陶瓷狀記憶材料的領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

劉鵬圖

摘要：陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。

關(guān)鍵詞：陶瓷材料，歷史與機(jī)理，應(yīng)用，新型材料

1前言

在熱和機(jī)械性能方面，主要性能包括：抗熱耐壓抗高溫、隔熱、硬度、抗磨損等;在光纖導(dǎo)線的抗靜電性能上主要包括有抗抗絕緣性、壓電性、半導(dǎo)體性、磁性等;在生物化學(xué)上的性能方面它還具備了熱催化、抗氧化、吸附等特殊化學(xué)功能;在其他生物技術(shù)上的方面，具有與各種人類其他生物的化學(xué)相容性等特點(diǎn)，并且它們可以廣泛用來設(shè)計(jì)制造各種人類生物的特殊結(jié)構(gòu)纖維材料。但也可能存在其他的缺點(diǎn)，如具有脆性。

2發(fā)展歷史

原來的陶瓷就是指陶器和瓷器的通稱。也就是通過成型和高溫?zé)Y(jié)所得到的成型燒結(jié)體。傳統(tǒng)的陶瓷材料主要是指硅鋁酸鹽。剛開始的時(shí)候人們對硅鋁酸鹽的選擇要求不高，純度不大，顆粒的粒度也不均一，成型壓強(qiáng)不高。這時(shí)得到陶瓷稱為傳統(tǒng)陶瓷。后來發(fā)展到純度高，粒度小且均一，成型壓強(qiáng)高，進(jìn)行燒結(jié)得到的燒結(jié)體叫做精細(xì)陶瓷。

3陶瓷材料原理

3.1熱輻射

熱交換主要分為有三種應(yīng)用途徑：加熱傳導(dǎo)、對流和加熱輻射。為了有效地控制散熱，人們往往認(rèn)為是通過采用降低電磁熱流輻射路徑的增加電磁輻射對流阻力和通過增加電磁對流輻射系數(shù)等多種措施方法來加以完成的，往往簡單地認(rèn)為忽視了電磁熱輻射。led室內(nèi)燈具普遍主要采用自然恒壓對流方式散熱，散熱器把通過led室內(nèi)燈具散熱產(chǎn)生的自然熱量迅速地散發(fā)傳遞釋放出去并迅速散發(fā)在室內(nèi)散熱器的具體表面，由于其自然對流散熱系數(shù)相對較低，3.2輻射機(jī)理

高輻射陶瓷材料如碳化硅、金屬氧化物、硼化物等均存在極強(qiáng)的紅外激活極性振動，這些極性振動由于具有極強(qiáng)的非諧效應(yīng)，其雙頻和頻區(qū)的吸收系數(shù)，一般具有100～100cm-1數(shù)量級，相當(dāng)于中等強(qiáng)度吸收區(qū)在這個區(qū)域剩余反射帶的較低反射率，因此，有利于形成一個較平坦的強(qiáng)輻射帶。

一般來說，具有高熱輻射效率的輻射帶，大致是從強(qiáng)共振波長延伸到短波整個二聲子組合和頻區(qū)域，包括部分多聲子組合區(qū)域，這是多數(shù)高輻射陶瓷材料輻射帶的共同特點(diǎn)，可以說，強(qiáng)輻射帶主要源于該波段的二聲子組合輻射。除少數(shù)例外，一般輻射陶瓷的輻射帶集中在大于5m的二聲子、三聲子區(qū)。因此，對于紅外輻射陶瓷而言，1～5m波段的輻射主要來自于自由載流子的帶內(nèi)躍遷或電子從雜質(zhì)能級到導(dǎo)帶的直接躍遷，大于5m波段的輻射主要?dú)w于二聲子組合輻射。

4分類

4.1普通材料

采用天然原料如長石、粘土和石英等燒結(jié)而成，是典型的硅酸鹽材料，主要組成元素是硅、鋁、氧，這三種元素占地殼元素總量的90%，普通陶瓷來源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。

4.2特種材料

采用高純度人工合成的原料，利用精密控制工藝成形燒結(jié)制成，一般具有某些特殊性能，以適應(yīng)各種需要。根據(jù)其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等;特種陶瓷具有特殊的力學(xué)、光、聲、電、磁、熱等性能。

4.2.1結(jié)構(gòu)材料

氧化鋁陶瓷主要組成物為Al2O3，一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷具有各種優(yōu)良的性能。耐高溫，一般可要1600℃長期使用，耐腐蝕，高強(qiáng)度，其強(qiáng)度為普通陶瓷的2～3倍，高者可達(dá)5～6倍。其缺點(diǎn)是脆性大，不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛，可用作坩堝、發(fā)動機(jī)火花塞、高溫耐火材料、熱電偶套管、密封環(huán)等，也可作刀具和模具。

4.2.2工具陶瓷

硬質(zhì)合金主要成分為碳化物和粘結(jié)劑，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘結(jié)劑主要為鈷（Co）。硬質(zhì)合金與工具鋼相比，硬度高（高達(dá)87～91HRA），熱硬性好（1000℃左右耐磨性優(yōu)良），用作刀具時(shí)，切削速度比高速鋼提高4～7倍，壽命提高5～8倍，其缺點(diǎn)是硬度太高、性脆，很難被機(jī)械加工，因此常制成刀片并鑲焊在刀桿上使用，硬質(zhì)合金主要用于機(jī)械加工刀具;各種模具，包括拉伸模、拉拔模、冷鐓模;礦山工具、地質(zhì)和石油開采用各種鉆頭等。

4.2.3功能陶瓷

功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的領(lǐng)域比較多

4.2.4精細(xì)陶瓷

陶瓷材料中已崛起了精細(xì)陶瓷，它以抗高溫、超強(qiáng)度、多功能等優(yōu)良性能在新材料世界獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。精細(xì)陶瓷是指以精制的高純度人工合成的無機(jī)化合物為原料，采用精密控制工藝燒結(jié)的高性能陶瓷，因此又稱先進(jìn)陶瓷或新型陶瓷。精細(xì)陶瓷有許多種，它們大致可分成三類——結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷以及生物陶瓷。

4.2.5結(jié)構(gòu)陶瓷

這種陶瓷主要用于制作結(jié)構(gòu)零件。機(jī)械工業(yè)中的一些密封件、軸承、刀具、球閥、缸套等都是頻繁經(jīng)受摩擦而易磨損的零件，用金屬和合金制造有時(shí)也是使用不了多久就會損壞，而先進(jìn)的結(jié)構(gòu)陶瓷零件就能經(jīng)受住這種“磨難”。

4.2.6電子陶瓷

指用來生產(chǎn)電子元器件和電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)零部件的功能性陶瓷。這些陶瓷除了具有高硬度等力學(xué)性能外，對周圍環(huán)境的變化能“無動于衷”，即具有極好的穩(wěn)定性，這對電子元件是很重要的性能，另外就是能耐高溫。

4.2.7生物陶瓷

生物陶瓷是用于制造人體“骨骼一肌肉”系統(tǒng)，以修復(fù)或替換人體器官或組織的一種陶瓷材料。

5. 新型陶瓷材料

在機(jī)械加熱和制冷機(jī)械反應(yīng)動力學(xué)物理性能性質(zhì)方面，有良好的加熱耐候性高溫、隔熱、硬度、抗磨損等;在金屬導(dǎo)線電化學(xué)性能性質(zhì)方面主要是具有導(dǎo)電絕緣性、壓電性、半導(dǎo)體性、磁性等;在生物化學(xué)上還具有活性催化、抗氧化、吸附等多種特殊功能;在其他生物技術(shù)性能方面，具有與任何人類其他生物技術(shù)相容的特殊性能，并且產(chǎn)品可以廣泛用來設(shè)計(jì)制造各種具有生物化學(xué)結(jié)構(gòu)的金屬原子體和復(fù)合材料。然而，還的確存在著它的不足之處，比如它的脆性。所以通過科學(xué)研究或者創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)開發(fā)新型多功能用途的水晶陶瓷被普遍認(rèn)為已經(jīng)是我國現(xiàn)代陶瓷材料學(xué)與工程學(xué)領(lǐng)域中的重要研究課題。

我們大致可以將其細(xì)分四類為：超耐高溫材料陶瓷，超硬度優(yōu)質(zhì)材料陶瓷，高韌性材料陶瓷，半導(dǎo)體材料陶瓷。電解質(zhì)導(dǎo)體陶瓷，磁性介質(zhì)陶瓷，導(dǎo)電磁性陶瓷。隨著其原料成分、構(gòu)造及工藝制作過程工藝的不斷完善，新型彩色陶瓷也層出不窮。

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