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1、论陶瓷材料的发展和在生活中的应用摘要：随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领 域，也表现在人们的日常生活当中。材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需 求反过来也有力的推进了材料科学的发展。拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历 史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。关键词：陶瓷 材料 发展 应用陶瓷材料可以分为两大类，一类是传统的陶瓷材料，另一类则是出现于近代的新型 陶瓷材料。它们都在人类的日常生活中有着重要的作用。提到陶瓷，不得不提到中国。中国一直以精美的陶瓷闻名于世。中国人早在约公元 前80002000 （新石器时代）年就发明
2、了陶器。陶器的发明是人类文明的重要进程一 是人类第一次利用天然物，按照自己的意志创造出来的一种崭新的事物。陶瓷被制造 出来就在人们的日常生活中扮演着重要的角色。在古代人们用陶瓷制作的器皿用来盛水 和食物等。现在这一习惯还一直延续着。人们吃饭的碗大多都是用陶制的，这不得不说 是因为陶瓷器皿拥有众多的优点。比如陶瓷不像铁具会被氧化腐蚀，它经久耐用。其次 陶瓷还可以容易的被烧制成各种精美的样式。现在陶瓷充斥在人们生活的各个角落，不 论是被当作艺术品还是实用品。众所周知，最初的陶瓷是利用火烧制的。烧制陶瓷的时间并不是很长，但烧制陶瓷 时达到的温度是很高的，大约有900摄氏度，并且达到该温度的速度很快。
3、当时制作陶 瓷的材料主要有黏土、沙、砂砾、打碎的贝壳等。选择这些原材料制作陶瓷是有原因的， 那是因为它们混合在以前提供了一个开发的胚体质地可以令水和其他挥发性成分可以 轻易地挥发出去。粘土中较为粗糙的粒子在陶瓷冷却是会限制陶器胚体内部收缩，此过 程以缓慢的速度进行，这样一来可以减低热应力及破裂的危机。一旦制成了一个干燥的 坯，它将在窑中烘烤。在这里原子和分子的扩散过程将使主要的微结构特征发生重大改 变。这些改变包括多孔性的逐渐消除，这通常是由于材料发生了收缩，整体变得更加致 密。这样，物体中的细孔可能发生封闭，导致材料的密度变大，从而极大的提高了材料 的强度和抗磨损性。高温烧结过程的另一个主要
4、变化是建立了固体中的多晶结构。这个 改变会带来一些非常小的晶粒分布，这对材料最终的物理性质有很重要的影响。晶粒大 小和最初的材料颗粒大小有关，也和在处理过程中开始几个阶段的碎石或材料颗粒的大 小有关。陶瓷生产步骤按照如下顺序：粉碎f配料f混合f成型f干燥f火烧f装配。粉碎 是指将材料从较大的体积转变为较小体积的过程。粉碎过程需要将黏合材料打碎，每一 个单独的材料块仍然有自己的外形，或者需要将材料弄成粉末。粉碎通常通过机械手段 实现，包括摩擦（材料块与块之间碰撞，使得大块被打碎，颗粒被削减，压缩（施加压 力增大摩擦），还有冲击（需要引入研磨介质，或者材料颗粒自身会造成粉碎）。摩擦粉 碎设备包括洗
5、涤器，在水中有叶片，可以产生漩涡，材料在其中发生碰撞而被打碎。压 缩粉碎设备包括颚式碾碎机，滚动碾碎机和锥形碾碎机。冲击粉碎设备包括球磨，其中有一种介质不停地翻动，砸碎材料。轴撞击导致材料颗粒与颗粒间的摩擦和压缩。配料 是根据配方对各种原材料称重的过程，将原材料准备好用于混合和干燥。混合在配料过 程之后进行，通常使用不同的机器来实现。在混合搅拌的过程中通常需要加入水。成型 是指将混合好的材料制成各种形状。成型过程可能包括：1）挤出，如制造砖的过程；2） 压制成型；3）注浆成型，如在制造马桶、洗脸盆和陶瓷雕像灯装饰品的时候。成型过 程将会生产出一个用于干燥的零件坯。零件坯比较软，长时间放置会破坏
6、它的形状。处 理待加工零件可能会改变它们的外形，如，没有被烧制的砖可以被挤压，而挤压以后就 保持了那个形状。干燥是将已成型材料中的水分或其他结合剂去除的过程。喷雾干燥现 在被广泛的用于准备冲压的粉末。其他的干燥机如管道干燥机、周期干燥机。在需要加 热的两个阶段中，都需要对其施加受控的热量。首先，热量将水分移除。这一步许要小 心的控制，如果快速加热，会产生裂纹和表面瑕疵。干燥后的零件将比零件坯更小，更 容易碎，一点点很小的力量都可能造成零件破碎，因此必须需要更小心的处理。火烧是 将干燥的零件进行受控加热的过程，这时原材料中的氧化物会发生化学变化，并引起烧 结。通过火烧的零件将会比干燥的零件更小。
7、新型的陶瓷材料是比传统陶瓷材料更加优异的新一代陶瓷材料。主要以高纯、超细 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。其成分主要为氧化物、 氮化物、硼化物和碳化物等。由于陶瓷材料的重要性，现代出现了陶瓷工程学。陶瓷工 程是使用无机非金属材料制造物体的科学技术。陶瓷工程的研究范围包括对原材料的提 纯、对需要的化学成分的研究和生产以及对产物的结构、成分和性质的研究。根据用途 不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。陶瓷材料特性使其能够在材料工程、电子工程、化学工程以及机械工程中得到很多 应用。由于通常陶瓷非常耐热，他们可以用于很多金属和聚合物无法胜任的地方，再加 上陶瓷在
8、电性能、化学性能、光学性能上的特性，使陶瓷材料在工业中有广泛的应用。在航空航天方面,美国航空航天局的航天飞机上就使用了陶瓷隔热瓦，它可以保护航 天飞机以及未来的超音速空天飞机免受重入地球大气层时与空气摩擦产生的高热的伤 害。在生物医学方面，新型陶瓷材料可以用来制造人工骨骼，比如牙科中应用的假牙。 羟基磷灰石是一种天然的骨骼矿物成分，这种物质可以通过一些生物和化学原料合成， 而且可以制成陶瓷材料。使用这些材料制成的骨科植入物可以更好地与骨骼和身体里的 其他组织结合，而不会产生排异反应和炎症。大多数的羟基磷灰石陶瓷都是多孔的，缺 少足够的机械强度，因此经常被用于作为金属涂层，以使其与骨骼结合的更紧
9、密，或者 作为骨骼的填充物。他们也可以用作骨科的塑料螺丝的填充物，以减轻炎症，同时使塑 料的骨科材料更容易吸收。目前的工作是通过生产致密的纳米级结晶羟基磷灰石陶瓷材 料使它们更加结实，达到能够应用于骨科的需要承受重量的设备的标准，这样就可以使 用虽然是合成的但是天然存在于骨骼中的矿物质来替代外来的金属和塑料骨科制品了。 对这些陶瓷进行研究的终极目标是让他们可以替代骨骼，或者让它们结合胶原蛋白来合 成骨骼。在电子行业方面，新型陶瓷材料可以用来制造电容器，换能器。同时还可以用于集 成电路的封装。在光学行业，新型陶瓷材料可以用于制造光纤，光交换机，激光放大器，透镜，红 外热追踪设备等。在汽车行业，新型陶瓷可以用于制造汽车的发动机。二十世纪八十年代早期，丰田 对一种绝热的陶瓷发动机进行了研究。这种发动机可以在超过3300 C 的温度下工作。 陶瓷发动机不需要冷却系统，因此可以减轻很大一部分重量，从而提高了燃料使用效率。 而且根据卡诺热机定理，燃料效率也会随着温度的升高而升高。陶瓷材料的发展随着人类的发展不停的进行着，尤其是在近几年，陶瓷材料对社会 的各个方面都有着深远的影响。陶瓷材料的潜力是巨大的，相信陶瓷材料在未来会给我 们带来更多的惊喜。
论陶瓷材料的发展和在生活中的应用
