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現(xiàn)代技術(shù)陶瓷的3主要領(lǐng)域及應(yīng)用
（作者未知） 2010/5/26
（接上頁）硅的韌性提高十倍。但因?yàn)檫@類材料價(jià)格昂貴,目前僅在軍械和航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用。另一引人注目的增強(qiáng)材料是陶瓷晶須。晶須是尺寸非常小但近乎完美的纖維狀單晶體,其強(qiáng)度和模量接近材料的理論值,極適用于陶瓷的強(qiáng)化。目前這類材料在陶瓷切削刀具方面已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,主要體系有碳化硅晶須-氧化鋁-氧化鋯、碳化硅晶須-氧化鋁和碳化硅晶須-氮化硅。
三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、電、熱或磁特性的陶瓷,已經(jīng)具有極高的產(chǎn)業(yè)化程度。下面根據(jù)性能對幾類主要的功能陶瓷作一簡介。
1、導(dǎo)電性能陶瓷材料具有非常廣泛的導(dǎo)電區(qū)間,從絕緣體到半導(dǎo)體、超導(dǎo)體。大多數(shù)陶瓷具有優(yōu)異的電絕緣性,因而被廣泛用于電絕緣體。半導(dǎo)體分為電子型和離子型半導(dǎo)體。以晶體管集成電路為代表的是電子型半導(dǎo)體。離子型半導(dǎo)體僅對某些特殊的帶電離子具有傳導(dǎo)作用,最具有代表性的是穩(wěn)定氧化鋯和β-氧化鋁。穩(wěn)定氧化鋯僅對氧離子具有傳導(dǎo)作用,主要產(chǎn)品有氧傳感器(主要用來測定發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率或鋼水中氧濃度)、氧泵(從空氣中獲得純氧)和燃料電池。β-氧化鋁僅對鈉離子具有傳導(dǎo)作用,主要用來制造鈉-硫電池,其特點(diǎn)是高效率、對環(huán)境無危害和可以反復(fù)充電。陶瓷超導(dǎo)體是近10年才發(fā)展起來的,它的臨界超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度在所有類超導(dǎo)體中最高,已經(jīng)達(dá)到液氮溫度以上。典型的陶瓷超導(dǎo)體為釔-鋇-銅-氧系列材料,已經(jīng)在計(jì)算機(jī)、精密儀器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
2、介電性能大多數(shù)陶瓷具有優(yōu)異的介電性能,表現(xiàn)在其較高的介電常數(shù)和低介電損耗。介電陶瓷的主要應(yīng)用之一是陶瓷電容器。現(xiàn)代電容器介電陶瓷主要是以鈦酸鋇為基體的材料。當(dāng)鋇或鈦離子被其他金屬原子置換后,會(huì)得到具有不同介電性能的電介質(zhì)。鈦酸鋇基電介質(zhì)的介電常數(shù)高達(dá)10000以上,而過去使用的云母小于10,所以用鈦酸鋇制成的電容器具有體積小、電儲(chǔ)存能力高等特點(diǎn)。鈦酸鋇基電介質(zhì)還具有優(yōu)異的正電效應(yīng)。當(dāng)溫度低于某一臨界值時(shí)呈半導(dǎo)體導(dǎo)電狀態(tài),但當(dāng)溫度超過這一臨界值時(shí),電阻率突然增加到103～104倍成為絕緣體。利用這一效應(yīng)的產(chǎn)品有電路限流元件和恒溫電阻加熱元件。許多陶瓷,如鋯鈦酸鉛,具有顯著壓電效應(yīng)。當(dāng)在陶瓷上施加外力時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電信號,反之亦然,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換。壓電陶瓷用途極其廣泛,產(chǎn)品有壓力傳感元件、超聲波發(fā)生器等。
3、光學(xué)性能陶瓷在光學(xué)方面的應(yīng)用主要包括光吸收陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信號發(fā)生器和光導(dǎo)纖維。利用陶瓷光吸收特性在日常生活中隨處可見,如涂料、陶瓷釉和琺瑯。核工業(yè)中,利用含鉛、鋇等重離子陶瓷吸收和固定核輻射波在核廢料處理方面應(yīng)用非常廣泛。陶瓷也可被制造用來透過不同波長的光線,其中最重要的就是紅外線透射陶瓷,它僅允許紅外光線透過,被用來制造紅外窗口,在武器、航空航天領(lǐng)域和高技術(shù)設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。這類材料的典型代表有硫化鋅陶瓷和莫來石等。陶瓷還是固體激光發(fā)生器的重要材料,典型代表有紅寶石激光器和釔榴石激光器。光導(dǎo)纖維是現(xiàn)代通訊信號的主要傳輸媒介,它是用高純二氧化硅制成的,具有信號損耗低、高保真性、容量大等特性,是金屬信號傳輸線無法比擬的。
4、磁學(xué)性能金屬和合金磁性材料具有電阻率低、損耗大的特性,尤其在高頻下更是如此,已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。相比之下,陶瓷磁性材料有電阻率高、損耗低、磁性范圍廣泛等特性。陶瓷磁性材料的代表為鐵氧體,一種含鐵的復(fù)合氧化物。通過對成份的嚴(yán)格控制,可以制造出軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料。軟磁材料的磁導(dǎo)率高,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大,磁損耗低,主要用于電感線圈、小型變壓器、錄音磁頭等部件。典型的軟磁材料有鎳-鋅、錳-鋅和鋰-鋅鐵氧體。硬磁材料的特性是剩磁大、矯頑力大、不易退磁,主要應(yīng)用為永久磁體,代表材料為鐵酸鋇。矩磁材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度非常接近于飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,它是因磁滯回線呈矩形而得名,主要應(yīng)用于現(xiàn)代大型計(jì)算機(jī)邏輯元件和開關(guān)元件,代表材料為鎂-錳鐵氧體。
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