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第九章 特种陶瓷简介 9.1 特种陶瓷概述 9.2 特种陶瓷的基本制备工艺 9.3 结构陶瓷简介 9.4 功能陶瓷 9.5 半导体陶瓷 9.1 特种陶瓷概述 近年来，由于科学技术的迅速发展，特别是电子技术、空间技术、计算机技术的发展，特种陶瓷得到了迅速的发展。 特种陶瓷无论从原料、工艺或性能上均与传统陶瓷有很大差异。一般来说，通常认为特种陶瓷是“采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷”。 特种陶瓷的名称 先进陶瓷（Advanced ceramics） 精细陶瓷（Fine ceramics） 工程陶瓷（Engineering ceramics） 新型陶瓷（New ceramics） 近代陶瓷（Modern ceramics） 高技术陶瓷（High Technology ceramics） 高性能陶瓷（High Performance ceramics） 特种陶瓷（Special ceramics） 特种陶瓷和传统陶瓷的主要区别 研究特种陶瓷的意义 特种陶瓷发展的历史较短，研究的深度和广度远不如金属和聚合物，而且特种陶瓷具有许多独特的功能，潜力很大。表现在三个方面： 如前所述，许多特种陶瓷具有优异的多方面性能的综合； 特种陶瓷具有更多的有实用价值的功能，特别是电磁功能、化学功能、半导体功能； 适当改变组成和掺杂后，特种陶瓷的功能可以按人们的要求改变。 特种陶瓷的分类 结构陶瓷——主要利用其热、机械、化学功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构材料。 功能陶瓷——利用其电、磁、声、光、催化、生物化学等功能，其中最主要的是绝缘材料、电介质材料、压电材料、磁性材料、半导体材料和透光性陶瓷等电子材料、具有生物化学功能的生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。 9.2 特种陶瓷的基本制备工艺 9.2.1 粉末制备 9.2.2 成型 9.2.3 烧结 9.2.4 加工与精加工技术 原料 化工原料 氧化物类：氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化锌、铅丹（氧化铅）、稀土类、着色类 各种盐类：硼化合物（硼酸、硼砂）、碳酸盐（碳酸钾、碳酸钠、碳酸钡）、硫酸盐（硫酸钠、硫酸钡）、硝酸盐（硝酸钾、硝酸钠） 合成原料 氧化物：莫来石（3Al2O3·2SiO2）、堇青石（Mg2Al3[AlSi5O18]） 碳化物：碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）、碳化钨（WC）、石墨 氮化物：氮化硅（Si3N4）、氮化铝（AlN）、氮化硼（BN） 钛酸盐：钛酸钡（BaTiO3） 粉料制备 固相法 气相法 液相法 机械法 溶剂蒸发法 1、固相法： 化合或还原-化合法 直接化合的通式为： Me+X=MeX 或用MeO代替Me， MeO＋2X＝MeX＋XO↑ 可以生产多种碳化物、硅化物、氮化物和氧化物粉末。 制取硼化物的碳化硼法 4MeO＋B4C＋3C=4MeB＋4CO 或加入B2O3以降低反应产品中碳的含量： 2MeO＋B2O3＋5C=2MeB＋5CO 或用金属还原剂代替碳： 3MeO＋3 B2O3＋8Al(Mg,Ca,Si)＝3MeB2＋4Al(Mg,Ca,Si)2O3 固相热分解法 用铝的硫酸铵盐[Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O]在空气中加热，可以得到性能优异的氧化铝粉末，热分解的反应过程如下： 2、气相法 气相沉积法 基于反应：aAg＋bBg→cCs＋dDg 根据反应条件的不同，可变成薄膜、晶须、晶粒、颗粒和超细颗粒， 可制备碳化物硼化物硅化物氮化物氧化物等。 气相热分解法 CVD化学气相沉积产品的生产过程: 热裂解氮化硼 (PBN) 和热裂解石墨 (PG)。 基本原料是含硼的卤族气体，氮气，氨或碳化氢。 在精确控制下，这些气体在高温下发生反应，反应产物沉积在石墨模具上。根据所选物料的不同，反应产物会牢固附着在石墨模具上成为镀层，或可以容易地由模具脱落，成为纯热裂解氮化硼或热裂解石墨产品。 超细TiO2粉的制取 可通过以下四个反应合成： TiCl4+O2=TiO2+2Cl2↑ TiCl4+2H2O= TiO2+4HCl↑ TiCl4+2H2O= TiO2+4HCl↑(用氢催化) TiCl4+2CO2+2H2= TiO2+2CO↑+4HCl↑ 反应在高于1000℃的温度下进行，可以制得粒度0.1μm的金红石结构的TiO2粉。还原气氛下，TiCl4的水解显著提高了TiO2的生成率。 3、液相法 反应沉淀法 拜耳法(Bayer Process)，制得的Al2O3粉也主要用作电解铝的原料 矿石高压熔出：2AlOOH＋2NaOH＝2NaAlO2＋2H2O 碳酸盐分解：2NaAlO2＋CO2＋3H2O＝2