氧化锆陶瓷制作手机背板有什么优势

四、陶瓷材料的分类

陶瓷材料已经成为一个十分庞大的家族，其分类也可依照不同的标准进行。

按性能分类：功能陶瓷、结构陶瓷

按用途分类：水泥、耐火材料、玻璃

按成分分类：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷

先进陶瓷材料：

所有采用无机原料做成的材料都成为陶瓷材料

主要区别：（1）原料不同，大部分采用人工合成原料；

（2）在制备、成型技术与烧结工艺方面有重大革新

（3）材料的成分包括碳化物、氮化物、硼化物等

（4）材料的性能有大幅度的提高，主要应用于高科技领域。

先进陶瓷材料按其应用领域的不同可以分为工程陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷三大类。

工程陶瓷：主要包括氧化物类、氮化物类和碳化物

用于制造刀具和耐磨件，高温热电偶保护管及坩埚，集成电路基片和多层封装管壳及高频绝缘瓷体等，其用量约占结构陶瓷的一半以上。

氧化铝陶瓷（Al2O3）：氧化铝含量在85%以上的材料统称为氧化铝陶瓷，含量在99%以上的称为刚玉陶瓷。氧化铝的熔点高达2050℃，很高的硬度（莫氏硬度为九级），弹性模量为390GPa，很好的绝缘性能和低的介电常数。

主要用途：现代陶瓷可用做量具，陶瓷密封件、陶瓷刃具以及陶瓷替代金属的零部件等。

半球面型特种陶瓷片镶嵌在特种橡胶内，形成既耐磨损又耐打击的坚固的防磨层。广泛适用于火力发电厂的输煤系统及冶金、钢铁系统的烧结厂的输料、配料系统的料斗、料仓等落差高、冲击大的部位上。

电子陶瓷95、99氧化铝陶瓷，可用于各种规格的电真空陶瓷管壳及金属化和釉化产品。为生产电真空器件的厂家提供电气性能、机械性能优越的配套瓷件。

氧化锆粉体经压制成型并经过高温烧结也可以制成陶瓷，称为氧化锆陶瓷，并非只是在陶瓷粉体中加入氧化锆粉体。

当氧化铝陶瓷(Al2O3)中加入ZrO2（非稳定ZrO2）粒子形成Al2O3+ZrO2（ZrO2增韧Al2O3）陶瓷时，则由于氧化锆（ZrO2）粒子转变诱发显微裂纹可使韧性显著提高。从氧化锆ZrO2含量及粒径对Al2O3+ZrO2陶瓷韧性的影响，可以看出，对应某一氧化锆ZrO2粒径有一个最佳ZrO2含量，即此时诱发裂纹密度较高，但又不相互连接。当氧化锆ZrO2过高时，形成相互连接裂纹而使韧性下降。

还可以看出，随氧化锆ZrO2粒子走私的增大，临界氧化锆ZrO2含量下降，说明大氧化锆ZrO2粒子诱发的裂纹尺寸大，容易相互连接形成危险裂纹。将氧化锆ZrO2的t-->m相变韧化作用及由于t-->m相变而派生出来的显微裂纹韧化与残余应韧化作用引入Al2O3等基体，可使其韧性得到显著提高。氧化锆ZrO2增韧氧化铝Al2O3基体复合材料的性能与ZrO2含量的关系。

增加陶瓷韧性的主要方法：

（1）采用高纯、超细的粉末原料，改进成型和烧结工艺，从而获得结构致密、均匀的陶瓷材料。

（2）引入细小弥散分布的第二相颗粒，实现颗粒增强与增韧，其主要原理是利用两相膨胀系数的差异，在基体与第二相之间产生一个压应力，使裂纹尖端的张应力得到缓解。

（3）通过相变增韧。利用陶瓷在相变时产生的体积变化，在受到应力时诱发相变，由于产生体积变化而产生压应力，这种压应力正好抵消了裂纹尖端的拉应力从而使断裂韧性提高。

（4）纤维增强与增韧。在陶瓷中加入另一种结构上更加完好的陶瓷晶须。由于在裂纹扩展时需要把断裂面上的晶须拔出，使得阻力增加而断裂韧性增加。

化学性质：钠钙玻璃易水解 耐高温　

常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物，以及非金属元素所组成的化合物，如硼和硅的碳化物和氮化物。

根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。此外，近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。

2氧化物陶瓷

氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。

2.1氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂的不同，有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷，85瓷，95瓷，99瓷等根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。

Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种A1203陶瓷与大多数熔融金属不发生反映，只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用热的硫酸能溶解A1203，热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用A1203陶瓷的蒸汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性，可广泛地用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道内衬和阀门等。

氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等特点，因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。

A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。

透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性，同时具有高温强度高、耐热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。

2. 2氧化锆(Zr02)陶瓷

Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。根据所含相的成分不同，Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02陶瓷。

2. 2. 1稳定Zr02陶瓷

稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成，其耐火度高、比热与导热系数小，是理想的高温隔热材料，可以用做高温炉内衬，也可作为各种耐热涂层。

稳定Zr02陶瓷化学稳定性好，高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀，但不能抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应，可以用来作为熔炼这此金属的坩埚。

纯Zr02是良好的绝缘体，由于其明显的高温离子导电特性，可作为2000℃使用的发热元件，高温电极材料，还可用作产生紫外线的灯。

此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性，可制成氧气传感器，进行氧浓度的测量。

2. 2. 2部分稳定Zr02陶瓷

部分稳定Zr02陶瓷由t c双相组织组成，具有非常高的强度，断裂韧性和抗热冲击性能，被称为“陶瓷钢”。同时其热传导系数小，隔热效果好，而热膨胀系数又比较大，比较容易与金属部件匹配，在日前所研制的陶瓷发动机中用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件。

部分稳定Zr02陶瓷还可作为采矿和矿物工业的无润滑轴承，喷砂设备的喷嘴，粉末冶金上业所用的部件，制药用的冲压模等。

另外，部分稳定Zr02陶瓷还可用作各种高韧性，高强度工业与医用器械。如纺织工业落筒机用剪刀、羊毛剪，磁带生产中的剪刀，微电子工业用工具，此外由于其不与生物体发生反应，也可用作生物陶瓷材料。

2.3 MgO陶瓷

MgO陶瓷的主晶相为MgO，属立方晶系氯化钠结构，熔点2800℃,理论密度3.58 g/cm2，在高温下比体积电阻高，介质损耗低，介电系数为9.12具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质。MgO对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力，与镁、镍、铀钍、铝、钼等不起作用，可用于制备熔炼金属的坩锅、浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，高温炉的炉衬材料等。

3氮化物陶瓷

氮化物包括非金属和金属元素氮化物，他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多，但都不是天然矿物，而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)等。

3. 1氮化硅(Si3N4)陶瓷

Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小，因此具有较好的抗热震性能在陶瓷材料中，Si3N4的弯曲强度比较高，硬度也很高，同时具有自润滑性，摩擦系数小，与加油的金属表明相似，作为机械耐磨材料使用具有较大的潜力Si3N4陶瓷材料的常温电阻率比较高，可以作为较好的绝缘材料Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，也不被铅、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化，抗执化温度达1800℃。

Si3N4陶瓷可用作热机材料、切削工具、高级耐火材料，还可用作抗腐蚀、耐磨损的密封部件等。

3. 2氮化铝(AlN)陶瓷

AIN属于共价键化合物，六方晶系，纤维锌矿型结构，白色或灰白色，密度3.26g/cm2，无熔点，在2200℃- 2250℃升华分解，热硬度很高，即使在分解温度前也不软化变形。具有优异的抗热震性。AlN对Al和其它熔融金属、砷化稼等具有良好的耐蚀性，尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性，此外，还具有优良的电绝缘性和介电性质但AlN的高温抗氧化性差，在大气中易吸潮、水解。

AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器，也可用作真空中蒸镀金的容器、耐热砖等，特别适用于作为2000℃左右氧化性电炉的炉衬材料AlN的导热率是A1203的2-3倍，热压时强度比Al203还高可用于高强度、高导热的场合，例如大规模集成电路的基板等。

3. 3氮化硼(BN)陶瓷

氮化硼(BN)陶瓷存在着六方与立方结构两种BN材料。

3.3.1六方BN

六方BN具有自润滑性，可用于机械密封、高温固体润滑剂，还可用作金属和陶瓷的填料制成轴承。其耐热性非常好，可以在900℃以下的氧化气氛中和2800℃以下的氮气和惰性气氛中使用。六力BN对酸碱和玻璃熔渣有良好的耐侵蚀性，对大多数熔融金属既不润湿也不发生反应，因此可以用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩锅、器皿等部件。BN既是热的良导体，又是电的绝缘体。它的击穿电压是氧化铝的4- 5倍，介电常数是氧化铝的1/2，可用来做超高压电线的绝缘材料。BN对微波和红外线是透明的，可用作透红外和微波的窗口。BN在超高压下性能稳定，可以作为压力传递材料和容器。BN是最轻的陶瓷材料，可以用于飞机和宇宙飞行器的高温结构材料。此外，利用BN的发光性，可用作场致发光材料。涂有BN的无定形碳纤维可用于火箭的喷嘴等。

3. 3.2立力BN

立方BN为闪锌矿结构，化学稳定性高，导热及耐热性能好，其硬度与人造金刚石相近，是性能优良的研磨材料。与金刚石相比，其最突出的优点在于高温下不与铁系金属反应，并且可以在1400℃的温度使用。

立力BN除了直接用作磨料外，还可以将其与某些金属或陶瓷混合，经烧结制成块状材料，作为各种高性能切削刀具。

4碳化物陶瓷

典型碳化物陶瓷材料一有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)碳化钛(TiC)碳化锆( ZrC等)、碳化物的共同特点是高熔点，许多碳化物的熔点都在3000℃以上。碳化物在非常高的温度下均会发生氧化，但许多碳化物的抗氧化能力都比W，Mo等高熔点金属好。大多数碳化物都具有良好的电导率和热导率，许多碳化物都有非常高的硬度，特别是B4C的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，但碳化物的脆性一般较大。

4. 1碳化硅(SiC)陶瓷

碳化硅没有熔点，在常压下2500℃时发生分解。碳化硅的硬度很高，莫氏硬度为9.2-9.5,显微硬度为33400MPa,仅次于金刚石、立力BN和B4C等少数几种物质。

碳化硅的热导率很高，大约为Si3N4的2倍其热膨胀系数大约相当于A1203的1/2；抗弯强度接近Si3N4材料，但断裂韧性比Si3N4小具有优异的高温强度和抗高温蠕变能力，热压碳化硅材料在1600℃的高温抗弯强度基本和室温相同抗热震性好。其化学稳定性高，不溶于一般的酸和混合酸中。

氧化物、氮化物结合碳化硅材料已经大规模地用于冶金、轻工、机械、建材、环保、能源等领域地炉膛结构材料、隔焰板、炉管、炉膛等碳化物材料制备的发热元件正逐步1600℃以下氧化气氛加热的主要元件高性能碳化硅材料可以用于高温、耐磨、耐腐蚀机械部件碳化硅材料用于制造火箭尾气喷管高效能热交换器也取得了良好的效果此外，碳化硅是各种高温燃气轮机高温部件提高使用性能的重要候选材料。

4.2碳化硼(BC)陶瓷

碳化硼的显著特点是高熔点(约2450℃)低比重，其密度仅是钢的1/3低膨胀系数高导热高硬度和高耐磨性，其硬度仅低于金刚石和立方BN较高的强度和一定的断裂韧性，热压B4C的抗弯强度为400-600MPa,断裂韧性为6.0MPa.ml/2具有较大的热电动势(100 μV/k),是高温P型半导体，随B4C中碳含量的减少，可从P型半导体转变为N型半导体具有高的中子吸收截面。

B4C所具有的优异性能，除了大量用作磨料之外，还可以制作各种耐磨零件、热电偶元件、高温半导体、宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应堆控制棒与屏蔽材料等。

5玻璃陶瓷材料

将特定组成(含晶核剂)的玻璃进行晶化热处理，在玻璃内部均匀析出大量微小晶体并进一步长大，形成致密微晶相，玻璃相填充于晶界，得到像陶瓷一样的多晶固体材料统称为玻璃陶瓷，也称之为微晶玻璃。

5. 1低膨胀玻璃陶瓷

这类玻璃陶瓷的特点是其显微组织为架状硅酸盐，主晶相分别为β一石英、β一钾辉石、β一钾霞石，具有热膨胀系数低(可为负值)、强度高、热稳定性能好、使用温度高等特点，并可制成透明和浊白两种类型。低膨胀系数对于构件尺寸稳定性及抗热震是十分有利的，所以可以用作航天飞机上尺寸稳定性要求高的零件。低膨胀玻璃陶瓷是目前生产量最大的玻璃陶瓷，广泛用来制作各种高级炊具、高温作业观察窗、微波炉盖、大型天文望远镜和激光反射镜的支撑棒，激光元器件以及航天飞机上的重要零部件。

5. 2表面可强化玻璃陶瓷

玻璃陶瓷的强度比一般玻璃要大好几倍，抗弯强度可达到88-250MPa，但在某些特殊场合仍然不能满足要求，需要进一步提高强度。由于脆性材料的破坏大多起源于表面微裂纹，可以采用在玻璃陶瓷材料表面引入压应力薄层的方法，阻止表面微裂纹的扩展，从而提高材料的强度。通常采用的两种方法有两种，一是利用表层和内部热膨胀差引入表面压应力层，二是采用离子交换引入表面压应力层。

5.3可加工玻璃陶瓷

可加工玻璃陶瓷容易机械加工的主要原因在于其主晶相为氟云母结构，已发现可加工玻璃陶瓷中的氟云母主要有3种:氟金云母、四硅氟云母和锂云母。由于云母片易于解理，这种独特的显微结构使得含云母的玻璃陶瓷可以采用普通的钻、锯或车削、磨等加工到精密尺寸。以氟云母为主晶相的可加工玻璃陶瓷，具有高热震抗力、优异的绝缘性能、高介电强度低介电损耗。碱土云母可加工玻璃陶瓷具有较高的强韧性、更高的热稳定性(>1100℃)和绝缘性。因此，可加工玻璃陶瓷，在电绝缘、微波技术以及精密仪器和航空、航天领域具有广阔的应用前景。

指高温超导薄膜的单晶基片ZrO2（YSZ）。

高温超导薄膜的单晶基片ZrO2(YSZ)，即氧化锆（ZrO2）由于ZrO2单晶需掺入钇（Y）以稳定其结构， 一般实际使用的是YSZ单晶――加入钇稳定剂的氧化锆单晶。

相关信息：

高温超导薄膜的单晶基片ZrO2（YSZ）具有低的介电常数和介电损耗，与YBCO有良好的晶格匹配.与LaAlO3晶体(～500℃)相比，NdAlO3晶体具有相变温度高(>1500℃)的优点。

这样有利于YBCO薄膜的外延生长，采用感应加热提拉法生长NdAlO3晶体，铱坩锅尺寸，60×55mm，拉速1～3mm/h，转速10～30r/min，气氛N2，第一次生长采用LaAlO3晶体作为籽晶,<001>方向生长，生长出尺寸25×60mm的无云层、无气泡、无开裂，质量优良的NdAlO3晶体

以上内容参考：

百度百科-高温超导薄膜的单晶基片ZrO2(YSZ)

微波是频率非常高的电磁波，又称超高频。通常把300MHz~300GHz的电磁波划为微波，其对应的波长范围为1mm~100mm。自从20世纪40年代以来，微波在雷达、通讯、能源、等离子体和固体物理等领域得到了广泛的应用。50年代美国的Von Hippel在材料介质特性方面的开创性工作为微波烧结的应用奠定了基础[1]。材料的微波烧结开始于20世纪60年代中期，Levinson[2]和Tinga[3]首先提出陶瓷材料的微波烧结，到70年代中期，法国的Badot和Berteand[4]及美国的Sutton[5]等开始对微波烧结技术进行系统研究；80年代以后，各种高性能陶瓷和金属陶瓷材料得到广泛应用，相应的制备技术也成了人们关注的焦点。

微波加热是通过微波与介电物质相互作用产生的内电场，内电场使受束缚的离子产生平行移动或偶极子产生转动，由于惯性力、弹性力和摩擦力阻碍离子运动，使内电场变弱或消失，微波能被吸收转变成了热能，因而加热是整体性的，且加热均匀[6]。此外，由于对电磁场的响应时间极短，因而加热速度快。一般采用微波结构陶瓷材料，烧成的时间只用几分钟到几十分钟，与传统烧结时间几十小时相比，效率提高了几十倍。

同时由于通过电磁场直接对物体内部加热，而不像传统方法热能是通过物体表面间接传入物体内部，因而热效率很高。加之，烧结时间又短，因此可以大幅度的节能[7]。微波加热。技术应用于陶瓷材料的烧结是一种理想的选择，因此得到了美、加、英、日、德等发达国家政府、工业界、学术界的广泛重视，各先进国家在陶瓷的微波烧结方面均开展了研究工作，并取得了不少有益结果。我国有少数单位也开始起步，开展了这方面的工作。我国已于1988年将其纳入“863”计划。本文将详细论述微波烧结在陶瓷材料氧化铝、氧化锆及氮化硅等方面的应用。

2 微波烧结在陶瓷材料中的应用

2．1 氧化铝

氧化铝陶瓷由于原料矿物资源丰富，熔点高，绝缘性优异等多种功能，成为应用广泛且价格低廉的一种新型陶瓷。由于纯Al2O3熔点高，杂质少，高温时液相极少，常规烧结时必须依靠对原料的粉碎磨细，增加晶格缺陷，使晶粒活化，以及掺外加剂使之与主晶相形成低共溶有限固相或形成晶界玻璃相以达到烧结的目的[8]。

氧化铝陶瓷通常具有优良的电绝缘性能、低的损耗角正切、高机械强度、满意的化学稳定性及耐温度急变性等优点，在电子、化工、纺织机械等许多工业部门获得广泛应用。

周健[9]采用平均粒度为0.8цm左右的σ－Al2O3细粉，加入3%（质量）的Y2O3在刚玉罐中湿磨36h，混入成型剂，造粒后模压成型，并进一步用冷等静压制得样品。样品采用常规烧结和微波烧结两种方式进行。常规烧结为钼炉，烧结温度1450℃，保温1h；微波烧结采用改进的TE103矩形单模腔，工作频率2.45GHz。两种结果对比如表1。

微波烧结过程中，随着温度的升高，试样对微波能的吸收值增大，至1050℃左右达到最大值，此时Al2O3介电损耗达到最大值。在1250℃下微波烧结随时间增大，试样相对密度也相应提高。在8min后试样迅速致密化，15min左右即达到理论密度的98%左右。之后继续延长烧时间，密度基本上不再变化。通过对微波烧结试样进行SEM分析发现，在微波烧结致密化过程中，Al2O3晶粒长大很少，烧结制品晶粒细小均匀，这是微波烧结陶瓷的一个突出优点。由于快速加热和低温快速烧结可以制备出高度致密化的细晶粒或超细晶粒陶瓷，从而改善于陶瓷材料的若干性能。

2．2 氧化锆

氧化锆陶瓷由于其相变增韧和良好性能已成为主要的结构陶瓷材料之一。特别是在纳米复合陶瓷研究中，将纳米ZrO2作为弥散相对陶瓷基体进行强韧化，已取得了显著的效果[10]。

表1 微波烧结与传统烧结Al2O3陶瓷对比

Table1 Comparisons of Al2O3 ceramics in conventional and microwave sintering

工艺性能

微波烧结

传统烧结

烧结时间（min）

15

60

升温速率（℃·min-1）

150~250

15~20

烧成温度（℃）

1250

1450

相对密度（%）

98

94

抗弯强度（MPa）

380

300

由于ZrO2导热系数很低（约2W/m·K）、热膨胀系数较大，加之其损耗因子在250℃~400℃就开始迅速增大，因此，当微波场均匀性不好时，即使在较低温度（300℃~500℃），生坯件中极易形成局部热斑，并且热斑处的介电损耗会迅速增大，产生热失控，导致坯体开裂。

Zhang jin song[11]等用微波烧结了平均颗粒直径为10~20nm的ZrO2（4mol%Y2O3）。由于他们发明了微波烧结中的能量分布法（energy distribution），因此，控制了ZrO2晶型转变，并且能够快速而均匀地烧结得到颗粒尺寸不超过20nm的ZrO2。

Janney[12]研究了ZrO2-8mol%Y2O3材料的微波烧结，含8mol%Y2O3的ZrO2粉210MPa下预压成型，并在1100℃预烧达到理论密度的58%，在2.45GHz、2.6kW的微波炉Aγ-1%N2气氛中烧成试样，升温速率35℃/min，常规烧结采用相同的制度，达到同样密度时，微波烧结所需的温度低得多，表明微波烧结所需的活化能低。对微烧结及常规烧结试样的显微结构研究发现，两者都处在正常晶粒长大阶段，在晶界及晶粒边缘留有许多残余气孔，而且都有一些气孔被包裹在晶粒内，说明两者都存在不连续晶粒长大，理论密度99.4%的烧结度试样ZrO2晶粒平均大小2.2μm，理论密度99.35%的常规烧结试样ZrO2晶粒平均为3.5μm，大于微波烧结，这与Al2O3得到的规律相同。由此可假设微波烧结时控制机理为导致致密化的过程，如体积扩散与晶界扩散，而那些导致晶粒粗大的的过程如表面扩散及蒸发凝聚则不占主要地位。为何微波烧结过程中一种扩散机制会优先于另一种扩散机制还无法解释。

2．3 氮化硅

氮化硅基陶瓷是一类重要的先进高温结构陶瓷，具有热膨胀系数小、硬度大、弹性模量高以及热温度性能、化学稳定性、绝缘性好等特点，此外它还耐氧化，耐腐蚀和耐磨损等优点使之具有广泛的应用前景[13]。纯的氮化硅在室温时不吸收微波能，近乎微波透明物质，难以依靠自身的介电损耗来加热。如何促使样品均匀地升温到一定的烧结温度是烧结的关键。氮化硅陶瓷的介电损耗不但很低而且随温度变化不大，其导热性也非良好，在快速升温中，样品开裂打弧或局部过热等现象不可避免会出现。

Yoon Chang Kim[14]使用高纯α－Si3N4粉为原料，Al2O3、Y2O3为助烧剂，添加量12%（Al2O3：Y2O3=1：3），混合后以酒精为介质，用Al2O3球球磨24h，干燥分散后，将粉先用30MPa压力预压后用200MPa等静压，压成24×12（mm）的样品。用2.45GHz、6kW微波炉，升温速率25℃/min；常规烧结采用石墨炉无压烧结，烧成制度与微波烧结相同，且均在氮气气氛中烧成。

由于γ－Si3N4低温时在微波中的损耗很小，需要用SiC作为低温吸收微波的发热体，当样品温度起过临界温度1390℃后，立即就会吸收微波自身发热。结果显示微波可以促进α－Si3N4的α相向β相转变的速度，提高密度。比较微波烧结及常规烧结1750℃样品的扫描电镜图，在同样配方、同样烧结制度下，微波烧结材料的基质中有较大的长形颗粒，保温2h后长形颗粒的比例及颗粒度都有了显著增长，而常规烧结的样品即使保温5h也没有这样的效果。在微波烧结中1725℃就可形成针状的β－Si3N4样品，而常规烧结1800℃也无法获得这样多并且针状显著的β－Si3N4。

徐耕夫[15]也研究了Si3N4微波烧结，发现当采用2.45GHz微波源时，一般用混合加热模式；而采用28GHz或30GHz微波源则可用直接加热方式。微波烧结Si3N4与常规电阻加热相比，有促进致密化，促进α－Si3N4→β－Si3N4相转变和促进长住状β相晶粒长大等特点。从而，使材料在保持较高抗弯强度同时，达到较高的断裂韧性。

2．4 氮化铝

作为一种新型的陶瓷材料，氮化铝陶瓷在工业各领域，尤其是在电子工业有着重要的用途[16]。但由于AlN是共价化合物，有限的原子运动限制了纯AlN在常规温度下的完全烧结，而AlN在高温（1600℃）下的分解是获得AlN致密体的主要难题。因此，需借助较高的烧结压力和添加烧结助剂。众多研究表明：高的纯度、小的粒度和窄的粒度分布是提高AlN烧结性能的关键。因此，如何制备出纯度高、粒度小、成本低、烧结性能好的AlN粉末，是生产性能优良、能够商业化的AlN陶瓷的前提和基础[17]。

AlN陶瓷的介电损耗和介电常数很低且随温度变化不大，它不可能凭借自身的介电损耗特点，在微波作用下来达到烧结温度。因此，徐耕夫等[18]利用微波烧结系统结合适当的烧结工艺对自蔓延高温合成（SHS）制备的氮化铝粉的烧结行为和微观结构进行了研究。样品由AlN粉和3%Y2O3（质量百分数）球磨后干压成试条。样品首先进行预烧结，在流动的氮气气氛下在1200℃预烧结6min，接着进行微波烧结，烧结温度为1600℃。

样品在快速的升温阶段，能在2min内达到近1400℃，接着很快进入烧结阶段，达到1600℃左右，整个过程大约5min，在烧结阶段保温4min能获得相对致密度为98.7%的氮化铝陶瓷。在1600℃随着保温时间的增加，密度相应增加，晶粒也有长大，晶界面含量减少。微波烧结AlN陶瓷的TEM分析显示了AlN完整的近乎圆形的晶粒，平均晶粒尺寸为1.4μm。这与其较低的烧结温度和较短的烧结时间有关。此外，烧结温度明显降低，“微波效应”在氮化铝的烧结中得到体现。

2．5 PZT陶瓷

钛锆酸铅是一种重要的压电陶瓷。在常规电阻炉烧结过程中，生坯中的PbO组分易于损失，烧结温度越高，保温时间越长，则损失微波快速烧结PZT陶瓷，可降低烧结温度、缩短烧结时间，并促进致密化过程。这一点对于尺寸很小的PZT超声换能器阵列的烧结尤其有利。

田岛健一[20]研究了一种由70×70个柱组成的PZT陈列，横截面积尺寸为100μm×100μm，高400μm。采用常规电阻炉，烧结温度1200℃，保温60分钟，结果晶粒粗大，棱柱横截面积变形很大。而采用30GHz微波源在1100℃烧结10分钟，棱柱横面积能完好地保持生坯的形状。微波烧结的PZT陶瓷，在机电偶合系数Kp不降低的同时，抗弯强度能提高一倍以上。

对于PZT铁电陶瓷，2.45GHz微波烧结与常规电阻炉烧结的效果对比如表2[21]。文献作者认为微波烧结细化晶粒、减小缺陷尺寸是使抗击穿场强和断裂强度提高的主要原因之一。另外微波快速烧结能减少铅蒸发，有利于晶界净化和保持微区组成稳定，这也对机、电性能的提高有贡献。

2．6PTC陶瓷

PTC陶瓷是正温度系数热敏陶瓷的简称，它的主要成分是钛酸钡。近20年来，PTC陶瓷材料作为一种重要的功能材

表2 微波烧结与传统烧结的PZT陶瓷性能对比

Table2 Comparisons of PZT ceramics in conventional and microwave sinter

工艺性能

微波烧结

传统烧结

烧结条件

960℃×15min

960℃×120min

相对密度（%）

98.9

98.7

晶粒尺寸（um）

3.2

7.0

介电常数（∑max）

20100

20180

击穿场强（kV·mm－1）

10.5

6.2

抗弯强度（MPa）

89

65

表3 传统烧结与微波烧结的PTC陶瓷对比

Table3 Comparisons of PTC ceramics in conventional and microwave sinter

项目

传统烧结

微波烧结

总烧成时间（min）

480~600

90

升温速率（℃·min-1）

4~5

30~120

烧成最高温度（℃）

1300

1100

保温时间（min）

30

10

最小电阻率的半导体含量（%）

0.15~0.30

0.15~1.0

料得到了广泛的关注，并取得了迅速的发展。由于PTC陶瓷具有无明火、无噪音、无干扰、体积小、质量轻、节能省电、安全可靠、使用寿命长等优点，因此其应用领域十分广阔[22]。PTC传统的合成方法，因原料机械振合的不均匀性和高温固相反应全过程的长时性，使所得产品的晶粒尺寸粗而不匀，严重降低了材料敏PTC效应(Positive Temperature Coefficient 正温度系数效应)。而微波合成的PTC陶瓷材料的性能可满足过流、过热保护的要求。

PTC陶瓷微波合成的工艺[23]：首先以二氧化钛和碳酸钡为主要原料，采用通常的混合工艺进行配料，在1150℃左右合成碳酸钡，也可用化学法或水热法制取碳酸钡，然后再引入其它固溶体组元，以调节基方组成的居里温度，并添加施主和受主杂质以及烧结助剂，经球磨混合粉碎、造粒、成型、微波烧结合成PTC陶瓷材料。

总之，采用微波烧成的PTC陶瓷，不仅可缩短烧成时间、降低烧成温度(见表3)，而且能提高烧成制品的性能。这是由于微波烧成温度的升降十分迅速，快速加热时形成的晶粒尺寸细小，冷却时晶界偏析（受主杂质在晶界上析出）几乎完全避免，因此微波烧成易得到低电阻高性能的PTC陶瓷材料。

3 结束语

微波烧结作为一种革命性的烧结技术，具有巨大的发展潜力。作为一种省时、节能、节省劳动、无污染的技术，微波烧结能满足当今节约能源、保护环境的要求；其次它具有的活化烧结特点有利于获得优良的显微组织，从而提高材料性能。再次，微波与材料耦合的特点，决定了用微波可进选择性加热，从而制得具有特殊组织结构的材料。

在规模化应用方面，已成功地进行了陶瓷材料的小批量和连续化微波烧结[24]。已证明在规模化水平，微波烧结在节能、省时和所得产品性能等方面皆优于常规烧结技术。其唯一的缺点是设备投资大，但考虑到该技术具有的显著特点，用该技术烧结的产品性能价格比完全可以超过的电阻加热炉。此外，阻碍该技术实用化的技术困难还有[25]：烧结材料的种类局限性、加热过程热失控、温度难以准确测量和控制、烧结件开裂、烧结产量低等。

综上所述，微波加热技术作为一门应用于陶瓷行业的新技术，还有很多工作要做。然而微波加热技术具有不可抵档的优势，人类的智慧必将会解决这些问题而成功地将微波加热技术应用于陶瓷行业，使材料的加工方式发生质的飞跃，极大提高生产效率，提高产品质量，促进生产力的发展。

一、论文的内容范围及总体要求

（一）、论文应就特种设备安全技术科学相关问题进行分析、研究和阐述，论文内容应是对特种设备安全技术科学发展起推动作用的、经过分析－归纳－验证的、符合逻辑思维规律的陈述；

（二）、论文应有独到的论点、具有特色的论据和合乎逻辑的论证；

（三）、论文类别包括特种设备安全技术/管理经验总结、检验技术或检验方法研究专题报告、检测仪器或工具发明的科研成果论述、检验科学技术发展趋势综述等；

（四）、论文应结构严谨、内容丰富、重点突出，表述方式以议论和说明为主。

二、论文写作的具体要求

（一）、标题应确切恰当

标题应尽可能简短，既能概括全篇内容，又能引人注目。

（二）、选题应有特色

选题时应注意问题的具体性、典型性和针对性，应是人们普遍关心的、亟待解决的问题。

（三）、论点应正确鲜明

论点正确是指作者的观点合理，符合理论和实际，经得起推敲和检验。论点鲜明是指作者态度明朗，不模棱两可。

（四）、论据应确凿充分

论据应围绕主题，选择的材料应真实、可靠、典型、充分，使论点与论据能相互结合、统一。

（五）、论证逻辑应严密

论文应以逻辑推理的形式用论据来证明论点，应具体分析，运用材料就事论理，抓住事物的本质，从理论和实践的结合上解决问题。逻辑严密主要体现在论证方法上，一般为归纳法和演绎法。

（六）、论文结构应严谨，重点突出

论文结构应合理，前后连贯，主次分明，周密严谨，使读者能完整地理解文章的内容。

（七）、语言应准确、朴实、生动，图文并茂

语言准确主要是指用词准确，概念明确；语句简捷，表述恰当，叙述的事实可信；句子联接合乎逻辑，推理清楚。语言朴实是指言之有物，不讲空话；言之有序，条理清楚。语言生动是指论文阐述道理生动活泼，以求更具有说服力量。图文并茂是指文字和图、像、表、式能融会贯通，揉为一体，不脱节。

（八）、体例规范

1、篇幅及字体：全文要求3000～5000字；文字一律采用中文简体，标题采用三号宋体字加黑，小标题采用小三号宋体字加黑，正文采用四号宋体字；用A4纸打印。

2、论文标题及小标题：应居中、美观、简明、醒目；标题后不加标点符号；若小标题后接排正文，其后可空一格；文内小标题前后标志方法应统一。

3、章节及层次：应合理设置，前后统一。层次较多时，各层序码应清晰标注。第一级采用一、二、三等，第二级采用（一）、（二）、（三）等，第三级采用1、2、3等，第四级采用（1）、（2）、（3）等，第五级采用①、②、③等。

4、作者及其工作单位：应写在论文标题之下、正文之上。

5、内容摘要：包括从事此项工作的目的，工作的主要内容和过程，取得的成果和发现的特点、结论及其价值和意义。一般不超过200字，置于作者署名之下、文章开头之前的上方居中处。

6、计量单位：采用国际单位制，一律用符号表示，不采用中文名称。

7、名词术语：全篇论文中指同一事物的名词术语应前后一致。

8、公式：位置居中，其后不加标点，也不写计量单位，若对公式编号，将编号加圆括号后，写在公式右侧行末。

9、插图：用黑色墨水描绘或用计算机绘制，制图应执行国家标准。

10、参考文献格式：作者、书名（期刊名）、出版单位、出版时间（期号）等。

11、引用标准（规范）格式：标准（规范）编号、年号、标准（规范）名称等。

光纤接插件和光纤跳接线： 用陶瓷制作的光纤连接器与光纤跳接线是光纤网路中应用面最广并且需求量最大的光无源器件。单模多模活动光纤连接器中核心零件,其中主要部件—二氧化锆陶瓷套管（即连接器精密针），它所用的材料就是氧化钇 Y2O3 稳定的四方氧化锆粉末。其主要用途有： 氧化锆陶瓷轴承 氧化锆全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨、耐腐蚀、无油自润滑、耐高温、耐高寒等特点，可用于极度恶劣环境及特殊工况。 目前氧化锆陶瓷轴承已被微型冷却风扇所采用，其产品寿命及噪音稳定性均优于传统的滚珠及滑动轴承系统，富士康公司率先在电脑散热风扇上采用了氧化锆陶瓷轴承。 氧化锆陶瓷阀门 目前，我国各个行业中普遍使用的阀门是金属阀门，金属阀门的使用也有100多年的历史，期间虽然也经历过材料及结构的改变，但由于受金属材料自身的限制，金属的腐蚀破坏对阀门耐磨性的作用期限、可靠性、使用寿命具有相当大的影响，机械和腐蚀的作用因素对金属的作用大大地增加了接触表面总的磨损量，阀门操作过程中，摩擦的表面由于同时的机械作用和金属与环境进行化学的或电化学的相互作用的结果产生磨损和破坏，对于阀门而言，其管道工作气候条件的复杂；石油、天然气和油层水等介质中硫化氢、二氧化碳和某些有机酸的出现，使其表面的破坏力增大，从而迅速失去工作能力。 氧化锆陶瓷阀门优良的耐磨性、防腐性、抗高温热震性，能够胜任这一领域。 氧化锆研磨材料 氧化锆磨球具有硬度大、磨损率小、使用寿命长、可大幅减少研磨原料的污染，能够很好地保证产品质量，同时氧化锆材料密度大，用做研磨介质时撞击能量强，可大大提高研磨分散效率，可有效缩短研磨时间。 良好的化学稳定性决定了其耐腐蚀性，可以在酸性和碱性介质中使用。 由中国建筑材料科学研究院研究开发的氧化锆陶瓷磨球，磨损率仅为0.04/24h，在球磨、振动磨、行星磨和搅拌磨等磨机中被广泛采用当作研磨介质。 3.氧化锆功能陶瓷 圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠 我国是制笔大国，国际上每5支笔中有4支来自中国，已形成近800亿元/年的市场，一般情况下，圆珠笔用球珠主要是不锈钢和炭化钨材料，但这类球珠在书写过程中经常出现断线、掉珠、死珠、蘸头等现象，目前由河北省勇龙邦大新材料有限公司与清华大学新型陶瓷与工艺国家重点实验室共同研制的“圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠”克服了以上缺陷，填补了国内空白，该科技成果已被列为国家制笔行业“十一五”国家重点推广新产品[3]。 氧化锆陶瓷刀具 氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色刀具，目前市场主要产品有：氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等，近几年在欧、美、日、韩等地已开始流行。 氧化锆高温发热材料 氧化锆在常温下为绝缘材料，比电阻高达1015Ω·cm，温度升高至600℃可以导电，而在1000℃以上时是良导体，可作1800℃高温发热元件，最高工作温度可以达到2400℃，目前已经被成功地用于2000℃以上氧化气氛下的发热元件及其设备中，磁流体发电的电极材料也在积极的研究之中。 氧化锆生物陶瓷材料 烤瓷牙家族中的贵族—氧化锆烤瓷牙，烤瓷牙材料的好坏直接影响它的质量和患者身体健康，因烤瓷牙的内冠是由不同金属材料制作而成，金属内冠易与口腔唾液发生氧化反应，氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层，牙齿透明度好，光泽度极佳，更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题，具有足够好的遮色能力，能够完美解决重度四环素牙患者的牙齿美容需求，而且氧化锆材质的强韧性弥 补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点，生物相容性好，不刺激口腔粘膜组织，易于清洁，是目前国内外最优质的烤瓷牙。 氧化锆涂层材料 高性能Y2O3等稳定剂稳定的氧化锆热障陶瓷涂层材料，主要应用于高性能涡轮航空发动机。 氧化锆通讯材料 近年来随着信息及通信等新兴产业的发展，其产品越来越向高精密、小型化方向发展，增韧氧化锆陶瓷优良的力学性能、耐腐蚀及高绝缘性能能够胜任这一领域，目前已有氧化锆陶瓷插针和氧化锆陶瓷套筒产品问世。在陶瓷PC型光纤活动连接器中，二氧化锆插针体是其关键部件。 氧化锆氧传感器 汽车工业中在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的，目前使用的氧传感器有氧化钛式和氧化锆式两种，其中应用最多的就是氧化锆式氧传感器。 早在20世纪70年代中期，日本汽车生产技术完备却难以进入美国市场，但美国制定新政策限制汽车尾气污染给日本带来了机会，日本科学家把氧化锆制成多孔氧传感器，装在发动机里自动检测发动机里氧气与燃烧气体的比例，并自动控制输入气体和排出气体的比例，从而大大减少汽车排放的有害气体，使日本汽车一举打入美国市场。 4.氧化锆装饰材料 传统意义上的装饰陶瓷由普通硅酸盐系统材料制作而成，例如：陈设瓷中的花瓶、陶瓷画板、室内外装潢用陶瓷墙地砖等。氧化锆装饰材料开创了人类美化自身的新领域，目前主要应用于单纯的佩饰品及兼有应用功能的佩饰品。 氧化锆宝石材料 氧化锆宝石材料分为天然立方氧化锆和人工合成立方氧化锆两种。 自然状态下天然的立方氧化锆极难寻找到，决定了其具有了宝石材料稀有性的特点，自然形成的立方氧化锆颜色非常丰富，大颗优质的天然锆石价格决不在同等的钻石之下，是非常稀少的贵重天然宝石。 人工合成立方氧化锆光学性能良好，是廉价而有美丽的钻石替代品。 氧化锆陶瓷首饰 氧化锆陶瓷首饰目前主要有以下几种类型：（1）镶嵌了氧化锆的银首饰，在这里氧化锆的范围就比较宽广，包括二氧化锆石、工业二氧化锆、高纯二氧化锆、稳定二氧化锆、超细二氧化锆、锆英砂、锆英粉等，镶有立方氧化锆的银镀铑的首饰特别受欧洲客户的青睐。（2）单纯氧化锆材料佩饰品，是目前装饰陶瓷市场正悄然兴起的一类产品，国内已有陶瓷生产公司在研究、开发、销售这类产品过程中走在了同行业的前列，对这一产业政府也给予了高度重视，2006年北京市科技型中小企业技术创新基金无偿资助项目中就有彩色氧化锆结构陶瓷的研制，市面上有近300多种新的陶瓷佩饰产品，既包括各种新型的款式也包括各种色泽明快的颜色，而且该类产品在欧、美、日和中国香港等地区均有很好的市场，特别受到欧洲市场的青睐。（3）兼有应用功能的佩饰品，典型的产品是陶瓷手表表壳、表圈、表带等产品，国际知名品牌Chanel/香奈尔、RADO/雷达等手表均有全陶瓷款式，而且价格不菲。 5.氧化锆其它应用 与氧化锆形成复相材料 与其它材料复合形成的复相材料，比如氧化锆与氧化铝、莫来石等材料形成的复相材料，得到了比单相材料具有更优异性能的新材料。 普通陶瓷添加剂 陶瓷色釉料方面的应用：氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，若想获得性能较好的钒锆黄颜料，必须选用质纯的氧化锆，另外在釉料制造方面，纯的氧化锆可以提高釉的高温粘度和扩大高温粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，其含量为2%~3%时，能提高釉料的抗龟裂性能，还因氧化锆的化学惰性大，能提高釉料的化学稳定性和抗酸碱侵蚀的能力，有时也被用来制作乳浊釉。 制备铬酸盐原料 制备锆酸盐的原料，由二氧化锆和一些金属氧化物或金属碳酸盐反应生成，它们都是大分子结构，具有各种电性能，为高温、电子元器件等领域所应用。 四、氧化锆的发展前景 高性能结构陶瓷的开发研究已引起世界工业先进国家的高度重视，并成为研究、投资、生产十分活跃的领域，尤其是日本、美国等国家都投入可观的经费。我国历来对发展新型陶瓷材料高度重视，并取得了许多重大成果。近几年有一些公司已经能够生产高质量氧化锆超细粉体，且大部分产品出口。但应该看到的是我国在原料粉体的生产方面整体还处于较落后的水平。今后的发展应朝着超细、高纯方向发展，产品制造方面应朝着新功能、新应用领域方向发展，不断扩大氧化锆应用领域。

常见绝缘陶瓷：美质瓷，氧化铝瓷，莫来石瓷，改性碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷，氮化铝陶瓷，硼酸铅玻璃陶瓷，硼酸锡钡陶瓷，氧化铍陶瓷。

性能要求：

1）满足使用技术要求的介电常数，一般为较低的介电常数；

2）尽可能低的介电损耗；

3）高的体积电阻率和介电强度；

4）良好的介电温度和频率特性

5）优良的导热性能，机械强度，断裂韧性，化学稳定性和热稳定性。

应用：在电子设备中作为安装，固定，支撑，保护，绝缘，隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料。

随着指纹芯片厂商的努力，今年指纹芯片性能极大提升，其穿透力的增强可以支持更多的盖板方案。同时，基于用户的使用习惯和审美等考虑，正面指纹识别逐渐在行程一个小趋势，而玻璃和蓝宝石在耐磨性能上并不具备优势，因此市场出现了陶瓷（氧化锆）的新兴材料。

目前，在陶瓷盖板方案领域，小米5率先采用了来自潮州三环的陶瓷盖板指纹。随后，OPPO、vivo等也采用了陶瓷盖板方案，部分来自顺络电子。

陶瓷盖板方案成为终端厂商的新选择之一，主要是陶瓷材料的高硬度、低导热等性能。不仅如此，陶瓷（氧化锆）材料介电常数是蓝宝石的3倍，此特性使指纹识别更灵敏，成功率更高，又由于韧性高于蓝宝石3倍以上，氧化锆保护层在保证抗摔强度下，目前最薄量产厚度低至0.1mm。

更重要的是，氧化锆的总成本只有蓝宝石的1/4，是替代蓝宝石高性价比方案。

由上述可知，目前基于成本考量，中高端机型的玻璃盖板应用相对较多。但基于性能考量，陶瓷盖板方案在高端机型中有所应用。不容忽视的是，随着未来随着陶瓷盖板的成本下降，更多的中高端智能手机或将采用陶瓷盖板方案。