新型陶瓷材料的应用与发展课件

新型陶瓷材料的应用与发展穆会平20101887新型陶瓷材料的应用与发展穆会平 1传统陶瓷到新型陶瓷材料的演变一、概念传统陶瓷传统陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。多相固体材料。新型陶瓷新型陶瓷以精致的高纯天然无机物或人工合成以精致的高纯天然无机物或人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的加工工艺烧的无机化合物为原料，采用精密控制的加工工艺烧结，具有优异的性能。结，具有优异的性能。新型陶瓷又称新型陶瓷又称也称也称先进陶瓷、高性能陶瓷、先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷高技术陶瓷、精细陶瓷传统陶瓷到新型陶瓷材料的演变一、概念2陶瓷显微组织示意图陶瓷显微组织示意图新旧陶瓷区别传传传传统统统统陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷制制制制作作作作陶瓷显微组织示意图新旧陶瓷区别传统陶瓷制作3传统陶瓷传统陶瓷新新型型陶陶瓷瓷传统陶瓷新型陶瓷4新型陶瓷材料的分类 新型陶瓷材料是新型无机非金属材料,也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷目前，新型陶瓷分成两大类，即结构陶瓷（StructuralCeramics）和功能陶瓷（FunctionalCeramics）前者主要用其机械功能、热功能和部分化学功能，后者主要用其电、光、磁、化学和生物体特性。新型陶瓷材料的分类 5结构陶瓷结构陶瓷 1、定义：、定义：具有力学和机械性能及部分热学和化学具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的新型陶瓷。功能的新型陶瓷。耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度2、分类：、分类：大致分为大致分为氧化物系、非氧化物系氧化物系、非氧化物系两类。两类。Al2O3、ZrO2、莫来石（、莫来石（Al2O3-SiO2）SiC、Si3N4、BN、AlNSiC、Si3N4、BN、AlN结构陶瓷Al2O3、ZrO2、莫来石（Al2O36功能陶瓷功能陶瓷1、定义：、定义：以非力学性能（如电、磁、热、化学、以非力学性能（如电、磁、热、化学、生物等）为主的陶瓷材料。生物等）为主的陶瓷材料。2、分类：、分类：大致分为大致分为氧化物系、非氧化物系氧化物系、非氧化物系两类两类光陶瓷光陶瓷光电陶瓷光电陶瓷超导陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷磁性陶瓷电子陶瓷电子陶瓷化学陶瓷化学陶瓷生物陶瓷生物陶瓷功能陶瓷光陶瓷光电陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷电子陶瓷化学陶瓷生物陶7新型陶瓷材料的特性分类领域特性功能陶瓷电子陶瓷光电陶瓷光陶瓷磁性陶瓷生物陶瓷化学陶瓷高绝缘性、铁电介电性、压电性、热电性、电子放射性、半导性、传感型、离子电导性荧光性、偏振光性、光电性透光性、光反射性、反射红外性、导光性软磁性、硬磁性骨亲和性、生物相融性载体性、催化性、化学吸附性结构陶瓷热学功能机械功能传热性、绝热性、耐高温性、耐腐蚀性耐磨性、高强度性、超硬性、润滑性、非膨胀性、收缩性新型陶瓷材料的特性 分类领域特性电子陶瓷高绝缘性、铁电介电性8新型陶瓷材料特性和条件新型陶瓷材料特性和条件市场需求市场需求新型陶瓷材料特性和条件新型陶瓷材料的快速发展9新型陶瓷材料的快速发展新型陶瓷材料的快速发展v具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能,某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料,因而登上新材料革命的主角地位,满足现代科学技术和经济建设的需要。v其原料取于矿土或经合成而得,蕴藏量十分丰富。v产品附加值相当高,而且未来市场仍将持续扩展。v应用十分广泛,几乎可以渗透到各行各业。新型陶瓷材料的快速发展具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐10世界新型陶瓷需求类别世界需求量（百万美元）19942000年增长率/%2000/1994电子陶瓷结构陶瓷陶瓷涂料陶瓷基复合材料合计118863968 20016754175806610280253706.78.95.87.2世界新型陶瓷需求类别 世界需求量（百万美元）年11 日本新型陶瓷工业市场预测情况（单位：10亿日元）应用领域1993199720002005平均增长率（%）电磁应用光学应用机械应用高温及高温机械化学与生物商业与文化其他合计9441192941071185911417551040.9119.7271.087.479.9-6.01604.91406289491142175-212278719355407421902269132940526.213.58.04.95.63.79.27.2 日本新型陶瓷工业市场预测情况（单位：10亿日元）应用领域112应用领域应用领域天宫一号航空航天材料：航空航天材料：陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites）先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料应用领域天宫一号航空航天材料：13应用领域应用领域陶瓷轴承（陶瓷轴承（Ceramic Bearing）陶瓷轴承是在航空航天产业中使用较为广泛的一种产品，具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、高转速等特性。陶瓷轴承针对航空航天工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发，是新材料、新工艺、新结构的完美结合。枭龙战斗机应用领域陶瓷轴承（Ceramic Bearing）枭龙战斗机14应用领域应用领域生物工程领域：生物陶瓷生物工程领域：生物陶瓷(Biological Ceramic)心心血血管管支支架架骨诱导磷酸钙生物陶瓷骨诱导磷酸钙生物陶瓷应用领域生物工程领域：生物陶瓷(Biological Cer15生物陶瓷（生物陶瓷（Biological Ceramic）材料材料的无毒、无害，具有良好的生物活性和生物相溶性，且硬度高，杨氏模量与人体骨相近，故可作为骨骼、牙床、心脏瓣膜等的修补材料或替代材料使用。生物陶瓷材料又分生物性惰性陶瓷材料和生物性活性陶瓷材料。生物陶瓷（Biological Ceramic）材料的无毒16应用领域应用领域军事应用：特种陶瓷（军事应用：特种陶瓷（Special Ceramics）主要涉及到的特种陶瓷氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷激光制导炸弹应用领域军事应用：特种陶瓷（Special Ceramics17氧化铝又叫氧化铝又叫人造刚玉人造刚玉主要特性主要特性高熔点；高硬度；可制成透明陶瓷；无毒、不溶于高熔点；高硬度；可制成透明陶瓷；无毒、不溶于水，强度高；对人体有较好的适应性；水，强度高；对人体有较好的适应性；高的强度和高的强度和高温强度抗压（高温强度抗压（2493MN/m2)，高化学稳定性和介电，高化学稳定性和介电性能。性能。主要用途主要用途高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、人高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等；工具，造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等；工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。微晶刚玉（弯曲强度微晶刚玉（弯曲强度5000MN/m2，HRA92-93 红硬红硬性性1200）。）。氧化铝又叫人造刚玉主要特性高熔点；高硬度；可制成透明陶瓷；无18氮化硼陶瓷：氮化硼陶瓷：具有极高硬度，抗加热温度具有极高硬度，抗加热温度2000，是金刚石的代用品。，是金刚石的代用品。分分低压型低压型和和高压型高压型两种。低压型其硬度较低，具有自润两种。低压型其硬度较低，具有自润滑性，具有良好的高温绝缘性、耐热性、导热性，化学稳滑性，具有良好的高温绝缘性、耐热性、导热性，化学稳定性好。用于耐热润滑剂、高温轴承、高温容器、坩埚、定性好。用于耐热润滑剂、高温轴承、高温容器、坩埚、热电偶套管、散热绝缘材料、玻璃制品成型模等。热电偶套管、散热绝缘材料、玻璃制品成型模等。高压型硬度接近金刚石，用于磨料和金属切屑刀具高压型硬度接近金刚石，用于磨料和金属切屑刀具。新型陶瓷材料的应用与发展课件19电子工业领域：氮化铝陶瓷电子工业领域：氮化铝陶瓷（Aluminum Nitride Ceramic即即AIN)氮化铝具有良好的高温抗蚀性，它对许多金属表氮化铝具有良好的高温抗蚀性，它对许多金属表现良好的抗蚀力，可与铝、铜、镍、钼、钨以及现良好的抗蚀力，可与铝、铜、镍、钼、钨以及许多铁质合金和超合金在高温下共存，也能在某许多铁质合金和超合金在高温下共存，也能在某些化合物，如砷化镓的融盐中稳定存在。些化合物，如砷化镓的融盐中稳定存在。可以应用到电子工业方面，做基片材料，可以应用到电子工业方面，做基片材料，AIN的导的导热率是热率是Al2O3的的5-10 倍，更适合大规模集成电路要倍，更适合大规模集成电路要求。求。AIN 陶瓷的综合性能良好，非常适用于电子陶瓷的综合性能良好，非常适用于电子工业。同时氮化铝陶瓷材料在高温耐蚀和复合材工业。同时氮化铝陶瓷材料在高温耐蚀和复合材料方面也有很好的应用。料方面也有很好的应用。应用领域应用领域电子工业领域：氮化铝陶瓷（Aluminum Nitride20应用领域应用领域电子工业：氮化铝陶瓷（Aluminum Nitride Ceramic即AIN）应用领域电子工业：氮化铝陶瓷（Aluminum Nitrid21新型陶瓷材料的发展趋势和方向新型陶瓷材料的发展趋势和方向结构陶瓷结构陶瓷的发展方向：的发展方向：主要解决目前脆性、低可靠性和重复性差的主要解决目前脆性、低可靠性和重复性差的缺点。缺点。手段：纳米陶瓷（由微米向纳米发展），多相复手段：纳米陶瓷（由微米向纳米发展），多相复合陶瓷（纤维会晶须补强陶瓷基复合材料，自补强合陶瓷（纤维会晶须补强陶瓷基复合材料，自补强复相陶瓷，异相颗粒弥散强化陶瓷，梯度功能陶瓷复相陶瓷，异相颗粒弥散强化陶瓷，梯度功能陶瓷等），材料设计（按照使用和性能的要求对陶瓷材等），材料设计（按照使用和性能的要求对陶瓷材料进行剪裁和设计）。料进行剪裁和设计）。新型陶瓷材料的发展趋势和方向结构陶瓷的发展方向：22新型材料的发展趋势和方向新型材料的发展趋势和方向功能陶瓷功能陶瓷发展方向：发展方向：因品种多、产量大、单价低、应用广、因品种多、产量大、单价低、应用广、功能全、技术高、发展快而占据重要地位。功能全、技术高、发展快而占据重要地位。功能陶瓷在电子技术、空间技术、计算机、功能陶瓷在电子技术、空间技术、计算机、通信、传感、汽车、航天、精密加工、纺织、通信、传感、汽车、航天、精密加工、纺织、医药、交通、国防等部门发挥重要作用。医药、交通、国防等部门发挥重要作用。新型材料的发展趋势和方向功能陶瓷发展方向：23新的领域新的领域纳米复合陶瓷梯度功能材料陶瓷涂层、金属-陶瓷、陶瓷膜材料、仿生层状复合材料新的领域纳米复合陶瓷24发展趋势发展趋势u材料组成复杂，避免有害杂质危害；材料组成复杂，避免有害杂质危害；u高纯、超细粉体化学制备进入工业规模化生产；高纯、超细粉体化学制备进入工业规模化生产；u烧结温度降低，烧结新工艺、新技术日趋成熟；烧结温度降低，烧结新工艺、新技术日趋成熟；u微电子技术推动微型化；微电子技术推动微型化；u纤维材料、多层结构复合日益收到重视；纤维材料、多层结构复合日益收到重视；u加强理论研究，开发新效应、新功能、新材料，按需要进加强理论研究，开发新效应、新功能、新材料，按需要进行设计。行设计。发展趋势25谢谢观赏OfceMake Presentation much more funWPS官方微博kingsoftwps谢谢观赏OfceMake Presentation much26