陶瓷表面改性技术
11.4 陶瓷表面改性技术
11.4.1 传统陶瓷表面改性技术
11.4.2 特种陶瓷表面改性技术
习题与思考题
参考文献
2.1 表面涂层法
2.1.1 热喷涂法
2.1.2 冷喷涂法
2.1.3 溶胶凝胶涂层
2.1.4 多弧离子镀技术
2.2 离子渗氮技术
2.2.1 离子渗氮的理论
2.2.2 离子渗氮技术的主要特点
2.2.3 离子渗氮的设备和工艺
2.2.4 技术应用
2.3 阳极氧化
2.3.1 铝和铝合金的阳极氧化
2.3.2 铝和铝合金的特种阳极氧化
2.3.3 铝和铝合金阳极氧化后的封闭处理
2.3.4 阳极氧化的应用
2.4 气相沉积法
2.4.1 化学气相沉积
2.4.2 物理气相沉积法
2.5 离子束溅射沉积技术
2.5.1 离子源
2.5.2 技术方法
2.5.3 应用
11.4.2 特种陶瓷表面改性技术
3.1 离子注入技术
3.1.1 离子注入技术原理
3.1.2 金属蒸气真空离子源(MEVVA)技术
3.1.3 离子注入对陶瓷材料表面力学性能的影响
3.2 等离子体技术
3.2.1 脉冲等离子体技术
3.2.2 等离子体辅助化学气相沉积
3.2.3 双层辉光等离子体表面合金化3.3 激光技术
3.3.1 激光表面处理技术的原理及特点3.3.2 激光表面合金化
3.3.3 激光化学气相沉积
3.3.4 准分子激光照射技术
3.4 离子束辅助沉积
3.4.1 基本原理
3.4.2 IBAD设备简介
3.4.3 IBAD工艺类型与特点
3.4.4 IBAD过程的影响因素
3.4.5 IBAD技术的应用
参考文献
4 传统陶瓷的表面装饰及改性
4.1 陶瓷表面的抗菌自洁性能
4.1.1 抗菌剂种类及其抗菌机理
4.1.2 抗菌釉的制备方法
4.1.3 影响表面抗菌性能的因素
4.2 陶瓷墙地砖的表面玻化
4.2.1 低温快烧玻化砖
4.2.2 陶瓷砖复合微晶化表面改性
4.2.3 陶瓷砖的表面渗花
4.2.4 抛光砖的表面防污性能
4.3 陶瓷砖的表面微晶化
4.3.1 微晶玻璃的概念
4.3.2 微晶玻璃的特性
4.3.3 微晶玻璃的应用
4.3.4 微晶玻璃的制备与玻璃析晶
4.3.5 主要的微晶玻璃系统
4.3.6 基础玻璃热处理过程
4.3.7 晶核剂的作用机理
4.3.8 微晶玻璃与陶瓷基板的结合性4.4 陶瓷表面的金属化
4.4.1 沉积法
4.4.2 烧结法
4.4.3 喷涂金属化法
4.4.4 被银法（Pd法）
4.4.5 化学镀实现陶瓷微粒表面金属化
4.4.6 双层辉光离子渗金属技术
4.4.7 陶瓷墙地砖表面的镭射玻化改性
4.5 陶瓷表面的蓄光发光性能
4.5.1 硫化物系列蓄光型发光材料
4.5.2 铝酸盐体系蓄光型发光材料及发光机理4.5.3 硅酸盐体系蓄光型发光材料及发光机理4.5.4 发光陶瓷釉的制备
4.6 陶瓷表面的抗静电性能
4.6.1 抗静电原理
4.6.2 抗静电陶瓷
4.6.3 研究现状及展望
4.7 麦饭石在健康陶瓷表面改性中的功用
4.7.1 麦饭石的基本性质
4.7.2 麦饭石的机理分析
4.7.3 麦饭石健康陶瓷的制备
4.7.4 麦饭石在高温保健陶瓷中的应用
4.8 陶瓷的吸波性能
4.8.1 吸波材料的基本性质
4.8.2 纳米吸波材料的吸波机理
4.8.3 纳米吸波材料的研究进展
参考文献
5 陶瓷纤维表面改性技术
5.1 概述
5.2 碳纤维表面改性
5.2.1 氧化处理
5.2.2 表面涂覆处理
5.2.3 等离子体处理
5.2.4 碳纤维的其他表面改性技术
5.3 碳化硅纤维表面改性
5.3.1 电化学表面处理
5.3.2 表面涂覆法
5.3.3 电子束辐射技术
5.4 氮化硅纤维表面改性
5.5 玻璃纤维表面改性
5.5.1 玻璃纤维的表面处理方法
5.5.2 光催化型玻璃纤维
5.5.3 抗静电玻璃纤维
5.6 硅酸铝陶瓷纤维的改性
5.6.1 最初的用于硅酸铝陶瓷纤维的涂层
5.6.2 红外辐射涂层
5.6.3 环保型的涂层材料
参考文献
6 陶瓷粉体表面改性
6.1 概述
6.1.1 根据粉体表面改性方法的分类
6.1.2 根据粉体表面改性的工艺分类
6.1.3 根据粉体表面改性剂的分类
6.2 Si3N4陶瓷粉体表面改性
6.2.1 聚电解质作为表面分散剂
6.2.2 偶联剂对Si3N4粒子的表面改性
6.2.3 Si3N4颗粒表面烷基化
6.2.4 Si3N4表面涂覆Al(OH)3
6.3 Al2O3陶瓷粉体表面改性
6.3.1 有机羧酸改性Al2O3粉体
6.3.2 偶联剂涂覆Al2O3粉体
6.3.3 纳米氮化硼包覆Al2O3粉体
6.3.4 Y2O3包覆Al2O3粉体
6.4 TiO2粉体表面改性
6.4.1 TiO2无机包覆处理改性
6.4.2 TiO2有机包覆处理改性
6.4.3 机械力化学改性TiO2粉体
6.5 碳酸钙粉体表面改性
6.5.1 无机改性剂
6.5.2 有机改性剂
6.5.3 超细粉碎与表面改性剂复合改性
6.5.4 低温等离子表面改性碳酸钙
6.6 碳化硅陶瓷粉体表面改性
6.6.1 Al(OH)3涂覆SiC粉体
6.6.2 聚合物表面接枝
6.7 陶瓷微球表面的改性
6.7.1 陶瓷微球改性工艺
6.7.2 改性后陶瓷微球的性能
6.8 陶粒、膨胀珍珠岩的防水机理
6.8.1 陶粒膨胀珍珠岩的亲水机理和憎水机理6.8.2 陶粒与膨胀珍珠岩的憎水处理工艺
参考文献
7 先进陶瓷的表面改性技术
7.1 氮化铝陶瓷的表面改性
7.1.1 氮化铝表面化学法镀Ni?P合金
7.1.2 融盐热歧化反应可以成功进行氮化铝陶瓷表面钛金属化
7.1.3 界面反应原理
7.1.4 动力学分析
7.1.5 相应的分析手段
7.2 碳化硅陶瓷表面改性
7.2.1 涂层技术
7.2.2 碳化硅表面涂层的制备方法
7.2.3 等静压后处理技术
7.2.4 碳化硅陶瓷基复合材料的表面改性
7.3 冷喷涂法制备PZT陶瓷
7.3.1 冷喷涂技术的产生和发展现状
7.3.2 冷喷涂的技术要求
7.3.3 冷喷涂工艺的重要特征
7.3.4 冷喷涂技术的实现
7.3.5 冷喷涂技术制备PZT陶瓷
7.3.6 冷喷涂的工业化进程
7.4 氧化铝陶瓷表面改性
7.4.1 涂层技术
7.4.2 离子注入技术
7.5 氮化硅陶瓷表面改性
7.5.1 涂层技术
7.5.2 离子注入技术
离子注入结构陶瓷表面改性技术的研究现状（崔琳）
1陶瓷材料表面改性的意义及离子注入技术
新型结构陶瓷具有高硬度、高强度、良好的耐磨性能、优异的化学稳定性及高温力学性能，近年来有关的研究十分活跃。但是，陶瓷材料的致命弱点是脆性很大而无多少延性，在实用中易引起零件的早期失效或脆性断裂，从而极大地限制了其广泛应用。陶瓷材料的摩擦系数和磨损率也比较，使得陶瓷制成的精密转动和滑动零件以及轴承、模具、刀具在服役时因磨损量大而达不到预期寿命。国内外的研究人员不仅致力于陶瓷材料增韧技术的研究，而且也日益重视陶瓷材料摩擦磨损和润滑的研究，并且逐渐成为当前材料科学和摩擦学领域的前沿课题之一。
离子注入工艺是七十年代发展起来的表面改性技术，它能将所需元素的离子在几十至几百千伏的电压下注入材料表面，在零点几微米的表层中增加注入元素的浓度，同时产生辐照损伤，从而改变材料的结构和各种性能。根据国内外资料分析，离子注入陶瓷材料是对现有增韧、提高耐磨性途径的补充。离子注入有以下特点：(1)进入晶格的离子浓度不受热
力学平衡条件的限制；(2)注入是无热过程，可在室温或低温下进行，不引起材料热变形；
(3)注入离子的浓度和深度可用注入积分剂量及注入电压控制，注入离子的分布可用理论计算或用离子束背散射和核反应分析等方法测定；(4)注入离子与基体间没有明显的界面，注入层不会脱落；(5)不受合金平衡相图中固溶度的限制，能注入互不相溶的杂质，可改变陶瓷材料的表面硬度、断裂韧度、弯曲强度，能减小摩擦系数，提高耐磨性。与以前改善陶瓷力学性能的方法相比，离子注入技术更新颖、更具有潜力。
2离子注入对陶瓷材料表面力学性能的影响
2.1离子注入对陶瓷材料表面断裂韧度的影响
国外学者在研究离子注入法改变陶瓷材料力学性能时通过采用微观压痕法测量并
计算后发现：Al3O2和TiB2的离子注入层的硬度和断裂韧度都比其陶瓷基体有较大的增加［6］。表面硬度、表面断裂韧度及弯曲强度不仅与离子注入温度有关，还与注入剂量有关，当剂量大于2×1015ion.cm-2时，表面会发生无定形化，以Y2O3和Al2O3为添加剂的热压Si3N4陶瓷注入惰性气体离子和金属离子后，其表面显微硬度会在高剂量注入时降至原来的75%，同时由于无定形化，体积膨胀将高达20%。
国内的研究人员研究了离子注入陶瓷表面残余应力对其断裂韧度的影响。当Mo离子注入Al2O3陶瓷表面时能产生很大的残余压应力，大剂量的注入会使注入层产生非晶化，残余应力明显释放；若继续增加注入剂量，因受射束热的影响非晶化，表面残余应力又有新的提高；因此，可以通过对注入剂量及能量控制，来改善Al2O3陶瓷表面裂纹敏感性［9］。Ni离子注入Al2O3-ZrO2陶瓷表面的改性研究，也发现了表面残余应力对裂纹扩展的抑制作用，这对其断裂韧度的影响很大，利用实验数据拟合分析可得知表面残余压应力变化趋势同材料断裂韧度变化趋势一致。
离子注入后陶瓷表面断裂韧度的变化，可认为与表面无定形化的形成及产生残余压应力有关。无定形化导致在注入期积累的压缩应力释放。与无定形相关的体积膨胀会改变预存表面缺陷的形状和尺寸及外力作用下缺陷应力集中的程度。因为无定形化的大体积膨胀钝化表面缺陷和裂纹的边缘及尖端，甚至会闭合下表面开放的裂纹，当遇到外部压应力时可以减少表面缺陷的应力集中。随注入离子剂量的增加及注入时间的延长，无定形层变厚，效果更明显。
2.1离子注入对陶瓷摩擦性能的影响
研究表明：离子注入Al2O3和Na-Ca-Si玻璃时，由于离子注入产生的压应力通过闭合颈向裂纹，以防止划痕处平行裂纹到达表面，这样极大地限制了移动颗粒的数量，减少了粗糙摩擦和划痕周围裂纹，所以在高应力时，离子注入减小摩擦率。在这项研究中还建立了辐射损伤、硬度及表面应力之间的相互关系模型，并研究了其摩擦学行为。B+注入CVD 技术沉积的Si3N4陶瓷薄膜后，显著改善其摩擦性能，摩擦系数降低0.22，这可能是由于形成了B的氮化物第二弥散相并减轻了粘着，磨损率的降低可归因于：(1)第二弥散相的形成提高了断裂强度；(2)注入剂量处于晶体相硬化区域。利用LBM方法(即离子束混合法)在Si3N4表面涂覆一层Mo膜，之后将其放在一台往复式摩擦试验机上进行湿摩擦试验，结果发现表面的摩擦系数减少，使用扫描电镜、电子探针等还可以考查摩擦面，对其摩擦学性能
改善的机制进行探讨。有人进行了离子注入对材料表面耐磨性、抗氧化腐蚀性能影响的研究，得出的结论是：为提高材料表面耐磨性而注入N离子时，最适合的能量范围是30～100keV。
从上述研究中可以看到：利用不同剂量的不同离子注入，能够使金属和陶瓷材料的摩擦系数降低0.2～0.6，耐磨性可以提高几倍至几百倍。这可能是离子注入材料后，可以增强表面的内聚性能，降低其与对偶件表面的粘着，因而耐磨性得到提高。
2.3离子注入对陶瓷抗弯强度的影响
当把800keV氩离子和400keV氮离子注入单晶和多晶Al2O3陶瓷表面上时，发现单晶的Al2O3弯曲强度增加幅度比多晶Al2O3陶瓷大。Ni离子注入Al2O3-ZrO2陶瓷后，其表面的力学性能有较大改变，弯曲强度增幅达10%。
离子注入后陶瓷表面弯曲强度的变化应归因于表面残余压应力，表面残余压应力又与温度有关，所以注入温度和表面无定形化均对抗弯强度有影响，100keV时增加效果最明显。在相同条件下，重离子比轻离子更强烈地辐射硬化，因此增加效果更显著。单晶与多晶相比，前者表面缺陷更少，增加效果更大。
2.4离子注入对陶瓷硬度的影响
一般来说，低剂量注入时硬度会增大，但是剂量增到一定程度时，当陶瓷表面呈无定形化后，硬度就会急剧下降。例如，Ni离子注入Al2O3-ZrO2陶瓷时，在注入剂量增大的初期，硬度增加得很快；在剂量达到无定形化临界值5×1016 ion cm-2时，应力出现峰值，硬度的增加也达到最大值的30%。但是，α-Al2O3陶瓷材料低剂量离子注入强化引起的硬度增加却应归功于辐射损伤(未发生无定形化)，因为高能重离子穿入靶材料，由于与靶分子准弹性碰撞失去能量直至停止，在离子附近产生大量空位和间隙，从材料表面至Rp深度处损伤区域晶格膨胀畸变，又受到未损伤区域原子的束缚，产生较大的表面残余应力。固溶硬化、沉淀硬化和辐射损伤导致观测到的硬化，硬度的最大值与残余应力的最大值相对应。在高剂量离子注入时，硬度会急剧下降，这是因为表层产生无定形化，无定形化与残余应力的变化有关，有关的研究仍在进行中。
3结语
(1) 目前陶瓷增韧技术主要采用纤维增韧、刚性颗粒增韧、柔性颗粒增韧，但增韧相与基体间复杂的界面工程难以处理。离子注入陶瓷表面，可明显增加它的表面断裂韧度、弯曲强度，其增韧机理的研究仍在进行中，但其广泛应用前景已引起人们的极大关注。
(2) 离子注入工艺可对结构陶瓷等硬质材料本身进行表面强化，以进一步提高其摩擦磨损性能。但工艺上、机理上的研究不多，进一步的深入研究还有待开展。
(3) 离子注入工艺对结构陶瓷的硬度有影响。研究认为低剂量注入时硬度会增大，但剂量增加到一定程度时，当陶瓷表面呈无定形化后，硬度就会急剧下降。
7.5.3 阳离子萃取技术
7.5.4 氮化硅表面的改性对本身的力学性能的影响
7.6 氧化锆陶瓷表面改性
7.6.1 离子注入ZrO2陶瓷
7.6.2 ZrO2陶瓷表面化学镀
参考文献
8生物陶瓷的表面改性
8.1 生物陶瓷的基本性质
8.1.1 生物陶瓷基本要求
8.1.2 生物陶瓷体内的反应过程与反应机理
8.2 生物陶瓷的分类
8.2.1 惰性生物陶瓷
8.2.2 生物活性陶瓷
8.3 生物陶瓷改性的方法
8.3.1 生物陶瓷骨修复材料的缺陷
8.3.2 提高生物陶瓷材料的表面与整体活性，增强局部骨的生长与结合性能
8.3.3 材料的力学性能的提高
8.4 展望
习题与思考题
参考文献
参考文献
9 陶瓷表面改性的测试与表征
9.1 概述
9.2 红外光谱
9.2.1 红外光谱仪
9.2.2 样品制备
9.2.3 应用
9.3 扫描电子显微镜
9.3.1 二次电子像
9.3.2 背反射电子像
9.3.3 样品制备
9.3.4 应用
9.4 原子力显微镜
9.4.1 原子力显微镜的工作原理
9.4.2 样品制备
9.4.3 应用
9.5 X射线衍射
9.5.1 X射线衍射方程
9.5.2 X衍射仪的构造组成及工作原理
9.5.3 样品制备
9.5.4 应用
9.6 X射线光电子能谱(XPS) 9.6.1 X射线光电子能谱(XPS)仪9.6.2 光电子能谱法的基本原理9.6.3 样品制备
9.6.4 应用
9.7 拉曼散射
9.7.1 拉曼光谱的特点
9.7.2 拉曼光谱原理
9.7.3 拉曼光谱分析
9.7.4 样品制备
陶瓷化防火耐火高分子材料的现状与发展202011(发稿版)
陶瓷化防火耐火高分子材料的现状与发展 赵源 壹、概述 陶瓷化防火耐火高分子材料，即陶瓷化防火耐火硅橡胶，自2006年在国内面市以来至今，已经历经了15年的发展，从陶瓷化硅橡胶到陶瓷化复合带，陶铠陶瓷化聚烯烃、陶铠陶瓷化三元乙丙橡胶，再到陶铠陶瓷化硅胶泥、陶铠陶瓷化热塑性弹性体、陶铠陶瓷化发泡塑料和橡胶、陶铠陶瓷化膨胀高分子材料、陶铠陶瓷化浇注高分子材料，陶铠陶瓷化云母带、以及陶铠陶瓷化聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、天然橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、苯基硅橡胶、RTV及其共混合金高分子陶瓷化材料。 以上的陶瓷化防火耐火高分子材料可以通过挤出、模压、压延、注塑、喷涂、涂覆、搪塑流延等加工方式生产不同形状和要求的产品。 陶瓷化防火耐火高分子材料的固化方式可以采用电加热、高压蒸汽、热水、室温等方式。 所以以上不同的陶瓷化防火耐火塑料和橡胶种类，以及各种的加工方法能够满足各种防火耐火产品的要求，这些产品被广泛的应用到军工、舰船、航空航天、新能源、飞机、机场、体育场馆、超高层建筑、医院、高铁、地铁、车站、石油、化工、冶炼等等。 贰、陶瓷化防火耐火高分子材料研究和发展的现状 一、陶瓷化防火耐火高分子材料研究的现状 自2006年陶瓷化硅橡胶发明问世应用于中压耐火电力以来，近几十家单位、院校和研究单位对高分子材料的“陶瓷化”进行了不同的研究发明，以下是2006-2020年间国家知识产权局公布的部分陶瓷化高分子材料专利申请的情况： 2020年专利申请的部分情况 1、江苏亨通电力电缆有限公司刘亚欣、郭卫红、俞国良、刘海峰、管新元等申请公布号：CN110713725A，申请 公布日：2020.01.21[发明公布] 陶瓷化硅橡胶复合绝缘电缆材料； 2、上海腾瑞纳化工科技有限公司申请公布号：CN110862687A，申请公布日：2020.03.06[发明公布] 一种陶瓷化 耐火硅橡胶复合材料的制备方法； 3、武汉理工大学石敏先等申请公布号：CN110922765A，申请公布日：2020.03.27[发明公布]一种柔性耐热可陶瓷 化硅橡胶复合材料及其制备方法 4、宝胜科技创新股份有限公司陈刚等申请公布号：CN111253626A，申请公布日：2020.06.09[发明公布]电缆用耐 高温耐烧蚀陶瓷化矿物填充隔氧料及其制备方法； 5、博硕科技（江西）有限公司申请号：2020101919663，申请日：2020.03.18[发明公布]一种低烟无卤可陶瓷化阻 燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法； 6、武汉理工大学石敏先等申请号：2020101799816，申请日：2020.03.16[发明公布] 一种可陶瓷化酚醛树脂及其 制备方法和应用； 7、河北见喜新材料股份有限公司申请号：2020102497620，申请日：2020.04.01[发明公布] 一种低温陶瓷化难燃 功能母粒及其制备方法； 8、佛山市润辉硅橡胶电子科技有限公司申请号：2020102600636，申请日：2020.04.03[发明公布] 一种新型无卤 阻燃陶瓷化电缆硅橡胶复合带及制备方法； 9、衡阳师范学院申请公布号：CN111489853A，申请公布日：2020.08.04[发明公布]一种低成本无水柔性陶瓷化防
表面改性技术在陶瓷材料中的应用
表面改性技术在陶瓷材料中的应用 引言: 材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段,材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。传统的表面改性技术,方法有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。随着人们对材料表面重要性认识的提高,在传统的表面改性技术和方法的基础上,研究了许多用于改善材料表面性能的技术,主要包括两个方面:利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。陶瓷材料多具有离子键和共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,原子间距小,堆积致密,无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。但陶瓷材料同样具有一些致命的弱点,如:塑性变形差,抗热震和抗疲劳性能差,对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。 正文: 一、陶瓷材料表面改性技术的应用 1.不同添加剂对陶瓷材料性能的影响。 由于陶瓷材料的耐高温特性经常被应用到高温环境中,特别是高温结构 陶瓷,其高温抗氧化性受到人们的关注。Si 3N 4 是一种强共价结合陶瓷,具有高 硬度、高强度、耐磨和耐腐蚀性好的性能。但是没有添加剂的Si 3N 4 几乎不 能烧结,陶瓷材料的高温强度强烈地受材料组成和显微结构的影响,而材料的显微结构特别是晶界相组成是受添加剂影响的,晶界相的组成对高温力学性能的影响极其敏感。对致密氮化硅而言,坯体中的物质传递对材料的氧化起着决定性作用,一般认为,在测试条件下,具有抛物线规律的氮化硅材料,其决定氧化的主要因素取决于晶界的添加剂离子和杂质离子的扩散速率,不同的添加剂对氮化硅陶瓷的氧化行为影响有所不同[1,2,3]。 2．离子注入技术。 离子注入就是用离子化粒子,经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面,使之产生一定厚度的注入层而改变其表面特性。可根据需要选择要注入的元素,并根据工艺条件控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相,以及一般冶金方法无法得到的合金相或金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能由于形成的改性表面不受热力学条件的限制(相平衡、固溶度),所以具有独特的优点。离子注入表面处理技术有:金属蒸汽真空弧离子源离子注入,等离子源注入等。在相同的条件下,重离子比轻离子有更强烈的辐射硬化,因此其对抗弯强度的增加更显著;由于单晶的表面缺陷少所以增加效果 更好]7,6[。
陶瓷表面改性技术
11.4 陶瓷表面改性技术 11.4.1 传统陶瓷表面改性技术 11.4.2 特种陶瓷表面改性技术 习题与思考题 参考文献 2.1 表面涂层法 2.1.1 热喷涂法 2.1.2 冷喷涂法 2.1.3 溶胶凝胶涂层 2.1.4 多弧离子镀技术 2.2 离子渗氮技术 2.2.1 离子渗氮的理论 2.2.2 离子渗氮技术的主要特点 2.2.3 离子渗氮的设备和工艺 2.2.4 技术应用 2.3 阳极氧化 2.3.1 铝和铝合金的阳极氧化 2.3.2 铝和铝合金的特种阳极氧化 2.3.3 铝和铝合金阳极氧化后的封闭处理 2.3.4 阳极氧化的应用 2.4 气相沉积法 2.4.1 化学气相沉积 2.4.2 物理气相沉积法 2.5 离子束溅射沉积技术 2.5.1 离子源 2.5.2 技术方法 2.5.3 应用 11.4.2 特种陶瓷表面改性技术 3.1 离子注入技术 3.1.1 离子注入技术原理 3.1.2 金属蒸气真空离子源(MEVVA)技术 3.1.3 离子注入对陶瓷材料表面力学性能的影响 3.2 等离子体技术 3.2.1 脉冲等离子体技术 3.2.2 等离子体辅助化学气相沉积
3.2.3 双层辉光等离子体表面合金化3.3 激光技术 3.3.1 激光表面处理技术的原理及特点3.3.2 激光表面合金化 3.3.3 激光化学气相沉积 3.3.4 准分子激光照射技术 3.4 离子束辅助沉积 3.4.1 基本原理 3.4.2 IBAD设备简介 3.4.3 IBAD工艺类型与特点 3.4.4 IBAD过程的影响因素 3.4.5 IBAD技术的应用 参考文献 4 传统陶瓷的表面装饰及改性 4.1 陶瓷表面的抗菌自洁性能 4.1.1 抗菌剂种类及其抗菌机理 4.1.2 抗菌釉的制备方法 4.1.3 影响表面抗菌性能的因素 4.2 陶瓷墙地砖的表面玻化 4.2.1 低温快烧玻化砖 4.2.2 陶瓷砖复合微晶化表面改性 4.2.3 陶瓷砖的表面渗花 4.2.4 抛光砖的表面防污性能 4.3 陶瓷砖的表面微晶化 4.3.1 微晶玻璃的概念 4.3.2 微晶玻璃的特性 4.3.3 微晶玻璃的应用 4.3.4 微晶玻璃的制备与玻璃析晶 4.3.5 主要的微晶玻璃系统 4.3.6 基础玻璃热处理过程 4.3.7 晶核剂的作用机理 4.3.8 微晶玻璃与陶瓷基板的结合性4.4 陶瓷表面的金属化 4.4.1 沉积法 4.4.2 烧结法 4.4.3 喷涂金属化法 4.4.4 被银法（Pd法） 4.4.5 化学镀实现陶瓷微粒表面金属化
陶瓷的表面改性技术与应用
陶瓷的表面改性技术与应用 引言: 传统陶瓷是使用普通硅酸盐原料及部分化工原料，按照一定的工艺方法，加工、成形、烧成而得的满足人们日常生活需要的用于内外墙面、地面、厨房及卫生问等主要起装饰作用且功能性应用的陶瓷制品，包括日用陶瓷餐具、内墙砖、外墙砖、地砖、锦砖、玻化砖、瓦及陶管等。这些陶瓷制品是人们日常都会接触到的物体，随着科学的发展和社会文明的进步，人们对其提出了更高的要求，不但要求其具有良好的机械性能，而且要具有绿色保健功能，具有一定的功能性。因此传统陶瓷也逐步向功能化方向发展，这就需要对传统陶瓷进行表面改性处理，在赋予传统陶瓷一定的功能性之外又不会增加太多成本，从而提高其产品附加值。目前改性主要集中在抗菌，防污，耐磨，提高比表面积，致密度等方面，其他如负离子、发光、抗静电等方面也日益引起人们的重视。 正文: 2011-5-4笔者到宜阳县红星陶瓷厂实习，期间我们到成品展示仓库看到了精美的瓷器餐具，茶具。又从原料堆场，加工，成型，烧制，到出品流水线了解了瓷器的制作过程，依托工人熟练的操作，手工操作的过程依然占到成品过程的绝大部分。其中不乏有残品，次品在流程的各个部分出现。普通陶瓷制品主要依靠其表面釉色和艺术图案进行价值提升，制造具有某些方面功能强大的陶瓷制品显得尤为重要，这不仅具有极大的升值空间，而且能够超越其他材料制品的性能。 一、包覆型陶瓷粉体的研究进展 传统工艺中， 用球磨法混合两种或两种以上的粉料， 会造成混合不均， 从而制约了坯体在烧结中的致密化程度， 并在致密化过程中由于收缩率的不同而产生残余应力和裂纹。为了获得致密、 显微结构均匀的陶瓷材料， 人们发现用包覆的方法制备复合陶瓷粉体， 可以控制粉体的团聚状态， 改善其分散特性 [1,2]； 提高弥散相／烧结添加剂的均匀混合程度， 促进烧结]103[-；改变复合陶瓷中异相结合状态， 降低界面残余应力 ]12,11[；改性颗粒表面，调整粉料胶体特性]1713,2[-。因此，包覆型陶瓷粉体的研究， 近年来成为 陶瓷材料研究的一个热点。 用常规的方法混合多相粉体， 尤其是加入少量添加剂和纳米级弥散粒子时， 很难将它们与基体混合均匀。但如果将纳米级弥散粒子用基体相包覆或将添加剂包覆于基体粒子表面， 制备出包覆型陶瓷粉体， 则能将它们与基体相均匀混合]9,6,1[。 包覆型陶瓷粉体是陶瓷材料制备中各相均匀混合的最有效方法之一， 它可以达到一个粒子间的混合。因此可以预言， 随着包覆型陶瓷粉体的深入研究，它将会把陶瓷材料的制备科学提高到一个新的水平。
功能陶瓷材料总复习讲解学习
功能陶瓷材料总复习
功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1、定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率范围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 松弛极化 频率范围：
铁电体， 晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。 电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。 电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相 T
陶瓷化硼酸锌和三氧化二锑的应用对比分析
陶瓷化硼酸锌和三氧化二锑的应用对比分析 一、氧化锑简介 氧化锑是最重要的无机阻燃剂之一，单独使用的时候阻燃作用很小，但是与卤系阻燃剂并用时可以大大提高阻燃剂的效能，因此它是机会所有卤素阻燃剂中不可缺少的协效剂。尽快近年来阻燃剂无卤化呼声很高，但是由于一时找不到理想的替代品，卤素阻燃剂仍将占据阻燃剂领域主导地位相当长时间，因此氧化锑仍有一定发展空间，目前国外对其进行进行改性和包裹处理，美国、英国、瑞士等国相继开发出氧化锑阻燃母粒，广泛应用于各种塑料、合成纤维、纺织品等领域。但是由于氧化锑有毒性，因此国外替代研究一直在进行，目前能部分替代氧化锑的阻燃剂有硼酸锌、硫化锌、锡酸锌、锆化合物和钼化合物。其中国外开发出一些含锡的无机化合物，对溴和氯阻燃剂具有良好的协同作用，其阻燃剂效率与氧化锑相当，可以完全取代氧化锑在各个领用中的应用，而且毒性很低。 二、陶瓷化硼酸锌简介 硼酸锌是一种硼基阻燃剂，其化学成分为xZnOyB2O3zH2O，常根据所带结晶水的不同分为有水和无水两种，其常用等级具有以下结构：2ZnO 3B2O3 zH2 3.5H2O（Estone ZB）。硼酸锌可作为高效阻燃协效剂广泛应用于聚氯乙烯、聚烯烃、弹性体、聚酰胺、环氧树脂。可以取代三氧化二锑在某些体系中使用时表现更佳。 在含卤素系统中，Estone ZB-03与氧化锑结合使用，而在无卤系统，通常与氢氧化铝、氢氧化镁配合使用。在某些特定的应用中，硼酸锌也可以单独使用。 硼酸锌是通过：①在燃烧过程中生成卤化锌或氧化锌促进成炭剂形成； ②随着一部分B2O3的释放会形成一种稳定的成炭剂，在氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃 体系中能促进成炭并形成陶瓷化。 三、两者应用对比 1.提高氧指数
材料表面改性与涂层技术
材料表面改性技术与涂层技术 课程测试作业 姓名:刘志勇 学号:103111002
第一部分各种表面工程技术原理、特点及应用比较 常见的表面工程技术主要有离子注入、激光表面处理、高温扩散渗入、化学转化处理、电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、热浸镀、热喷涂、喷焊等。下面我主要就以上表面工程技术进行分开论述，并对其加以比较。 一、离子注入 真空中的一束离子束高速射向另一块固体材料时，离子束会把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射；而当离子束射到固体材料时，从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射；另外有一种现象是，离子束射到固体材料以后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中，这一现象就叫做离子注入。 离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。此项高新技术由于其独特而突出的优点，已经在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。 二、激光表面处理技术 激光表面处理技术是融合了现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多学科技术的高新技术，包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术、激光产品化技术等，能使低等级材料实现高性能表层改性，达到零件低成本与工作表面高性能的最佳组合，为解决整体强化和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至可能导致设计
新型陶瓷材料的应用与发展
新型陶瓷材料的应用与 发展 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶 瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷， 而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展， 各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科 学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高 速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震 而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各 行各业。 应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐 蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代 表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗 性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被 有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生 物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别 是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质 量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的 研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前 对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作
陶瓷化耐火硅橡胶材料的制备及其阻燃机理研究
陶瓷化耐火硅橡胶材料的制备及其阻燃机理研究硅橡胶（SR）是一种环保型高分子材料,完全燃烧生成SiO2和CO2,无有毒物质产生,不会对环境造成污染,在医学、材料、涂料等方面应用广泛。特别是硅橡胶本身优异的热稳定性,配合成瓷填料、助熔剂等可实现硅橡胶复合材料的陶瓷化。 作为一种新型的复合防火材料,陶瓷化硅橡胶在防火电缆领域具有广阔的市场前景。硅橡胶陶瓷化机制主要为高温燃烧时Si-O键会转变成连续、绝缘的网络状SiO2,助熔剂融化形成流动性液体填充在成瓷填料与 SiO2之间,起到连接性“桥梁”的作用,冷却后形成陶瓷结构,进而有效保护金属基材。 如何降低硅橡胶防火复合材料的陶瓷化温度,提高陶瓷化转化率和陶瓷化强度,是陶瓷化硅橡胶材料研究中亟待解决的重要问题。本文合成了热稳定性好、阻燃性能优良的聚磷腈微球（PZS）并以此为载体,成功将铂负载于聚磷腈微球的表面（Pt/PZS）,并将其与成瓷填料共用,探索催化成炭剂的有效负载、陶瓷化耐火硅橡胶材料的阻燃耐火机制及催化机理,力求提高硅橡胶复合材料的耐火性能与陶瓷化性能。 具体研究内容如下:首先采用六氯环三磷腈（HCCP）和4,4-二羟基二苯砜（BPS）为反应单体,合成了一种不熔不溶且具有高度交联结构的聚磷腈微球（PZS）,并以PZS微球为载体成功将纳米金属铂粒子（Pt）负载在其表面。通过红外（FTIR）测试、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）以及热重分析（TG）探究了Pt粒子晶型结构以及阻燃剂的微观形貌和热稳定性能。 分析结果表明:金属Pt粒子均匀负载在PZS表面,粒子大小约为6 nm。Pt/PZS
激光束表面改性技术
激光束表面改性技术 摘要：激光束表面改性技术在改善材料表面性能,提高材料使用寿命方面具有突出的优越性。它作用于材料表面使得材料的表面性能得到了明显的提高，随着研究的深入和技术的逐渐成熟，表面改性技术在工业领域中的应用越来广泛，目前进行材料表面改性的工艺有激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化，本文就其工艺方法进行了综述。 一、引言 激光表面处理技术的研究始于20世纪60年代，但是直到20世纪70年代初研制出大功率激光器之后，激光表面处理技术才获得实际的应用。它是将现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多方面的成果和知识结合起来的高新技术，用激光的高辐射亮度，高方向性，高单色性特点，以非接触性的方式加热材料表面，借助于材料表面本身传导冷却, 使金属材料表面在瞬间被加热或熔化后高速冷却，来实现其表面改性的工艺方法。 二、激光相变硬化 激光表面相变硬化又称激光淬火，它是以104～105W/cm2高能功率密度的激光束作用在工件表面，以105～106℃/s的加热速度，使受激光束作用的工件表面部位温度迅速上升到相变点以上，形成奥氏体，并通过仍处于冷却态的基体与加热区之间形成的极高的温度梯度的热传导，一旦激光停止照射，则以105℃/s的速度冷却，实现自冷淬火，形成表面相变硬化层。 三、激光熔覆 激光熔覆是采用激光束加热熔覆材料和基材表面，使所需的特殊材料熔焊于工件表面的一种新型表面改性技术。这项技术始于1974年, Gnanamuthu申请了激光熔覆一层金属于金属基体的熔覆方法专利[3]。经过二十几年的发展, 激光熔覆已成为材料表面工程领域的前沿和热门课题。影响激光熔覆的因素主要有熔覆材料的原始成分、基体材料成分、熔覆的工艺参数。激光熔覆技术示意图见图1 1.短型光束或高斯型光束 2.气动送粉 3.测量孔 4.振动器 5.粉末漏斗箱 6.二氧化碳气体激光束高频振动7样品运动 8.样品9.熔覆厚度10.熔覆层 图1激光熔覆技术示意图
陶瓷的掺杂改性与压电性能
陶瓷的掺杂改性与压电性能 【摘要】采用传统陶瓷制备技术制备了新型的0.94K0.47Na0.47Li0.06NbO3-0.06Pb(Zr1-xTix)O3体系压电陶瓷，研究了该体系陶瓷的微结构、压电性能及镧的改性。研究结果表明，在1165℃、4h的烧结条件下，所有陶瓷样品均具有单一的钙钛矿结构，并在x为0.46时性能达到最佳，其压电常数d33为126 pC/N，机电耦合系数kp为32%，机械品质因素Qm为116，介电常数?着r为1274，介质损耗tanδ为1.9%。 【关键词】压电陶瓷;掺杂;铌酸钾钠锂;锆钛酸铅 Piezoelectric Properties and Modification of 0.94K0.5Na0.47Li0.06NbO3-0.06Pb(ZrxTi1-x)O3Ceramics CHEN Yun (.Department of Chemistry and Material Engineering Hefei UniversityHefei230022China) 【Abstract】A new-type 0.94K0.47Na0.47Li0.06NbO3-0.06Pb(Zr1-xTix)O3 piezoelectric ceramic were prepared by traditional ceramic sintering technique, and their piezoelectric properties, microstructure and La modification were also studied. These results of research indicate that this new type ceramics sintered at 1165℃for 4 hours have not only a pure perovskite phase, and when x is 0.46, every properties show the best, d33 is 126 pC/N, kp is 32%, εr is 1274, Qm is 116, and tanδ is 1.9%. 【Key words】Piezoelectric ceramics;Modifying;K0.47Na0.47Li0.06NbO3;Pb(Zr1-xTix)O3 压电陶瓷的发现和发展距今已有50余年的历史，尤其是近20年来，压电陶瓷和压电器件的原材料有了很大的发展。压电陶瓷在信息、航天、激光和生物等诸多高新科技领域的应用甚广，这些应用主要是与这类材料具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备成各种形状和具有任意极化方向的特性紧密相连[1-3]。 然而，当前大规模使用的压电陶瓷仍然是传统的以PZT为基的多元系压电陶瓷，且在电子学、微电子学等诸多高科技领域广泛应用的主力军，但这类陶瓷中的PbO(或Pb3O4)的含量约占原材料总重量的70%，难以制备致密陶瓷，且凭借当今的科技水平还不能使沉积在地表或游离于空气中的铅完全回收再利用，这将使得在制备、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境带来严重危害[4-6]。随着环保战略的加强，无铅压电陶瓷的研发近来取得了很大的成绩，出现了很多具有实用前景的陶瓷体系，尤其铌酸盐系压电陶瓷更是受到当前各国科研工作者的青睐。KNbO3-NaNbO3系压电陶瓷具有较好的铁电性，可在较宽组
材料表面改性方法
材料表面改性方法 材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理，赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。 分类： 1、传统的表面改性技术： 表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。 表面渗碳：面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能. 2、60年代以来：传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热 高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使锅炉体本身自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。 3、70年代以来： 化学镀：是指在不用外加电流的情况下,在同一溶液中使用还原剂使金属离子在具有催化活性的表面上沉积出金属镀层的方法。 4、近30年来： 热喷涂：热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备
功能陶瓷材料总复习题
功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 频率围： 铁电体， 晶体在某温度围具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。 材料的这种性质称为铁电性。 电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居 里点附近的临界特性。 电滞回线：铁电体的P滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相T铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相T
陶瓷填料改性PICA复合材料的研制及性能表征
陶瓷填料改性PICA复合材料的研制及性能表征与近地轨道速度再入的航天飞行器相比,深空探测与载人登月返回舱以第二宇宙速度再入大气层时会经受更严重的气动加热,对热防护材料的性能提出了更高的要求。轻质炭化材料是未来深空探测及载人航天返回舱热防护结构的关键材料,新型PICA复合材料(Phenolic impregnated carbon ablator)是其中的典型代表。 虽然PICA满足了高超声速飞行器热防护轻质与隔热的需求,但其抗烧蚀性能及热防护效率亟待提高。利用碳纤维针刺毡和硼改性酚醛树脂,采用真空浸渍法制备了 PICA,并通过性能表征对其制备工艺进行了优化,确定了 PICA制备的技术途径。 通过非等温DSC法及正交试验优化了 PICA的固化工艺;以层间剪切强度为评估指标确定了碳纤维针刺毡的表面处理工艺;研究了碳纤维针刺毡密度及浸渍剂浓度对材料最终密度、压缩强度及导热系数的影响。结果表明:固化升温速率对材料压缩强度影响较大,单纯依靠非等温DSC法和外推法不能得到最优的固化温度,PICA最优固化工艺为120℃ 1h+ 170℃ 1h,固化升温速率为1℃/min,此时PICA的压缩强度最高;在常温下,采用浓硝酸对碳纤维针刺毡进行表面处理时,随着处理时间的增加,PICA的层间剪切强度呈现先增后减的趋势,其中处理时间为2h时,PICA的层间剪切强度最高;随着碳纤维针刺毡密度的增加,PICA材料密度和常温导热系数线性增加,压缩强度大幅提高;随着浸渍剂浓度的提高,PICA 材料密度线性增加,压缩强度明显提高,但常温导热系数降低。 为了提高PICA的抗烧蚀性能及其热防护效率,提出了陶瓷化自适应环境技术,探索了多种陶瓷填料对PICA性能的影响规律。利用ZrC、ZrB2、SiC陶瓷填
陶瓷生产的主要工艺原料
陶瓷生产的主要工艺原料 中国的陶瓷工艺具有精湛的制作艺术和悠久的历史传统，在世界上都是少见的，永远值得我们后人敬佩、学习和引以自豪。凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料，经过配料、成形、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物，都可以叫陶瓷。制作陶瓷的原料种类很多，不只有陶和瓷的分别，各种陶和瓷的原料又有多种不同的性能和特点、质地、色彩都不尽相同。最主要的是陶土和瓷土、釉料等。 新型陶瓷原料介绍 它除了用传统陶瓷用的矿物原料外，还有： 1、氧化物原料 a、氧化铝：它是新型陶瓷制品中使用最为广泛的原料之一，具有一系列优良性能。此外,它也是高温耐火材料、磨料、磨具、激光材料及氧化铝宝石等的重要原料。 b、氧化锆：它是高温结构陶瓷、电子陶瓷和耐火材料的重要原料。 c、二氧化钛：它是制造电容器陶瓷、热敏陶瓷和压电陶瓷等制品的重要原料。 d、氧化铍:它是高导热性新型陶瓷的重要原料。 e、三氧化二铁：它是强磁性材料的重要原料。 f、二氧化锡：广泛用于电子陶瓷中。 g、氧化锌：它可以使陶瓷材料的机械和电性能得到改善。 h、氧化镍：应用于热敏陶瓷中。 i、氧化铅：在新型陶瓷中主要用作合成PbTiO3、Pb(Zr、Ti)O3以及Pb(Mg1/3、Nb2/3)O3的主要原料。 j、五氧化二铌：在电子陶瓷工业中它用途很广，如用作制造铌镁酸铅低温烧结独石电容器，铌酸锂单晶等的主要原料，同时还可作为改性添加剂。 k、锰的氧化物：如制作湿度传感器、过热保护器等。 l、氧化铬：用作气敏元件、气体警报器的配料中。 m、氧化钴：应用于聚光材料等方面。 2、复合氧化物原料 a、钛酸盐：主要有BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3和PbTiO3等。BaTiO3是压电、铁电陶瓷的重要原料。 b、锆酸盐：主要有BaZrO3和SrZrO3等。应用于磁芯、振荡器等。 c、锡酸盐：主要有BaSnO3、CaSnO3、InSnO3、CaSnO3、NiSnO3和PbSnO3，如CaSnO3用作于电容器中。 d、铌酸盐：主要有LiNbO3和KnbO3。 e、锑酸盐：主要有BaSb2O6、PbSb2O6和MgSb2O6等。 f、铝酸盐:主要有MgAl2O4。 g、铝硅酸盐：主要有3Al2O3o2SiO2。 3、稀土氧化物原料，如：Yb2O3、Tu2O3、Nd2O3、Ce2O3、La2O3等。 4、非氧化物原料 a、碳化物 （1）碳化钛：做刀具等。 （2）碳化硼：它是金属陶瓷、轴承、车刀等的制作材料。
纳米陶瓷材料
纳米陶瓷原理与应用 利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是利用纳米粉体对现有陶瓷进行改性，通过往陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使晶粒、晶界以及 他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。 纳米陶瓷是由纳米陶瓷粉体烧结而成。纳米陶瓷粉体是介于固体与分子 之间的具有纳米数量级( 1~ 100 nm) 尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化, 其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了块状材料所不具有的特 殊效应。具体地说纳米粉体材料具有以下的优良性能。 1.极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能, 可以显著降低材料的烧结致密化程度、节约能源。 2.使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化, 改善陶瓷材料的性能, 提 高其使用可靠性。 3.可以从纳米材料的结构层次( 1~ 100 nm)上控制材料的成分和结构, 有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。 另外, 陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。如 果粉料的颗粒堆积均匀,烧结收缩一致且晶粒均匀长大, 那么颗粒越小产生的缺陷越小, 所制备材料的强度就相应越高, 这就可能出现一些大颗粒材料所不具 备的独特性能。 纳米陶瓷具有的独特性能, 如做外墙用的建筑陶瓷材料则具有自清洁和防雾功能。纳米陶瓷具有广谱吸波效果, 不仅能吸收和反射红外光, 还能吸 收高频雷达波和屏蔽通讯波段的电磁波。纳米陶瓷的红外反射率可 达0. 3~ 0. 95 范围, 根据需要广范围可调, 其对高频电磁波的吸收 波率和透波特性也广范围可调, 不仅可用于军工攻防武器装置和重要军事设施, 还可用于高层建筑及医院外墙涂料的大面积电磁波屏蔽材料。纳米陶瓷发光材料, 尤其是长余辉发光材料, 涂在室外墙体上, 可在天黑后持续发光十小时
高能粒子束表面改性技术研究与发展
高能粒子束表面改性技术研究与发展 昆明理工大学材料111班解开书 【摘要】主要叙述了高能粒子束表面改性技术中的离子束表面改性技术的基本原理、工艺特点、发展趋势及其存在的问题和解决途径。 关键词：高能粒子束；表面改性；研究与进展 前言 高能粒子束表面改性是通过高能量密度的束流改变材料表面的成分或组织结构的表面处理技术。由于高能粒子束的功率密度可以达到108W/cm2以上，甚至可超过109W/cm2，因此在极短的作用周期下，材料表面就能达到其他表面技术所无法达到的效果。高能粒子束表面改性技术具备以下一些特点： （1）能量密度可以在很大范围内进行调节，并可精确控制； （2）高能粒子束表面改性技术可以方便地与传统的表面改性技术结合起来，从而弥补甚至消除各自的局限性； （3）利用高能粒子束可以对材料表面进行超高速加热和超高速冷却，其冷却速度可达104℃/S，从而实现新型超细、超薄、超纯材料的合成和金属复合材料的制备。 1高能离子束表面改性技术的研究及其应用 1.1 离子束表面改性研究现状 20世纪70年代中期，离子注入技术进入到半导体材料的表面改性，采用离子注入精细掺杂取代热扩散工艺，使半导体从单个晶体管加工发展为平面集成电路加工。20世纪80年代初，离子束混合的出现，对离子束冶金学的发展做出了巨大的贡献。80年代中期，金属 蒸发真空弧离子源（M EV VA）和其他金属离子源的问世，为离子束材料改性提供了强金属离子束。与此同时，为克服注入层浅的问题，开始研究离子束辅助沉积技术（IBAD），又称离子束增强沉积技术（IBED）。20世纪末发展起来的称为“等离子体注入”技术（PSII-PIasm a Source Ion Implantation）克服了常规注入的缺点，可对成批工件同时进行全方位的离子注入而引起人们的关注，由于工件是直接“浸泡”在被注入元素的等离子体内，也有人称之为“等离子体浸没离子注入”（PI II-Plasma Source Ion Implantation）。PSII技术发 展很快，该技术的奠基人之一CONRAD J R已取得大量基础研究和应用成果。 自20世纪70年代以来，许多国家对离子注入材料改性的研究和应用都给予了相当的重视，一些大学、科研机构和公司都相继成立了专门从事这方面工作的研究中心或实验室，如美国的斯坦福大学，英国的哈威尔原子能研究中心以及日本的RIK EN物理化学研究所等。我国离子注入改性技术的研究，早期也和国外一样主要集中在半导体的研究和应用方面，从20世纪70年代至今逐渐把该技术应用于其他领域，特别是在优化材料表面的摩擦学特性方面的研究和应用得到了不断发展。目前，除了北京师范大学、清华大学、四川联合大学原子能研究所、中国原子能研究所等有专门的研究中心外，还在上海冶金研究所建立了中国科学院离子束开放实验室，在大连理工大学建立了国家激光束、电子束、离子束开放研究室。但是由于高性能离子束装置的研制和建立都比较缓慢，因而，无论在基础研究或应用方面与国外相比都还存在一定的差距。