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傳統陶瓷與新型陶瓷有什么區別?
2022年04月27日 發布 分類:粉體入門 點擊量:149
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陶瓷制品是多種多樣的,從微細的單晶晶須、細小的磁芯和襯底基片到幾噸重的耐火爐體砌塊,從嚴格控制其組成的單相制品到多相多組分的磚瓦,從無氣孔而透明的各類晶體和玻璃到輕質絕緣的泡沫制品。品種如此之多以至于沒有一種簡單的分類方法是恰當的。從歷史的發展和生產的噸位來看,把以礦物為原料的制品(大多數是硅酸鹽)與新型的非硅酸鹽制品分別加以考慮是比較合適的。


傳統陶瓷

可以把傳統陶瓷定義為組成硅酸鹽工業的那些陶瓷制品,主要是黏土制品、水泥以及硅酸鹽玻璃。

硅酸鹽陶瓷工業最大的一個分支是各類玻璃制品的制造業,絕大多數是制造鈉鈣硅酸鹽玻璃。陶瓷工業第二大分支是石灰及水泥制品,在這一門類中最大的一組材料是用于建筑結構的水硬性膠凝材料。白瓷這一分類中所包括的制品類別更為形形色色,有陶器、瓷器和類似細晶瓷的制品,后者涉及多種多樣的特種制品和特殊用途。傳統陶瓷的另一個分類是搪瓷,它主要是覆蓋在金屬上的硅酸鹽玻璃質涂層。另外一組是結構用的黏土制品,主要由磚和瓦組成,但也包括多種類似的制品如排水管等。傳統陶瓷工業中特別重要的一族是耐火材料,大約有40%的耐火材料工業是燒制黏土制品,另外40%是重質地非黏土耐火材料,如鎂磚、銘磚以及其他類似的組成物;此外,還有需求量很大的各種特殊耐火制品。磨料工業主要是生產碳化硅和氧化鋁磨料。最后,陶瓷工業還有一個分支,它并不生產上述陶瓷制品,而是和陶瓷及其原料的礦物制備有關。

可以很恰當地把絕大多數傳統陶瓷工業稱為硅酸鹽工業,這種描述與1899年向美國陶瓷學會提出的建議是一致的。硅酸鹽工業仍然包括了整個陶瓷工業中最龐大的一部分,從這一點看來,可以把硅酸鹽工業看成是這一領域中的骨干。

新型陶瓷

盡管陶瓷工業是古老的,但它并沒有停滯不前。雖然傳統陶瓷或硅酸鹽陶瓷無論在產量上還是產值上都占陶瓷材料生產的大部分,但多種多樣的新型陶瓷已在近20年中得到了發展。這些新型陶瓷具有獨特的或卓越的性能,因而引起人們的特別注意。它們或是為了滿足耐高溫、優越的機械性能、特殊的電性能和較高的抗化學腐蝕性等方面的特殊需要而加以發展,或者或多或少是偶然發現而成為陶瓷工業中的一個重要部分。為了說明這種發展的活躍狀況,簡單地敘述其中幾種新型陶瓷是有益的。

純氧化物陶瓷已經發展到了高度均勻并具有優良性質的水平,適用于特種電器元件和耐火元件。最常用的氧化物有氧化鋁A12O3).氧化錯(ZrO2)、氧化釷(ThO2)、氧化鈹(BeO)、氧化鎂(MgO2);尖晶石(MgAl2O4)和鎂橄欖石(Mg2SiO4)。

以二氧化鈾(UO2)為主的核燃料已經得到廣泛應用。這種材料具有作為燃料材料在核反應堆中長期使用以后仍保持其良好性質的獨特能力。

像鋸酸鋰(LiNbO3)和摻銅改性錯鈦酸鉛(PLZT)這樣的電光陶瓷是一類可用以將電信息轉變為光信息、或是在電信號指令下執行光學功能的材料。

已經發展出了具有多種組成和用途的磁性陶瓷。這類陶瓷構成了大型計算機中磁性記憶元件的基礎。這種陶瓷獨特的電性能在高頻微波電子技術中特別有用。

目前正在制備種類繁多的單晶,目的在于取代無法獲得的天然晶體或者使用其本身具有的獨特性能。紅寶石和石榴石激光晶體以及藍寶石管和基片是從熔體中生長出來的;大尺寸的水晶則是用水熱法生長出來的。

具有特殊用途和優異性能的氮化物陶瓷已經出現。這類陶瓷包括實驗室煉鋁用的耐火材料氮化鋁,以及已經商品化的重要新型耐火材料和可能發展成燃氣輪機部件的氮化硅和賽隆(SiAlON),還有一種很有用的耐火材料氮化硼。

鋁搪瓷已經發展成為建筑工業的一個重要部分。

金屬陶瓷復合材料已經得到了發展并成為機械切削加工工業的一個重要部分,作為耐火材料具有重要的用途。這一族中最重要的成員是用金屬黏結的各種碳化物以及鉻合金和氧化鋁的混合物。

具有獨特性能的碳化物陶瓷得到了發展,其中碳化硅碳化硼是極為重要的研磨材料。

已經發展出了具有高溫強度和抗氧化等獨特性能的硼化物陶瓷。

諸如鈦酸根一類的鐵電陶瓷得到了發展,它具有極高的介電常數,作為電子元件特別重要。

非硅酸鹽玻璃得到了發展,特別適用于紅外透射、特殊光學性能和半導體器件。

已經制成了組成和天然沸石相似、但其組成能得到更好控制的分子篩。其結構也可以進行調控,使它的晶格間距(這些化合物的晶格間距很大)可用以分離不同尺寸分子的化合物。

玻璃陶瓷是一類新材料。首先以玻璃的方式成形,然后使它成核并晶化而成為一種高度結晶的陶瓷材料。自從康寧(Corning)玻璃公司最先推出耐熱玻璃Pyroceram以來,這一概念已經在幾十種組成物中獲得了應用。

已經在氧化鋁、氧化釔、尖晶石、氧化鎂、鐵氧體等為基礎的組成物中制備出了無氣孔多晶氧化物。

許許多多其他新型的陶瓷材料在一二十年前還不為人知,而今天卻在生產和應用。具有新奇而有用性質的新產品正在不斷出現。從這一點上說,陶瓷工業是變化最快的工業之一。這些陶瓷材料之所以得到發展,是因為需要新材料來使目前有用的設計變成切實可用的產品。很多新的、在工藝上合理的結構與系統發展的最主要障礙就是缺乏令人滿意的材料,而新型陶瓷正在不斷地彌補這些不足。

陶瓷的新用途

對新的、更優良性能的需求導致了新型材料的發展;同樣,基于它們的特性,這些新材料的出現又開辟了許多新用途。對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”這一循環的發展。

在磁性陶瓷領域可以看到陶瓷新用途的一個發展實例。這類材料具有典型鐵磁材料的磁滯回線。某些鐵磁材料具有很近似方形的磁滯回線,特別適用于電子計算機的記憶電路。陶瓷這種新用途促進了對材料和工藝的廣泛研究和發展。

另一個實例是核能的發展對鈾(有時用針)濃度很高、具有抗腐蝕穩定性和經受大量鈾原子裂變而不變質的能力的含鈾燃料提出了需求。從許多應用來看,作為核燃料的UO2是一種特別好的材料。因此,氧化鈾陶瓷已成為反應堆技術中的一個重要部分。

在火箭和導彈的發展中,鼻錐和火箭噴管是兩個關鍵部件,它們需要經受極高的溫度并具備良好的抗沖蝕性能。陶瓷材料在這兩個部件上得到了應用。

在金屬的高速切削方面,人們長期以來已熟知氧化物陶瓷作為切削刀具在許多方面所表現出來的優越性,但是較低且不穩定的強度卻阻礙了其正常的使用。強度高且穩定的氧化鋁陶瓷的發展使其在金屬切削中得到了應用從而為陶瓷材料開辟了一個新的應用領域。

1946年發現鈦酸根的介電常數比其他絕緣材料大100倍,從此,一類新型鐵電材料得到了發展。用這類鐵電材料做成的電容器比其他電容器尺寸小而容量大,從而改進了電子線路,開辟了陶瓷材料的一個新用途。

在噴氣式飛機和其他應用上,金屬部件不得不用昂貴且在戰爭時期難以得到的合金來制造,以便經受住中等程度的高溫。當采用一種陶瓷保護涂層后,溫度極限得以提高,這就使得使用溫度得以提高,或者可以使用成本較低又不太緊缺的合金作為替代品。

還可以舉出甚至幾年前還不存在的陶瓷的許多新用途。我們還可以期待現在不能預料的一些新用途將會不斷出現。


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