无极功能材料论文要点.docx

1、无极功能材料论文要点无机功能材料课程论文 (工程硕士) 功能陶瓷研究现状及技术发展 姓 名 李 祝 专 业 化学实验与技术 学 号 2111306021 任课教师 何湘柱 完成时间 2013年 11月 10日 目 录摘 要 1关键字 11 绪论 22 分类介绍 3 2.1 电子陶瓷 3 2.1.1 绝缘陶瓷 3 2.1.2 压电陶瓷 4 2.1.3 介电陶瓷 5 2.1.4 半导体陶瓷 6 2.1.5 磁性陶瓷 7 2.2 纳米功能陶瓷材料 8 2.3 超导陶瓷； 9 2.4 自洁功能陶瓷 103 结论 104 展望和预测 11参考文献 12摘 要介绍几种功能陶瓷的发展现状及研究状态。分别介绍

2、了他们的性能，特点。综述近些年来的功能陶瓷发展历程以及对新型的功能陶瓷优点进行分析，重点介绍了几类功能陶瓷。关键字功能陶瓷；新型材料；材料研究；智能材料；技术发展AbstractIn this review ,we have introduced the development and research status of several kinds of functional ceramics,and introduced their performance, characteristics respectively .We retrospect the development of fun

3、ctional ceramics and the model in recent years .Then analyzed the advantages of functional ceramics. In this review we have focused on several kinds of functional ceramics.Key words functional ceramics; new material; material research; smart materials; technology development 1 绪论陶瓷是一类无机非金属固体材料,陶瓷材料的

4、形态可以分为单晶，烧结体，玻璃,复合体和结合体。但是他们各有缺点。单晶具有精密功能，但成型加工困难，成本高，硬而脆。多晶材料采用烧结方式成型。陶瓷的典型代表包括瓷器，耐火材料,水泥，玻璃和研磨材料,传统陶瓷往往含有很多天然材料。因为陶瓷具有很多的优点，但传统的陶瓷由于自身存在很多的局限性，所以今年来制陶工艺发展迅速，开发出大量的新型功能陶瓷。功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历了从电解质陶瓷半导体陶瓷快离子导体陶瓷高温超导陶瓷的发展过程1。新型功能陶瓷材料是以电、磁、光、声、热、力学、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输、处理和存储等功能为其特征的新型材料,已成为微电子技术、激光技术、

5、光纤技术、传感技术以及空间技术等现代高级技术发展不可替代的重要支撑性材料。目前功能陶瓷在计算机技术、微电子技术、光电子技术等领域应用广泛，成为推动我国科技发展的重要功能性材料近几十年来，制陶工艺发展迅速，制得了广泛应用在电子，能源等诸多领域的耐热性高，机械强度高，耐腐蚀，绝缘，及各种电磁优越性能的新型陶瓷材料2 。随着现代新技术的发展,功能陶瓷及其应用正向着高可靠、微型化，薄膜化、精细化，功能、智能化、集成化、高性能、高功能和复合结构方向发展，这使得他们的应用越来越显著的在我们的生活中。功能陶瓷与结构陶瓷相对而言。传统的陶瓷与新型功能陶瓷在原料和工艺方面有很大的区别。传统陶瓷主要是硅酸盐类而新

6、型的功能陶瓷为更多的知识技术与科技密集型产品。功能陶瓷的第一个突破性的进展是具有高介电常数的新材料钛酸钡的发明。功能陶瓷的第二个突破性进展是具有压电性的陶瓷材料问世20世纪40年代末钛酸钡与50年代粗酸铅陶瓷研制成功,很快就被应用于能量转换和各类水声、超声、电声换能器等。压电陶瓷的应用使得功能陶瓷在无机新材料领域里具有稳固的地位,也已形成几十亿美元的市场。功能陶瓷的第三个功能是半导电性，20世纪70年代正温度系数(PTc)和负温度系数(NTC)陶瓷的研制成功,标志着如今的陶瓷材料已不是传统意义上的绝缘材料。功能陶瓷的第四个突破性进展是铁电理论的研究与铁电性能在新技术中的应用研究与开发(如铁电存

7、储器、红外热释电、光电效应等)1960年,Cochrna和Andesron正式发表了说明铁电性起因,亦即自发极化产生的软模理论对陶瓷而言,其压电、热释电、电光和其他非线性效应是起源于自发极化受应力、温度或电场作用而引起的变化。铁电性已成为具备其他效应的必要条件铁电陶瓷也因此而得名。功能陶瓷的第五个功能是始于加世纪80年代的诱导相变与超导研究。已有不少学者认为,陶瓷高温超导性与电子和声子的非线性相互作用及晶格的不稳定性与引起铁电性的结构相变有关。此外,在超硬度，超高强度，高耐热,以及对光和某些射线高透明的陶瓷开发应用也取得了长足的进步,对人类社会高科技新技术的发展做出了应有贡献3。 目前我国功能

8、陶瓷的发展并不算达到领先地位。很多领域的发展也在探索创新阶段。功能陶瓷的种类和应用范围较大，我国在研究过程中不可能面面俱到，因此在研究过程中应做到抓住重点，突出优势。我国在超导陶瓷、电解质陶瓷等方面的研究取得了显著成绩，我们应在此基础上再接再厉，加强与国家先进水平之间的技术交流，保证我国在该类功能陶瓷研究中处于领先地位。功能陶瓷材料未来前景广阔，在应用上具有较大潜力，因此，为了满足未来发展需求，我们应从应用基础做起，脚踏实地，建立完善的研究体系，充分发挥团队作用，提高现有资源的利用率，为我国功能陶瓷的研究做出突出贡献。2 分类介绍2.1 电子陶瓷在功能陶瓷中与电子远动状态有关并用于电子技术中的

9、各种陶瓷称为“电子陶瓷”包括绝缘陶瓷，压电陶瓷，介电陶瓷，半导体陶瓷，磁性陶瓷，光学陶瓷。他和金属材料，半导体材料及有机材料一样。最近，陶瓷材料对传感器技术的发展引起人们的关注。据日本电子材料工业会统计资料，1983年日本电子陶瓷总产值为2066亿日元占全部电子材料总产值的67%，1985年的电子陶瓷总产值为1189亿日元。可见电子陶瓷在整个电子材料的中的地位4。2.1.1 绝缘陶瓷 高导热电绝缘陶瓷是特种陶瓷材料中的一朵奇葩.高导热电绝缘陶瓷出现得很早,但那时没能认识到它优良的热、电性能而作它用.近30年来,随着大规模集成电路、计算机技术、高温工业的发展,关于高导热电绝缘陶瓷的研究和应用也得

10、到了较大的发展.随着研究的深入,高导热电绝缘陶瓷的应用前景也将更为广阔，特别是空间技术、电子技术、计算机技术的发展,迫切需要一些有特殊性能的材料,特种陶瓷(special ceramics)5由于具有优异的性能，使得人们研究开发高温热电绝缘陶瓷的兴趣加深。徐小兵，陈蔚鸿6基于神经网络的绝缘陶瓷电火花加工工艺效果预测模型用于研究可以映射电参数与加工结果之间的关系。而纪仁杰7等基于传热导理论绝缘陶瓷高瞬时能量密度单脉冲放电的温度场模型。 绝缘陶瓷研究还主要体现在如下方面：1，新材料的研发2，在原料上除采用纯度高的化合物外,高导热电绝缘陶瓷的成形和烧结工艺也给予了材料工作者较多的研究内涵,并取得了较

11、大的进展.1966年Bergmann和barrington8,提出了陶瓷粉末材料的冲击波活化烧结新工艺的概念。凝胶浇注(gel casting)9和直接凝聚浇注工艺(direct coagalation casting)10。在国内外的一些实验室中已成功地利用这两种工艺制备形状复杂的氧化铝、氮化硅、碳化硅等制品11,12。绝缘陶瓷还可以用于电火花磨削加工13。绝缘陶瓷的磨削加工问题基于绝缘陶瓷辅助电火花加工原理的绝缘陶瓷电火花磨削加工方法。陶瓷具有硬度强度高，耐腐蚀、耐高温性能强,化学惰性好。20世纪90年代,日本长冈科技大学的福泽康教授和东京大学的毛利尚武教授在用电火花加工金属和绝缘陶瓷的结

12、合面时,发现金属侧被电火花加工蚀除的同时,绝缘陶瓷也被加工蚀除，从而发明了绝缘陶瓷辅助电极法电火花加工技术,并且利用辅助电极法进行了绝缘陶瓷电火花成形加工和电火花线切割加工的研究14-16。高温结构材料、金属熔液的浴槽和电解槽衬里、熔融盐类容器、金属基复合材料增强体、主动装甲材料等.尤其是其导热性良好,并且具备低的电导率、介电常数和介电损耗,使之成为高密度集成电路基板和封装的理想材料.同时也可用作电子器件的封装材料、散热片以及高温炉的发热件等.随着科技的发展,高导热电绝缘陶瓷固有的缺点脆性得到改善,性价比得到提高。高导热电绝缘陶瓷具备优良的综合性能,是近年来受到广泛关注的新一代先进陶瓷,在多方

13、面都有着广泛的应用前景.2.1.2 压电陶瓷 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等晶体结构上没有对称中心,因而具有压电效应,已被广泛应用于医学成像声传感器、声换能器、超声马达等17,19, 即具有机械能与电能之间转换和逆转换的功能。压电陶瓷最大的特性是具有压电性,包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下,其电荷密度与外力成正比,反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负

14、电荷中心发生相对位移而被极化,由此位移导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。压电陶瓷材料具有成本低、换能效率高、加工成型方便等优点,常用于制作压电器材、滤波器、谐振器和变压器等。常用的压电元件: 传感器、气体点火器、 报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯等介电陶瓷。二元系锆钛酸铅Pb(ZrxTi1-x)O3(简称PZT)压电陶瓷的压电性能和温度稳定性以及居里温度等都大大优越于其他陶瓷,更重要的是PZT还可以通过改变组分或变换外界条件使其电物理性能在很大范围内进行调节,如三元系,四元系等,以适应不同需要20。因此很快成为国内外学者研究的主要对象。压电陶瓷的新应用主要在于压电陶瓷材料性能的日

15、趋完善,使得它已成为功能陶瓷中应用最广泛的一类材料。不仅应用在工业和民用产品上,如通讯设备中的陶瓷滤波器、陶瓷鉴频器、陶瓷衰减器、水下通讯和探测的水声换能器和鱼雷探测器，雷达、电视机、计算机中的陶瓷变压器和陶瓷表面波器件,而且在军事上同样也获得了大量应用,如将压电陶瓷做成水声换能器,可以顺利进行水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷等工作。用压电陶瓷做成的压电引信,可以精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器。除此以外,在精密测量、导航、超声探伤、超声清洗、超声诊断等方面也有广泛应用。随着表面组装技术(SMT)的发展,逐步要求功能陶瓷元器件多层片式化、片式元件集成化、集成元件模拟化和多功能化等21。目前

16、,最新研究热点问题是如何实现压电陶瓷的多功能集成,获的集成化、智能化、小型化的新型压电器件。本实验室在这方面也取得了一定的进展,实现了压电压磁多功能材料和电磁流变液结合的新型声学与振动控制器件,以适应主动振动控制、强振隔离体、航空航天、机器人、动力机械等的快速制动控制;核设施、医疗保健、桥梁工程等抗(防、减)震(振)的需要;用于防次声和爆炸冲击波等的危害22。目前国内的压电陶瓷主要在铁电压电陶瓷，（1）无铅压电陶瓷有关无铅压电陶瓷的研究日本在世界上占重要位置，发表了诸多参考价值较大的专利和论文。但是和铅基陶瓷研究相比无铅压电陶瓷还存在一定的差距，需要经过长期的探索和研究。最近，含铋层状机构无铅压电陶瓷和钛酸铋钠系统的研究获得了显著的效果，在不久的将来会广泛应用于电