先進陶瓷材料研究現狀及發展趨勢

2022-09-12 22:57:09 字數 2518 閱讀 9632

概述:結構陶瓷和功能陶瓷,結構陶瓷是指能作為工程結構材料使用的陶瓷,它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、抗熱震等特性 ;結構陶瓷大致分為氧化物系、非氧化物系和結構用陶瓷基複合材料。功能陶瓷是指具有電、磁、光、聲、超導、化學、生物等特性,且具有相互轉化功能的一類陶瓷。

功能陶瓷在先進陶瓷中約佔 70%的市場份額,其餘為

結構陶瓷。

粉體特性:

粉體的特性對先進陶瓷後續成型和燒結有著顯著的影響,特別是顯著影響陶瓷的顯微結構和機械效能。通常情況下,活性高、純度高、粒徑小的粉體有利於製備結構均勻、效能優良的陶瓷材料。同時,粉體的高效分散技術也存在較大差距。

粉體製備方法: 陶瓷粉體的製備主要包含固相反應法、液相反應法和氣相反應法 3大類,

固相反應法:其中固相反應法特點是成本較低、便於批量化生產,但雜質較多,主要包括碳熱還原法〔碳化矽(si c)粉體、氧氮化鋁(al on)粉體)〕、高溫固相合成法(鎂鋁尖晶石粉體、鈦酸鋇粉體等)、自蔓延合成法氮化矽〔(si3n4)粉體等 300餘種〕和鹽類分解法〔三氧化二鋁(al2o3)粉體〕等。

液相法:液相反應法生產的粉料粒徑小、活性高、化學組成便於控制,化學摻雜方便,能夠合成復合粉體,主要包括化學沉澱法、溶膠——凝膠法、醇鹽水解法、水熱法、溶劑蒸發法。

氣相法:氣相反應法包括物理氣相沉積和化學氣相沉積 2種。與液相反應法相比,氣相反應製備的粉體純度高、粉料分散性好、粒度均勻,但是投資較大、成本高

先進陶瓷的成型技術:(4種)

乾法壓制成型 :乾壓成型、冷等靜壓成型 ;

塑性成型 :擠壓成型、注射成型、熱蠟鑄成型、扎膜成型 ;

漿料成型 :注漿成型、流延成型、凝膠注模成型和原位凝固成型 ;

固體無模成型 :熔融沉積成型、

三維列印成型、分層實體成型、立體光刻成型和雷射選取燒結成型

冷等靜壓成型: 等靜壓成型是最常見的瘠性料先進陶瓷成型工藝,通過將粉體放入柔性模具或包套中,通過對其施加各項均勻的壓力成型,是目前國內應用最為廣泛、最為成熟的工藝,分為幹袋式等靜壓和溼袋式等靜壓。其特點是成本低、模具簡單,生坯強度高,但尺寸不精確、複雜形狀成型較困難,溼袋式自動化生產效率低

流延成型:其原理是粘度適合、分散性良好的料漿通過流延機漿料槽道口流到基帶上,通過基帶和刮刀的相對運動使料漿鋪展,在表面張力作用下形成有光滑表面的坯體。坯體具有良好的韌性和強度,可以製備幾個微公尺到 1mm厚的陶瓷薄片材料,目前已經廣泛應用到電容器瓷片、al2o3基片和壓電陶瓷膜片中

注射成型:注射成型是將高分子聚合物注射成型方法與陶瓷製備工藝相結合發展起來的一種製備陶瓷零部件的新工藝。在小尺寸、高精度、複雜形狀陶瓷的大批量生產方面最具優勢

凝膠注模成型,即注凝成型是借助料漿中有機單體聚合交聯將陶瓷料漿固化成型,可製備出大尺寸薄壁陶瓷或形狀複雜的產品。其特點是近凈尺寸成型、有機物含量少,坯體強度高可進行機械加工,適合大規模批量化生產。

陶瓷無模成型是直接利用cad設計結果,通過計算形成可執行的畫素單元檔案,然後通過類似計算機列印輸出裝置將要成型的陶瓷粉體快速形成實際畫素單元(尺寸可小至微公尺級),乙個乙個單元疊加的結果即可直接成型所需要的三維立體構件

先進陶瓷的燒結技術

陶瓷坯體通過燒結促使晶粒遷移、尺寸長大、坯體收縮、氣孔排出形成陶瓷材料,根據燒結過程中不同的狀態,分為固態燒結和液相燒結。先進陶瓷的燒結技術按照燒結壓力分主要有常壓燒結、無壓燒結、真空燒結以及熱壓燒結、熱等靜壓燒結、氣氛燒結等各種壓力燒結。近些年通過特殊的加熱原理出現微波燒結、放電等離子燒結、自蔓延燒結等新型燒結技術。

熱壓燒結:對共價鍵難燒材料如si3n4、bn、二硼化鋯(zr b2)需要在加熱過程中給予外加機械力,使其達到緻密化,此種燒結方式為熱壓燒結,分為單向加壓和雙向加壓。熱壓燒結的特點是可以低於常壓燒結溫度 100 ~200℃的條件下接近理論密度,同時提高製品

的效能如透明性、電導率及可靠性

氣壓燒結:氣壓燒結是指在陶瓷高溫燒結過程中施加一定的氣體壓力,範圍在1 ~10mpa以便抑制高溫下陶瓷材料的分解和失重,從而可以提高燒結溫度,促進材料的緻密化,是先進陶瓷最重要的燒結技術之一。

等離子放電燒結:放電等離子體燒結是利用等離子體所特有的高溫快速燒成特點的一種

新型材料製備工藝方法,被譽為陶瓷燒結技術發展的一次突破,廣泛用於磁性材料、梯度功能材料、奈米陶瓷、透明陶瓷、纖維增強陶瓷和金屬間化合物等系列新型材料。其優點是 :燒結溫度低(比hp和hip低200 ~300℃),燒結時間短(只需3 ~10min),晶粒細小,致密度高,是近凈尺寸燒結技術。

此外,裝置相對較簡單,能量利用率高,執行費用低,易實現燒結工藝的一體化和自動化。

微波燒結是微波電磁場與材料介質相互作用導致介電損耗而使材料料表面和內部同時受熱。其優點是 :公升溫速率快,可實現快速燒結和晶粒細化 ;陶瓷產品整體均勻加熱,內部溫度場均勻 ;利用微波對材料的選擇性加熱,可以對材料某些部位進行加熱修復或缺陷癒合 ;微波加熱高效節能,節能效率可達 50%左右 ;無熱慣性,便於實現燒結的瞬時公升、降溫自動控制

陶瓷精密加工技術:

先進陶瓷屬於脆性材料,硬度高、脆性大。由於陶瓷加工效能差,加工難度大,稍有不慎就可能產生裂紋或者破壞,。傳統的陶瓷加工技術主要體現在機械加工,包括陶瓷磨削、研磨和拋光。

近 20年來,電火花加工、超聲波加工、雷射加工和化學加工等加工技術逐步在陶瓷加工中應用。

擔保現狀及發展趨勢分析

報告編號 1502100 行業市場研究屬於企業戰略研究範疇,作為當前應用最為廣泛的諮詢服務,其研究成果以報告形式呈現,通常包含以下內容 乙份專業的行業研究報告,注重指導企業或投資者了解該行業整體發展態勢及經濟執行狀況,旨在為企業或投資者提供方向性的思路和參考。乙份有價值的行業研究報告,可以完成對行業...

體育課程評價研究現狀及發展趨勢

作者 王德慧龔堅楊玉茹宋會君 首都體育學院學報 2008年第05期 摘要 體育課程評價是對體育課程自身的評定,對體育課程的實施起著重要的導向和質量監控作用,這對於體育課程具有重要的意義。通過對文章的閱讀發現目前關於體育課程評價研究主要有以下幾個問題 一是課程評價定義的不準確,易造成理解上的偏差 二是...

熱縮材料行業現狀及發展趨勢分析

報告編號 1528081 行業市場研究屬於企業戰略研究範疇,作為當前應用最為廣泛的諮詢服務,其研究成果以報告形式呈現,通常包含以下內容 乙份專業的行業研究報告,注重指導企業或投資者了解該行業整體發展態勢及經濟執行狀況,旨在為企業或投資者提供方向性的思路和參考。乙份有價值的行業研究報告,可以完成對行業...