第一篇：超高温陶瓷及其应用
超高温陶瓷及其应用讲座小结
超高温陶瓷（UHTCs：Ultra High Temperature Ceramics）是指能在1800℃以上温度下使用的陶瓷材料。这类陶瓷材料有望用于航天火箭的发动机部件，太空往返飞行器和高超音速运载工具的防热系统，先进核能系统用抗辐照结构材料和惰性基体材料，以及金属高温熔炼和连铸用的电极、坩埚和相关部件等。目前，针对超高温陶瓷的主要研究内容包括：微结构调控与强韧化、抗氧化－耐烧蚀－抗热震性能的提升、抗辐照性能的改善等。
超高温陶瓷材料最早的研究从1960’s年代开始。当时在美国空军的支持下，Manlab开始了超高温陶瓷材料的研究，研究对象主要是ZrB2和HfB2及其复合材料。研发的80vol%HfB2-20vol%SiC复合材料能基本满足高温氧化环境下持续使用的需要，但采用的热压工艺对部件制备有很大的限制。到1990’s，NASA Ames 实验室也开始了相关研究。与此同时，美国空军从 1960’s年代开始进行尖锐前缘飞行器及其热防护系统的分析和设计，经过三十多年的研究，取得了很大进展。Ames 实验室及其合作伙伴开展了系统热分析、材料研发和电弧加热器测试等一系列研究工作，并于1990’s年代进行了两次飞行实验（SHARP-B1、SHARP-B2）。其中，SHARP-B2 的尖锐翼前缘根据热环境的不同分为三部分，分别采用的是ZrB2 /SiC/C、ZrB2/SiC和HfB2/SiC材料，展示了基于二硼化铪和二硼化锆为主体的一类超高温陶瓷材料作为大气层中高超声速飞行器热防护系统材料的应用前景。2003年2 月1 日，美国航天飞机发生了“哥伦比亚”号的爆炸惨剧，为了保障未来的航天飞机具有更可靠的飞行安全性，美国航天宇航局（NASA）在“哥伦比亚”号失事后迅速启动了相关的研究计划，其中就包括研究新一代超高温陶瓷，用于航天飞机的阻热材料。研究计划目的在于开发出熔点高于3000℃的超高温陶瓷材料，主要是 ZrB2、HfB2以及它们的复合材料，作为航天飞机的新型阻热材料。
从材料种类来看，超高温陶瓷主要包括高熔点硼化物和碳化物。其中HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高温陶瓷熔点都超过 3000℃，无相变，具有优良的热化学稳定性和优异的物理性能，包括高弹性模量、高硬度、低饱和蒸汽压、高热导率和电导率、适中的热膨胀率和良好抗热震性能等，并能在高温下保持很高的强度。成为超高温陶瓷最具潜力的候选材料。硼化物陶瓷基复合材料，主要指HfB2、ZrB2为基体的陶瓷基复合材料，材料的脆性可以通过合理选择原材料的组分、纯度和颗粒度来克服。它们的共价键很强的特性决定了它们很难烧结和致密化。为了改善其烧结性，提高致密度，可通过提高反应物的表面能、提高材料的体扩散率、延迟材料的蒸发、加快物质的传输速率、促进颗粒的重排及提高传质动力学来解决。单相ZrB2或HfB2在1200℃以下具有良好的抗氧化性，这是由于液态B2O3玻璃相的生成，起到了良好的抗氧化保护作用。在1200℃以上时，B2O3快速蒸发，从而降低了它作为一种扩散障碍的效用，ZrB2或HfB2将会发生快速氧化。加入SiC可以显著提高它的抗氧化性能，在高温时形成玻璃相的硅酸盐来覆盖材料的表层，在1600℃以下具有良好的保护作用。
碳化物陶瓷基复合材料，主要指碳化铪（HfC）、碳化锆（ZrC）和碳化钽（TaC）为基体的陶瓷基复合材料，这三种物质的熔点较硼化物高，加热过程中不会发生任何固相相变，具有较好的抗热震性，在高温下仍具有高强度。这类碳化物陶瓷的断裂韧性和抗氧化性非常低，为了克服陶瓷的脆性，通常采用纤维来增强增韧。2000 年，NASA 对RCI公司生产的炭纤维增强HfC基复合材料效果最好，它完成所有的10min10次循环，3次循环质量1.30%，5次循环质量损失3.28%，10次循环质量损失10.33%；完成了 1h的持续加热，质量损失1.12%。
超高温陶瓷粉体的制备，原料纯度和粒度对超高温陶瓷材料的烧结性能和高温性能有十分重要的影响。在制备过程中残留的杂质或工艺过程加入的添加剂，能与超高温陶瓷化合物形成低熔点产物，在很大程度上会对高温性能产生不利影响。超细的陶瓷粉体可以提高其烧
结性能。因此，发展高纯、超细的超高温陶瓷粉体合成技术，是制备高性能超高温陶瓷材料的基础。
超高温陶瓷致密化烧结通常采用放电等离子烧结，放电等离子体烧结技术是使可烧结性差的材料（例如 ZrB2、ZrC等）致密化的最有力手段之一。它比其它大多数传统烧结方法用的烧结温度低、时间短。
超高温陶瓷材料由于具有潜在的高温综合性能优异的特点，是未来超高温领域很有前途的材料，对其开展包括材料体系、粉体合成、烧结和应用等方面的基础科学研究和科学技术研究，具有重要的科学意义和应用价值。
第二篇：超高温陶瓷复合材料的研究进展
超高温导热陶瓷复合型材料的研究进展
超高温导热陶瓷复合材料主要包括一些过渡族金属的难熔硼化物、碳化物和氮化物，它们的熔点均在3000℃以上。在这些超高温导热陶瓷中，ZrB2和HfB2基超高温导热陶瓷复合材料具有较高的热导率、适中的热膨胀系数和良好的抗氧化烧蚀性能，可以在2000℃以上的氧化环境中实现长时间非烧蚀，是一种非常有前途的非烧蚀型超高温防热材料。
★超高温导热陶瓷复合材料的制备
超高温导热陶瓷复合材料的致密化主要有热压烧结（HP）、放电等离子烧结（SPS）、反应热压烧结((RHP)和无压烧结（PS)。在这些制备方法中，热压烧结是目前超高温导热陶瓷复合材料最主要的烧结方法。
热压烧结
ZrB2和HfB2都是ALB2型的六方晶系结构，其强共价键、低晶界及体扩散速率的特征，导致该类材料需要在非常高的温度下才能致密化，一般需要2100℃或更高的温度和适中的压力(20-30 MPa)或较低温度（~1800℃)及极高压力(> 800 MPa)。ZrB2和HfB2结构和性能相近，后者的熔点比前者高，需要更高的致密化温度，同时具有更优异的高温性能，而前者的密度和成本都比后者低，也是业内关注最多的。
放电等离子烧结
放电等离子烧结是在粉末颗粒间直接通人脉冲电流进行加热烧结，具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控等优点，该方法近年来用于超高温导热陶瓷复合材料的制备。产生的脉冲电流在粉体颗粒之间会发生放电，使其颗粒接触部位温度非常高，在烧结初期可以净化颗粒的表面，同时产生各种颗粒表面缺陷，改善晶界的扩散和材料的传质，从而促进致密化，相对于热压烧结超高温导热陶瓷复合材料而言，放电等离子烧结的温度更低、获得的晶粒尺寸更细小。
反应热压烧结
超高温导热陶瓷复合材料的合成及致密化可以通过原位反应在施加压力或无压的情况下一步合成，目前通常采用Zr, B4C和Si原位反应制备超高温导热陶瓷复合材料，通过原始材料比例的设计可以实现对合成材料组分及含量的调控。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基超高温导热陶瓷复合材料，HfB2基超高温导热陶瓷复合材料可以用同样的方法制备。
无压烧结
与热压烧结方法相比，无压烧结可以实现复杂结构的近净成型，从而可以降低材料/结构的制备成本。超高温导热陶瓷复合材料的无压烧结目前主要有十粉冷等静压处理后烧结、注浆成型烧结和注凝成型烧结，由于在烧结过程中不施加压力，超高温导热陶瓷复合材料很难致密，因此需要采用较高的烧结温度或添加烧结助剂。
★超高温导热陶瓷复合材料力学性能
超高温导热陶瓷复合材料的室温与高温力学性能是该材料使用的关键指标。ZrB2和HfB2基超高温导热陶瓷复合材料弹性量和硬度与致密度密切相关，致密的超高温导热陶瓷复合材料弹性模量在500 GPa左右，硬度在20 GPa左右。超高温导热陶瓷复合材料的室温弯曲强度与烧结后的材料晶粒尺寸密切相关，而晶粒尺寸又取决于初始粉体颗粒粒径(包括基体和增强相)、增强相含量和烧结工艺参数。
★超高温导热陶瓷复合材料抗热冲击性能
超高温导热陶瓷复合材料是一种典型的脆性材料，在极端加热环境下很容易发生热冲击失效，导致灾难性破坏，因此改善其抗热冲击性尤为重要。★超高温陶瓷复合材料抗氧化/烧蚀性能和热响应
温度是影响超高温导热陶瓷材料抗氧化烧蚀性能的最主要影响因素，ZrB2在700℃开始发生明显的氧化，1100℃以下生成的氧化层具有良好的抗氧化性能，但温度高于1200℃氧化生成B}03会因高蒸气压而大量挥发从而渐失抗氧化保护能力，而ZrO2挥发蒸气压非常低，在高温下很稳定。★挑战与展望
超高温导热陶瓷复合材料具有优异的高温综合性能，然而其较低的损伤容限和抗热冲击性能限制了该材料的工程应用，未来将通过微结构的设计和控制实现超高温导热陶瓷复合材料损伤容限和可靠性的大幅度提高，为超高温导热陶瓷材料的应用奠定基础。
在诸多超高温导热陶瓷复合材料强韧化方法中，碳纤维增强增韧、纤维增强体结构与性能退化的抑制及多尺度增韧将是超高温导热陶瓷复合材料未来强韧化的主要研究方向。超高温导热陶瓷材料很难致密化，目前烧结机制尚不完全清楚，尤其是纳米超高温导热陶瓷材料的烧结，未来需要深人研究超高温导热陶瓷材料低温烧结和微结构的精确控制。
第三篇：陶瓷压力传感器原理及应用
陶瓷压力传感器原理及应用
工作原理：抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥闭桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
第四篇：陶瓷的分类及其应用
陶瓷的分类及其应用
(一)按瓷种分类
目前市场上流通的主要有日用瓷器、骨灰瓷器、玲珑日用瓷器、釉下（中）彩日用瓷器、日用精陶器、普通陶瓷和精细陶瓷烹调器等。除骨灰瓷外，其余产品又按外观缺陷的多少或幅度的大小分为优等品、一等品、合格品等不同等级。
(二)按花面装饰方式分类
按花面特色可分为釉上彩、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颜料制成的花纸贴在釉面上或直接以颜料绘于产品表面，再经700~850℃烤烧而成的产品。因烤烧温度没有达到釉层的熔融温度，所以花面不能沉入釉中，只能紧贴于釉层表面。如果用手触摸，制品表面有凹凸感，肉眼观察高低不平。
釉中彩陶瓷彩烧温度比釉上彩高，达到了制品釉料的熔融温度，陶瓷颜料在釉料熔融时沉入釉中，冷却后被釉层覆盖。用手触摸制品表面平滑如玻璃，无明显的凹凸感。
釉下彩陶瓷是我国一种传统的装饰方法，制品的全部彩饰都在瓷坯上进行，经施釉后高温一次烧成，这种制品和釉中彩一样，花面被釉层覆盖，表面光亮、平整，无高低不平的感觉。
色釉瓷则在陶瓷釉料中加入一种高温色剂，使烧成后的制品釉面呈现出某种特定的颜色，如黄色、兰色、豆青色等。
白瓷通常指未经任何彩饰的陶瓷，这种制品市场上销量一般不大。
以上不同的装饰方式，除显示其艺术效果外，主要区别铅、镉等重金属元素含量上。其中釉中彩、釉下彩和绝大部份的色釉瓷、白瓷的铅、镉含量是很低的，而釉上彩如果在陶瓷花纸加工时使用了劣质颜料，或在花面设计上对含铅、镉高的颜料用量过大，或烤烧时温度、通风条件不够，则很容易引起铅、镉溶出量的超标。
（三）按用途的不同分类
1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗等。
2、艺术{工艺}陶瓷：如花瓶、雕塑品．园林陶瓷 器皿 陈设品等。
3、工业陶瓷：指应用于各种工业的陶瓷制品。又分以下6各方面： ①建筑一卫生陶瓷： 如砖瓦，排水管、面砖，外墙砖，卫生洁其等；
②化工{化学}陶瓷： 用于各种化学工业的耐酸容器、管道，塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等；
③电瓷： 用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。电机用套管，支柱绝缘于、低压电器和照明用绝缘子，以及电讯用绝缘子，无线电用绝缘子等；
④特种陶瓷： 甩于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品，有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英
石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。
（二）按所用原料及坯体的致密程度分类可分为：
粗陶（brickware or terra-cotta），细陶（potttery），炻器（stone Ware），半瓷器（semivitreous china），以至瓷器（130relain），原料是从粗到精，坯体是从粗松多孔，逐步到达致密，烧结，烧成温度也是逐渐从低趋高。
（四）陶瓷的应用
陶瓷制品种类繁多，其中主要用于建筑装饰工程中的陶瓷制 品有以下几类。
（l）琉璃制品（琉璃瓦）琉璃制品是用优质粘土塑制成型后烧成的，表面上釉，釉的颜色有黄、绿、黑、蓝、紫等色，富丽堂皇，经久耐用。琉璃瓦多用于民 族色彩的宫殿式大屋顶建筑中。
琉璃瓦主要有两种形式：筒瓦与板 瓦。其它屋面用的琉璃瓦为屋脊、兽头、人物、宝顶等。除用于屋面 外，通过造型设计，已制成的有花窗、栏杆等琉璃制品，广泛用于庭 院装饰中。
（2）陶瓷墙地砖 陶瓷墙地砖是釉面砖、地砖与外墙砖的总称。地砖中包括锦砖（马赛克）、梯沿砖、铺路砖和大地砖等。外墙砖包括彩釉外墙砖和 无釉外墙砖。
釉面砖是用于建筑物内墙装饰的薄板状精陶制品，有时也称 为瓷片。釉面砖的结构由两部分组成，即坯体和表面釉彩层。釉面 砖按正面形状分为正方形砖、长方形砖和异型配砖三种。按表面釉 的颜色分为单色（含白色）砖、花色砖和图案砖三种。异型配砖主要 用于墙面阴阳角及各种收口部位，对装饰效果影响较大。
用釉面砖 装饰建筑物内墙，可使建筑物具有独特的卫生、易清洗和清新美观 的建筑效果。外墙面砖是指用于建筑物外墙的陶质或烟质建筑装饰砖。外 墙面砖有施釉和不施釉之分。从外观上看，表面有光泽或无光泽，或表面光且平和表面粗糙，也就是具有不同的质感。
外墙面砖的颜 色有红、黄、褐等。外墙面砖坚固耐用、色彩鲜艳、易清洗、防火、防 水、耐磨、耐腐蚀、维修费用低，外墙面砖是高档饰面材料，一般用 于装饰等级要求较高的工程，它不仅可以防止建筑物表面被大气 侵蚀，而且可使立面美观。但外墙饰面的不足之处是造价偏高、工 效低、自重大。地砖又称防潮砖或缸砖，有不上釉的也有上釉的，形状有正方 形、六角形、八角形、叶片形等。
地砖表面平整，质地坚硬，耐磨、耐 压、耐酸碱、吸水率小；可擦洗，不脱色不变形；色釉丰富，色调均 匀，可拼出各种图案。新型的仿花岗岩地砖，还具有天然花岗岩的 色泽和质感，经磨削加工后表面光亮如镜。梯沿砖又称防滑条，它坚固耐用，表面有凸起条纹，防滑性能 好，主要用于楼梯，站台等处的边缘。陶瓷锦砖也称马赛克或纸皮砖，是由有多种颜色和多种形状 的锦砖按一定图案反贴在牛皮纸上而成。
它具有抗腐蚀、耐磨、耐 火、吸水率小、抗压强度高、易清洗和永不褪色等优点，而且质地坚 硬、色泽多样，加之规格小，不易踩碎，因而是建筑装饰中常用的一 种材料。
（3）陶瓷壁画 陶瓷壁画是以陶瓷面砖、陶板、锦砖等为原料而制作的具有较 高艺术价值的现代装饰材料。它不是原画稿的简单复制，而是艺术 的再创造。它巧妙地运用绘画技法和陶瓷装饰艺术于一体，经过放 样、制版、刻画、配釉、施釉、烧成等一系列工序，采用浸点、涂、喷、填等多种施釉技法和丰富多彩的窑变技术而产生出神形兼备、巧 夺天工的艺术效果。陶瓷壁画既可镶嵌在高层建筑上，也可陈设在公共场所，如候 机室、候车室、大型会议室、会客室、园林旅游区等地，给人以美的 享受。北京地铁的建国门车站镶嵌着一幅面积达180m’的特大型 陶板壁画一《天文纵横》。
（4）卫生洁具 卫生洁具是现代建筑中室内配套不可缺少的组成部分。陶瓷 质卫生洁具是传统的卫生洁具，主要有洗面器、浴缸、大便器等。
（5）瓷砖，所谓瓷砖，是以耐火的金属氧化物及半金属氧化物，经由研磨、混合、压制、施釉、烧结之过程，而形成之一种耐酸碱的瓷质或石质等之建筑或装饰之材料，主要用于室内室外都使用瓷砖进行装饰，譬如：地面、墙面、台面、壁炉、喷泉以及外墙等等。
第五篇：抗腐蚀陶瓷压力传感器工作原理及应用
抗腐蚀陶瓷压力传感器工作原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面、室膜片的表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性，与激励电压成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0、3.0、3.3mV等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0℃~70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和震动的材料。陶瓷的热稳定性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40℃~135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电器绝缘程度大于2KV，输出信号强，长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其他类型传感器的趋势，在中国越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
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