18、高，已被广泛应用于基板材料。氧化铍最大的优点是导热系数高，但制造工艺较复杂，成本高，毒性大，限制了它的使用。碳化硅的导热性优于氧化铝，有人采用热压方法，已制成高性能基板，工作到200左右时其性能仍能满足实用要求，但是由于添加剂有毒性，同时热压烧结工艺复杂，限制了它的发展。2010年来氮化铝基板引起国内外的普遍关现阶段日本商品化生产氮化铝的热传导率是阶段广泛使用的氧化铝瓷热传导率的10倍左右，其他电性能也和氧化铝陶瓷大致相当，有希望成为超大规模集成电路的下一代优质基板材料。杜锋涛等23研究低烧钛酸钡基介电陶瓷具有降低能耗,抑制晶粒过度生长以及适合制造贱金属内电极多层陶瓷电容器等优点。钛酸钡是典型

19、的铁电材料,是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一,被誉为电子陶瓷工业的支柱。由于它具有铁电、压电、正温度系数效应等优异的电学性能,使其成为电子工业和陶瓷工业中的关键性材料如陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、铁电和压电器件等都是以BaTiO3为基础材料24目前对低烧钛酸钡基介电陶瓷的改性也称为研究的热点。低温烧结也成为研究的难题。将玻璃组分直接加入陶瓷配方中可以形成/玻璃-陶瓷25。在烧结过程中陶瓷晶粒从玻璃中析晶出来,玻璃组分聚集在晶界层。它可以使玻璃成分均匀地掺入陶瓷中,掺杂用量较少,降烧作用明显。这种方法在正温度系数热敏电阻(PTC)26和钛酸锶钡(BST)27,28陶瓷中应用较多 降低BaTi

20、O3基陶瓷烧结温度的方法主要有:(1)添加助烧剂,通过烧结过程产生的液相来加速晶粒的重排,降低陶瓷的烧结温度;(2)使用高活性超细粉体,增大烧结动力,促进活性烧结,从而降低烧结温度;(3)改变烧结方法,如火花等离子体烧结法(SPS)、微波烧结法等。微波介电陶瓷业是研究的热点之一。曹良足29宗述了碳酸锌微波介电陶瓷近几年的发展现状和技术分析了形成固溶体、生成新的化合物和添加助熔剂对钛酸锌陶瓷的烧结性、相结构和微波介电性能的影响。杜若昕27微波介电陶瓷与微波磁介电陶瓷的研究报道微波陶瓷的应用越来越受到人们的重视。因为非磁性微波介质陶瓷是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。随着微波集成线路发展的迫

21、切需要,作为制造其振荡元件的主要材料,微波介质陶瓷的研究也越来越受到重视。另一类在微波波段使用的陶瓷材料是磁性氧化物陶瓷。近年来，在微波介质陶瓷研究中一个重要的、引人注目的研究动向是综合非磁性微波介质陶瓷和磁性氧化物陶瓷的优点,研究和开发一种新型微波磁介电陶瓷。其基本要求是在不牺牲低介电损耗和高饱和磁化强度的前提下达到较高介电常数,以实现器件小型化。目前的研究重点在于测定并分析各材料体系的相平衡关系,从而寻找改善材料性能、发展实用材料的途径。2.1.4 半导体陶瓷 采用陶瓷工艺成型的多晶陶瓷材料，与单晶半导体不同的是,半导体陶瓷存在大量晶界,晶粒的半导体化是在烧结工艺过程中完成的，因此具有丰富

22、的材料微结构状态和多样的工艺条件，特别适用于作为敏感材料。半导体陶瓷材料中气敏陶瓷种类较多，尤其是SnO2气敏传感器性能优越是现在应用较为广泛的半导体材料。这类材料对乙醇、甲烷、一氧化氮等气体的灵敏度较高，而且能够重复使用，因此具备较高的使用寿命。如果使用纳米级的材料能够显著提高SnO2气敏性能。半导体陶瓷的制造工艺比单晶半导体简单的多。成分和结构也比单晶灵活。因而价格便宜加之传感器发展迅速，使得半导体陶瓷的发展十分引人注目。半导体的主要用途在于敏感元件的应用:热敏电阻材料。当温度变化时陶瓷热敏电阻的温度电阻呈现三中不同的形式，负温度系数热敏电阻；临界温度系数热敏电阻；正温度系数热敏电阻。而且

23、其热敏感电特性远比金属材料大。压敏电阻陶瓷。压敏电阻陶瓷是具有非线性伏安特性，对电压变化敏感的半导体陶瓷他在某一临界电压以下，电阻值非常高。几乎没有电流，但当超过这一临界电压电阻机具变大，电流急剧增加。压敏电阻的主要材料有SiC，BaTiO3 和ZnO 系列陶瓷。光敏陶瓷。用陶瓷材料做做光敏元件最主要的有光敏电阻和热释电型红外传感器。由多晶CdS制成的光敏电阻是目前最典型的光敏材料。CdS制成的光敏电阻对可见光具有良好的光谱效应。CdS制成的光敏电阻作为光敏元件可供型号检测自然光检测。成本低，体积小，实用性强。气敏电阻。表面吸附气体分子，电导率将发生变化，这种半导体气敏电阻可以用于防止环境气体

24、污染，和爆炸事故的发生。湿敏电阻。半导体湿敏电阻的作用机理和气敏电阻的机理相似。即利用表面的吸附引起的电导率的变化获取信号。目前陶瓷湿敏电阻元件制造工业分为烧结型，磁粉涂覆膜型，和厚膜印刷型。但一般来说烧结型比较普遍。这些元件具有精度高，重现性好，结构牢固，工作寿命长等优点。2.1.5 磁性陶瓷 分为硬磁性和软磁性材料两类,前者易磁化,也不易失去磁性。代表性硬磁材料为铁氧体磁和稀土磁体, 主要用于磁铁和磁存贮元件。软磁性材料可磁化及去磁，磁场方向可以改变，主要用于交变磁场响的电子部件。人类研究铁氧体是从20世纪30年代开始的,早期有日本、荷兰等国对铁氧体进行了系统的研究;在20世纪40年代开始

25、有软磁铁氧体的商品问世;20世纪50年代是铁氧体蓬勃发展的时期。1952年磁铅石硬磁铁氧体研制成功;1956年又在此晶系中开发出平面型的超高频铁氧体,同时发现了含稀土元素的石榴石型铁氧体,从而形成了尖晶石型、磁铅石型和石榴石型三大晶系铁氧体材料体系,应该说铁氧体的问世是强磁学和磁性材料发展史上的一个重要里程碑。至今铁氧体磁性材料已在众多高技术领域得到了广泛的应用30。主要集中研究复合铁氧体材料以及纳米尺寸的铁氧体来控制其电磁参数31。 铁氧体吸波材料，铁氧体吸波材料通常分为尖晶石型铁氧体与六角晶系铁氧体两种类型。可用于吸收波长，制备隐身武器。所以近年来研究者主要集中研究复合铁氧体材料以及纳米尺

26、寸的铁氧体来控制其电磁参数32。在合成磁流体中主要用滴定水解法33,34，Massart水解法36信息存储铁氧体材料，可用于卡磁带记录歌曲，电脑的信息记录存储。磁性流体，磁流体是一种新型的功能材料,它由磁性颗粒,稳定剂(表面活性剂)和载液三部分组成,在磁场作用下显示出优于其他磁性材料的优良性能,因此被广泛应用36。徐小玉37,对磁性陶瓷靶材进行了探讨，结果得到靶材为尖晶石型铁氧体和二氧化硅的复合材料,收缩率达14.37%,能在高真空多功能磁控溅射仪正常工作,并成功制备得到性能良好的软磁薄膜。整个制备过程工艺简单,操作方便可行,大大降低了靶材的制备成本。在磁性流体的流变性研究方面,开发出饱和磁化

27、强度高和矫顽力低甚至为零的磁流变液,特别是无毒、非抗原、物理化学性质稳定并具有与药物配伍不发生任何反应的水溶性磁流变液,是磁性流体在生物医学研究应用的一个重要方向38。2.2 纳米功能陶瓷材料纳米功能陶瓷是指通过有效的分散复合而使异质相纳米颗粒均匀弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷纳米功能陶瓷的性能是和其特殊的微观结构相对应的，它的性能不仅取决于纳米材料本身的特性，还取决于纳米材料的物质结构和显微结构39。纳米功能陶瓷是应用于空气净化及水处理等具有抗菌、活化、吸附、过滤等功能的新型高科技陶瓷, 具有以下功能: (1) 远红外释放功能: 普通水

28、的pH 值为7,经过远红外作用后其pH变为呈弱碱性,弱碱性离子水有益健康，并能加速水分子运动,从而使水的渗透力、扩散力、溶解力、代谢力增强,并产生水保护膜,使普通水变成活性水。(2) 负离子释放功能:负氧离子具有较高的活性,有很强的氧化还原作用,能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性,从而达到抗菌杀菌的目的。负离子在空气中移动是呈现Z字形的，而且输送负电荷给细菌、灰尘烟雾、微粒以及水滴等,电荷与这些微粒相结合聚成球而下沉,从而达到净化空气目的。在室内装修过程中使用的装潢材料挥发出来的苯、甲醛、酮、氨等刺激性气体以及日常生活中剩菜剩饭酸臭味,香烟等对人本有害的异味,负离子都能有效地加以消除。

29、(3) 光催化抗菌功能: 在波长400nm的光照射下,价带电子被激发到导带,形成了电子和空穴,与吸附于其表面O2 和H2 O作用,生成超氧化物阴离子自由基,O2 和羟基自由基OH,其自由基具有很强的氧化分 解能力,能破坏有机物中C- C链、C - H键、C- N 键、C - O 键、O - H 键、N - H 键并杀死细菌,对空气净化和水处理有极佳效果。(4)除臭，吸咐过滤功能。(5)矿化功能等。由此见纳米陶瓷将具有十分广阔的应用前景40。2.3 超导陶瓷；1986年Bednorz等研制的Ba一La一Cu一Q系氧化物混合相烧结体在13K以下电阻率为零,而且在35K附近呈现开始随温度降低而减小的

30、趋势,从30K附近呈现反磁性。这暗示着有高温下实现超导的可能性。这项研究成果引起了世界各国的强烈反响,包括我国在内,美国、日本、苏联等国马上组织力量投入相关的研究。1987年2月24日中国科学院物理研究所发表了起始转变温度为10OK的Y一Ba一Cu一O系超导陶瓷以来,在世界。上进一步掀起了超导陶瓷材料研制、应用基础理论探讨和具体应用研究的热潮,1986年和1987年世界各国有关超导陶瓷材料及应用的专利申请就达1000件以上,1988年申请的件数又有明显增加这些工作中较大量的研究内容之一是提高超导陶瓷的临界转变温度T。力争至少达到室温或更高。据有的文献报道,苏联超导陶瓷的临界转变温度TC达到30

31、8K美国达到305K、日本达到338K,有的文章甚至报道在330K以上电阻达到零。SROvshinsky等宣布已经得到Y一Ba-Cu一O系Tc为巧SK的超导体类似的报道。材料的电阻随着温度的降低而降低。当温度降到某一程度后，某些材料的电阻突然消失，这种现象称为超导现象。以零电阻出现的状态称为超导态。1986年美国IBM的Zurich实验室的G.bednorz 和K.A.Muller 首先报道钡；镧，铜氧化物超导体的零界温度可达30K。掀起了研究氧化物超导体的序幕。这就为超导陶瓷的研究提供了可能41。超导陶瓷的应用和种类很多.李欣山42等研究了高Tc超导陶瓷线材高温可加工性发现铋系陶瓷线材具有较

32、好的可焊接性和高温可塑性。过CO2激光加热和烷氧焰加热,可以使铋系超导陶瓷线材熔融而焊接在一起,焊点经过退火处理后基本上可以恢复原有的超导性;当温度高于700时,铋系陶瓷线材可以弯绕;如果温度高于780,铋系陶瓷线材在自身重力作用下而拉伸。早在1992年陈昂43等对YBCO中掺杂SnO2系超导陶瓷的制备工艺、烧结机制、显微结构及超导电性进行了研究报道，结果表明适量掺杂SnO2有助于材料致密化,改善材料的烧结质量,且可显著提高该系材料的临界电流密度。超导陶瓷的热压研究也是一个比较好的方向，用以研究晶粒各向异性生长的规律及其对材料超导特性的影响。但目前对高温超导陶瓷的研究难题在于不理解他的微观导电

33、机理这类材料的电子结构和导电机理有悖于经典的理论。而了解高温超导的微观机理将对开发高温超导的新应用有极大的推动作用，并且也有助于寻找新的高温超导材料。超导陶瓷的应用也是多方面的。1，在电力系统方面，可以用于输配电。由于电阻为零，所以完全没有能量损耗，而这种能量损耗现在通常达到20%。可以制造超导线圈，由于可形成永久电流，所以可以长期无损耗地贮存能量。2、在交通运输方面，可以制造磁悬浮高速列车。可以制成电磁推进装置用于船舶和空间飞行器的推进。磁悬浮高速列车是利用列车内超导磁体产生的磁场和电流之间的交互作用产生向上的浮力，列车高速而无噪声。目前我国上海、成都、大连都已建成磁悬浮列车，表明我国在超导

34、磁悬浮的研究应用方面处于世界先进行列。3、利用超导陶瓷的约瑟夫逊效应可望制成超小型、超高性能的第五代计算机。所谓约瑟夫逊效应是指被真空或绝缘介质层（约厚10nm）隔开的两个超导体之间会产生超导电子隧道的效应。约瑟夫逊隧道结开关时间为1012s，超高速开关时产生的热量仅为106W，消耗功率少。这种器件的运算速度比硅晶体管快50倍，产生的热量仅为其1/1000以下，所以能高度集成化，许多国家都在研制。4、利用其抗磁性，在环保方面可以进行废水净化和去除毒物；在医药方面可以从血浆中分离血红细胞并正在研究抑制和杀死癌细胞；在高能物理方面利用其磁场加速高能粒子等。2.4 自洁功能陶瓷自洁功能陶瓷由陶瓷基体

35、和自洁功能材料两大主要部分构成,它是指在陶瓷制品表面或釉层中加入一种或几种具有抗菌、杀菌、防污、除臭和具有净化大气功能的材料,这些功能材料必须以较强的结合力附着在陶瓷上或者与陶瓷本身结为一体,同时对人体不产生任何危害,这样制得的多功能陶瓷称为自洁陶瓷。自洁功能材料可以分为两大类,一类是有机材料,另一类是无机材料。有机的自洁功能材料多用于塑料、橡胶、纺织行业等,而无机的自洁功能材料则多用于无机非金属行业,尤以玻璃和陶瓷行业应用较广。含金属离子的自洁功能材料其杀菌作用主要依赖金属离子中不稳定电子的迁,这些电子在迁移的过程中阻碍微生物的呼吸和代谢,从而阻碍其酵素作用,破坏其蛋白质44。物质根据其电性

36、可以分为导体、半导体和绝缘体。在半导体材料中,有这样一族材料,它们能够被光子激活,从而实现电子流动,这一族材料称为光催化半导体材料。其中经常应用的光催化半导体材料有:TiO2、ZrO2、V2O3、ZnO、CaS、Se、GaP、SiC等,在自洁陶瓷的研究中应用较多的为:TiO2、ZrO2和ZnO。光催化半导体材料的杀菌自洁作用均与其价带电子的跃迁有关,当光子照射该材料时,使价带中的部分电子跃迁到导带,而导带中的电子由于其不稳定而具有强烈的还原性,同时价带中留下的电子空穴具有强烈的氧化性31。远红外线自洁功能材料包括锆(Zr)、钴(Co)、镍(Ni)锰(Mn)其及氧化物,这类材料的杀菌自洁与其所放

37、出的远红外线射线有关,但这类材料的杀菌效果是有限的,它必须和以上两类自洁功能材料配合使用才有更好的应用价值。3 结论功陶瓷材料及应用发展方兴未艾作为一类新型无机非属材料它具有鲜明的学科交叉特点。其复合化和集成化是功能陶瓷向片式化模块多功能化发展的必然趋。LTCC为基础的功能陶瓷集成化及陶瓷微系统技术在通信技术微机电技术等领域，将发挥其独特作用。多种功能各异的无源子元件(电容电感电阻传感器天线等），通过低温共烧集成到单一模块的技术无源集成技术的兴起，开辟了功能陶瓷崭新的应用领域，同时提出了一系列材料与制备科学问题，如低温烧结和高性能兼优的功能陶瓷系列新材料零收缩LTC材料射频/微波LTCC材料，

38、三维与复杂结构陶瓷器件内电极的形成与通联技术高密度超薄陶瓷膜片的低成本流延制备技术，异质材料的共烧致密化行为，与界面兼容性的调控技集成陶瓷系统中的场分布计算仿真设计原理和性能模仿等。4 展望和预测 现今功能陶瓷的发展趋势可以归纳为以下几个特点：复合化，多功能化，低维化，智能化和设计材料工艺一体化。单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求，材料复合化技术可以通过加和效应与耦合乘积效应开发出原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综合功能效应最近提出的梯度功能材料也可看作一类特殊的复合材料功能性与结构性结合的材料，或者具有多种良好功能性的材料，为提高产品的性能和可靠性

39、，促使产品向薄，轻，小发展等方面提供了基础。当材料的特征尺寸小到纳米级，由于量子效应和表面效应十分显著，可能产生独特的电磁光热等物理和化学特性，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点之一，如铁电薄膜和超细粉体的制备等智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。 与发达国家相比我国在功能陶瓷材料的研究还存在较大差距,因此为了提高我国在功能陶瓷研究水平，缩短与国际水平之间的差距，在研究功能陶瓷材料应注意以下问题。首先，应发挥优势突出重点其次；其次，建立完善的研究体系。 功能陶瓷材料在推动科技发展方面发挥重要作用，因此我国应加强这方面的研究和探索，面对未来市场需求

40、，尽早部署有关的研究计划，为我国功能陶瓷的研究和发展奠定坚实的基础。 参考文献1 董显林. 功能陶瓷研究进展与发展趋势. 中国科学院院刊,2003,(6)：4072 唐宗薰. 中级无机化学. 北京：高等教育出版社,20033 曲远方, 徐括献，王裕斌.氧化物高温超导陶瓷.电子元件与材料,1989,8（3）:594 王兴斌. 功能陶瓷材料及其应用. 仪表材料,1987,18（3）:167-1735 王零森. 特种陶瓷. 长沙: 中南工业大学出版社,1994.6 徐小兵,陈蔚鸿. 基于神经网络的绝缘陶瓷电火花加工工艺效果预测模型. 机械设计与制造，2009（12）：1291307 纪仁杰,刘永红,

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