第四章材料概論第三章材料物性：電、磁、熱性質及光學和力學本章內容：陶瓷材料、聚合物材料、復合材料第一節功能材料的特點和分類1、功能材料概念出處材料按作用：結構材料、功能材料1965、美國貝爾所的Morton提出、日本學術機構的討論、提倡、引起國際材料界的重視2、功能材料的定義具有優良的電、磁、光、熱、聲、力、化學和生物學功能及其相互功能轉化的、被用作非結構目的的高技術材料（2）智能部分機器、裝置、產品可分為：（1）力能部分由結構材料構成巨大的機構，如人體的骨骼、承受力量、保持構造穩定由功能材料構成纖細、敏感的結構、如人體的神經系統、保持整體的功能正常材料系統(原子、離子、電子等)外部作用（輸入）材料系統性能變化（輸出）材料與外界的作用3、功能材料的特點常以材料形式為最終產品，并對材料本身進行性能評價結構材料：以元件形式對其物理性能評價、材料和元件“一體化”功能材料：具有多功能、高效能、多品種、產量少、附加值高、市場規模小、產品更新快等功能材料對產品或系統的功能起決定性的作用特點：4、功能材料的分類功能材料范圍尚無嚴格的定義、尚無統一的分類法幾種常見分類法單晶、多晶、非晶材料（1）按功能材料的化學鍵金屬、無機非金屬、有機和復合功能材料有機：包括聚合物復合：有機—有機；有機—無機；有機—金屬無機非金屬：陶瓷（2）按功能材料的物化性質電性、磁性、光學、熱學、聲學、力學、化學和生物學功能材料（3）按功能材料的應用領域電子、軍工、核、信息工業、能源、醫療材料等（4）按功能材料的結晶性第二節陶瓷材料一、陶瓷材料概述陶瓷材料屬于無機非金屬材料、不含碳氫氧結合的化合物，主要是金屬氧化物和金屬非氧化物傳統陶瓷的原料：地殼中儲量最多的硅酸鹽礦物制作：高溫燒結玻璃、水泥、耐火材料也是典型的硅酸鹽陶瓷硅酸鹽陶瓷陶瓷材料是人類應用最早的材料。它堅硬，穩定，可以制造多種器件、工具或用具；在一些特殊的情況下也可以用作結構材料按照成分和用途、工業陶瓷材料可分為：（1）普通陶瓷（或傳統陶瓷）：主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料（2）特種陶瓷（或新型陶瓷、高技術陶瓷、精細陶瓷、先進陶瓷）主要為高熔點的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等燒結材料（3）金屬陶瓷

主要指用陶瓷生產方法制取的金屬與碳化物或其它化合物的粉末制品陶瓷的耐熱性、機械強度、電磁特性、耐腐特性、尺寸穩定性二戰后電子工業、核能利用工程、空間技術的興起與發展要求高性能的陶瓷天然陶瓷的原料成分復雜難滿足要求新型陶瓷原料：化學純原料或純度可控的人造原料（4）產品形態上新型（功能）陶瓷與傳統的硅酸鹽陶瓷的區別：（1）材料的組成上除硅酸鹽（氧化物和含氧酸鹽）外,C,N,B,Si

等的單質、化合物及金屬（2）應用上由材料固有的靜態物性物理效應和微觀機能（3）制備工藝上突破傳統工藝、采用新工藝技術除傳統的燒結體或粉體外，還有薄膜和纖維等功能陶瓷在信息工程、微電子技術等高新技術的應用單功能或多功能傳感器：電、光、熱、聲、磁、氣氛等功能陶瓷產品：電子陶瓷是最大一類，其次是工具和結構陶瓷高溫結構陶瓷：如渦輪機轉子、發動機部件，甚至將來整個陶瓷發動機功能陶瓷在許多領域有取代和部分取代金屬的趨勢如切削工具、熱機部件、集成電路封裝、極板、及磁性材料等高溫超導陶瓷材料：使超導材料的研究進入新的階段二、陶瓷加工工藝陶瓷加工工藝包括：制粉、成型、燒結陶瓷的微結構：多晶、多相體，宏觀上通常表現為各性同性陶瓷性能不僅取決其成分、還與其加工工藝（微結構）有關新配方、新工藝、新結構的開發是提高陶瓷材料及其器件性能的途徑（一）制粉—陶瓷粉料的制備功能陶瓷制粉方法：固相反應、液相（溶液）反應、溶膠—凝膠法固相反應成熟、普遍采用1、固相反應法制粉主要步驟：配料、粉碎、混合、預燒（1）配料根據陶瓷配方選原料原料：礦物原料和化工產品原料明確：原料的化學成分、粒度特性、結構和化學活性等純度要求高的原料：采用煅燒、酸洗等方法提純化學成分：純度、雜質的種類和含量、化學計量比等粒度特性：粒度分布、顆粒形狀適宜的粒度范圍：粒度越細、化學活性越高、有利于固相反應原料的結構：結晶形態、致密度、裂紋、氣孔性等不同晶型的原料有不同的燒結特性：和和成分相同，熔點、燒結特性不同化學活性：化學反應的難易程度物理上表現：原料的原子、離子或離子團擺脫晶格新生成物具有較大的活性原料原料稱取前要脫水、稱取時應扣除尚存雜質結構束縛而擴散或揮發的難易度（2）粉碎、混合目的：使配料充分接觸、均勻混合，預燒時固相反應充分粉碎、混合在粉碎機中完成粉碎過程既是粉碎過程又是混合過程常用的粉碎機：球磨、棒磨、礫磨、振磨和氣流磨普遍采用：球磨、棒磨和振磨圓筒磨罐傳動機構及電機斷面球磨、棒磨、礫磨結構外形幾乎相同球磨、棒磨、礫磨磨碎介質分別為球磨機磨碎介質：鋼球或其它質地堅硬的球，如、瑪瑙球、氧化鋁球棒磨機磨碎介質:

鋼棒等棒狀物礫磨機磨碎介質：形狀不規則的砂礫球磨、棒磨、礫磨的磨碎原理適中，拋落式磨碎介質在離心力和摩擦力的作用下、被帶到一定高度而下落，介質下落的沖擊作用擊碎原料顆粒，介質、滾筒、原料的相互研磨進一步磨細和混合原料振磨機電機支承豎彈簧偏心塊偏心軸橫彈簧外界提供振動，在振動過程中介質與原料及介質相互間研磨、混合氣流磨機原料被高速氣流夾帶和輸運，高速運動的顆粒與彎曲的路徑（磨機壁）強烈碰撞、粉碎影響磨機磨碎效率的因素D、破碎方式（干磨、濕磨）A、原料的特性（硬度、粒度、比重）；B、磨機結構參數（尺寸）、運轉參數C、

磨碎介質的材質、填充量、尺寸配比小瀉落式過大離心式（轉速或振頻、振幅等）；（如大球和小球的比例），原料填充量如、濕式球磨，球、水、粉料的最佳重量比：球、水、粉料占磨罐的最佳容積：磨碎介質的磨損可能會引起原料的污染磨碎過的細料需經粒度分級、粗粒部分應返回磨機、重新磨細粒度分級方法a、篩分b、空氣分級c、淘析（使用細篩）豎直氣流式：細粒被氣流帶走、收集；粗粒下沉空氣離心機：借離心力分離、效率高顆粒粒度不同在液體中沉降速度不同有水平式和豎直式（3）預燒制粉—固相反應粉碎、混合后的原料顆粒，預燒、固相反應，形成陶瓷顆粒固相反應：顆粒在熔點溫度以下、固相狀態下的反應適當加壓有助反應迅速、充分地進行P加壓顆粒接觸面積增加預燒溫度和預燒時間：保證反應充分進行、2、溶液反應法制粉通過液相反應制得較為均勻的陶瓷顆粒制作步驟生成的陶瓷顆粒間無明顯燒結制作步驟（3）固液分離、低溫煅燒后、生成陶瓷粉料（1）制備所需金屬鹽的水溶液；（2）按配比混合原料液，液相反應生成復鹽溶液；例：