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材料与化工学院2012级材料科学与工程二班课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健学生学号：授课老师：海南大学材料科学与工程无机非金属材料工艺学2目录1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------32.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------32.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------42.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------42.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------42.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------42.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------52.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------52.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------52.2.2PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------62.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------62.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------72.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------72.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------72.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------72.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------83.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8海南大学材料科学与工程无机非金属材料工艺学3陶瓷材料研究进展（刘健材料科学与工程）【摘要】陶瓷作为无机非金属材料中一类非常重要的材料，在材料方面占据着较大的一个角色，因此，在材料研究中，陶瓷的研究也成为至关重要的一份子。现在陶瓷的研究广泛运用于工业、生活、医用等多个领域，对陶瓷改性也成为了一个热点的研究方向。陶瓷具有的以及改性过后的优良性能，决定了其在各个不同领域的用途。【关键词】陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、亲水易洁陶瓷、热障涂层陶瓷陶瓷，是陶器和瓷器的总称。我们都知道早在我国古代，就已经制造出来了很多精美的陶瓷，而且广泛的应用于日常的生产生活中，所以，在传统陶瓷方面，我们已经达到了一个非常高的一个高度。而在科学飞速发展的今天，传统的陶瓷已经远远满足不了人们的生活需要。也正是因为如此，新型陶瓷也就慢慢成为一个非常热门的一个研究方向。新型的陶瓷材料，顾名思义，是一种不同于传统材料的具有比其更优良性能的陶瓷材料，也被称为先进陶瓷材料。先进陶瓷材料指用精制高纯人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结而制成的高性能陶瓷，又称为高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷或特种陶瓷，是相对于传统陶瓷材料而言的。[1]因此，新型陶瓷材料已经广泛应用于各个领域各个方面。新型材料的广泛应用，给人们的生活带来了许多便利。在不同领域下的使用的陶瓷材料具有其不同的特殊性能，而且根据其功能作用可分为许多种不同的陶瓷材料。1.传统陶瓷材料作为最开始使用的陶瓷材料，传统陶瓷材料在经历了一千多年的时间后也是广泛的在日常生活中使用，比如吃饭用的餐具，花瓶等等，这些都是使用传统陶瓷而制成的生活用品。但传统陶瓷就性能方面来说，由于其脆性较大，所以导致了它不适用于制作一些对材料硬度、脆性、韧性都有特殊要求的制品。因此传统陶瓷的工艺虽然已经达到了一个比较高的水平，但是由于其性能的局限性，直接导致了传统陶瓷材料应用的局限性。2.新型陶瓷材料海南大学材料科学与工程无机非金属材料工艺学42.1生物陶瓷材料生物陶瓷材料是一种新兴的陶瓷材料，它应用于医学上的某些特殊的方面。生物陶瓷材料作为无机生物医学陶瓷材料，没有毒副作用，与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀等优点，越来越受到人们的重视，生物陶瓷材料的研究与临床应用，已从短期的替换和填充发展成为永久性牢固种植，从生物惰性材料发展到生物活性材料、降解材料及多相复合材料。[2]2.1.1生物陶瓷研究背景在生物医学应用中，经常会遇到一些需要应用某种材料来进行手术实践的问题。比如说，在人工骨方面上，我们想寻求一种既不容易被腐蚀，强度又不会小的材料，一开始在医学上使用的是金属材料，但由于有些金属材料极易在生物体内被腐蚀，所以在医用方面并不是一种非常理想的材料，所以在这个时候，寻求一种满足强度和韧性而又不容易被腐蚀的材料就显得格外的重要。2.1.2生物陶瓷研究的一些成果而生物陶瓷的出现给医用新材料提供了一个极好的参考，动物实验及临床应用表明：玻璃陶瓷人工关节材料具有良好的生物相容性。HA生物陶瓷可用于耳通气引流管，HA引流管具有引流、导音效果好等特点，经300余例临床应用，取得良好效果。此外，磷酸钙陶瓷纤维具有一定机械强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料，植入肿瘤病灶内，在外部交变磁场的作用下，产生磁滞热效应，导致磁性材料区域内局部温度升高,借以杀死肿瘤细胞,抑制肿瘤的发展。动物实验，效果良好。[3]2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势无机生物陶瓷材料与人体硬组织的结构差异很大。因此，模拟人体硬组织成分结构，利用骨胶原、纤维蛋白以及骨形成因子等与生物陶瓷材料混合，改善材料性能，进一步研究具有有机和无机复合结构的材料。开发研究具有人体组织的多相结构，能与机体相互组合有相互作用的活性物质结构，在整体与局部、宏观与微观、功能与结构方面，都能与人体组织细胞、生物力学性能、生物电系统的海南大学材料科学与工程无机非金属材料工艺学5反映相吻合，使能量在人体代谢中由非平衡状态达到相对稳定，使无机生物材料的研究得到创新和突破。[4]2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望根据需要进行人工材料的组成、微观结构设计，针对在体内不同部位的特点，获得具有不同降解速度或诱导骨生成的高性能生物降解陶瓷材料。生物陶瓷材料来说，生物相容性、力学适合性和抗血栓性，都是不可缺少的条件。设计一种能调整其结构及相关的组成而达到整体材料性能按梯度规律变化的一系列生陶瓷物材料。从仿生原理、组织工程、基质控制矿化的思想出发，制备成分、结构与天然骨组织相接近的替代材料。[3]生物陶瓷材料的研究与应用具有划时代的意义，不仅仅实在国内，生物陶瓷对生产生活都产生了巨大的影响。因此，研究一种好的生物陶瓷材料不仅仅是大势所趋，更是从人类文明角度上的一个伟大贡献。2.2高温压电陶瓷材料作为一种新型功能材料，高温压电陶瓷被广泛应用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地质勘探等许多特殊领域。但是，目前商业化应用的锆钛酸铅体系压电陶瓷的居里温度一般在250~380℃，由于热激活老化过程，其安全使用温度被限制在居里温度的1/2处。压电性能优良，使用温度低于400℃的高温压电陶瓷材料已经不能满足当前高新技术发展的要求。[5]因此，高温压电陶瓷材料成为近几年来研究的热点，各种新成果、新技术不断涌现。2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷纯钛酸铅在常温下为四方钙钛矿型结构，介电常数小，压电性能高，压电各向异性大，居里温度高（TC=490℃），因而适于在高温下工作。但是，由于纯钛酸铅陶瓷难以烧结，当晶体冷却通过居里点时，在内应力作用下易自行开裂；大的轴向比率使得其矫顽场大，难以极化。为此，很多研究者采用掺杂形成固熔体的方法来解决这一问题，并取得了较好的研究成果。宴伯武等[6]选用居里点较高的复合钙钛矿型化合物Pb(Cd4/9Nb2/9W3/9)O3(TC=495℃)对PbTiO3进行B位取代，并掺杂适量MnO2抑制晶粒的过分生长，以形成均匀细密的内部结构，制备了海南大学材料科学与工程无机非金属材料工艺学60.2PCNW-0.8PT-xMnO2陶瓷。[6]这种陶瓷材料是一种很有前途的，压电性能优良的高温高频压电陶瓷材料。2.2.2PZT基多元系压电陶瓷Pb(Zr,Ti)O3(PZT)压电陶瓷材料由于具有优异的压电性能，是目前应用最广泛最成功的压电陶瓷材料之一，已被广泛用于制作压电驱动器、传感器、滤波、微位移器、压电陀螺等电子元器件。当锆钛摩尔比Zr:Ti=53:47时，PZT处于三方相和四方相之间的MPB区域，此时材料的铁电压电性能较好，但居里点为330℃左右，安全使用温度更低，使其应用只能局限在较低温度区域。[7]据不同的应用需求，结合PbZrO3-PbTiO3二元系固溶体相图及各压电性能与组成关系曲线，在一定范围内通过调整Zr/Ti比，以提高材料的居里点，对开发新型高温压电陶瓷材料无疑是很好的途径。[8]作为高温压电陶瓷材料，必须在较高温度下不发生结构相变而影响其压电性，且各向性能参数具有较优异的高温使用特性，才能长期处于高温状态下工作而稳定可靠。高温压电陶瓷材料的研究和开发取得了很大进步，得到诸多具有实用前景的高温压电陶瓷体系，但还存着不足，仍需做大量的研究开发工作。作为一种新型功能陶瓷材料，高温压电陶瓷将有着广阔的应用前景。2.3超级亲水易洁陶瓷材料作为日常用具，陶瓷在人们日常生活中使用频繁，尤其是在餐饮行业，陶瓷的日常用量惊人，清洗劳动强度大。为了缓解这一问题，人们研制了洗碗机，希望能够缓解这一问题。但是洗碗机只能对于有一定强度、不易破碎的陶瓷如盘子等进行清洗，对于壁薄、脆且易碎的陶瓷制品如茶杯、茶壶等，就无法进行有效清洗。因此日常生活中陶瓷的清洗还主要依靠人工来完成，既费时费力，又效率低下。传统日用陶瓷产品及陶瓷面盆表面沾染油污后，需用洗洁精等清洗剂洗涤，这不仅造成了洗涤剂和水资源的浪费，而且使用洗涤剂还直接影响人体健康、污染水资源陶瓷卫生洁具使用过程中表面容易形成坚硬