刘鹏图

摘要：陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。

关键词：陶瓷材料，历史与机理，应用，新型材料

1前言

在热和机械性能方面，主要性能包括：抗热耐压抗高温、隔热、硬度、抗磨损等;在光纤导线的抗静电性能上主要包括有抗抗绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在生物化学上的性能方面它还具备了热催化、抗氧化、吸附等特殊化学功能;在其他生物技术上的方面，具有与各种人类其他生物的化学相容性等特点，并且它们可以广泛用来设计制造各种人类生物的特殊结构纤维材料。但也可能存在其他的缺点，如具有脆性。

2发展历史

原来的陶瓷就是指陶器和瓷器的通称。也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体。传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐。刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高，纯度不大，颗粒的粒度也不均一，成型压强不高。这时得到陶瓷称为传统陶瓷。后来发展到纯度高，粒度小且均一，成型压强高，进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷。

3陶瓷材料原理

3.1热辐射

热交换主要分为有三种应用途径：加热传导、对流和加热辐射。为了有效地控制散热，人们往往认为是通过采用降低电磁热流辐射路径的增加电磁辐射对流阻力和通过增加电磁对流辐射系数等多种措施方法来加以完成的，往往简单地认为忽视了电磁热辐射。led室内灯具普遍主要采用自然恒压对流方式散热，散热器把通过led室内灯具散热产生的自然热量迅速地散发传递释放出去并迅速散发在室内散热器的具体表面，由于其自然对流散热系数相对较低，3.2辐射机理

高辐射陶瓷材料如碳化硅、金属氧化物、硼化物等均存在极强的红外激活极性振动，这些极性振动由于具有极强的非谐效应，其双频和频区的吸收系数，一般具有100～100cm-1数量级，相当于中等强度吸收区在这个区域剩余反射带的较低反射率，因此，有利于形成一个较平坦的强辐射带。

一般来说，具有高热辐射效率的辐射带，大致是从强共振波长延伸到短波整个二声子组合和频区域，包括部分多声子组合区域，这是多数高辐射陶瓷材料辐射带的共同特点，可以说，强辐射带主要源于该波段的二声子组合辐射。除少数例外，一般辐射陶瓷的辐射带集中在大于5m的二声子、三声子区。因此，对于红外辐射陶瓷而言，1～5m波段的辐射主要来自于自由载流子的带内跃迁或电子从杂质能级到导带的直接跃迁，大于5m波段的辐射主要归于二声子组合辐射。

4分类

4.1普通材料

采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。

4.2特种材料

采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等;特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。

4.2.1结构材料

氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3，一般含量大于45%。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能。耐高温，一般可要1600℃长期使用，耐腐蚀，高强度，其强度为普通陶瓷的2～3倍，高者可达5～6倍。其缺点是脆性大，不能接受突然的环境温度变化。用途极为广泛，可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等，也可作刀具和模具。

4.2.2工具陶瓷

硬质合金主要成分为碳化物和粘结剂，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘結剂主要为钴（Co）。硬质合金与工具钢相比，硬度高（高达87～91HRA），热硬性好（1000℃左右耐磨性优良），用作刀具时，切削速度比高速钢提高4～7倍，寿命提高5～8倍，其缺点是硬度太高、性脆，很难被机械加工，因此常制成刀片并镶焊在刀杆上使用，硬质合金主要用于机械加工刀具;各种模具，包括拉伸模、拉拔模、冷镦模;矿山工具、地质和石油开采用各种钻头等。

4.2.3功能陶瓷

功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的领域比较多

4.2.4精细陶瓷

陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类——结构陶瓷、电子陶瓷以及生物陶瓷。

4.2.5结构陶瓷

这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。

4.2.6电子陶瓷

指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。

4.2.7生物陶瓷

生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。

5. 新型陶瓷材料

在机械加热和制冷机械反应动力学物理性能性质方面，有良好的加热耐候性高温、隔热、硬度、抗磨损等;在金属导线电化学性能性质方面主要是具有导电绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在生物化学上还具有活性催化、抗氧化、吸附等多种特殊功能;在其他生物技术性能方面，具有与任何人类其他生物技术相容的特殊性能，并且产品可以广泛用来设计制造各种具有生物化学结构的金属原子体和复合材料。然而，还的确存在着它的不足之处，比如它的脆性。所以通过科学研究或者创造性地设计开发新型多功能用途的水晶陶瓷被普遍认为已经是我国现代陶瓷材料学与工程学领域中的重要研究课题。

我们大致可以将其细分四类为：超耐高温材料陶瓷，超硬度优质材料陶瓷，高韧性材料陶瓷，半导体材料陶瓷。电解质导体陶瓷，磁性介质陶瓷，导电磁性陶瓷。随着其原料成分、构造及工艺制作过程工艺的不断完善，新型彩色陶瓷也层出不穷。

参考文献

[1]石慧中.SiBCN陶瓷前驱体的合成反应机理及机械性能的理论研究[D].扬州大学，2021.

[2]马瑞欣.高韧性多色氮化硅陶瓷的制备和性能研究[D].上海师范大学，2021.

[3]方梦珠.铌镁酸铅-钛酸铅体系多铁性功能陶瓷材料的制备与性能研究[D].上海师范大学，2021.