功能陶瓷材料

功能陶瓷材料功能陶瓷材料是指对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分.它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶i瓷。功能陶瓷材料是陶瓷材料的一种，与大多数陶瓷材料的制备工艺步骤基本相似，一般包括以下步骤：配料f混合f预烧f粉碎f成型f排塑f烧结f后处理（极化、磁化等）。1、配料：根据配方（化学反应的配比）和生产需要的数量计算出各种原料所需的质量。用天平称取各原料。为使后面的化学反应顺利进行，原料的颗粒尽量小些（不要超过2m，.最好为纳米粉），纯度要高。对于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害杂质。2、混合：通常使用转动球磨机或振动球磨机进行，有用干法的，也有用湿法的，所用的球大多是玛瑙球。用球磨法不但可以混合，同时还可以使原料颗粒进一步被粉碎。球磨要足够长时间以使各成分原料均匀混合，最大限度地彼此接触，以利于后面的化学反应。当然，混合也可以采用其它方法，只要达到各原料的均匀混合就行。3、预烧：混合好的料进行预烧，目的是让各成分间进行化学反应，生成目标化合物。不同的化学反应有不同的条件（温度、压力、气氛等）要弄清这些条件。4、粉碎、成型：将预烧后的材料粉碎是为了成型。成型是按使用要求将材料做成某种特定形状的坯体。成型根据不同要求可以采用模压、轧膜等方式。为便于成型，成型前通常要在粉碎的料中加入某种粘合剂。常用粘合剂的配方及重量比为：聚乙烯醇15%，甘油7%，酒精3%，蒸馏水75%；在90°C下搅拌溶化。对模压、粘合剂一般是料粉重量的5%，而对轧膜，则粘合剂要达5、排塑：去除成型坯体中的水分、粘合剂的过程称排塑或排胶，一般采取加温办法。在粘合剂中，聚乙烯醇的挥发温度最高(200〜500°C),为使排塑彻底，要达到合适的排塑温度，并保温一定时间。在排塑的升降温中，速度不要太快，一般小于100C/h。6、烧结：这一过程是晶体结构形成和扩大的过程，可称为晶化过程。在预烧后粉碎成型的坯体中，已经存在着许多细小的晶粒，在一定的高温下，通过原子的扩散运动实现材料的晶化过程：一方面，在晶粒内部自由能较高的区域和晶界处生成新的晶核，不断长大；另一方面，由于晶粒表面张力的作用，一部分晶粒依靠“吞噬”另一部分晶粒而长大，这种长大常通过晶界的移动实现。7、后处理：极化、磁化等后处理是一些专用功能陶瓷烧成后的必要处理过程，目的是使各晶粒中的某性能尽可能按同一方向排列，以达到块材整体具有较强的性能。大名鼎鼎的压电陶瓷是功能陶瓷中的重要代表。1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场，使其自发极化沿电场方向择优取向，除去电场后仍能保持一定的剩余极化，使它具有压电效应，从此诞生了压电陶瓷。所谓压电效应即为某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。压电陶瓷的制造特点是在直流电场下对铁电陶瓷进行极化处理，使之具有压电效应。一般极化电场为3〜5kV/mm，温度100〜150°C，时间5〜20min。这三者是影响极化效果的主要因素。性能较好的压电陶瓷，如锆钛酸铅系陶瓷，其机电偶合系数可高达0.313〜0.694。在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。大名鼎鼎的超导陶瓷材料也是功能陶瓷的杰出代表。1987年美国科学家发现钇钡铜氧陶瓷在98K时具有超导性能，为超导材料的实用化开辟了道路，成为人类超导研究历程的重要里程碑。电容器陶瓷能储存大量的电能，目前全世界每年生产的陶瓷电容器达百亿支，在计算机中完成记忆功能。而敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、力等外界条件的变化而产生敏感效应：热敏陶瓷可感知微小的湿度变化，用于测温、控温;而气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测、控制、报警和空气调节；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、自动曝光、和自动记数。磁性陶瓷是部分重要的信息记录材料。此外，功能陶瓷材料的用途还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、仪器