第一篇：超高溫陶瓷及其應用

超高溫陶瓷及其應用講座小結

超高溫陶瓷（UHTCs：Ultra High Temperature Ceramics）是指能在1800℃以上溫度下使用的陶瓷材料。這類陶瓷材料有望用于航天火箭的發動機部件，太空往返飛行器和高超音速運載工具的防熱系統，先進核能系統用抗輻照結構材料和惰性基體材料，以及金屬高溫熔煉和連鑄用的電極、坩堝和相關部件等。目前，針對超高溫陶瓷的主要研究內容包括：微結構調控與強韌化、抗氧化－耐燒蝕－抗熱震性能的提升、抗輻照性能的改善等。

超高溫陶瓷材料最早的研究從1960’s年代開始。當時在美國空軍的支持下，Manlab開始了超高溫陶瓷材料的研究，研究對象主要是ZrB2和HfB2及其復合材料。研發的80vol%HfB2-20vol%SiC復合材料能基本滿足高溫氧化環境下持續使用的需要，但采用的熱壓工藝對部件制備有很大的限制。到1990’s，NASA Ames 實驗室也開始了相關研究。與此同時，美國空軍從 1960’s年代開始進行尖銳前緣飛行器及其熱防護系統的分析和設計，經過三十多年的研究，取得了很大進展。Ames 實驗室及其合作伙伴開展了系統熱分析、材料研發和電弧加熱器測試等一系列研究工作，并于1990’s年代進行了兩次飛行實驗（SHARP-B1、SHARP-B2）。其中，SHARP-B2 的尖銳翼前緣根據熱環境的不同分為三部分，分別采用的是ZrB2 /SiC/C、ZrB2/SiC和HfB2/SiC材料，展示了基于二硼化鉿和二硼化鋯為主體的一類超高溫陶瓷材料作為大氣層中高超聲速飛行器熱防護系統材料的應用前景。2003年2 月1 日，美國航天飛機發生了“哥倫比亞”號的爆炸慘劇，為了保障未來的航天飛機具有更可靠的飛行安全性，美國航天宇航局（NASA）在“哥倫比亞”號失事后迅速啟動了相關的研究計劃，其中就包括研究新一代超高溫陶瓷，用于航天飛機的阻熱材料。研究計劃目的在于開發出熔點高于3000℃的超高溫陶瓷材料，主要是 ZrB2、HfB2以及它們的復合材料，作為航天飛機的新型阻熱材料。

從材料種類來看，超高溫陶瓷主要包括高熔點硼化物和碳化物。其中HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高溫陶瓷熔點都超過 3000℃，無相變，具有優良的熱化學穩定性和優異的物理性能，包括高彈性模量、高硬度、低飽和蒸汽壓、高熱導率和電導率、適中的熱膨脹率和良好抗熱震性能等，并能在高溫下保持很高的強度。成為超高溫陶瓷最具潛力的候選材料。硼化物陶瓷基復合材料，主要指HfB2、ZrB2為基體的陶瓷基復合材料，材料的脆性可以通過合理選擇原材料的組分、純度和顆粒度來克服。它們的共價鍵很強的特性決定了它們很難燒結和致密化。為了改善其燒結性，提高致密度，可通過提高反應物的表面能、提高材料的體擴散率、延遲材料的蒸發、加快物質的傳輸速率、促進顆粒的重排及提高傳質動力學來解決。單相ZrB2或HfB2在1200℃以下具有良好的抗氧化性，這是由于液態B2O3玻璃相的生成，起到了良好的抗氧化保護作用。在1200℃以上時，B2O3快速蒸發，從而降低了它作為一種擴散障礙的效用，ZrB2或HfB2將會發生快速氧化。加入SiC可以顯著提高它的抗氧化性能，在高溫時形成玻璃相的硅酸鹽來覆蓋材料的表層，在1600℃以下具有良好的保護作用。

碳化物陶瓷基復合材料，主要指碳化鉿（HfC）、碳化鋯（ZrC）和碳化鉭（TaC）為基體的陶瓷基復合材料，這三種物質的熔點較硼化物高，加熱過程中不會發生任何固相相變，具有較好的抗熱震性，在高溫下仍具有高強度。這類碳化物陶瓷的斷裂韌性和抗氧化性非常低，為了克服陶瓷的脆性，通常采用纖維來增強增韌。2000 年，NASA 對RCI公司生產的炭纖維增強HfC基復合材料效果最好，它完成所有的10min10次循環，3次循環質量1.30%，5次循環質量損失3.28%，10次循環質量損失10.33%；完成了 1h的持續加熱，質量損失1.12%。

超高溫陶瓷粉體的制備，原料純度和粒度對超高溫陶瓷材料的燒結性能和高溫性能有十分重要的影響。在制備過程中殘留的雜質或工藝過程加入的添加劑，能與超高溫陶瓷化合物形成低熔點產物，在很大程度上會對高溫性能產生不利影響。超細的陶瓷粉體可以提高其燒

結性能。因此，發展高純、超細的超高溫陶瓷粉體合成技術，是制備高性能超高溫陶瓷材料的基礎。

超高溫陶瓷致密化燒結通常采用放電等離子燒結，放電等離子體燒結技術是使可燒結性差的材料（例如 ZrB2、ZrC等）致密化的最有力手段之一。它比其它大多數傳統燒結方法用的燒結溫度低、時間短。

超高溫陶瓷材料由于具有潛在的高溫綜合性能優異的特點，是未來超高溫領域很有前途的材料，對其開展包括材料體系、粉體合成、燒結和應用等方面的基礎科學研究和科學技術研究，具有重要的科學意義和應用價值。

第二篇：超高溫陶瓷復合材料的研究進展

超高溫導熱陶瓷復合型材料的研究進展

超高溫導熱陶瓷復合材料主要包括一些過渡族金屬的難熔硼化物、碳化物和氮化物，它們的熔點均在3000℃以上。在這些超高溫導熱陶瓷中，ZrB2和HfB2基超高溫導熱陶瓷復合材料具有較高的熱導率、適中的熱膨脹系數和良好的抗氧化燒蝕性能，可以在2000℃以上的氧化環境中實現長時間非燒蝕，是一種非常有前途的非燒蝕型超高溫防熱材料。

★超高溫導熱陶瓷復合材料的制備

超高溫導熱陶瓷復合材料的致密化主要有熱壓燒結（HP）、放電等離子燒結（SPS）、反應熱壓燒結((RHP)和無壓燒結（PS)。在這些制備方法中，熱壓燒結是目前超高溫導熱陶瓷復合材料最主要的燒結方法。

熱壓燒結

ZrB2和HfB2都是ALB2型的六方晶系結構，其強共價鍵、低晶界及體擴散速率的特征，導致該類材料需要在非常高的溫度下才能致密化，一般需要2100℃或更高的溫度和適中的壓力(20-30 MPa)或較低溫度（~1800℃)及極高壓力(> 800 MPa)。ZrB2和HfB2結構和性能相近，后者的熔點比前者高，需要更高的致密化溫度，同時具有更優異的高溫性能，而前者的密度和成本都比后者低，也是業內關注最多的。

放電等離子燒結

放電等離子燒結是在粉末顆粒間直接通人脈沖電流進行加熱燒結，具有升溫速度快、燒結時間短、組織結構可控等優點，該方法近年來用于超高溫導熱陶瓷復合材料的制備。產生的脈沖電流在粉體顆粒之間會發生放電，使其顆粒接觸部位溫度非常高，在燒結初期可以凈化顆粒的表面，同時產生各種顆粒表面缺陷，改善晶界的擴散和材料的傳質，從而促進致密化，相對于熱壓燒結超高溫導熱陶瓷復合材料而言，放電等離子燒結的溫度更低、獲得的晶粒尺寸更細小。

反應熱壓燒結

超高溫導熱陶瓷復合材料的合成及致密化可以通過原位反應在施加壓力或無壓的情況下一步合成，目前通常采用Zr, B4C和Si原位反應制備超高溫導熱陶瓷復合材料，通過原始材料比例的設計可以實現對合成材料組分及含量的調控。此外，Zr可以由ZrH2或ZrO2等代替，B4C可以由B/B2O3, C等代替，S1可由SiC代替，用于合成ZrB2基超高溫導熱陶瓷復合材料，HfB2基超高溫導熱陶瓷復合材料可以用同樣的方法制備。

無壓燒結

與熱壓燒結方法相比，無壓燒結可以實現復雜結構的近凈成型，從而可以降低材料/結構的制備成本。超高溫導熱陶瓷復合材料的無壓燒結目前主要有十粉冷等靜壓處理后燒結、注漿成型燒結和注凝成型燒結，由于在燒結過程中不施加壓力，超高溫導熱陶瓷復合材料很難致密，因此需要采用較高的燒結溫度或添加燒結助劑。

★超高溫導熱陶瓷復合材料力學性能

超高溫導熱陶瓷復合材料的室溫與高溫力學性能是該材料使用的關鍵指標。ZrB2和HfB2基超高溫導熱陶瓷復合材料彈性量和硬度與致密度密切相關，致密的超高溫導熱陶瓷復合材料彈性模量在500 GPa左右，硬度在20 GPa左右。超高溫導熱陶瓷復合材料的室溫彎曲強度與燒結后的材料晶粒尺寸密切相關，而晶粒尺寸又取決于初始粉體顆粒粒徑(包括基體和增強相)、增強相含量和燒結工藝參數。

★超高溫導熱陶瓷復合材料抗熱沖擊性能

超高溫導熱陶瓷復合材料是一種典型的脆性材料，在極端加熱環境下很容易發生熱沖擊失效，導致災難性破壞，因此改善其抗熱沖擊性尤為重要。★超高溫陶瓷復合材料抗氧化/燒蝕性能和熱響應

溫度是影響超高溫導熱陶瓷材料抗氧化燒蝕性能的最主要影響因素，ZrB2在700℃開始發生明顯的氧化，1100℃以下生成的氧化層具有良好的抗氧化性能，但溫度高于1200℃氧化生成B}03會因高蒸氣壓而大量揮發從而漸失抗氧化保護能力，而ZrO2揮發蒸氣壓非常低，在高溫下很穩定。★挑戰與展望

超高溫導熱陶瓷復合材料具有優異的高溫綜合性能，然而其較低的損傷容限和抗熱沖擊性能限制了該材料的工程應用，未來將通過微結構的設計和控制實現超高溫導熱陶瓷復合材料損傷容限和可靠性的大幅度提高，為超高溫導熱陶瓷材料的應用奠定基礎。

在諸多超高溫導熱陶瓷復合材料強韌化方法中，碳纖維增強增韌、纖維增強體結構與性能退化的抑制及多尺度增韌將是超高溫導熱陶瓷復合材料未來強韌化的主要研究方向。超高溫導熱陶瓷材料很難致密化，目前燒結機制尚不完全清楚，尤其是納米超高溫導熱陶瓷材料的燒結，未來需要深人研究超高溫導熱陶瓷材料低溫燒結和微結構的精確控制。

第三篇：陶瓷壓力傳感器原理及應用

陶瓷壓力傳感器原理及應用

工作原理：抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋閉橋，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。

陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

第四篇：陶瓷的分類及其應用

陶瓷的分類及其應用

(一)按瓷種分類

目前市場上流通的主要有日用瓷器、骨灰瓷器、玲瓏日用瓷器、釉下（中）彩日用瓷器、日用精陶器、普通陶瓷和精細陶瓷烹調器等。除骨灰瓷外，其余產品又按外觀缺陷的多少或幅度的大小分為優等品、一等品、合格品等不同等級。

(二)按花面裝飾方式分類

按花面特色可分為釉上彩、釉中彩、釉下彩和色釉瓷及一些未加彩的白瓷等。釉上彩陶瓷就是用釉上陶瓷顏料制成的花紙貼在釉面上或直接以顏料繪于產品表面，再經700~850℃烤燒而成的產品。因烤燒溫度沒有達到釉層的熔融溫度，所以花面不能沉入釉中，只能緊貼于釉層表面。如果用手觸摸，制品表面有凹凸感，肉眼觀察高低不平。

釉中彩陶瓷彩燒溫度比釉上彩高，達到了制品釉料的熔融溫度，陶瓷顏料在釉料熔融時沉入釉中，冷卻后被釉層覆蓋。用手觸摸制品表面平滑如玻璃，無明顯的凹凸感。

釉下彩陶瓷是我國一種傳統的裝飾方法，制品的全部彩飾都在瓷坯上進行，經施釉后高溫一次燒成，這種制品和釉中彩一樣，花面被釉層覆蓋，表面光亮、平整，無高低不平的感覺。

色釉瓷則在陶瓷釉料中加入一種高溫色劑，使燒成后的制品釉面呈現出某種特定的顏色，如黃色、蘭色、豆青色等。

白瓷通常指未經任何彩飾的陶瓷，這種制品市場上銷量一般不大。

以上不同的裝飾方式，除顯示其藝術效果外，主要區別鉛、鎘等重金屬元素含量上。其中釉中彩、釉下彩和絕大部份的色釉瓷、白瓷的鉛、鎘含量是很低的，而釉上彩如果在陶瓷花紙加工時使用了劣質顏料，或在花面設計上對含鉛、鎘高的顏料用量過大，或烤燒時溫度、通風條件不夠，則很容易引起鉛、鎘溶出量的超標。

（三）按用途的不同分類

1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，壇、盆、罐、盤、碟、碗等。

2、藝術{工藝}陶瓷：如花瓶、雕塑品．園林陶瓷 器皿 陳設品等。

3、工業陶瓷：指應用于各種工業的陶瓷制品。又分以下6各方面： ①建筑一衛生陶瓷： 如磚瓦，排水管、面磚，外墻磚，衛生潔其等；

②化工{化學}陶瓷： 用于各種化學工業的耐酸容器、管道，塔、泵、閥以及搪砌反應鍋的耐酸磚、灰等；

③電瓷： 用于電力工業高低壓輸電線路上的絕緣子。電機用套管，支柱絕緣于、低壓電器和照明用絕緣子，以及電訊用絕緣子，無線電用絕緣子等；

④特種陶瓷： 甩于各種現代工業和尖端科學技術的特種陶瓷制品，有高鋁氧質瓷、鎂石質瓷、鈦鎂石質瓷、鋯英

石質瓷、鋰質瓷、以及磁性瓷、金屬陶瓷等。

（二）按所用原料及坯體的致密程度分類可分為：

粗陶（brickware or terra-cotta），細陶（potttery），炻器（stone Ware），半瓷器（semivitreous china），以至瓷器（130relain），原料是從粗到精，坯體是從粗松多孔，逐步到達致密，燒結，燒成溫度也是逐漸從低趨高。

（四）陶瓷的應用

陶瓷制品種類繁多，其中主要用于建筑裝飾工程中的陶瓷制 品有以下幾類。

（l）琉璃制品（琉璃瓦）琉璃制品是用優質粘土塑制成型后燒成的，表面上釉，釉的顏色有黃、綠、黑、藍、紫等色，富麗堂皇，經久耐用。琉璃瓦多用于民 族色彩的宮殿式大屋頂建筑中。

琉璃瓦主要有兩種形式：筒瓦與板 瓦。其它屋面用的琉璃瓦為屋脊、獸頭、人物、寶頂等。除用于屋面 外，通過造型設計，已制成的有花窗、欄桿等琉璃制品，廣泛用于庭 院裝飾中。

（2）陶瓷墻地磚 陶瓷墻地磚是釉面磚、地磚與外墻磚的總稱。地磚中包括錦磚（馬賽克）、梯沿磚、鋪路磚和大地磚等。外墻磚包括彩釉外墻磚和 無釉外墻磚。

釉面磚是用于建筑物內墻裝飾的薄板狀精陶制品，有時也稱 為瓷片。釉面磚的結構由兩部分組成，即坯體和表面釉彩層。釉面 磚按正面形狀分為正方形磚、長方形磚和異型配磚三種。按表面釉 的顏色分為單色（含白色）磚、花色磚和圖案磚三種。異型配磚主要 用于墻面陰陽角及各種收口部位，對裝飾效果影響較大。

用釉面磚 裝飾建筑物內墻，可使建筑物具有獨特的衛生、易清洗和清新美觀 的建筑效果。外墻面磚是指用于建筑物外墻的陶質或煙質建筑裝飾磚。外 墻面磚有施釉和不施釉之分。從外觀上看，表面有光澤或無光澤，或表面光且平和表面粗糙，也就是具有不同的質感。

外墻面磚的顏 色有紅、黃、褐等。外墻面磚堅固耐用、色彩鮮艷、易清洗、防火、防 水、耐磨、耐腐蝕、維修費用低，外墻面磚是高檔飾面材料，一般用 于裝飾等級要求較高的工程，它不僅可以防止建筑物表面被大氣 侵蝕，而且可使立面美觀。但外墻飾面的不足之處是造價偏高、工 效低、自重大。地磚又稱防潮磚或缸磚，有不上釉的也有上釉的，形狀有正方 形、六角形、八角形、葉片形等。

地磚表面平整，質地堅硬，耐磨、耐 壓、耐酸堿、吸水率小；可擦洗，不脫色不變形；色釉豐富，色調均 勻，可拼出各種圖案。新型的仿花崗巖地磚，還具有天然花崗巖的 色澤和質感，經磨削加工后表面光亮如鏡。梯沿磚又稱防滑條，它堅固耐用，表面有凸起條紋，防滑性能 好，主要用于樓梯，站臺等處的邊緣。陶瓷錦磚也稱馬賽克或紙皮磚，是由有多種顏色和多種形狀 的錦磚按一定圖案反貼在牛皮紙上而成。

它具有抗腐蝕、耐磨、耐 火、吸水率小、抗壓強度高、易清洗和永不褪色等優點，而且質地堅 硬、色澤多樣，加之規格小，不易踩碎，因而是建筑裝飾中常用的一 種材料。

（3）陶瓷壁畫 陶瓷壁畫是以陶瓷面磚、陶板、錦磚等為原料而制作的具有較 高藝術價值的現代裝飾材料。它不是原畫稿的簡單復制，而是藝術 的再創造。它巧妙地運用繪畫技法和陶瓷裝飾藝術于一體，經過放 樣、制版、刻畫、配釉、施釉、燒成等一系列工序，采用浸點、涂、噴、填等多種施釉技法和豐富多彩的窯變技術而產生出神形兼備、巧 奪天工的藝術效果。陶瓷壁畫既可鑲嵌在高層建筑上，也可陳設在公共場所，如候 機室、候車室、大型會議室、會客室、園林旅游區等地，給人以美的 享受。北京地鐵的建國門車站鑲嵌著一幅面積達180m’的特大型 陶板壁畫一《天文縱橫》。

（4）衛生潔具 衛生潔具是現代建筑中室內配套不可缺少的組成部分。陶瓷 質衛生潔具是傳統的衛生潔具，主要有洗面器、浴缸、大便器等。

（5）瓷磚，所謂瓷磚，是以耐火的金屬氧化物及半金屬氧化物，經由研磨、混合、壓制、施釉、燒結之過程，而形成之一種耐酸堿的瓷質或石質等之建筑或裝飾之材料，主要用于室內室外都使用瓷磚進行裝飾，譬如：地面、墻面、臺面、壁爐、噴泉以及外墻等等。

第五篇：抗腐蝕陶瓷壓力傳感器工作原理及應用

抗腐蝕陶瓷壓力傳感器工作原理及應用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面、室膜片的表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性，與激勵電壓成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0、3.0、3.3mV等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0℃~70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。

陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和震動的材料。陶瓷的熱穩定性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40℃~135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電器絕緣程度大于2KV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性、低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有全面替代其他類型傳感器的趨勢，在中國越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。