材料學(xué)導(dǎo)論-陶瓷

第二章無機非金屬材料2023/7/301無機非金屬材料概論陶瓷材料（傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷）玻璃材料膠凝材料新型無機材料本章主要內(nèi)容2023/7/3021、什么是無機非金屬材料？無機非金屬材料：主要是指由一種或多種金屬元素同一種非金屬元素(如O,S,C,N等,通常為O)所形成的化合物，多為金屬氧化物和金屬非氧化物。也可以認為金屬材料和有機高分子材料以外的固體材料通稱無機非金屬材料。2023/7/303無機非金屬材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無機材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型無機材料等。其中陶瓷一詞，隨著與陶瓷工藝相近的無機材料的不斷出現(xiàn)，其概念的外延也不斷擴大。最廣義的陶瓷概念幾乎與無機非金屬材料的含意相同。2023/7/304無機非金屬材料的名目繁多，用途各異，目前尚沒有統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為傳統(tǒng)（普通）無機非金屬材料和新型（特種）無機非金屬材料兩大類。如何分類？難！普通陶瓷－－特種陶瓷普通玻璃－－特種玻璃普通水泥－－特種水泥……2023/7/305主要特性：熔點高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐氧化、彈性模量大、強度高。一般為脆性材料2023/7/3062、陶瓷材料2.1陶瓷的概念陶瓷(ceramics)是以非金屬礦物或化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)原料處理、成型、燒成等工序制成的產(chǎn)品。2.2

陶瓷的分類早期，陶瓷是陶器與瓷器的總稱。瓷器的坯體致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，通常施釉，敲之聲音清脆。陶器通常有一定吸水率，斷面粗糙無光，不透明，敲之聲音粗啞，有的無釉，有的施釉。2023/7/307古代各種陶制品2023/7/308各種瓷器2023/7/309傳統(tǒng)的陶瓷如日用陶瓷、建筑陶瓷等是用粘土類及其它天然礦物原料經(jīng)粉碎加工、成型、燒成等過程而得的器皿。這類陶瓷可稱為傳統(tǒng)陶瓷。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對陶瓷制品的性能與應(yīng)用提出了新的要求，因而制成了許多新品種，它們的生產(chǎn)過程雖然還是原料處理、成型、燒成等這種傳統(tǒng)的方式，但采用的原料已擴大到高度精選的天然原料或人工合成原料，使用高度可控的生產(chǎn)工藝，因而往往具有一些特殊的性能，相對于傳統(tǒng)陶瓷，這類陶瓷制品稱為特種陶瓷。

2023/7/30102023/7/30112023/7/30122.3

陶瓷材料的結(jié)合鍵及顯微結(jié)構(gòu)

陶瓷材料的結(jié)合鍵陶瓷材料是以離子鍵（如MgO、Al2O3）、共價鍵（如Si3N4、BN）以及離子共價混合鍵（SiO2）結(jié)合在一起。金屬氧化物主要是離子鍵結(jié)合。由于離子鍵沒有方向性，只要求正負離子相間排列并盡量緊密堆積，因而離子晶體的密度較高，鍵強度也較高。這類材料強度高、硬度高，但脆性大。離子晶體固態(tài)絕緣，熔融后可導(dǎo)電。2023/7/3013共價鍵具有方向性與飽和性，這就決定了共價晶體中原子的堆積密度較小。共價晶體鍵強度較高，且具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，故這類材料熔點高、硬度高、脆性大，熱膨脹系數(shù)小。雖然陶瓷材料的鍵性主要為離子鍵和共價鍵，但實際上許多陶瓷的結(jié)合鍵是混合鍵結(jié)合，既有離子性，又有共價性。2023/7/3014陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)通常由三種不同的相組成，晶相、玻璃相和氣相。晶相：陶瓷材料中最主要的組成相，晶相一般由原料帶入或玻璃相析晶而成。晶相分為主晶相和次晶相。主晶相是構(gòu)成材料的主體，其性質(zhì)、數(shù)量及結(jié)合狀態(tài)，直接決定材料的基本性質(zhì)。2023/7/3015玻璃相：是一種低熔點的非晶態(tài)固體，是材料在高溫?zé)蛇^程中，由于化學(xué)反應(yīng)或熔融冷卻形成的。通常，其機械強度要比晶相低一些，抗沖擊強度要高一些，在較低溫度下開始軟化。

玻璃相的作用，①充填晶粒間隙，粘結(jié)晶粒，提高陶瓷材料的致密程度；②降低燒成溫度，改善工藝；③抑制晶粒長大。2023/7/3016氣相（氣孔）：大部分氣孔是在工藝過程中形成并保留下來的，有的氣孔則通過特殊的工藝方法獲得。氣孔含量在0～90％之間變化，陶瓷的許多電性能和熱性能都隨氣孔率、氣孔尺寸及分布的不同在很大范圍內(nèi)變化。2023/7/30172023/7/30182023/7/30192.4陶瓷材料的性能2.4.1機械性能（1）彈性模量陶瓷材料具有牢固的離子鍵和共價鍵，其彈性模量比金屬材料的彈性模量大得多，大約在103～104MPa之間甚至更高。陶瓷材料的彈性模量除了與結(jié)合鍵有關(guān)外，還與組成相的種類、分布、比例及氣孔率的大小有關(guān)。2023/7/3020（2）強度①陶瓷材料在理論上具有很高的斷裂強度，但實際斷裂強度往往比金屬材料低得多。②抗壓強度比抗拉強度大得多，其差別程度大大超過金屬。③氣孔和材料密度對陶瓷斷裂強度有很大影響。④陶瓷材料耐熱沖擊性較差，嚴重限制了陶瓷材料在急冷急熱條件下的使用。⑤晶粒愈小，強度愈高。

2023/7/3021（3）塑性與韌性陶瓷材料最突出的弱點是很低的塑性與韌性。只有極少數(shù)具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料在室溫下具有塑性。如MgO、KCl、KBr等。一般的陶瓷材料在室溫下塑性為零。這是因為大多數(shù)陶瓷材料晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑移系統(tǒng)少，位錯生成能高，而且位錯的可動性差，通常呈現(xiàn)典型的脆性斷裂。（4）硬度陶瓷、礦物材料常用莫氏硬度和維氏硬度來衡量材料抵抗破壞的能力。莫氏硬度是以陶瓷、礦物之間相互刻劃能否產(chǎn)生劃痕來確定，只能表示材料硬度的相對大小。一般陶瓷的硬度較大。2023/7/30222.4.2熱性能（1）熱容陶瓷材料的摩爾熱容對結(jié)構(gòu)變化不敏感，但單位體積的熱容卻與氣孔率有關(guān)，由于多孔材料質(zhì)量輕，所以單位體積熱容小。因此，多孔輕質(zhì)耐火磚的溫度上升所需的熱量遠低于致密的耐火磚。（2）熱膨脹陶瓷材料的線膨脹系數(shù)約為（10-5~10-7）/℃。陶瓷的線膨脹系數(shù)一般低于高聚物和金屬。2023/7/3023（3）導(dǎo)熱性陶瓷的熱傳導(dǎo)主要依靠于原子的熱振動。由于沒有自由電子的傳熱作用，陶瓷的導(dǎo)熱性比金屬小。陶瓷多為較好的絕熱材料。（4）熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性就是抗熱震性，是指材料承受溫度的急劇變化或在一定溫度范圍內(nèi)冷熱交替而不致破壞的能力。陶瓷的熱穩(wěn)定性很低，比金屬低得多。這是陶瓷的一個主要缺點。2023/7/30242.4.3電性能（1）電導(dǎo)率陶瓷材料在一般情況下沒有自由活動的電子，電阻率比較低，絕大部分陶瓷都是良好的絕緣體。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，某些陶瓷材料的半導(dǎo)性和導(dǎo)電性已被人們發(fā)現(xiàn)，隨之制成各種半導(dǎo)體陶瓷及導(dǎo)電陶瓷。2023/7/3025（2）介電常數(shù)大部分離子晶體的介電常數(shù)為ε=5~12，但有少數(shù)晶體的介電常數(shù)很高。如金紅石（TiO2）晶體的ε=110~114，鈣鈦礦（CaTiO3）晶體的ε=150。這類晶體的晶體結(jié)構(gòu)比較獨特，在外電場作用下，由于離子之間的相互作用，引起了極其強大的內(nèi)電場。在此內(nèi)電場作用下，離子的電子殼層發(fā)生強烈變形，離子本身也發(fā)生強烈的位移，使材料具有很高的介電常數(shù)。2023/7/3026（3）介電損耗當(dāng)電介質(zhì)在電場作用下，單位時間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱為電介質(zhì)的損耗功率或簡稱為介質(zhì)損耗，用損耗角正切tan表示。介質(zhì)損耗是所有應(yīng)用于交流電場中電介質(zhì)的重要指標(biāo)之一。介質(zhì)損耗不但消耗了電能，而且由于溫度上升可能影響元器件的正常工作；介質(zhì)損耗嚴重時，甚至?xí)鸾橘|(zhì)的過熱而破壞絕緣性質(zhì)。

2023/7/3027漏導(dǎo)損耗：因電導(dǎo)而引起的介質(zhì)損耗為漏導(dǎo)損耗。極化損耗：一切介質(zhì)在電場中均會呈現(xiàn)出極化現(xiàn)象。除電子、離子彈性位移極化基本上不消耗能量外，其它緩慢極化（如松馳極化）在極化的緩慢建立過程中都會因克服阻力而引起能量損耗，這種損耗一般稱為極化損耗。陶瓷材料是由晶相、玻璃相、氣相組成，其能量損耗主要來源于漏導(dǎo)損耗、松馳質(zhì)點的極化損耗及結(jié)構(gòu)損耗。

在結(jié)構(gòu)緊密的離子晶體中，極化損耗很小，一般是由漏導(dǎo)引起。以這類晶體為主晶相的陶瓷往往用在高頻的場合，如剛玉瓷、滑石瓷等。2023/7/3028（4）絕緣強度電介質(zhì)能絕緣和儲存電荷，是指在一定的電壓范圍內(nèi)，即在相對弱電場范圍內(nèi)，介質(zhì)保持介電狀態(tài)。當(dāng)電場強度超過某一臨界值時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱介質(zhì)的擊穿。陶瓷材料的擊穿強度一般為4～60kV/mm。

2023/7/30292.4.4光學(xué)性能隨著遙感、計算機、激光、光纖通訊、自動化等技術(shù)的發(fā)展和“透明陶瓷”的出現(xiàn)，陶瓷材料在光學(xué)領(lǐng)域有了較重要的應(yīng)用。光學(xué)材料的性質(zhì)一般指材料對各種光和射線的反射、透射、折射和吸收等性質(zhì)。對陶瓷材料，主要是指其透光性。為了提高陶瓷的透光性，一般使用高純原料，加入抑制晶粒長大的摻雜劑，采用適當(dāng)?shù)墓に嚺艢饪字苽浼毦У耐该魈沾刹牧稀?023/7/30302.4.5化學(xué)穩(wěn)定性陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。在以離子晶體為主的陶瓷中，金屬原子為氧原子所包圍，被屏蔽在其緊排列的間隙之中，很難再同介質(zhì)中的氧發(fā)生作用，甚至在千度以上的高溫下也是如此，所以具有很高的耐火性能或不可燃性，是很好的耐火材料。另外，陶瓷對酸、堿、鹽等腐蝕性很強的介質(zhì)均有較強的抗蝕能力，與許多金屬的熔體也不發(fā)生作用，所以也是很好的坩堝材料。2023/7/30313、普通陶瓷3.1普通陶瓷的生產(chǎn)過程普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，是以天然存在的礦物為主要原料的陶瓷制品。其生產(chǎn)工藝流程如下：原料精選坯料制備成型干燥燒成制品2023/7/3032①石英石英具有耐熱、抗蝕、高硬度等性質(zhì)，在普通陶瓷中，石英構(gòu)成了陶瓷制品的骨架，賦予制品耐熱、耐蝕等特性。石英的粘性很低，屬非可塑性原料，無法做成制品的形狀，為了使其具有成型性，需摻入粘土?？伤苄裕涸谔沾晒I(yè)中，可塑性是指泥料在外力作用下能被塑造成各種形狀，在外力除去后，仍能保持這種形狀的性能。（1）原料精選普通陶瓷中必不可少的三組分是石英、粘土和長石。2023/7/3033②粘土

粘土是一種含水鋁硅酸鹽礦物,層狀結(jié)構(gòu)，主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、H2O、Fe2O3、TiO2等。粘土具有獨特的可塑性與結(jié)合性，調(diào)水后成為軟泥，能塑造成型，燒后變得致密堅硬。③長石

長石是一族礦物的總稱，為架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。長石在高溫下為有粘性的熔融液體，并潤濕粉體，作為助熔劑能溶解一部分粘土及部分石英，促進成瓷反應(yīng)的進行，并降低燒成溫度。上述三組份，石英骨架成分、粘土提供可塑性、長石為助熔劑2023/7/3034（2）坯料制備陶瓷原料經(jīng)過配料和加工后成為坯料，根據(jù)陶瓷制品的性質(zhì)以及制品所用的成型方法，制成可塑料、注漿料和壓制粉料。2023/7/3035（3）成型①半干法成型（8％～15％的水）：利用外部機械壓力，使具有一定可塑性的泥料壓縮并形成具有一定尺寸、形狀和強度的坯體的成型方法。②注漿成型（40％左右的水）：將制備好的泥漿注入多孔性模型內(nèi)，泥漿在貼近模壁處的一層被模子吸去水分，形成一均勻的泥層，并隨時間延長而逐漸加厚，達到一定厚度后，倒出多余泥漿，泥層繼續(xù)脫水并與模型脫離，最后按模型形狀形成坯體。2023/7/3036③可塑成型法(20%左右的水)：將預(yù)制好的坯料投入擠泥機中，擠成泥條，然后切割，按所需制成荒坯，再用手工或壓機壓制，使坯體具有規(guī)定的形狀和尺寸。2023/7/3037（4）生坯的干燥使含水物料（如濕坯、原料、泥漿等）中的液體水汽化而排除水分的過程，稱為干燥。成型后的各種坯體還呈可塑狀態(tài)，在運輸和再加工過程中很容易變形或破損。為提高成型后坯體的強度，還要進行干燥，以除去一部分水分，使坯體失去可塑性。經(jīng)過干燥的坯體，也可以在燒成初期經(jīng)受快速升溫，從而縮短燒成周期，提高窯爐的周轉(zhuǎn)率，節(jié)約能耗。

2023/7/3038（5）燒成

經(jīng)過成型及干燥過程后，生坯中顆粒之間只有很小的附著力，因而強度相當(dāng)?shù)?。要使顆粒相互結(jié)合使坯體形成較高的強度，只有在無液相或有液相的燒結(jié)溫度下才能實現(xiàn)。

目的:是去除坯體內(nèi)所含溶劑、粘結(jié)劑、增塑劑等，并減少坯體中的氣孔，增強顆粒間的結(jié)合強度，并產(chǎn)生玻璃和莫來石等新的物相。

2023/7/30392023/7/30402023/7/30414、特種陶瓷特種陶瓷是指相對于傳統(tǒng)陶瓷而言，新發(fā)展起來的陶瓷，主要包括以耐高溫、高耐磨、耐腐蝕為特征的結(jié)構(gòu)陶瓷，如軸承陶瓷；以及進行能量和信號轉(zhuǎn)換的功能陶瓷，如壓電陶瓷。特種陶瓷與普通陶瓷的區(qū)別:(1)在原材料方面

傳統(tǒng)陶瓷以天然礦物如粘土、石英和長石等為主要原料;而特種陶瓷則使用經(jīng)人工合成的高質(zhì)量的粉體作為主要材料。2023/7/3042(2)在結(jié)構(gòu)方面

傳統(tǒng)陶瓷材料由于化學(xué)和相組成的復(fù)雜多樣，雜質(zhì)成份和雜質(zhì)相眾多而不易控制，顯微結(jié)構(gòu)粗劣而不夠均勻，多氣孔；特種陶瓷則一般化學(xué)和相組成較簡單明晰,純度高，即使是復(fù)相材料，也是人為調(diào)控設(shè)計添加的，所以特種陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)一般均勻而細密。(3)制備工藝方面?zhèn)鹘y(tǒng)陶瓷用的礦物經(jīng)混合可直接用于濕法成型，材料的燒結(jié)溫度較低，燒成后一般不需加工；而特種陶瓷用高純度粉體一般添加有機的添加劑才能適合于干法或濕法成型，材料的燒結(jié)溫度較高，燒成后一般尚需加工。2023/7/3043（4）在性能和用途方面特種陶瓷不僅后者在性能上遠優(yōu)于傳統(tǒng)陶瓷，而且特種陶瓷材料還發(fā)掘出傳統(tǒng)陶瓷材料所沒有的性能和用途。傳統(tǒng)陶瓷材料一般限于日用和建筑使用；特種陶瓷具有不同的特殊性質(zhì)和功能，從而使其在高溫、機械、電子、宇航、醫(yī)學(xué)工程等方面得到廣泛的應(yīng)用。2023/7/3044特種陶瓷的主要制備工藝是粉末制備，成型和燒結(jié)。其工藝流程圖如下：4.1特種陶瓷的制備工藝粉體制備原料處理成型燒結(jié)加工成品熱成型2023/7/30452023/7/30464.1.1粉體制備方法特種陶瓷的原料具有下述特點：純度高；顆粒細小；只加入很少甚至完全不加入助熔劑與提高可塑性的添加劑；采用原料是人工合成的粉末原料。目前制取特種陶瓷用粉體原料的方法有粉碎法和合成法兩類。合成法包括固相法、液相法和氣相法。（1）粉碎法機械磨細是制取粉末原料最傳統(tǒng)的方法。2023/7/3047（2）固相法制備陶瓷粉體①化學(xué)反應(yīng)法

BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑

②熱分解反應(yīng)法

CaCO3→CaO+CO2↑③氧化物還原法SiO2+2C→SiC+CO2

↑④直接固態(tài)反應(yīng)法Si+C=SiC

2023/7/3048（3）液相法制備陶瓷粉體①沉淀法沉淀法是在可溶性前驅(qū)物溶液中添加適當(dāng)?shù)某恋韯?，使得溶液中的陽離子生成不溶性沉淀，然后再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、加熱分解等工藝來合成粉體，該法具有反應(yīng)過程簡單、成本低等優(yōu)點。②溶膠-凝膠法（Sol-Gel法）將金屬氧化物或氫氧化物的溶膠變?yōu)槟z，經(jīng)干燥、煅燒，制得高純度超細氧化物粉末。③水熱法是指在密封壓力容器中，以水或其他溶劑作為溶媒（也可以是固相成分之一），在高溫（＞100℃）、高壓條件下制備、研究材料的一種方法。2023/7/3049（4）氣相法制取陶瓷粉體①蒸發(fā)-凝聚法（PVD）

將原料用電弧或等離子體高溫加熱至氣化，然后在加熱源與環(huán)境之間很大的溫度梯度條件下急冷，凝聚成粉狀顆粒。②化學(xué)氣相反應(yīng)法（CVD）

化學(xué)氣相反應(yīng)法是采用揮發(fā)性金屬化合物蒸氣通過化學(xué)反應(yīng)合成所需物質(zhì)的方法。

2023/7/30504.1.2成型技術(shù)模壓成型、注漿成型等技術(shù)可用于特種陶瓷的成型。此外，為了保證特種陶瓷制品的優(yōu)異性質(zhì)，可采用以下方法成型，以提高坯體的致密度、均勻性或尺寸精度等。（1）冷等靜壓法（2）注射成型法（3）軋模成型2023/7/30514.1.3燒結(jié)技術(shù)（1）普通燒結(jié)傳統(tǒng)陶瓷多半在隧道窯中進行。但特種陶瓷主要在電爐中進行。采用的燒結(jié)氣氛由產(chǎn)品性能需要和經(jīng)濟因素決定，可以用保護氣氛（如氬、氮氣等），也可在真空或空氣中進行。（2）熱壓燒結(jié)將干粉末填入模具內(nèi)，再從單軸方向施加壓力，并同時進行燒結(jié)。這個一種成型與燒結(jié)同時進行的工藝方法。采用熱壓燒結(jié)，使燒結(jié)機理由以擴散為主變?yōu)樗苄粤鲃訛橹?，從而可在較低溫度下進行燒結(jié)，而且得到的燒結(jié)體氣孔率低，組織致密。2023/7/3052（3）熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)是使材料在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的氣體壓力，在高溫高壓同時作用下使材料致密化的燒結(jié)工藝。此外還有反應(yīng)燒結(jié)、液相燒結(jié)、自蔓延高溫合成燒結(jié)等。2023/7/3053特種陶瓷從性能上可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷

結(jié)構(gòu)陶瓷是指具有力學(xué)和機械性能及部分熱學(xué)和化學(xué)功能的先進陶瓷，特別適于高溫下應(yīng)用的則稱為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。

功能陶瓷是指那些利用電、磁、聲、光、熱、力等直接效應(yīng)及耦合效應(yīng)的先進陶瓷。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷的界限也逐漸淡化，有些材料同時具備優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能與優(yōu)良的功能。

2023/7/3054功能陶瓷：電、光、磁、彈性及部分化學(xué)功能特種陶瓷

結(jié)構(gòu)陶瓷：機械、耐熱性及部分化學(xué)功能2023/7/3055結(jié)構(gòu)陶瓷應(yīng)用耐熱方面：發(fā)動機及高溫耐熱部件機械方面：耐磨部件、軸承、切削工具、內(nèi)燃機部件等?；瘜W(xué)生物方面：耐腐蝕部件、催化劑載體以及人造骨頭等。4.2結(jié)構(gòu)陶瓷2023/7/30562023/7/3057（1）氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷又稱剛玉瓷，氧化鋁陶瓷一般是指以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，其Al2O3含量在75％～99.9％之間。是用途最廣泛，原料最豐富，價格最低廉的一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。根據(jù)Al2O3含量和添加劑的不同，有不同系列的氧化鋁陶瓷，例如Al2O3含量在75%，85％，95％和99%的分別稱為75瓷，85瓷，95瓷和99瓷；根據(jù)其主晶相的不同又可分為莫來石瓷、剛玉-莫來石瓷和剛玉瓷；根據(jù)添加劑的不同又分鉻剛玉、鈦剛玉等。2023/7/3058Al2O3陶瓷制品具有耐高溫、耐腐蝕、高強度等性能，所以可以作為冶煉高純金屬和生長單晶用的坩堝以及各種高溫爐的結(jié)構(gòu)件，發(fā)動機用的火花塞、耐熱涂層等。在化工領(lǐng)域可用作各種反應(yīng)器皿、反應(yīng)管道、化工泵等。氧化鋁含量高于95%以上的Al2O3陶瓷具有優(yōu)異的電絕緣性能和較低的介質(zhì)損耗特點，在電子、電器方面十分應(yīng)該廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。利用Al2O3高強度、硬度和耐磨性，可制作機械部件、拉絲模、固體物料噴嘴、刀具、磨料、磨具、裝甲防護材料、人造骨等。2023/7/3059（2）

氧化鋯陶瓷二氧化鋯（ZrO2）有三種晶型。當(dāng)由四方ZrO2冷卻時轉(zhuǎn)變到單斜ZrO2時，體積膨脹，且轉(zhuǎn)變溫度為1000℃左右。由于二氧化鋯單斜型與四方型之間的可逆轉(zhuǎn)變有體積效應(yīng)，使陶瓷燒成時容易開裂。加入適量的CaO，MgO，Y2O3等氧化物，使得二氧化鋯冷卻時沒有體積效應(yīng)，經(jīng)過處理的二氧化鋯稱為穩(wěn)定二氧化鋯。ZrO2陶瓷有很好的力學(xué)性能，同時熱傳導(dǎo)系數(shù)小，隔熱效果好，而熱膨脹系數(shù)又比較大，比較容易與金屬部件匹配，在目前所研制的陶瓷發(fā)動機中用于汽缸內(nèi)壁、活塞、缸蓋板、氣門座和氣門導(dǎo)桿，其中某些部件是與金屬復(fù)合而成的。

2023/7/30604.3功能陶瓷功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷的產(chǎn)值比約為3∶1，世界功能陶瓷的產(chǎn)值約70—80億美元，按品種及產(chǎn)值百分率分以下幾種：電容器21%磁性瓷18%壓電瓷11.4%熱敏電阻5.6%傳感元件5.1%基片2.4%變阻器1.9%陶瓷封裝15—16%主要用于以下行業(yè)：計算機、通信、電視、廣播、家用電器、空間技術(shù)、自動化、汽車及醫(yī)療等。2023/7/3061

2023/7/3062近幾年功能陶瓷有以下幾方面發(fā)展趨向：①微電子技術(shù)推動下的微型化(薄片化)和高速度化；②在安全和環(huán)保的促進下，發(fā)展傳感器和多孔瓷；③重視各種功能材料的復(fù)合技術(shù)；④開始進入智能化階段2023/7/30634.3.1電介質(zhì)陶瓷材料可按其對外電場的響應(yīng)方式分為兩類:一類以電荷長程遷移級即以傳導(dǎo)的方式對外電場作出響應(yīng)，這類材料稱為導(dǎo)電材料。另一類以感應(yīng)的方式對外電場作出響應(yīng)，即沿電場方向產(chǎn)生電偶極矩或偶極矩的改變，這類材料稱為電介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。通常，絕緣體都是典型的電介質(zhì)。2023/7/3064電介質(zhì)陶瓷是指電阻率大于108Ω·m的陶瓷材料，能承受較強的電場而不被擊穿。電介質(zhì)壓電體熱釋電體鐵電體圖2－1各種電介質(zhì)陶瓷間的相互關(guān)系

2023/7/3065（1）電絕緣陶瓷絕緣材料在電氣電路或電子電路中所起的作用主要是根據(jù)電路設(shè)計要求將導(dǎo)體物理隔離，以防電流在它們之間流動而破壞電路的正常運行。此外，絕緣材料還起著導(dǎo)體的機械支持、散熱及電路環(huán)境保護等作用。體積電阻率（ρ）≥1012Ω·cm介電強度（DS）≥104kV·mm-1介電常數(shù)（ε）=2×10-4_9×10-3

損耗因子（tanδ）≤0.0012023/7/3066隨著電子工業(yè)的發(fā)展，集成電路、大規(guī)模集成電路以及超大規(guī)模集成電路相繼問世，這類電路需要絕緣性能、導(dǎo)熱性能、熱膨脹匹配性能、高頻性能及快速響應(yīng)性能等一系列性能優(yōu)良的絕緣陶瓷作為電路的基片與封裝材料.集成電路是一種把大量微型晶體管電路元件組裝在一塊基片上所構(gòu)成的超小型、高密度的電路，這類電路通常要封裝在集成電路的管殼之內(nèi)。這種高質(zhì)量的基片和管殼一般是由精密陶瓷制成的。目前應(yīng)用較成熟的基片材料和管殼材料是氧化鋁陶瓷。

2023/7/3067目前國內(nèi)外主要采用Al2O3陶瓷作為集成電路基板材料。近年來，隨著半導(dǎo)體元件向高性能、高密度、小型化、低成本方向發(fā)展，迫切希望導(dǎo)熱系數(shù)大的陶瓷基板。通過研究，金剛石和立方氮化硼（BN）作為高導(dǎo)熱材料用于半導(dǎo)體基片和封裝等優(yōu)于其他材料，但價格高，大量生產(chǎn)還有若干技術(shù)問題有待解決。此外SiC和BeO也是較理想的材料，SiC燒結(jié)困難，BeO在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生毒害限制了它的發(fā)展。采用少量BeO作為助燒結(jié)劑，用熱壓燒結(jié)法可制成高導(dǎo)熱系數(shù)SiC基板，其導(dǎo)熱系數(shù)為金屬鋁的1.2倍。

2023/7/3068氮化鋁（AlN）作為高導(dǎo)熱材料具有巨大的潛力，可以取代BeO、SiC，甚至部分取代Al2O3.AlN陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)雖比SiC和BeO陶瓷略低，但比Al2O3陶瓷約高8-10倍，且體積電阻率，擊穿強度、介電損耗等電氣性能可與Al2O3陶瓷媲美，且介電常數(shù)較低，機械強度較高，熱膨脹系數(shù)為4.410-6/℃，接近于Si，可進行多層布線，是很有發(fā)展前途的基板材料。2023/7/3069(2)電容器陶瓷

陶瓷電容器是現(xiàn)代電子線路中必不可少的元件，每個電視機或錄像機中都含有100~200個陶瓷電容器。由于陶瓷的介電特性好，可以制成體積小、容量大的電容器。目前，電子技術(shù)向著高頻方向發(fā)展。電視機超高頻（UHF）的頻率為300MHz，通訊衛(wèi)星的頻率在10000MHz以上，只有陶瓷電容器才能在10000MHz以上的頻率有效地工作。

2023/7/3070電容器陶瓷材料在性能方面有下列要求：①陶瓷的介電常數(shù)應(yīng)盡可能的高②穩(wěn)定性好③介質(zhì)損耗角正切要?、鼙润w積電阻要求高于1010Ω·m⑤高的介電強度陶瓷電容器以其體積小、容量大、結(jié)構(gòu)簡單、高頻特性優(yōu)良、品種繁多、價格低廉、便于大批量生產(chǎn)而廣泛應(yīng)用于計算機、電器、通信設(shè)備、工業(yè)儀器儀表等領(lǐng)域。2023/7/3071（3）微波介質(zhì)陶瓷微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段（主要是300MHz~30GHz頻段）電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，是現(xiàn)代通訊中廣泛使用的諧振器、濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)導(dǎo)波回路等微波元器件的關(guān)鍵材料。物相以鈦酸鹽為多，組成比較復(fù)雜，例如：mBaO.n[(1-y-z)La2O3.ySm2O3.zBi2O3].pTiO2介質(zhì)濾波器在通信中也是必不可少的電子器件。微波介質(zhì)陶瓷制成的諧振器與金屬空腔諧振器相比，具有體積小、質(zhì)量輕、溫度穩(wěn)定性好、價格便宜等優(yōu)點。已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛(wèi)星接受器、軍事雷達及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等方面有著十分重要的應(yīng)用。2023/7/30722023/7/3073（4）壓電陶瓷電介質(zhì)在電場的作用下，可以使它的帶電粒子相對位移而發(fā)生極化。某些電介質(zhì)晶體也可以通過機械力作用而發(fā)生極化，并引起表面電荷的現(xiàn)象稱為(正)壓電效應(yīng)。對晶體施加電壓時，晶體發(fā)生變形的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。陶瓷是大量晶粒的聚集體，盡管單個晶粒表現(xiàn)出壓電性，但由于各個晶粒的效應(yīng)相互抵消，總體上表現(xiàn)不出壓電性。如果在鐵電陶瓷片兩側(cè)放上電極，進行極化，使內(nèi)部晶粒定向排列，陶瓷便具有壓電性，成為壓電陶瓷。

2023/7/3074壓電陶瓷種類壓電陶瓷材料主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛（PZT）、改性PZT和其它三元體系。目前應(yīng)用最多的是PZT和改性PZT。壓電材料的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度而變化。如BaTiO3

和PbTiO3，當(dāng)溫度高于Tc時，晶格為立方晶系，低于Tc則轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?，Tc稱為相變溫度，立方晶格為對稱結(jié)構(gòu)，無壓電效應(yīng)；轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄Ц駮r，存在壓電效應(yīng)，所以Tc又稱為居里溫度。

2023/7/3075PbTiO3立方晶相（a）和四方晶相（b）結(jié)構(gòu)示意圖

2023/7/3076壓電陶瓷中,電疇在極化前后變化的示意圖2023/7/3077壓電陶瓷的應(yīng)用成熟的壓電產(chǎn)品有濾波器、蜂鳴器、點火器、壓電陀螺、換能器等，主要用于電視、通信(包括無繩電話和移動電話)、水聲、雷達、導(dǎo)航、醫(yī)療、自動化等領(lǐng)域2023/7/30782023/7/3079（5）熱釋電陶瓷熱釋電效應(yīng)是一種自然現(xiàn)象，也是晶體的一種物理效應(yīng)。晶體受熱溫度升高，由于溫度的變化ΔT而導(dǎo)致自發(fā)極化的變化，在晶體的一定方向上產(chǎn)生表面電荷，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。

ΔPs

＝PΔT

ΔPs——自發(fā)極化的變化量；P——

熱釋電系數(shù)；ΔT——

溫度的變化量。2023/7/3080由上述可知，晶體中存在熱釋電效應(yīng)的前提是：首先具有自發(fā)極化，即晶體結(jié)構(gòu)的某些方向的正、負電荷重心不重合；二是有溫度變化，即熱釋電效應(yīng)是反映材料在溫度變化狀態(tài)下的性能。2023/7/3081

熱釋電探測器的工作過程為：①接收輻射（紅外輻射）產(chǎn)生溫升；②由于溫升而引起熱釋電晶片表面電荷的變化（極化變化）；③由于晶體片表面電荷變化引起晶片上、下表面電勢差的變化，通過放大器使其轉(zhuǎn)換成電壓或電流進行測量。2023/7/3082①自動開關(guān)和報警人體熱輻射傳感器。由于熱釋電探測器在室溫下工作，有很寬的響應(yīng)光譜及很快的響應(yīng)速度，這種探測器的理想應(yīng)用場合。如：門自動開關(guān)、入侵者報警器、來客報信機、自動售貨機。②火焰探測火焰探測器常用可能出現(xiàn)明火的場合，如石油平臺、儲油罐等，并已開始用于自動滅火系統(tǒng)。③紅外測厚計若塑料對紅外某一波長有吸收峰，從紅外線吸收量可以監(jiān)控塑料板或薄膜的厚度，測量準確度在±1μm左右2023/7/30834.3.2敏感陶瓷敏感陶瓷也稱為半導(dǎo)體陶瓷的共同特點是：它們的導(dǎo)電性隨環(huán)境變化而變化。利用這一特性，可制成各種不同類型的陶瓷敏感器件，如熱敏(BaTiO3)、氣敏(SnO2)、濕敏、壓敏(ZnO)、光敏器件等。

傳感器的功能是把非電信號轉(zhuǎn)化為電信號。它應(yīng)小巧、敏感、可靠、價格低。在陶瓷傳感器中，氣敏元件研究較多，因氣體為家用能源，煤礦安全也需此類元件，其材料為SnO2。公共場所CO2量表示空氣混濁度，可用CO2傳感器控制換氣開關(guān)。其他燃燒過程、植物生長、食物保鮮也涉及CO2量。汽車要控制完全燃燒，要求元件響應(yīng)快(ｍｓ計)。在烹調(diào)及干衣機中，用到濕度傳感器。2023/7/3084PTC熱敏陶瓷的應(yīng)用2023/7/30852023/7/30865、耐火材料耐火材料：耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料，是砌筑高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，也是制造某些高溫容器和部件或起特殊作用的功能性材料。5.1耐火材料的分類

酸性耐火材料：SiO2、ZrO2(1)按化學(xué)特性

中性耐火材料：Al2O3、Cr2O3堿性耐火材料：MgO、CaO2023/7/3087(2)按制品化學(xué)—礦物組成分類（九大類）①硅質(zhì)：硅磚、熔融石英磚(SiO2)②硅酸鋁質(zhì)：半硅磚、粘土鉆、高鋁磚、剛玉磚SiO2，Al2O3③鎂質(zhì)：鎂磚(MgO)、鎂鋁磚(MgO，Al2O3)、④白云石質(zhì)：白云石磚（CaO，MgO）⑤鉻質(zhì)：鉻磚、鉻鎂磚（Cr2O3，MgO）⑥碳質(zhì)：碳磚、石墨粘土磚⑦碳化硅質(zhì)：SiC⑧鋯質(zhì)：鋯英石(ZrO2，SiO2)鋯剛玉磚⑨特種耐火材料：純氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等2023/7/3088(3)按耐火度分類①普通耐火材料（1580~1770℃），②高級耐火材料（1770~2000℃），③特級耐火材料（≥2000℃）。耐火度：耐火度是耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不熔化的性能。2023/7/3089耐火材料生產(chǎn)工藝簡圖耐火骨料和粉料外加劑熔鑄成型制品不定形耐火材料壓制成型均勻混合物不燒磚燒成燒成磚2023/7/3090耐火材料的性能指標(biāo)耐火度材料在高溫下不熔化的性質(zhì)。定義？荷重軟化溫度指耐火材料在溫度和荷重的作用下抵抗變形的能力。高溫體積穩(wěn)定性在高溫下外形體積及線度保持穩(wěn)定的能力?？篃嵴鹦钥乖栽诟邷叵?，溫度急劇變化不破壞的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蝕的能力。耐真空性在真空和高溫下服役的能力。2023/7/3091作業(yè)名詞解釋：無機非金屬材料，結(jié)構(gòu)陶瓷，功能陶瓷。陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)。陶瓷材料的性能。傳統(tǒng)陶瓷與特種陶瓷的區(qū)別。壓電陶瓷的機理及其應(yīng)用。2023/7/3092MagneticResonanceImaging磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長Damadian1973做出兩個充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間MR成像基本原理實現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號接收裝置：各種線圈計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進動雜亂無章，磁性相互抵消zMyx進入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負方向），正負方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產(chǎn)生能量

三、弛豫（Relaxation）回復(fù)“自由”的過程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復(fù)，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時間：

MZ恢復(fù)到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復(fù)愈快T2弛豫時間：MXY喪失2/3所需的時間；T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長MXY與ST1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像

所謂的加權(quán)就是“突出”的意思

T1加權(quán)成像（T1WI）----突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權(quán)成像（T2WI）----突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標(biāo)準圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標(biāo)準圖像.T1的長度在數(shù)百至數(shù)千毫秒（ms）范圍T2值的長度在數(shù)十至數(shù)千毫秒（ms）范圍

在同一個馳豫過程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標(biāo)示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课?--即在同一層面觀察、分析T1、T2加權(quán)像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號表現(xiàn)，通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術(shù)－－圖像空間分辨力，對比分辨力一、如何確定MRI的來源（一）層面的選擇1.MXY產(chǎn)生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.梯度磁場Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強度↑層厚↓〈二〉體素信號的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應(yīng)層面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

各1H同相位MXY旋進速度不同同頻率一定時間后→→GX→沿X方向1H有不同ω沿Y方向不同1H的MXYMXY旋進頻率不同位置不同（相位不同）〈三〉空間定位及傅立葉轉(zhuǎn)換

GZ----某一層面產(chǎn)生MXYGX----MXY旋進頻率不同

GY----MXY旋進相位不同（不影響MXY大小）

↓某一層面不同的體素，有不同頻率、相位

MRS（FID）第三節(jié)、磁共振檢查技術(shù)檢查技術(shù)產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術(shù)名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…….梯度回波FFE快速自旋回波FSE壓脂壓水MRA短TR短TE－－T1W長TR長TE－－T2W增強MR最常用的技術(shù)是：多層、多回波的SE（spinecho，自旋回波）技術(shù)磁共振掃描時間參數(shù)：TR、TE磁共振掃描還有許多其他參數(shù)：層厚、層距、層數(shù)、矩陣等序列常規(guī)序列自旋回波（SE）,快速自旋回波（FSE）梯度回波（FE）反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR），脂肪抑制（STIR）、水抑制（FLAIR）高級序列水成像（MRCP,MRU,MRM）血管造影（MRA,TOF2D/3D）三維成像（SPGR）彌散成像（DWI）關(guān)節(jié)運動分析是一種成像技術(shù)而非掃描序列自旋回波（SE）必掃序列圖像清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)目前只用于T1加權(quán)像快速自旋回波（FSE）必掃序列成像速度快多用于T2加權(quán)像梯度回波（GE）成像速度快對出血敏感T2加權(quán)像水抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）水抑制（FLAIR）抑制自由水梗塞灶顯示清晰判斷病灶成份脂肪抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）脂肪抑制（STIR）抑制脂肪信號判斷病灶成分其它組織顯示更清晰血管造影（MRA）無需造影劑TOF法PC法MIP投影動靜脈分開顯示水成像（MRCP，MRU，MRM）含水管道系統(tǒng)成像膽道MRCP泌尿路MRU椎管MRM主要用于診斷梗阻擴張超高空間分辨率掃描任意方位重建窄間距重建技術(shù)大大提高對小器官、小病灶的診斷能力三維梯度回波（SPGR） 早期診斷腦梗塞

彌散成像MRI的設(shè)備一、信號的產(chǎn)生、探測接受1.磁體（Magnet）:靜磁場B0（Tesla,T）→組織凈磁矩M0

永磁型（permanentmagnet）常導(dǎo)型（resistivemagnet）超導(dǎo)型（superconductingmagnet）磁體屏蔽（magnetshielding）2.梯度線圈（gradientcoil）:

形成X、Y、Z軸的磁場梯度功率、切換率3.射頻系統(tǒng)（radio-frequencesystem，RF）

MR信號接收二、信號的處理和圖象顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換、計算機，等等；MRI技術(shù)的優(yōu)勢1、軟組織分辨力強（判斷組織特性）2、多方位成像3、流空效應(yīng)（顯示血管）4、無骨骼偽影5、無電離輻射，無碘過敏6、不斷有新的成像技術(shù)MRI技術(shù)的禁忌證和限度1.禁忌證

體內(nèi)彈片、金屬異物各種金屬置入：固定假牙、起搏器、血管夾、人造關(guān)節(jié)、支架等危重病人的生命監(jiān)護系統(tǒng)、維持系統(tǒng)不能合作病人，早期妊娠，高熱及散熱障礙2.其他鈣化顯示相對較差空間分辨較差（體部，較同等CT）費用昂貴多數(shù)MR機檢查時間較長1.病人必須去除一切金屬物品，最好更衣，以免金屬物被吸入磁體而影響磁場均勻度，甚或傷及病人。2.掃描過程中病人身體（皮膚）不要直接觸碰磁體內(nèi)壁及各種導(dǎo)線，防止病人灼傷。3.紋身（紋眉）、化妝品、染發(fā)等應(yīng)事先去掉，因其可能會引起灼傷。4.病人應(yīng)帶耳塞，以防聽力損傷。掃描注意事項顱腦MRI適應(yīng)癥顱內(nèi)良惡性占位病變腦血管性疾病梗死、出血、動脈瘤、動靜脈畸形（AVM）等顱腦外傷性疾病腦挫裂傷、外傷性顱內(nèi)血腫等感染性疾病腦膿腫、化膿性腦膜炎、病毒性腦炎、結(jié)核等脫髓鞘性或變性類疾病多發(fā)性硬化（MS）等先天性畸形胼胝體發(fā)育不良、小腦扁桃體下疝畸形等脊柱和脊髓MRI適應(yīng)證1.腫瘤性病變椎管類腫瘤（髓內(nèi)、髓外硬膜內(nèi)、硬膜外），椎骨腫瘤（轉(zhuǎn)移性、原發(fā)性）2.炎癥性疾病脊椎結(jié)核、骨髓炎、椎間盤感染、硬膜外膿腫、蛛網(wǎng)膜炎、脊髓炎等3.外傷骨折、脫位、椎間盤突出、椎管內(nèi)血腫、脊髓損傷等4.脊柱退行性變和椎管狹窄癥椎間盤變性、膨隆、突出、游離，各種原因椎管狹窄，術(shù)后改變，5.脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脫髓鞘疾?。ㄈ鏜S），脊髓萎縮7.先天性畸形胸部MRI適應(yīng)證呼吸系統(tǒng)對縱隔及肺門區(qū)病變顯示良好，對肺部結(jié)構(gòu)顯示不如CT。胸廓入口病變及其上下比鄰關(guān)系縱隔腫瘤和囊腫及其與大血管的關(guān)系其他較CT無明顯優(yōu)越性心臟及大血管大血管病變各類動脈瘤、腔靜脈血栓等心臟及心包腫瘤，心包其他病變其他（如先心、各種心肌病等）較超聲心動圖無優(yōu)勢，應(yīng)用不廣腹部MRI適應(yīng)證主要用于部分實質(zhì)性器官的腫瘤性病變肝腫瘤性病變，提供鑒別信息胰腺腫瘤，有利小胰癌、胰島細胞癌顯示宮頸、宮體良惡性腫瘤及分期等，先天畸形腫瘤的定位（臟器上下緣附近）、分期膽道、尿路梗阻和腫瘤，MRCP，MRU直腸腫瘤骨與關(guān)節(jié)MRI適應(yīng)證X線及CT的后續(xù)檢查手段－－鈣質(zhì)顯示差和空間分辨力部分情況可作首選：1.累及骨髓改變的骨病（早期骨缺血性壞死，早期骨髓炎、骨髓腫瘤或侵犯骨髓的腫瘤）2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)節(jié)的損傷（膝、髖關(guān)節(jié)）3.形狀復(fù)雜部位的檢查（脊柱、骨盆等）軟件登錄界面軟件掃描界面圖像瀏覽界面膠片打印界面報告界面報告界面2合理應(yīng)用抗菌藥物預(yù)防手術(shù)部位感染概述外科手術(shù)部位感染的2/3發(fā)生在切口醫(yī)療費用的增加病人滿意度下降導(dǎo)致感染、止血和疼痛一直是外科的三大挑戰(zhàn)，止血和疼痛目前已較好解決感染仍是外科醫(yī)生面臨的重大問題，處理不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴重后果外科手術(shù)部位感染占院內(nèi)感染的14%～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染，居院內(nèi)感染第3位嚴重手術(shù)部位的感染——病人的災(zāi)難，醫(yī)生的夢魘

預(yù)防手術(shù)部位感染（surgicalsiteinfection,SSI)

手術(shù)部位感染的40%–60%可以預(yù)防圍手術(shù)期使用抗菌藥物的目的外科醫(yī)生的困惑★圍手術(shù)期應(yīng)用抗生素是預(yù)防什么感染？★哪些情況需要抗生素預(yù)防？★怎樣選擇抗生素？★什么時候開始用藥？★抗生素要用多長時間？定義：指發(fā)生在切口或手術(shù)深部器官或腔隙的感染分類：切口淺部感染切口深部感染器官／腔隙感染一、SSI定義和分類二、SSI診斷標(biāo)準——切口淺部感染

指術(shù)后30天內(nèi)發(fā)生、僅累及皮膚及皮下組織的感染，并至少具備下述情況之一者：

1．切口淺層有膿性分泌物

2．切口淺層分泌物培養(yǎng)出細菌

3．具有下列癥狀體征之一：紅熱，腫脹，疼痛或壓痛，因而醫(yī)師將切口開放者（如培養(yǎng)陰性則不算感染）

4．由外科醫(yī)師診斷為切口淺部SSI

注意：縫線膿點及戳孔周圍感染不列為手術(shù)部位感染二、SSI診斷標(biāo)準——切口深部感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物則為術(shù)后1年內(nèi)）發(fā)生、累及切口深部筋膜及肌層的感染，并至少具備下述情況之一者：

1.切口深部流出膿液

2.切口深部自行裂開或由醫(yī)師主動打開，且具備下列癥狀體征之一：①體溫＞38℃；②局部疼痛或壓痛

3.臨床或經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷，發(fā)現(xiàn)切口深部有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為切口深部感染

注意：感染同時累及切口淺部及深部者，應(yīng)列為深部感染

二、SSI診斷標(biāo)準—器官／腔隙感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物★則術(shù)后1年內(nèi)）、發(fā)生在手術(shù)曾涉及部位的器官或腔隙的感染，通過手術(shù)打開或其他手術(shù)處理，并至少具備以下情況之一者：

1.放置于器官/腔隙的引流管有膿性引流物

2.器官/腔隙的液體或組織培養(yǎng)有致病菌

3.經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷器官/腔隙有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為器官/腔隙感染

★人工植入物：指人工心臟瓣膜、人工血管、人工關(guān)節(jié)等二、SSI診斷標(biāo)準—器官／腔隙感染

不同種類手術(shù)部位的器官/腔隙感染有：

腹部：腹腔內(nèi)感染（腹膜炎，腹腔膿腫）生殖道：子宮內(nèi)膜炎、盆腔炎、盆腔膿腫血管：靜脈或動脈感染三、SSI的發(fā)生率美國1986年～1996年593344例手術(shù)中，發(fā)生SSI15523次，占2.62%英國1997年～2001年152所醫(yī)院報告在74734例手術(shù)中，發(fā)生SSI3151例，占4.22%中國？SSI占院內(nèi)感染的14～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染三、SSI的發(fā)生率SSI與部位：非腹部手術(shù)為2%～5%腹部手術(shù)可高達20%SSI與病人：入住ICU的機會增加60%再次入院的機會是未感染者的5倍SSI與切口類型：清潔傷口 1%～2%清潔有植入物 ＜5%可染傷口＜10%手術(shù)類別手術(shù)數(shù)SSI數(shù)感染率(%)小腸手術(shù)6466610.2大腸手術(shù)7116919.7子宮切除術(shù)71271722.4肝、膽管、胰手術(shù)1201512.5膽囊切除術(shù)8222.4不同種類手術(shù)的SSI發(fā)生率：三、SSI的發(fā)生率手術(shù)類別SSI數(shù)SSI類別（%）切口淺部切口深部器官/腔隙小腸手術(shù)6652.335.412.3大腸手術(shù)69158.426.315.3子宮切除術(shù)17278.813.57.6骨折開放復(fù)位12379.712.28.1不同種類手術(shù)的SSI類別：三、SSI的發(fā)生率延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫，瘺形成。需要進一步處理這里感染將導(dǎo)致:延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫、瘺形成需進一步處理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手術(shù)，器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%與感染有關(guān)，其中90%是器官/腔隙嚴重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、導(dǎo)致SSI的危險因素（1）病人因素：高齡、營養(yǎng)不良、糖尿病、肥胖、吸煙、其他部位有感染灶、已有細菌定植、免疫低下、低氧血癥五、導(dǎo)致SSI的危險因素（2）術(shù)前因素：術(shù)前住院時間過長用剃刀剃毛、剃毛過早手術(shù)野衛(wèi)生狀況差（術(shù)前未很好沐?。τ兄刚髡呶从每股仡A(yù)防五、導(dǎo)致SSI的危險因素（3）手術(shù)因素：手術(shù)時間長、術(shù)中發(fā)生明顯污染置入人工材料、組織創(chuàng)傷大止血不徹底、局部積血積液存在死腔和/或失活組織留置引流術(shù)中低血壓、大量輸血刷手不徹底、消毒液使用不當(dāng)器械敷料滅菌不徹底等手術(shù)特定時間是指在大量同種手術(shù)中處于第75百分位的手術(shù)持續(xù)時間其因手術(shù)種類不同而存在差異超過T越多，SSI機會越大五、導(dǎo)致SSI的危險因素（4）SSI危險指數(shù)（美國國家醫(yī)院感染監(jiān)測系統(tǒng)制定）：病人術(shù)前已有≥3種危險因素污染或污穢的手術(shù)切口手術(shù)持續(xù)時間超過該類手術(shù)的特定時間（T）

（或一般手術(shù)＞2h)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法根據(jù)指南使用預(yù)防性抗菌藥物正確脫毛方法縮短術(shù)前住院時間維持手術(shù)患者的正常體溫血糖控制氧療抗菌素的預(yù)防/治療預(yù)防

在污染細菌接觸宿主手術(shù)部位前給藥治療

在污染細菌接觸宿主手術(shù)部位后給藥

防患于未然六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用162預(yù)防和治療性抗菌素使用目的：清潔手術(shù)：防止可能的外源污染可染手術(shù)：減少粘膜定植細菌的數(shù)量污染手術(shù)：清除已經(jīng)污染宿主的細菌六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用163需植入假體，心臟手術(shù)、神外手術(shù)、血管外科手術(shù)等六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素使用指征：可染傷口(Clean-contaminatedwound)污染傷口（Contaminatedwound）清潔傷口（Cleanwound）但存在感染風(fēng)險六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素顯示有效的手術(shù)有：婦產(chǎn)科手術(shù)胃腸道手術(shù)(包括闌尾炎)口咽部手術(shù)腹部和肢體血管手術(shù)心臟手術(shù)骨科假體植入術(shù)開顱手術(shù)某些“清潔”手術(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

理想的給藥時間？目前還沒有明確的證據(jù)表明最佳的給藥時機研究顯示：切皮前45～75min給藥，SSI發(fā)生率最低，且不建議在切皮前30min內(nèi)給藥影響給藥時間的因素:所選藥物的代謝動力學(xué)特性手術(shù)中污染發(fā)生的可能時間病人的循環(huán)動力學(xué)狀態(tài)止血帶的使用剖宮產(chǎn)細菌在手術(shù)傷口接種后的生長動力學(xué)

手術(shù)過程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days細菌數(shù)logCFU/ml六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用169術(shù)后給藥，細菌在手術(shù)傷口接種的生長動力學(xué)無改變

手術(shù)過程抗生素血腫血漿六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用Antibioticsinclot

手術(shù)過程

血漿中抗生素予以抗生素血塊中抗生素血漿術(shù)前給藥，可以有效抑制細菌在手術(shù)傷口的生長六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用171ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切開前時間切開后時間予以抗生素切開六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不同給藥時間，手術(shù)傷口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投藥時間感染數(shù)（%）相對危險度(95%CI)早期（切皮前2-24h）36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手術(shù)前（切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0圍手術(shù)期（切皮后3h內(nèi)）2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手術(shù)后（切皮3h以上）48816(3.3%)5.8(2.6-12.3)

5.8全部284744(1.5%)似然比病人數(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用結(jié)論：抗生素在切皮前45-75min或麻醉誘導(dǎo)開始時給藥，預(yù)防SSI效果好173六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用切口切開后，局部抗生素分布將受阻必須在切口切開前給藥！！！抗菌素應(yīng)在切皮前45～75min給藥六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？有效安全殺菌劑半衰期長相對窄譜廉價六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用抗生素的選擇原則：各類手術(shù)最易引起SSI的病原菌及預(yù)防用藥選擇六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

手術(shù)最可能的病原菌預(yù)防用藥選擇膽道手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢哌酮或

(如脆弱類桿菌）頭孢曲松闌尾手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢噻肟；

(如脆弱類桿菌）＋甲硝唑結(jié)、直腸手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

(如脆弱類桿菌）頭孢噻肟；＋甲硝唑泌尿外科手術(shù)革蘭陰性桿菌頭孢呋辛；環(huán)丙沙星婦產(chǎn)科手術(shù)革蘭陰性桿菌，腸球菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

B族鏈球菌，厭氧菌頭孢噻肟；+甲硝唑莫西沙星（可單藥應(yīng)用）注:各種手術(shù)切口感染都可能由葡萄球菌引起六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用單次給藥還是多次給藥？沒有證據(jù)顯示多次給藥比單次給藥好傷口關(guān)閉后給藥沒有益處多數(shù)指南建議24小時內(nèi)停藥沒有必要維持抗菌素治療直到撤除尿管和引流管手術(shù)時間延長或術(shù)中出血量較大時可重復(fù)給藥細菌污染定植感染一次性用藥用藥24h用藥4872h數(shù)小時從十?dāng)?shù)小時到數(shù)十小時六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用用藥時機不同，用藥期限也應(yīng)不同短時間預(yù)防性應(yīng)用抗生素的優(yōu)點：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用減少毒副作用不易產(chǎn)生耐藥菌株不易引起微生態(tài)紊亂減輕病人負擔(dān)可以選用單價較高但效果較好的抗生素減少護理工作量藥品消耗增加抗菌素相關(guān)并發(fā)癥增加耐藥抗菌素種類增加易引起脆弱芽孢桿菌腸炎MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）定植六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用延長抗菌素使用的缺點：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？正確的給藥方法：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用應(yīng)靜脈給藥，2030min滴完肌注、口服存在吸收上的個體差異，不能保證血液和組織的藥物濃度，不宜采用常用的-內(nèi)酰胺類抗生素半衰期為12h，若手術(shù)超過３４h，應(yīng)給第２個劑量，必要時還可用第３次可能有損傷腸管的手術(shù)，術(shù)前用抗菌藥物準備腸道局部抗生素沖洗創(chuàng)腔或傷口無確切預(yù)防效果，不予提倡不應(yīng)將日常全身性應(yīng)用的抗生素應(yīng)用于傷口局部（誘發(fā)高耐藥）必要時可用新霉素、桿菌肽等抗生素緩釋系統(tǒng)（PMMA—青大霉素骨水泥或膠原海綿)局部應(yīng)用可能有一定益處六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不提倡局部預(yù)防應(yīng)用抗生素：時機不當(dāng)時間太長選藥不當(dāng)，缺乏針對性六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防用藥易犯的錯誤：在開刀前45-75min之內(nèi)投藥按最新臨床指南選藥術(shù)后24小時內(nèi)停藥擇期手術(shù)后一般無須繼續(xù)使用抗生素大量對比研究證明，手術(shù)后繼續(xù)用藥數(shù)次或數(shù)天并不能降低手術(shù)后感染率若病人有明顯感染高危因素或使用人工植入物，可再用1次或數(shù)次小結(jié)預(yù)防SSI干預(yù)方法

——正確的脫毛方法用脫毛劑、術(shù)前即刻備皮可有效減少SSI的發(fā)生手術(shù)部位脫毛方法與切口感染率的關(guān)系：備皮方法 剃毛備皮 5.6%

脫毛0.6%備皮時間 術(shù)前24小時前 ＞20%

術(shù)前24小時內(nèi) 7.1%

術(shù)前即刻 3.1%方法/時間 術(shù)前即刻剪毛 1.8%

前1晚剪/剃毛 4.0%THANKYOUMagneticResonanceImagingPART01磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長Damadian1973做出兩個充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間PART02MR成像基本原理實現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號接收裝置：各種線圈計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進動雜亂無章，磁性相互抵消zMyx進入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負方向），正負方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度R