特种陶瓷( 三 ) _生活百科

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特种陶瓷根据堇青石分子组成（2MgO·2Al2O3·5SiO2），原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内，经过细分后，向薄壁扩展，再结合，由此求得延伸性和结合性好的质量。另外，作为挤压成形后的蜂窝状体，为了保持形状，坯土的屈服值高者好，也就是说，选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。原料粉末、结合剂、助剂（润滑剂、界面活性剂等）及水经机械混练后，用螺桿挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）等。MC能很好溶于水中，当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中，分散性、稳定性也高。PVA 广泛地用于各种成形。润滑剂可减少粉体间的摩擦，界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。缺乏可塑性，具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑，表面缺陷增加。因此，对结合剂的性能应有评价指标。评价还土的可塑性方法，有施加扭曲、压缩、拉伸等应力，求出应力与变形之间的关係，用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。在用粘弹性的方法评价时，可得出结合剂配合量增加到一定程度时，自守性和流动性均会增加的结果。也就是说，结合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。有机材料是特种陶瓷的主要结合剂，合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。在生产中，应根据粉料的特性、製品的形状、成形方法综合进行选择。发展新动向重要地位特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法，这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于普通陶瓷，故称为特种陶瓷或高技术陶瓷，在日本称为精细陶瓷。技术新发展（1）在粉末製备方面，最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研製特种陶瓷，还可廉价地研製新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合积体电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研製出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够套用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000—15000℃和一个大气压以下製造金钢石，其效率比普遍採用的低温低压电浆技术高一百二十倍。超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质：生产率会大幅度提高；可使作业程式简化、易行。在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计，2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外，溶解法製备粉末、化学气相沉积法製备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及电浆气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中，绝大部分是开发研究出来的或是得以完善的。（2）成型方面：特种陶瓷成型方法大体分为乾法成型和湿法成型两大类，乾法成型包括钢模压製成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等；湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。近些年来胶态成型和固体无模成型技术在特种陶瓷的成型研究中也取得了较为快速的发展。陶瓷胶态成形是高分散陶瓷浆料的湿法成形，与乾法成形相比，可以有效控制团聚，减少缺陷。无模成形实际上是快速原型製造技术（Rapid prototyping manufacturing technology,RP&M) 在製备陶瓷材料中的套用。特种陶瓷材料胶态无模成形过程是通过将含或不含粘结剂的陶瓷浆料在一定的条件下直接从液态转变为固态，然后按照RP&M的原理逐层製造得到陶瓷生坯的过程。成形后的生坯一般都具备良好的流变学特性，可以保证后处理过程中不变形。特种陶瓷成型技术未来的发展将集中于以下几个发麵：a、进一步开发已经提出的各种无模成形技术在製备不同陶瓷材料中的套用；b、性能更加複杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连线结构和成分三维变化的设计；c、大型异形件的结构设计与製造；d、陶瓷微结构的製造及实际套用；e、进一步开发无污染和环境协调的新技术。（3）烧结方面：特种陶瓷製品因其特殊的性能要求，需要用不同于传统陶瓷製品的烧成工艺与烧结技术。随着特种陶瓷工业的发展，其烧成机理、烧结技术及特殊的窑炉设施的研究取得突破性的进展。特种陶瓷的主要烧结方法有：常压烧结法、热压烧结/热等静压烧结法、反应烧结法、液相烧结法、微波烧结法、电弧等离子烧结法、自蔓延烧结法、气相沉积法等。（4）在特种陶瓷的精密加工方面：特种陶瓷属于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理机械性能（尤其是韧性和强度）与金属材料有较大差异，加工性能差，加工难度大。因此，研究特种陶瓷材料的磨削机理，选择最佳的磨削方法是当前要解决的主要问题。如今兴起的磨削加工方法主要有：a、超音波振动磨削加工方法；b、线上电解修整金刚石砂轮磨削加工方法；c、电解、电火花複合磨削加工工艺；d、电化学线上控制加工方法。採用刀具加工陶瓷也引起了人们的极大兴趣。这方面的工作仅处于研究实验阶段，由于用超高精度的车床和金刚石单晶车刀进行加工，以微米数量级的微小吃刀深度和微小的走刀量，能获得0.1微米左右的加工精度，因而许多国家把这种加工技术作为超精密加工的一个方面而加以开发研究，在中国，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室在这方面的研究成果已位居世界前列。套用新发展特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。（1）耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等；（2）隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等；（3）导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模积体电路和超大规模积体电路电子器件的散热片；（4）耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，如今的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面；（5）高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于工具机身、轴承、燃烧喷嘴等。这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力，试图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等；（6）具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，国外正在加紧研究；（7）生物陶瓷方面正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的套用引起人们极大关注；（8）一些具有其他特殊用途的功能性新型陶瓷（如远红外陶瓷等）也已开始在工业及民用领域发挥其独到的作用。研究开发重点（1）特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末製备技术等；（2）超导陶瓷的研究；（3）特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究；（4）陶瓷的纤维化是研製隔热材料、複合增强材料等的重要基础，如今国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属複合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；（5）多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视；（6）陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料複合（陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属）问题也是现阶段的研究重点；（7）在非氮化物陶瓷中，国外研究最多的是陶瓷发动机，高压热交挽器及陶瓷刀具等；（8）随着生物化学，生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。发展前景陶瓷製品生产在中国历史悠久，经过长期的发展，製造工艺得到不断发展。陶瓷製品结构的合理调整，迎合了国内外消费者的消费需求，并随着社会的发展和生活水平的提高，在生活中的套用範围越来越广。