材料科學概論之陶瓷材料

1、靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享小組成員小組成員：龔萌、黃艷莉、席靜雯、汪鈺蕊、李倩、牛龔萌、黃艷莉、席靜雯、汪鈺蕊、李倩、牛同君、王蕊、羅艷、李依凡、王慧琴、馬玉珍、朱林玉同君、王蕊、羅艷、李依凡、王慧琴、馬玉珍、朱林玉 靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享主要內(nèi)容地位和地位和作用作用概念特點分類分類應用發(fā)展方向和趨勢靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過成型是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過成型和高溫燒結制成的，由無機化合物構成的多相和高溫燒結制成的，由無機化合物構成的多相固體材料。固體材料。新型陶瓷新型陶瓷以精致的高純天然無機物或人工合成的無機

2、化合以精致的高純天然無機物或人工合成的無機化合物為原料，采用精密控制的加工工藝燒結，具有物為原料，采用精密控制的加工工藝燒結，具有優(yōu)異的性能。優(yōu)異的性能。(一）概念靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享（二）地位和作用（二）地位和作用1、是許多新興科學技術的先導。是許多新興科學技術的先導。 許多新興科技都是在劃時代的新材料出現(xiàn)后產(chǎn)生的，如半導體材料、許多新興科技都是在劃時代的新材料出現(xiàn)后產(chǎn)生的，如半導體材料、激光晶體、光導纖維、超導材料等。激光晶體、光導纖維、超導材料等。2、是許多現(xiàn)代科技和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎。是許多現(xiàn)代科技和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)

3、展的基礎。 科技的發(fā)展對材料提出苛刻的要求，如航天航空要求高強度、耐高科技的發(fā)展對材料提出苛刻的要求，如航天航空要求高強度、耐高溫、耐燒蝕；原子能工業(yè)要求耐輻射和腐蝕；電子工業(yè)要求超純、特薄、溫、耐燒蝕；原子能工業(yè)要求耐輻射和腐蝕；電子工業(yè)要求超純、特薄、特細且均勻的電子材料；信息技術要求高靈敏、大容量材料等等。特細且均勻的電子材料；信息技術要求高靈敏、大容量材料等等。3、鞏固國防、發(fā)展軍用技術的作用。國防工業(yè)、軍用鞏固國防、發(fā)展軍用技術的作用。國防工業(yè)、軍用技術歷來是新材料、新技術的主要推動者和應用者技術歷來是新材料、新技術的主要推動者和應用者。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享（三）陶瓷的分

4、類（三）陶瓷的分類靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享特種陶瓷的名稱特種陶瓷的名稱: :工程陶瓷工程陶瓷Engineering ceramics）先進陶瓷先進陶瓷Advanced ceramics）高技術陶瓷高技術陶瓷（High Technology ceramics）精細陶瓷精細陶瓷（Fine ceramics）新型陶瓷新型陶瓷（New ceramics）近代陶瓷近代陶瓷（Modern ceramics）高性能陶瓷高性能陶瓷（High Performance ceramics）特種陶瓷特種陶瓷（Special ceramics）靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享特種陶瓷和傳統(tǒng)陶瓷特種陶瓷和傳統(tǒng)陶瓷

5、 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX主要主要區(qū)別區(qū)別 靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享特種陶瓷的分類特種陶瓷的分類: : 結構陶瓷結構陶瓷：主要利用其熱、機械、化學功能，有耐磨損材主要利用其熱、機械、化學功能，有耐磨損材料、高強度材料、耐熱材料，硬質(zhì)材料、耐沖料、高強度材料、耐熱材料，硬質(zhì)材料、耐沖擊材料、低膨脹材料、隔熱材料等結構材料。擊材料、低膨脹材料、隔熱材料等結構材料。功能陶瓷功能陶瓷：利用其電、磁、聲、光、催化、生物化學等功利用其電、磁、聲、光、催化、生物化學等功能，其中最主要的是絕緣材料、電介質(zhì)材料、能，其中最主要的是絕緣材料、電介質(zhì)材料、壓電材料、磁性材料、半導體材料和透光性

6、陶壓電材料、磁性材料、半導體材料和透光性陶瓷等電子材料、具有生物化學功能的生物醫(yī)用瓷等電子材料、具有生物化學功能的生物醫(yī)用材料、抗菌陶瓷材料等。材料、抗菌陶瓷材料等。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享新型陶瓷材料新型陶瓷材料 隨著近代科學技術的飛速發(fā)展，陶瓷已成為隨著近代科學技術的飛速發(fā)展，陶瓷已成為人類生活和現(xiàn)代化建設中不可缺少的材料之一。人類生活和現(xiàn)代化建設中不可缺少的材料之一。陶瓷的概念也已遠遠超出古老的傳統(tǒng)陶瓷的范陶瓷的概念也已遠遠超出古老的傳統(tǒng)陶瓷的范疇。疇。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享結構陶瓷結構陶瓷 1、定義：、定義： 具有力學和機械性能及部分熱學和化學功能的具有力學和機械性能

7、及部分熱學和化學功能的新型陶瓷。新型陶瓷。 耐高溫、耐腐蝕、高強度、高硬度耐高溫、耐腐蝕、高強度、高硬度2、分類：、分類： 大致分為大致分為氧化物系氧化物系、非氧化物系非氧化物系兩類。兩類。SiC、Si3N4、BN、AlNSiC、Si3N4、BN、AlNAl2O3、ZrO2、莫來石、莫來石（ Al2O3-SiO2 ）靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享功能陶瓷功能陶瓷1、定義：、定義：以以非力學性能非力學性能（如電、磁、熱、化學、生物等）為主（如電、磁、熱、化學、生物等）為主的陶瓷材料。的陶瓷材料。2、分類：、分類：大致分為大致分為氧化物系、非氧化物系兩大類氧化物系、非氧化物系兩大類絕緣陶瓷絕緣陶

8、瓷介電陶瓷介電陶瓷壓電陶瓷壓電陶瓷半導體陶瓷半導體陶瓷超導陶瓷超導陶瓷磁性陶瓷磁性陶瓷光功能陶瓷光功能陶瓷機敏陶瓷機敏陶瓷智能陶瓷智能陶瓷靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享（四）陶瓷材料的特點（四）陶瓷材料的特點結構特點結構特點性能特點性能特點靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享 (1) 陶瓷材料的組成與結合鍵陶瓷材料的組成與結合鍵靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享（2）陶瓷材料的顯微結構陶瓷材料的顯微結構靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享熔點高、密度小。熔點高、密度小?；瘜W穩(wěn)定性好、抗腐蝕、抗氧化?；瘜W穩(wěn)定性好、抗腐蝕、抗氧化。高強度、高

9、硬度、高剛度、耐磨損。高強度、高硬度、高剛度、耐磨損。具有一定的熱強性（抗蠕變）。具有一定的熱強性（抗蠕變）。絕緣性、壓電性、半導體性、磁性、電特性。絕緣性、壓電性、半導體性、磁性、電特性。生物體適應性，催化劑等生物化學的功能。生物體適應性，催化劑等生物化學的功能。光學功能及其他一些特殊功能。光學功能及其他一些特殊功能。韌性、塑性很小、塑性變形能力差、易發(fā)生脆性破韌性、塑性很小、塑性變形能力差、易發(fā)生脆性破壞。壞。加工成型性較差。加工成型性較差。（四）陶瓷材料的性能特點（四）陶瓷材料的性能特點靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享陶瓷材料的發(fā)展前景片式微波電容器多層陶瓷電感器壓電陶瓷超聲波電機片式陶

10、瓷電感器片式敏感陶瓷元件集成陶瓷元件靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享MLCC(多層陶瓷電容器)它是各種電子、通訊、信息、軍事及航天等消費或工業(yè)用電子產(chǎn)品的重要組件。MLCC由于其小體積、結構緊湊、可靠性高及適于SMT技術等優(yōu)點而發(fā)展迅速。目前，電容器市場無論從數(shù)量上還是市場潛力上來看都以陶瓷電容器份額最大。當前MLCCMLCC需求的熱點主要集中在手機、P4P4主板、DVDDVD、數(shù)碼相機和PS2PS2游戲機等。手機對MLCCMLCC的要求特點是：數(shù)量大、尺寸小、質(zhì)量高。在手機應用領域里，日商憑借技術上的絕對優(yōu)勢基本壟斷市場。國內(nèi)企業(yè)在手機配套實力明顯不足。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享片式陶

11、瓷電感器 多層片式電感類元件包括了一大類具有疊層式介質(zhì)/線圈結構的新型電子元件，是電感類元件發(fā)展的方向，也是三大類無源片式元件中技術含量最高的一大類。目前，這類元件已形成了規(guī)模相當大的產(chǎn)業(yè)和近百億美元的國際市場。片式電感器的主要應用領域包括移動通信、計算機、音像產(chǎn)品、家電、辦公自動化等。大屏幕彩電等新型家電產(chǎn)品也是片式電感器的重要應用領域。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享片式陶瓷電感器應用及趨勢：片式電感器的生產(chǎn)企業(yè)主要分布在日本、美國、歐洲、韓國、我國的臺灣和珠江三角洲地區(qū)。片式電感器的主要應用領域包括移動通信、計算機、音像產(chǎn)品、家電、辦公自動化等。大屏幕彩電等新型家電產(chǎn)品也是片式電感器的重

12、要應用領域。目前片式電感器元件發(fā)展的主要趨勢是：抗電磁干擾成為片式電感類材料的主要應用領域；高感量和大功率；高頻化；集成化。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享 片式微波電容器片式化微波電容是先進多層陶瓷技術和高品質(zhì)微波介質(zhì)材料相結合的產(chǎn)物，是一類新型的表面貼裝無源陶瓷元件，它具有高載流能力、高品質(zhì)因數(shù)(Q)、超低等效串聯(lián)電阻(ESR)、高的串聯(lián)諧振頻率(SRF)等特點，可廣泛應用于光通信電路、微波通信電路中。片式微波陶瓷電容器雖然應用廣，前景好，發(fā)展空間廣闊，但由于技術含量高，目前系列化產(chǎn)品僅美國、日本等少數(shù)國家可以生產(chǎn)，基本形成壟斷，國內(nèi)僅有少數(shù)單位開始研發(fā)，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)能力。由于豐厚利

13、潤的驅動，近年來許多國外企業(yè)也相繼加入到片式微波電容的研發(fā)行列中，其中最具代表性的有美國的AVX、ATC、Johanson Technology，日本的Murata等?？焖贊B透通信領域陶瓷電容器除在技術上繼續(xù)向小尺寸、大容量、介質(zhì)薄層化方向發(fā)展外，高頻化也是一個重要的發(fā)展方向。為了滿足通信設備的高頻化對電子元器件的強勁需求，高電流承載能力的高Q微波陶瓷電容器得到了快速發(fā)展，并已成為片式陶瓷電容器的重要的組成部分靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享 片式敏感陶瓷元件 敏感元件及傳感器片式化生產(chǎn)技術，近年來在世界各國得到迅速發(fā)展，美國、法國、德國、荷蘭、日本等國均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。由于該項目產(chǎn)品技術含量高

14、，國外在此技術領域對我們嚴格保密。 德國西門子、日本TDK、日本村田、日本石冢、日本芝浦、我國臺灣華星利華及興勤等公司的新型熱敏陶瓷元器件的年總產(chǎn)值約占世界總量的60%-80%，其中片式熱敏元件由于其高昂的價格，約占熱敏陶瓷元器件工業(yè)總產(chǎn)值的30%。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享壓電陶瓷超聲波電機 壓電陶瓷超聲波電機是近二十年發(fā)展起來的一種新型電機,其技術核心是采用功能陶瓷材料的電能-機械能的信號轉換功能，實現(xiàn)對執(zhí)行部件的驅動和控制。它打破了由電磁效應獲得轉速和扭矩的傳統(tǒng)電機的概念，是當代國內(nèi)外熱門的高新技術之一。 靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享 斷電自鎖定、靜態(tài)保持力矩大，有效避免了產(chǎn)品

15、在正常工作中出現(xiàn)振顫、抖動 響應快(4ms)、步進精度高。易小型化和薄型化直接驅動，無需減速機構，可實現(xiàn)低速下(400rpm)比同尺寸電磁電機更大的力矩輸出。不采用磁性繞組：無電磁輻射，也不受電磁場干擾低噪音操作壓電陶瓷超聲波電機靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享集成陶瓷元件集成陶瓷元件近年來，由于強大的市場需求牽動和相關材料和工藝技術的研究突破，將龐大數(shù)量的無源電子元件整合于同一基板內(nèi)的夢想已成為可能，一次重大的技術革命和產(chǎn)業(yè)革命已經(jīng)開始孕育，其重大意義和深遠影響足以和集成電路的發(fā)展相提并論。目前開發(fā)出的無源集成技術包括LTCC(低溫共燒陶瓷)技術、薄膜集成技術、PCB集成技術，以及MCM多芯

16、片組裝技術。每一種技術方案均有各自的優(yōu)勢。但從技術成熟程度、產(chǎn)業(yè)化程度以及應用廣泛程度等角度來評價，目前，LTCC技術是無源集成的主流技術。該技術是將低溫燒結陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個無源元件埋入其中，然后疊壓在一起，在900下燒結，制成三維電路網(wǎng)絡的無源集成組件，也可制成內(nèi)置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，制成無源/有源集成的功能模塊。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享氧化鋁陶瓷和碳化硼陶瓷氧化鋁陶瓷和碳化硼陶瓷武裝直升機在設計中重點強調(diào)戰(zhàn)場生

17、存力考慮，在座椅和直升機的關鍵部位采用了陶瓷復合材料輕質(zhì)裝甲材料，涉及到的特種陶瓷主要是氧化鋁陶瓷和碳化硼陶瓷。 激光制導炸彈靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享 具有極高硬度，抗加熱溫度具有極高硬度，抗加熱溫度2000，是金剛石的代用品。，是金剛石的代用品。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享陶瓷軸承陶瓷軸承陶瓷軸承是在航空航天產(chǎn)業(yè)中使用較為廣泛的一種產(chǎn)品，具有耐高溫、耐寒、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、高轉速等特性。陶瓷軸承針對航空航天工業(yè)中惡劣環(huán)境下的調(diào)整、重載、低溫、無潤滑工況而開發(fā)，是新材料、新工藝、新結構的完美結合。梟龍戰(zhàn)斗機 靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享紅

18、外功能陶瓷材料紅外功能陶瓷材料紅外偽裝隱身技術是通過采用紅外功能陶瓷材料來降低或改變目標的紅外輻射特征以實現(xiàn)目標的紅外低可探測性的技術。這種材料具有改變紅外輻射特性的能力，在大氣窗口波段內(nèi)具有低紅外發(fā)射率，在紅外文章出處是華夏陶瓷網(wǎng)視場下，將目標紅外特性同周圍環(huán)境背景融合，實現(xiàn)與紅外地形匹配，最大限度地減少目標紅外特征信號，降低敵方兵器的發(fā)現(xiàn)和識別概率(特別有利于對抗紅外成像制導武器)。 直九直升機靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享陶瓷隔膜材料陶瓷隔膜材料衛(wèi)星電池要求壽命達到15年，為了達到長壽命必須使用陶瓷隔膜材料。陶瓷隔膜是采用優(yōu)質(zhì)陶土，瓷土和稀土等復合材料經(jīng)真空細密混合成型，然后高溫燒結而成，能耐強酸、強堿，在鉻酸槽液中不溶解。天宮一號靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享（五）發(fā)展方向和趨勢（五）發(fā)展方向和趨勢 1.結構陶瓷的發(fā)展方向： 主要解決目前脆性、低可靠性和重復性差的缺點。 手段：納米陶瓷（由微米向納米發(fā)展），多相復合陶瓷（纖維會晶須補強陶瓷基復合材料，自補強復相陶瓷，異相顆粒彌散強化陶瓷，梯度功能陶瓷等），材料設計（按照使用和性能的要求對陶瓷材料進行剪裁和設計）。靜思篤行 持中秉正 秋記與你分享2. 功能陶瓷發(fā)展方向： 因品種多、產(chǎn)量大、單價低、應用廣、功能全、技術高、發(fā)展快而占據(jù)重