新型陶瓷材料简述.docx
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新型陶瓷材料简述
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新型陶瓷材料简述
一、新型陶瓷材料的出现
本世纪二三十年代以来,由于科学的高速发展,对传统陶瓷提出了新的挑战.如电力的普及与大规模的应用,需要使用大量强度很高,绝缘性能很好的绝缘子;电子通信技术的发展迫切需要在高频下绝缘性能良好的陶瓷材料;特别是在第二次世界大战期间,为了解决用于制作高质量电容器的天然云母的匮乏,希望能够用介电常数高的陶瓷来代替天然云母.现实的需要推动了对陶瓷材料进行广泛而深入的研究.人们发现,虽然陶瓷中的玻璃相,使陶变得坚硬,致密,但是,也正是陶瓷中的玻璃相,妨碍了陶瓷强度的进一步提高.同时,玻璃相也是陶瓷绝缘性能,特别是高频绝缘性能不好的根源.于是,在传统陶瓷的基础上,一些强度高,性能好的材料不断涌现,它们的玻璃相含量都比传统陶瓷低.目前,由于陶瓷制备工艺的不断进步,特别是对陶瓷烧结过程,显微结构进行研究的结果表明,制备出玻璃相含量非常低,甚至几乎不含玻璃相的,由许多微小晶粒结合而成的结晶陶瓷是可能的.这种材料的各种性能有可能与相应单晶体的性能相近.现在,许多高性能陶瓷,几乎都是不含有玻璃相的结晶态陶瓷.为了有别于传统陶瓷,人们称之为先进陶瓷或高技术陶瓷……于是新型陶瓷材料便应运而生了。
二、新型陶瓷材料与传统陶瓷材料的区别
新型陶瓷材料属于新型材料的一种。
传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。
而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。
它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的。
新型陶瓷由于其化学组成，显微结构及性能不同于普通陶瓷，故被称为新型陶瓷或特种陶瓷。
新型陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度，高硬度，高韧性，耐腐蚀，导电，绝缘，磁性，透光，半导体以及压电，光电，电光，声光，磁光等。
由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械，电子，化工，冶炼，能源，医学，激光，核反应，宇航等方面。
三、新型陶瓷材料的优缺点
新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。
在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。
但也有它的缺点，如脆性。
因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。
四、新型陶瓷材料的分类
（一）按化学成分划分
主要分为两类：
一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。
（二）按性能与特征划分
可分为：
高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。
电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。
随着成分、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。
（三）按其应用不同划分
可将它们分又为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。
在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。
这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，在空气中可以耐受1980℃的高温，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。
工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。
压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，哪怕是像声波震动产生的微小的压力也能够使它们发生形变，从而使陶瓷表面带电。
用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机，能够连续打火几万次。
透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。
透明陶瓷不但能透过光线，还具有很高的机械强度和硬度。
透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料，还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件等，甚至可以代替不锈钢。
氮化硅高强度陶瓷以强度高著称，可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。
精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料，所以，被人们认为是对发动机的一场革命。
氮化硅可用多种方法制备，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1600K反应后获得：
3Si＋2N2＝Si3N4（条件1600K）也可用化学气相沉积法，使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应，产物Si3N4积在石墨基体上，形成一层致密的Si3N4层。
此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下：
SiCl4＋2N2＋6H2→Si3N4＋12HCl氮化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。
利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。
功能陶瓷种类繁多，用途各异。
例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。
利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。
此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。
新型陶瓷材料发展较快，超导材料实际上也是一种新型陶瓷,当然由于陶瓷材料的特殊性能，在研究和开发其应用前景时，需要不同学科交叉，共同来研究和探索出新的功能材料。
总之，新剂陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。
五、新型陶瓷材料的应用现状
随着现代高新技术的发展，新型陶瓷已逐步成为高技术发展的重要关键，已引起各工业发达国家的关注，日本近年一直处于世界前沿，美国每年用材料研究的费用高达20-25亿美元，欧共体包括德、法、英等国家也在发展一些新型材料方面给予了高度重视，现已取得了一些重大成果。
许多国家为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力，物力和财力研究开发特种陶瓷，因此新型陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。
新型陶瓷品种繁多、日新月异，在现代科学技术及国民经济中具有特殊地位，其用途多种多样，例如结构陶瓷具有超高耐热性、高强度、高硬度、高耐磨性和优良的耐腐蚀性等综合特性；功能陶瓷具有电、磁、光学、机械、生物及化学等各种卓越功能，因此新型陶瓷材料已成为解决能源、资源等问题的重要材料，同时也是微电子、激光、光纤、生物、海洋、宇航、新能源、仿人机等尖端科学技术发展不可缺少的材料，新型陶瓷不同于传统陶瓷，是知识和技术密集型产品，一般具有投资少、产值高、能源消耗少，经济效益高，并具有广阔的市场。
据有关资料统计，新型陶瓷第年以10%~20%的速率增长，因此新型陶瓷的研究与开发已引起世界各工业发达国家的高度重视，特别是近几年出现的陶瓷发动机，陶瓷高温超导体、陶瓷敏感元件这三股热潮，将给新型陶瓷材料更强的生命力。
总之，新型陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术，新技术领域中的地位日趋重要，预示着它的广阔发展前景。
六、我国在新型材料方面的成就与不足
中国科学院在先进功能陶瓷领域的研究在国内具有一定的优势。
上海硅酸盐所和清华大学联合主持了科技报“973”项目“信息功能陶瓷的若干基础问题的研究”。
中国科学院对弛豫铁电单晶研究方面的最新进展及其应用前景非常关注，支持了声学所和上海硅酸盐所共同承担的知识创新工程方向性项目“新型弛豫铁电单晶声纳换能器研究”。
上海硅酸盐所在国际上率先用Bridgeman方法直接从熔体中生长出了高质量的PMN—PT单晶，目前尺寸已达到50mmX80mm，处于国际领先水平；AlN基板材料的热导率已高达228w／mK，尺寸为50mm×50mm，并实现了原料的低成本化；研制出居里温度达到914℃的Bi。
NbTiO铋层状结构压电陶瓷，在高温速度计和高温流量计上具有重要的应用前景。
上海技术物理研究所在铁电薄膜非制冷技红外焦平面研究方面承担了多项国家和上海市自然科学基金重点项目，近年来。
在APPIPhys．Lett．，JAPP1．Lett．．J．AmCeramSoc等刊物上连续发表了20多篇论文，部分工作得到国内外的高度评价。
声学研究所在压电复合材料研究及换能器制造方面居国内领先地位。
新疆理化技术研究所自主开发的高温、低温和常温高精度负温度系数（NTC）热敏电阻器在所控股的公司已经形成年产上千万的产值，也为我国航天、国防等事业做出了突出贡献。
西北工业大学建成我国第一个超高温复合材料重点实验室。
使我国成为继法国、美国之后，全面掌握碳化硅陶瓷基复合材料制造技术及其设备的第三个国家！
采用该技术制备的多种碳化硅陶瓷基复合材料构件在不同发动机上均一次试车成功，在材料界引起轰动。
以清华大学为代表的高校在先进陶瓷材料的研究方面起到了带头作用。
虽然我国在先进陶瓷研究的某些方面做出了国际领先或者先进水平的成果，但我们必须清醒地认识到，从整体上看，我们与先进国家相比仍然有较大的差距，面临着来自国际上许多大学、研究机构和企业的激烈竞争，形式不容乐观。
所以我们必须立足实际，加大科研方面的人力与资金投入，积极研发新型陶瓷材料，是之造福人类，促进社会进步。
随着科技的进步，在现代社会中新型陶瓷材料的出现越来越频繁，其应用也越来越广泛，且在社会生活中发挥着越来越大的作用。
所以对待我国来说，只有积极研发新型陶瓷材料，掌握核心技术，才能不被发达国家牵制，才能实现强国之路！
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当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。
于是，我降临在了人间。
我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：
李清照。
小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。
小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置疑，小时侯的我快乐无虑。
“兴尽晚回舟，误入藕花深处。
争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。
”青春的我如同一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚任水流轻抚。
身影轻飘而过，留下一阵清风。
可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我那柔弱的心。
我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。
“寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。
最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。
在天堂里，我又见到了上帝。
上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。
我始终无法客观的评价我的一生。
我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我发现我错了。
于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。
我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一切的幸福：
我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这就够了。
天儿蓝蓝风儿轻轻，暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。
我拿起手中的笔，不禁想起曾经作诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言，写下了一时的感受：
人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。
这就需要我们静下心来阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。
“富不读书富不久，穷不读书终究穷。
”为什么从古到今都那么看重有学识之人？
那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。
那时因为读书能给人带来快乐。
自从看了《丑小鸭》这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别人交往，变得自信了……因为我知道：
即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自信，总有一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”……
我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。
还吵着闹着多看几本名着。
于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。
渐渐的，自己的语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。
于是，我便发展“业务”带动全家一起读书……现在，每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上，争先恐后“抢书”，当我说起我最小应该让我的时候，却没有人搭理我。
最后还把书给撕坏了，我生气地哭了，妈妈一边安慰我一边对外婆说：
“孩子小，应该让着点。
”外婆却不服气的说：
“我这一把年纪的了，怎么没人让我呀？
”大家人你一言我一语，谁也不肯相让……读书让我明白了善恶美丑、悲欢离合，读一本好书，犹如同智者谈心、谈理想，教你辨别善恶，教你弘扬正义。
读一本好书，如品一杯香茶，余香缭绕。
读一本好书，能使人心灵得到净化。
书是我的老师，把知识传递给了我；书是我的伙伴，跟我诉说心里话；书是一把钥匙，给我敞开了知识的大门；书更是一艘不会沉的船，引领我航行在人生的长河中。
其实读书的真真乐趣也就在于此处，不是一个人闷头苦读书；也不是读到好处不与他人分享，独自品位；更不是一个人如痴如醉地沉浸在书的海洋中不能自拔。
而是懂得与朋友，家人一起分享其中的乐趣。
这才是读书真正之乐趣呢！
这所有的一切，不正是我从书中受到的教益吗？
我阅读，故我美丽；我思考，故我存在。
我从内心深处真切地感到：
我从读书中受到了教益。
当看见有些同学宁可买玩具亦不肯买书时，我便想到培根所说的话：
“世界上最庸俗的人是不读书的人，最吝啬的人是不买书的人，最可怜的人是与书无缘的人。
”许许多多的作家、伟人都十分喜欢看书，例如毛泽东主席，他半边床上都是书，一读起书来便进入忘我的境界。
书是我生活中的好朋友，是我人生道路上的航标，读书，读好书，是我无怨无悔的追求。
一个人的谈吐有没有“味道”，完全要看他的读书方法。
如果读者获得书中的“味”，他便会在谈吐中把这种风味表现出来；如果他的谈吐中有风味，他在写作中也免不了会表现出风味来。
所以，我认为风味或嗜好是阅读一切书籍的关键。
这种嗜好跟对食物的嗜好一样，必然是有选择性的，属于个人的。
吃一个人所喜欢吃的东西终究是最合卫生的吃法，因为他知道吃这些东西在消化方面一定很顺利。
读书跟吃东西一样，“此人吃来是蜜糖，他人吃来是砒霜”。
教师不能以其所好强迫学生去读，父母也不能希望子女的嗜好和他们一样。
如果读者对他所读的东西感不到趣味，那么所有的时间全都浪费了。
所以，永远记得，这世间上没有什么一个人必读的书，只有在某时某地，某种环境，和生命中的某个时期必读的书。
读书和婚姻一样，是命运注定的或阴阳注定的。
纵使某一本书，如《圣经》之类，是人人必读的，读这种书也一定应当在合适的时候。
当一个人的思想和经验还没有达到阅读一本杰作的程度时，那本杰作只会留下不好的滋味。
孔子曰：
“五十以学《易》。
”便是说，四十五岁时候尚不可读《易经》。
孔子在《论语》中的训言的冲淡温和的味道，以及他的成熟的智慧，非到读者自己成熟的时候是不能欣赏的。
四十学《易》是一种味道，到五十岁，看过更多的人世变故的时候再去学《易》，又是一种味道。
所以，一切好书重读起来都可以获得益处和新乐趣。
多读书，可以让你觉得有许多的写作灵感。
可以让你在写作文的方法上用的更好。
在写作的时候，我们往往可以运用一些书中的好词好句和生活哲理。
让别人觉得你更富有文采，美感。
多读书，可以让你全身都有礼节。
俗话说：
“第一印象最重要。
”从你留给别人的第一印象中，就可以让别人看出你是什么样的人。
所以多读书可以让人感觉你知书答礼，颇有风度。
多读书，可以让你多增加一些课外知识。
培根先生说过：
“知识就是力量。
”不错，多读书，增长了课外知识，可以让你感到浑身充满了一股力量。
这种力量可以激励着你不断地前进，不断地成长。
从书中，你往往可以发现自己身上的不足之处，使你不断地改正错误，摆正自己前进的方向。
所以，书也是我们的良师益友。
多读书，可以让你变聪明，变得有智慧去战胜对手。
书让你变得更聪明，你就可以勇敢地面对困难。
让你用自己的方法来解决这个问题。
这样，你又向你自己的人生道路上迈出了一步。
多读书，也能使你的心情便得快乐。
读书也是一种休闲，一种娱乐的方式。
读书可以调节身体的血管流动，使你身心健康。
所以在书的海洋里遨游也是一种无限快乐的事情。
用读书来为自己放松心情也是一种十分明智的。
读书能陶冶人的情操，给人知识和智慧。
所以，我们应该多读书，为我们以后的人生道路打下好的、扎实的基础！
“书籍是全世界的营养品,生活里没有书籍,就好象没有阳光;智慧里没有书籍,就好象鸟儿没有翅膀。
”（[英]莎士比亚）。
“一本新书象一艘船,带领着我们从狭隘的地方,驶向生活的无限广阔的海洋。
”（[瑞士]凯勒）。
“不读书就没有真正的学问,没有也不可能有欣赏能力、文采和广博的见识。
……不读书的人就不是一个完人。
”（[俄]赫尔岑）。
多读书,可以开阔视野,增长见识,启迪智慧,可以使自己在工作中有所创造,有所成就;多读书,可以丰富自己的知识宝库,进一步懂得生活,可以提高自己的文采和对艺术的欣赏能力,可以变“下里巴人”为“阳春白雪”,从而使自己的生活更加丰富多采,充满情趣。
“书是随时在近旁的顾问,随时都可以供给你所需要的知识,而且可以按照你的心意,重复这顾问的次数。
”（凯勃司）。
知识就是力量,科学技术就是生产力。
要想建设一个具有高度精神文明的社会主义强国,没有一定的科学技术水平是不行的;科学技术仅为少数人所掌握,也是不行的,尤其是在科学技术高度发达的今天,更是如此。
而要想让所有的人都上学学习,是不可能的。
那么,就只有在工作中学习,利用一切可以利用的时间和条件自学。
在自学过程中,不可能人人都能得到指导老师,那么,最好的老师就是书籍。
“书籍蜿蜒伸入我们的心灵,诗人的诗句在我们的血流里舒缓地滑行。
我们年轻时诵读它们,年老时仍然铭记它们。
我们读到他人的遭遇,却感到身历其境。
书籍到处可得,而且价廉物美。
我们就象呼吸空气中的氧一样吸收书中的营养。
”（[英]哈慈利特）。
读书有这样多的好处,而书籍又可随时随地买到,并且花钱不多;时间,工作之余也是足够的;精力,20岁左右的小伙子和姑娘们是充沛的。
这种年龄,记忆力旺盛,分析判断能力也已达到一定程度,且无家室之累,正是集中精力学习知识的黄金时代,千万不要白白地浪费掉。
中国有句古话:
“少壮不努力,老大徒伤悲”。
待到自己在曲折的人生中悟出应该多学本事的道理,想学的时候,由于年龄的增长,记忆力衰退,由于家庭的重负,精力集中不起来,那时想学也学不好了。
与其那时悔恨终生,倒不如现在就努力学习。
“学海无涯勤是岸,云程有路志是梯”,“勤奋能点燃智慧的火苗,懒惰是埋葬天才的坟墓”。
“业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。
”（[唐]韩愈）。
成功的喜悦,永远都是只属于那些勤奋好学,勇于攀登的人们。
“如果你们,年轻的人们,真正希望过‘很宽阔,很美好的生活’,就创造它吧,和那些正在英勇地建立空前未有的、宏伟的事业的人手携手地去工作吧。
”（[苏]高尔基）。
为了能够工作得更好和生活得更美好,读书学习吧,年轻的朋友!
古人云：
“书中自有黄金屋，书中自有颜如玉。
”可见，古人对读书的情有独钟。
其实，对于任何人而言，读书最大的好处在于：
它让求知的人从中获知，让无知的人变得有知。
读史蒂芬?
霍金的《时间简史》和《果壳中的宇宙》，畅游在粒子、生命和星体的处境中，感受智慧的光泽，犹如攀登高山一样，瞬间眼前呈现出仿佛九叠画屏般的开阔视野。
于是，便像李白在诗中所写到的“庐山秀出南斗旁，屏风九叠云锦张，影落明湖青黛光”。
对于坎坷曲折的人生道路而言，读书便是最佳的润滑剂。
面对苦难，我们苦闷、彷徨、悲伤、绝望，甚至我们低下了曾经高贵骄傲的头。
然而我们可否想到过书籍可以给予我们希望和勇气，将慰藉缓缓注入我们干枯的心田，使黑暗的天空再现光芒？
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