陶瓷被我们用于哪些方面?
由于陶瓷具有质硬、耐磨损、电绝缘、耐酸碱腐蚀、耐火、对液体和气体无渗透性、化学稳定性好等特性,在建筑上被广泛用于地砖、墙砖、排水管、卫生洁具等;在化工领域,陶瓷被用于制造各种容器、管道、阀门、液体泵、坩埚、蒸发皿、燃烧舟、研钵、反应釜和各种高温工业窑炉的耐火材料;在电力方面,用于制造高低压输电线路上的绝缘子、电机用套管、绝缘支柱、低压电器和照明用具等。
近年来,陶瓷的应用范围更进一步拓展到光学、电子计算机、通信、航空航天、核能、机械、新能源、激光、生物医药等尖端科技领域,出现了许多新的陶瓷制造工艺和品种,已形成一个巨大的高新技术产业。这些新型陶瓷材料统称为特种陶瓷或先进技术陶瓷,一般分为结构陶瓷、功能陶瓷和陶瓷基复合材料三类。
氮化硅、碳化硅、碳化硼、二硼化钛等超硬质结构陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨损、重量轻等性能,可用来制造人造金刚石、地质钻头、机床高速和精密切削刀具、模具、磨料和磨具、轴承、轴瓦、汽车发动机活塞、水轮机叶片和坦克装甲等。
氧化硅陶瓷能耐1728℃高温,氧化铝陶瓷能耐2050℃,氧化锆陶瓷能耐2690℃,氧化镁陶瓷能耐3105℃。这些高温结构陶瓷可制造飞机喷气发动机和火箭发动机喷嘴、燃烧室内衬、燃气轮机叶片、红外光源、高温传感器探头、磁流体发电通道材料和电极等。
先进的陶瓷又叫做精细陶瓷、高技术陶瓷等等。先进的陶瓷和传统的陶瓷不一样,先进的陶瓷是以人工合成的高纯度超细粉末作为原料的,按照精选的成分来配合,在十分严格的工艺条件下通过成型、烧结和其他处理制造的。大多属于多晶烧结体,另外也有单晶薄膜、纤维和非晶陶瓷等各种形式。
传统陶瓷的缺点就是强度高,可是脆性却大、可靠性很差、机械加工以及焊接非常困难。先进的陶瓷强度很高、耐磨损、重量轻、耐高温、抗腐蚀,并且具有声、电、光、热和磁等许多方面的特殊性能。因此先进的陶瓷用途很广,从集成电路基板、电容器、变压器、传感器直到磁流体发电机电极;从人造牙齿到生物反应器,它遍布于现代科技的各个领域,所应用范围之广是任何材料都不能比拟的,因此又有“万能材料”的美称。
作为结构材料使用的先进陶瓷,现在国内外开发的大多为氮化硅、碳化硅、氧化锆和氧化铝陶瓷等等。
氮化硅陶瓷具有耐高温强度很高、抗热震性能优良、高温蠕变较小、十分耐磨、耐腐蚀以及低比重等卓越性能,是最有希望应用于热机的高温材料。
碳化硅陶瓷材料是一种超硬材料,不但在常温下性能卓越,最重要的就是其高温力学性能是现在陶瓷材料里最优秀的,从室温至1000℃的高温强度能够维持大致不变。这种材料是非氧化物陶瓷材料里最稳定的,抗氧化性能十分优越,耐各种酸、碱的腐蚀,用途非常广。
氧化铝陶瓷一般指的是含量超过70%的氧化铝陶瓷,有的又称做刚玉。它不但是传统的耐火材料、工程陶瓷,还是应用广泛的电子陶瓷,同时还是生物陶瓷。
氧化铝陶瓷非常容易烧结,容易达到理论上的密度,烧结制品呈现半透明状,对于可见光以及红外光有非常高的透光率。而且原料丰富,价格较低,已经具有十分成熟的制备工艺了。陶瓷透明以后,就可以在光学方面具有很多用途。半透明氧化铝陶瓷具有良好的透光性能,再加上可以耐高温及化学腐蚀,可以承受热冲击以及具有很高的绝缘性,替第三代光源——高压钠灯的制造提供了灯管材料。还可用于战斗机以及导弹头部的透过红外光的窗口材料等。氧化铝透明陶瓷一旦研制成功,利用类似的工艺还可研制氧化镁、氧化钇等各种透明的陶瓷。
(一)按用途的不同分类
1.日用陶瓷:如餐具、茶具、缸,坛、盆、罐、盘、碟、碗等。
2.艺术{工艺}陶瓷:如花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、 陈设品等。
3.工业陶瓷:指应用于各种工业的陶瓷制品。又分以下6各方面:
①建筑一卫生陶瓷: 如砖瓦,排水管、面砖,外墙砖,卫生洁其等;
②化工{化学}陶瓷: 用于各种化学工业的耐酸容器、管道,塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等;
③电瓷: 用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。电机用套管,支柱绝缘于、低压电器和照明用绝缘子,以及
电讯用绝缘子,无线电用绝缘子等;
④特种陶瓷: 用于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品,有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英
石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。
(二)按所用原料及坯体的致密程度分类可分为:
粗陶(brickware or terra-cotta), 细陶 (potttery),炻器 (stone Ware),半瓷器 (semivitreous china),以至瓷器(130relain),原料是从粗到精,坯体是从粗松多孔,逐步到达致密,烧结,烧成温度也是逐渐从低趋高。
粗陶是最原始最低级的陶瓷器,一般以一种易熔粘土制造。在某些情况下也可以在粘土中加入熟料或砂与之混合,以减少收缩。这些制品的烧成温度变动很大,要依据粘土的化学组成所含杂质的性质与多少而定。以之制造砖瓦,如气孔率过高,则坯体的抗冻性能不好,过低叉不易挂住砂浆,所以吸水率一般要保持5~15%之间。烧成后坯体的颜色,决定于粘土中着色氧化物的含量和烧成气氛,在氧化焰中烧成多呈黄色或红色,在还原焰中烧成则多呈青色或黑色。
我国建筑材料中的青砖,即是用含有Fe2O3的黄色或红色粘土为原料,在临近止火时用还原焰煅烧,使Fe203还原为FeON成青色,陶器可分为普通陶器和精陶器两类。普通陶器即指土陶盆.罐、缸、瓮.以及耐火砖等具有多孔性着色坯体的制品。精陶器坯体吸水率仍有4~1 2%,因此有渗透性,没有半透明性,一般白色,也有有色的。釉多采用含铅和硼的易熔釉。它与炻器比较,因熔剂宙量较少,烧成温度不超过1300℃,所以坯体增未充分烧结;与瓷器比较,对原料的要求较低,坯料的可塑性较大,烧成温度较低。不易变形,因而可以简化制品的成形,装钵和其他工序。但精陶的机械强度和冲击强度比瓷器.炻器要小,同时它的釉比上述制品的釉要软,当它的釉层损坏时,多孔的坯体即容易沾污,而影响卫生。
精陶按坯体组成的不同,又可分为:粘土质、石灰质,长石质、熟料质等四种。粘土质精陶接近普通陶器。石灰质精陶以石灰石为熔剂,其制造过程与长石质精陶相似,而质量不及长石质精陶,因之近年来已很少生产,而为长石质精陶所取代。长石质精陶又称硬质精陶,以长石为熔剂。是陶器中最完美和使用最广的一种。近世很多国家用以大量生产日用餐具(杯、碟盘予等)及卫生陶器以代替价昂的瓷器。热料精陶是在精陶坯料中加入一定量熟料,目的是减少收缩,避免废品。这种坯料多应用于大型和厚胎制品(如浴盆,太的盥洗盆等)。
炻器在我国古籍上称“石胎瓷”,坯体致密,已完全烧结,这一点已很接近瓷器。但它还没有玻化,仍有2%以下的吸水率,坯体不透明,有白色的,而多数允许在烧后呈现颜色,所以对原料纯度的要求不及瓷器那样高,原料取给容易。炻器具有很高的强度和良好的热稳定性,很适应于现代机械化洗涤,并能顺利地通过从冰箱到烤炉的温度急变,在国际市场上由于旅游业的发达和饮食的社会化,炻器比之搪陶具有更大的销售量。
半瓷器的坯料接近于瓷器坯料,但烧后仍有3~5%的吸水率(真瓷器,吸水率在0.5%以下),所以它的使用性能不及瓷器,比精陶则要好些。
瓷器是陶瓷器发展的更高阶段。它的特征是坯体已完全烧结,完全玻化,因此很致密,对液体和气体都无渗透性,胎薄处星半透明,断面呈贝壳状,以舌头去舔,感到光滑而不被粘住.硬质瓷具有陶瓷器中最好的性能。用以制造高级日用器皿,电瓷、化学瓷等。
软质瓷 (soft porcelain) 的熔剂较多,烧成温度较低,因此机械强度不及硬质瓷,热稳定性也较低,但其透明度高,富于装饰性,所以多用于制造艺术陈设瓷。至于熔块瓷 (Fritted porcelain) 与骨灰磁 (bone china),它们的烧成温度与软质瓷相近,其优缺点也与软质瓷相似,应同属软质瓷的范围。这两类瓷器由于生产中的难度较大(坯体的可塑性和干燥强度都很差,烧成时变形严重),成本较高,生产并不普遍。英国是骨灰瓷的著名产地,我国唐山也有骨灰瓷生产。
特种陶瓷是随着现代电器,无线电、航空、原子能、冶金、机械、化学等工业以及电子计算机、空间技术、新能源开发等尖端科学技术的飞跃发展而发展起来的。这些陶瓷所用的主要原料不再是粘土,长石,石英,有的坯休也使用一些粘土或长石,然而更多的是采用纯粹的氧化物和具有特殊性能的原料,制造工艺与性能要求也各不相同。
食
陶瓷器在食的方面是最多样化的,中国人讲究吃的艺术,对餐具的样式也很考究,碗类有菜碗、饭碗、汤碗,盘子有大有小、有方有圆、有深有浅,随著用餐的规模和气氛来选用。
衣
陶瓷在衣的方面,大多是以衣服的配件或是装饰品的型态呈现;尤其是在古代金属制品尚未普遍的时代,人类的饰品多以石制或陶制为主。现在仍有许多饰品是用陶瓷制成,如衣扣、袖扣、项鍊、耳坠......等,都具陶瓷之美而深受喜爱。
住
住宅内外最常见的就是磁砖、地砖了,在现代建筑中是最重要的建材之一,是建筑物呈现在外表闪亮多彩的外衣;在古代建筑中,陶瓷却是主要的架构骨材,如屋瓦、砖块......等,都是不可或缺的建筑材料。
行
多是以道路设施为主,如人行道的铺砖即是,比较特殊的是高速公路上用来分隔车的圆形标线砖是用陶瓷做的,其原因是陶瓷能在夜间清楚地反射车辆的灯光,让驾驶容易辨认车道;同时能承受高度通过时的碾压。而目前正在销售的汽机车陶瓷引擎,和太空梭外表所使用的耐高温绝缘体,更是一大贡献。