什么是特种陶瓷，分哪几类，有何功用

什么是特种陶瓷？特种陶瓷是具有高强、耐温、耐腐蚀特性或具有各种敏感特性的陶瓷材料，由于其制作工艺、化学组成、显微结构及特性不同于传统陶瓷，所以有特种陶瓷之称，又叫先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷等。那么，特种陶瓷成型工艺你了解多少呢？下面就具体给大家讲讲特种陶瓷成型工艺是什么吧。

什么是特种陶瓷

特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，

投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元，因此许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必定会占据十分重要的地位。

特种陶瓷成型工艺

一、成形方法与结合剂的选择

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下所示：

特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量成形方法 结合剂举例

千压法聚乙烯醇缩丁醛等 1~5；浇注法 丙烯基树脂类 1~3；挤压法 甲基纤维素等 5~15；注射法 聚丙烯等 10~25；等静压法 聚羧酸铵等 0~3

结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂（具有分散剂和润滑功能）等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂，要考虑以下因素：

1）结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力（yoc）或表面自由能（yos）比结合剂的表面张力（yoc）大时，才能很好地润湿。

2）好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合（一次结合），同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力（二次结合）。虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：

一CONH一>；－CONH2>；一COOH>；一OH>；－NO2>；－COOC2H5>；一COOCH5>；－CHO>=CO>；－CH3>= CH2>；－CH2

3）结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，

且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。

4）为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。

在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。

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特种陶瓷类别氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷金属陶瓷 

基本性能特点强度硬度高；耐高温；高的抗蠕变能力；耐蚀性和绝缘性好。缺点是脆性大，不能受热冲击硬度高，磨擦系数小，有自润滑性和耐磨性，蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性好；化学稳定性好，优异的电绝缘性能高温强度高，导热性好；其稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性好；且耐放射元素的幅射耐热性和导热性好，膨胀系数低，抗热振性和热稳定性好；高温绝缘性好，化学稳定性好，有自润滑性，耐磨性好以金属氧化物（Al2O3等）或碳化物（如TiC、WC、TaC等）粉料，再加入适量的粘接刘（如Co、Cr、Ni、Fe、Mo等）通过粉末冶金的方法制成，具有某些金属性质的陶瓷，它是制造万具、模具和耐磨零件的重要材料

特种陶瓷，是指具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷，应用于各种现代工业和科学技术，所用的原料和所需的生产工艺技术已与普通陶瓷有较大的不同和发展。

特种陶瓷可根据其性能特点及用途的不同，可细分为结构陶瓷、功能陶瓷和工具陶瓷。

按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子陶瓷两大类。

由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。

按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类

按照化学组成划分有： ①氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。 ②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。 ③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。 ④硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。 ⑤硅化物陶瓷：二硅化钼等。 ⑥氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。 硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等

（1）在粉末制备方面，目前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制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、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制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000—15000℃和一个大气压以下制造金钢石，其效率比普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。

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；可使作业程序简化、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，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体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干法成型和湿法成型两大类，干法成型包括钢模压制成型、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，与干法成形相比，可以有效控制团聚，减少缺陷。无模成形实际上是快速原型制造技术（Rapid prototyping manufacturing technology,RP &M) 在制备陶瓷材料中的应用。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 的原理逐层制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面：

a、进一步开发已经提出的各种无模成形技术在制备不同陶瓷材料中的应用；

b、性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；

c、大型异形件的结构设计与制造；

d、 陶瓷微结构的制造及实际应用；

e、进一步开发无污染和环境协调的新技术。

（3）烧结方面：特种陶瓷制品因其特殊的性能要求，需要用不同于传统陶瓷制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、超声波振动磨削加工方法；

b、在线电解修整金刚石砂轮磨削加工方法；

c、电解、电火花复合磨削加工工艺；

d、电化学在线控制加工方法。

采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。 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集成电路和超大规模集成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机床身、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，这方面的应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。 （1）特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等；

（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）陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复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复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复合（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，目前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。

导语:如果问陶瓷大家认识吗？这样的问题我想大家都会笑笑不说话，陶瓷谁不认识。中华陶瓷的历史那么的悠久，几乎每个中国人都知道陶瓷是什么，但是如果我今天这样问大家特种陶瓷大家认识吗？那么肯定有或多或少的人回答不上来的，那么不知道朋友也不要担心今天小兔就告诉大家什么是特种陶瓷，希望不知道的朋友能够好好的阅读一下，特种陶瓷大家又管它叫做细陶瓷，在功能上大家对它也有分类，下面就关于特种陶瓷给大家做一个详细的介绍。

一、特种陶瓷的基本介绍

特种陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。

二、特种陶瓷的制作工艺

成形方法与结合剂的选择

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下所示：

特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量

成形方法 结合剂举例 <结合剂用量(质量%)

千压法聚乙烯醇缩丁醛等 1~5

浇注法 丙烯基树脂类 1~3

挤压法 甲基纤维素等 5~15

注射法 聚丙烯等 10~25

等静压法 聚羧酸铵等 0~3

结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂(具有分散剂和润滑功能)等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂，要考虑以下因素：

1)结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力(yoc)或表面自由能(yos)比结合剂的表面张力(yoc)大时，才能很好地润湿。

2)好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合(一次结合)，同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力(二次结合)。虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：

一CONH一>-CONH2>一COOH>一OH>-NO2>-COOC2H5>一COOCH5>-CHO>=CO>-CH3>= CH2>-CH2

3)结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。

4)为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。

在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。

特种陶瓷的生产的生产过程是这样算起的，指从放入原料开始，到生产出陶瓷产品的全过程。特种陶瓷的生产过程一定严格的安照操作方法和生产步骤，否则就将会影响到特种陶瓷的产品质量，尤其是特种陶瓷的生产比普通陶瓷的生产更为严格，通常情况下陶瓷产品的生产过程包括三大步，第一步是坯料制造，第二步是坯体成型，那么第三步就是瓷器成型。那么今天关于特种陶瓷的制作工艺就介绍到这里。

特种陶瓷材料性能由两种因素决定。首先物质结构，主要化学键性质晶体结构。它们决定陶瓷材料性能，如耐高温性、半导体性及绝缘性等。其次显微组织，包括分布、晶粒大小、形状、气孔大小分布、杂质、缺陷等。普通陶瓷用粘土、长石、石英为原料，经配制、烧结制成。这类陶瓷质地坚硬、不会氧化生锈、耐腐蚀、不导电、能耐一定高温、加工成型性好、成本低，但强度较低。一般最高使用温度不超过1200摄氏度，这类陶瓷产量大，种类多，广泛用于电气、化工等行业。

碳化硅陶瓷用碳化硅粉，用粉末冶金法经反应烧结或热压烧结工艺制成。碳化硅陶瓷最大特点高温强度大、热稳定性好、耐磨抗蠕变性好。适用于浇注金属用喉嘴、热电偶套管、燃气轮机叶片、轴承等零件。同时由于它热传导能力高，还适用于高温条件下热交换器材料，也可用于制作各种泵密封圈。

氮化硅陶瓷原料丰富、加工性好，可以用低成本生产出各种尺寸精确部件，特别形状复杂部件，成品率比其他陶瓷材料高。氮化硅陶瓷抗温度急变性好，硬度高，其硬度仅次于金刚石、氮化硼等物质，用氮化硅陶瓷材料制造发动机，由于工作温度提高到1370摄氏度，发动机效率可提高30%.同时由于温度提高，可使燃料充分燃烧，排出废气污染成分大幅度下降，不仅降低能耗，并且减少了环境污染。

其它一些特种陶瓷材料，种类还非常繁多，它们各有特色，可制成各种功能元件。氧化锂陶瓷为高温材料，滑石陶瓷为高频绝缘材料，氧化钍陶瓷为介电材料，钛酸钡陶瓷为光电材料，硼化物、氮化物、硅化物等金属陶瓷为超高温材料。铁氧体陶瓷为永久磁铁、记忆磁铁、磁头等材料，稀土钴瓷为存贮器材料，半导体瓷为亚敏元件、太阳电池等材料等。