功能陶瓷材料

温度较低，陶器仅是一种含有较多气孔、质地疏 松的未完全烧成制品。
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以后大约在2000年前的东汉晚期，人们利用含铝 较高的天然瓷土为原料，加上釉的发明，以及高温合 成技术的不断改进，使陶瓷步入瓷器阶段，这是陶瓷
技术发展史上意义重大的里程碑。
釉：以石英、长石、硼砂、黏土等为原料制成的东
西，涂在瓷器、陶器外面，烧制后发出玻璃光泽， 可增加陶瓷的机械强度和绝缘性能。
瓷。
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在设备技术方面向着多层、多相乃至超微细结构的调控
与复合、低温活化烧结、立体布线、超细超纯、薄膜技术等方
陶瓷功能的实现，主要取决于它所具有的各种 性能，而在某一类性能范围中，又必须针对具体应 用，去改善、提高某种有效的性能，以获得有某种
功能的陶瓷材料。
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一般来说，要从性能的改进来改善陶瓷材料的功
能，需从以下两个方面入手：
①通过改变外界条件，即改变工艺条件以改善和
提高陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。
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因此，要想达到自控设计材料，或者进行局 部的性能改善，必须综合考虑组成、工艺、微观 结构等诸多因素，这是个系统工程。 下图表示了陶瓷功能与组成、工艺、性能和
结构的关系。
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陶瓷功能与组成、工艺、性能、结构的关系
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5.1.4、功能陶瓷的应用和展望
功能陶瓷的不断开发，对科学技术的发展起了 巨大促进作用，功能陶瓷的应用领域也随之更为广 泛。 目前，功能陶瓷主要用于电、磁、光、声、热 和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等， 并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、
超声换能、人工智能、生物工程等众多近代科技领
域显示出广阔的应用前景。
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根据功能陶瓷组成结构的易调性和可控性，可
以制备超高绝缘性、绝缘性、半导性、导电性和超
导电性陶瓷；
根据功能陶瓷能量转换和耦合特性，可以制备
压电、光电、热电、磁电和铁电等陶瓷；
根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应，则可制
备热敏、气敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶
第五章 功能陶瓷材料
材料学院 王琳
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5.1 陶瓷材料与功能陶瓷
5.1.1、陶瓷材料的发展概况 5.1.2、功能陶瓷的定义、范围和分类
5.1.3、功能陶瓷的性能与工艺特征
5.1.4、功能陶瓷的应用和展望 5.1.5、制备陶瓷材料的原料
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5.1.1 陶瓷材料的发展概况
wk.baidu.com陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料， 它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。
在成形方面，有等静压成形、热压注成形、注
射成形、离心注浆成形、压力注浆成形等成形方法； 在烧结方面，则有热压烧结、热等静压烧结、
反应烧结、快速烧结、微波烧结、自蔓延烧结等。
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在先进陶瓷阶段，采用的原料已不再使用或很 少使用黏土等传统原料，而已扩大到化工原料和合 成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料，组成范 围也延伸到无机非金属材料范围。 此时可认为，广义的陶瓷概念已是用陶瓷生产 方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称。
我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌，它是中
华文明的伟大象征之一，在我国的文化和发展史上占 有极其重要的地位。
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陶瓷的研究进程分为三个阶段
新石器时代 先进陶瓷阶段 纳米陶瓷阶段
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新石器时代
远在几干年前的新石器时代，我们的祖先就 已经用天然黏土作原料，塑造成各种器皿，再在
火堆中烧成坚硬的可重复使用的陶器，由于烧成
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纳米陶瓷阶段
到20世纪90年代，陶瓷研究已进入第三个阶 段--纳米陶瓷阶段。 所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相就有 纳米级尺度的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸、晶界
宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均在
纳米量级的尺度上。
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5.1.2 功能陶瓷的定义、范围和分类
从性能上可把先进陶瓷分为结构陶瓷 (Structral ceramics)和功能陶瓷(Functional Ceramics)两大类。
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通过对复杂多元氧化物系统的化学、物理及组成、 结构、性能和使用效能间相互关系的研究，已陆续发 现了一大批具有优异性能或特殊功能的功能陶瓷，并 可借助于离子置换、掺杂等方法调节、优化其性能，
功能陶瓷材料研究已开始从经验式的探索逐步走向按
所需性能来进行材料设计。
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5.1.3、功能陶瓷的性能与工艺特征
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先进陶瓷（Advanced ceramics）又称现代陶瓷，
是为了有别于传统陶瓷而言的。
先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)、 新型陶瓷(New Ceramics)、特种陶瓷(Special Ceramics)和高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。
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在先进陶瓷阶段，陶瓷制备技术飞速发展。
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结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学 和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷)，特别适于高温下 应用的则称为高温结构陶瓷。 功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、 力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性 质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。 功能陶瓷的特点 品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、 技术高、更新快。
②从材料的组成上直接调节、优化其内在的品质，
包括采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂 质，使不同相在微观级复合，进而形成不同性质的晶 界层等。
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一般工艺条件是指原料的物理化学性质
和状态、加工成型方法和条件、烧成制度和
烧结状态，以及成品的加工方法和条件等。
无论是改变组成还是改变工艺，最终都
是通过材料微观结构的变化，才能体现出宏 观的功能变化。
20世纪以来，随着人类对宇宙的探索、原子
能工业的兴起和电子工业的迅速发展，从性质、 品种到质量等方面，对陶瓷材料均提出越来越高 的要求。从而，促使陶瓷材料发展成为一系列具 有特殊功能的无机非金属材料。
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如氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶 瓷等各种高温和功能陶瓷。
这时，陶瓷研究进入第二个阶段—
—先进陶瓷阶段。
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陶瓷都是以黏土为主要原料与其他天然矿物原料
经粉碎混炼—成形一煅烧等过程制成的。
如常见的日用陶瓷、建筑陶瓷、电瓷等传统陶瓷。
由于陶瓷的主要原料取之于自然界的硅酸盐矿物 (如黏土、长石、石英等)，所以可归为硅酸盐类材料 和制品。
从原始瓷器的出现到近代的传统陶瓷，这一阶段
持续了四千余年。
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先进陶瓷阶段