特種陶瓷

特種陶瓷又稱精細陶瓷，按其應用功能可分為高強度、耐高溫復合結構陶瓷和電工電子功能陶瓷可分為兩大類。在陶瓷坯體中加入特殊配方的無機材料，經過1360度左右的高溫燒結，獲得穩定可靠的抗靜電性能，成為一種新型的特種陶瓷，通常具有一種或多種功能，如：電、磁、光、熱、聲、化學、生物等功能；和耦合功能，例如壓電性、熱電、電光、聲光、磁光等功能。

特種陶瓷

特種陶瓷不同的化學組成和結構決定了其不同的特殊性能和功能，如高強度、高硬度、高韌性、耐腐蝕、導電、絕緣、磁性、透光、半導體以及壓電、光電、電光、聲光、磁光等。由于其特殊的性能，這些陶瓷可用作工程結構材料和機械中的功能材料、電子、化工、冶煉、能源、醫學、激光、核反應、宇航等方面。一些發達國家，尤其是日本、為了加速新技術革命，為新興產業的發展奠定物質基礎，美國和西歐國家投入了大量人力、物力財力來研發特種陶瓷，所以特種陶瓷的發展非常迅速，技術上也有很大的突破。特種陶瓷在現代工業技術中，特別是在高技術中、在新技術領域的地位越來越重要。本世紀初，特種陶瓷的國際市場規模預計將達到500億美元，因此許多科學家預測：特種陶瓷必將在21世紀的科技發展中占據非常重要的地位。

特種陶瓷是在二十世紀發展起來的隨著現代生產和科學技術的推廣和培養，他們'繁殖'非常快，尤其是高二、30年來，新品種層出不窮，令人眼花繚亂。根據化學成分，有：

①氧化物陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、二氧化鈦、二氧化釷、三氧化鈾等。

②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾等。

③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化鈾等。

④硼化物陶瓷：硼化鋯、硼化鑭等。

⑤硅化物陶瓷：二硅化鉬等。

⑥氟化物陶瓷：氟化鎂、氟化鈣、三氟化鑭等。

硫化物陶瓷：硫化鋅、硫化鈰等。還有砷化物陶瓷硒化物陶瓷碲化物陶瓷等等。

除了主要由一種化合物組成的單相陶瓷之外，還有由兩種或多種化合物組成的復合陶瓷。例如由氧化鋁和氧化鎂制成的鎂鋁尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化鋁制成的氧氮化鋁陶瓷，氧化鉻、鑭鈣鉻酸鹽陶瓷由氧化鑭和氧化鈣制成，氧化鋯制成、氧化鈦、氧化鉛、鋯鈦酸鑭鉛結合氧化鑭（PLZT）陶瓷等等。此外，還有一大類金屬陶瓷是在陶瓷中添加金屬制成的，如氧化物基金屬陶瓷碳化物基金屬陶瓷和硼化物基金屬陶瓷，也是現代陶瓷中的重要品種。近年來，為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中加入了金屬纖維和無機纖維，纖維增強陶瓷復合材料是陶瓷家族中最年輕但最有前途的一個分支。

人們為了生產、為了方便研究和學習，有時陶瓷按性質分為高強度陶瓷高溫陶瓷高韌性陶瓷鐵電陶瓷壓電陶瓷電解質陶瓷半導體陶瓷介電陶瓷和光學陶瓷（即透明陶瓷）磁性陶瓷耐酸陶瓷和生物陶瓷等。

隨著科技的發展，人們可以期待現代陶瓷會發展得更快，產生更多更新的品種。

1、成型方法及粘結劑的選擇

特種陶瓷的成型方法有很多種，在生產中要根據產品的形狀來選擇成型方法，不同的成型方法需要不同的結合劑。常見的陶瓷成型方法、粘合劑的類型和用量如下

所示：

特種陶瓷的成型方法、粘合劑的類型和劑量

用于成型方法的粘合劑的例子粘合劑劑量（質量％

千壓法聚乙烯醇縮丁醛等15份

13通過澆鑄法的丙烯基樹脂

515份的甲基纖維素等

注射聚丙烯等10~25

等靜壓法制備聚羧酸銨0~3

粘合劑可分為潤滑劑、增塑劑、分散劑、表面活性劑（具有分散和潤滑功能）等等，為了滿足成型需要，通常采用多種有機材料的組合。選擇粘合劑時，應考慮以下因素：

l）粘結劑能被粉末潤濕是一個必要條件。當粉末的臨界表面張力（yoc）或表面自由能（YOS）粘合劑的比表面張力（yoc）大的時候可以很好的濕潤。

2）好的粘結劑容易被粉末充分潤濕，粘結力強。當粘結劑被粉末潤濕時，分子間作用力發生重力相互作用，粘結劑和粉末之間發生紅色粘結（一次結合）同時，在粘合劑分子中，由于取向，、誘導、分散效應產生凝聚力（二次結合）水雖然能充分潤濕楊木，但揮發性大，分子量小，抱合力小，不是很好的粘結劑。根據各種有機物質的凝聚順序，就基礎而言，可排列如下：

一CONH一＞－CONH2 gt1COOH gt1OH－NO2＞－COOC2H5 gt一COOCH5 gt－趙 gt=CO gt－CH3 gt=CH2 gt－CH2

3）粘合劑的分子量應該適中。為了充分潤濕，希望分子量小但內聚力弱。隨著分子量的增加，結合力增加。但分子量過大時，周圍內聚力過大，不易潤濕，容易使坯體變形。為了有助于分子內鏈段的移動，此時應適當加入增塑劑，使粘合劑在易濕的同時更柔軟，更易成型。

4）為了保證產品質量，還必須防止粘合劑的產生、原料和制備程序中混入雜質，造成產品中有害的缺陷。

在原料的制備中，使用粉碎、機械方法，如混合和粘合劑、分散劑被匹配以實現分散，并且盡可能不包含聚集的顆粒。粘合劑受種類及其分子量顆粒表面性質和溶劑溶解性等影響，并吸附在原料顆粒表面，通過立體穩定效應起到防止粉體原料團聚的作用。在成型過程中，結合劑賦予原材料塑性，具有保水作用，提高成型體的強度和施工和易性。一般來說，粘結劑在脫脂過程中要通過加熱來分解揮發，因為它阻礙了陶瓷的燒結。因此，必須選擇易于分散和去除的有機材料，不含有害的無機鹽和金屬離子，這樣才能保證產品質量。

2、陶瓷注射成型用粘結劑

氮化硅具有高強度、高耐磨性、低密度（輕量化）耐熱化、耐腐蝕等優良性能，因此適合制造渦輪給料機葉輪、搖臂式燒嘴、輔助燃燒室及其他汽車陶瓷零件。這些組件需要復雜的形狀、高精度尺寸和高可靠性。不允許有內在缺陷（裂紋、氣孔、異物等）和表面缺陷。

滿足這些質量要求的成形技術之一是陶瓷注射成型（高壓）其工藝流程如下：

在成型過程中，不能產生成型材料的流動性、金屬模型溫度引起的溝紋成型條件引起的孔洞等缺陷；在脫脂過程中，不會因有機物質的組成和熱分解速度而產生脫脂裂紋。有機材料的選擇也必須滿足這些質量要求。

一般來說，陶瓷注射成型中使用的有機材料是由粘結劑組成的、助劑、增塑劑，粘合劑可以是聚丙烯（PP）無規則聚丙烯（APP）聚乙烯（PE）乙烯乙酸乙烯酯共聚物（EVA）聚苯乙烯（PS）丙烯酸系樹脂等。其中，PE具有優異的成型性；EVA與其他樹脂具有良好的相容性和流動性、成形性也好；APP與其他樹脂相容性好、以流動性和脫脂為特征；PS流動性好。助劑有蠟石石蠟、微晶石蠟、變性石蠟、天然石蠟、硬脂酸、配合劑等。成型材料的流動性可以通過使用高型流動點測試儀和熔融指數儀來評估。脫脂時粘結劑含量大，脫脂有降低的趨勢，助劑中石蠟多，脫脂好。如果有機材料可以 t在特定的溫度區域內全部飛走，會影響陶瓷的燒結，所以需要考慮熱分解特性來選擇。

應該選擇用于陶瓷注射成型的有機材料，以優化成型材料的流動性和成型體的脫脂。