陶瓷與化學(xué)的關(guān)系
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-11-07
陶瓷是指由陶土或瓷土等硅酸鹽，經(jīng)過成型燒結(jié)，部分熔融成玻璃態(tài)，通過它將微小的石英和其他氧化物晶體包裹結(jié)合在一起形成的材料。它是含有玻璃相和結(jié)晶相的復(fù)合物質(zhì)。
陶瓷分為陶器和瓷器兩大類，兩者的差別在于:
(1)陶器用陶土燒制，呈黃褐色，較粗糙;瓷器以瓷土即高嶺土燒制，般顏色潔白光滑。
(2)陶器燒成溫度較低，約700℃-800℃，有較多孔隙和較強(qiáng)吸水性，叩之發(fā)聲沉悶;瓷器需經(jīng)1300℃以上高溫?zé)?，致密?jiān)硬，吸水率低，叩之發(fā)聲清脆.
(3)陶器一般不施釉;瓷器表面施釉，能防止污染物黏附。
精密陶瓷或新型陶瓷材料在化學(xué)成分、燒制工藝上都和傳統(tǒng)陶瓷不同，因而使它具有獨(dú)特的性能。在化學(xué)成分上，除硅酸鹽外，還包括其他金屬化合物，如氧化鋁、氧化錯(cuò)、稀土氧化物、氧化鈦及氮化物、碳化物和硼化物等人工合成的高純超細(xì)粉，使它具有精確的配料。燒制工藝是在嚴(yán)格控制的條件下進(jìn)行成型、燒結(jié)和處理，制成具有特定的相組成和顯微結(jié)構(gòu)的無機(jī)復(fù)合材料。下面簡(jiǎn)單介紹其中幾種特殊的陶瓷材料。
1.無機(jī)氧化物超導(dǎo)陶瓷
傳統(tǒng)陶瓷最明顯的一種特性是它具有絕緣性，利用它的這種對(duì)電流絕緣和耐熱的性質(zhì)，在日用電器中用陶瓷燒制成小瓷管、電插座和小瓷墊使用，在變電站和傳送電能的輸電鐵塔都用大的絕緣瓷管使電線處在瓷絕緣體的保護(hù)之中20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)氧化物超導(dǎo)體，它的成分、出現(xiàn)超導(dǎo)的臨界溫度(Te)和發(fā)現(xiàn)年代如下:
(La, Sr)2Cuo4 35K 1986
YBA2 Cu3O7 95K 1987
Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 O10 125K 1988
其中Tc達(dá)90K以上的Y-Ba-Cu-O系和T-Ba-Ca-Cu-O系、Bi-SrCa-Cu-O系的超導(dǎo)陶瓷具有液氮區(qū)的超導(dǎo)性，開辟了超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的廣闊前景。對(duì)超導(dǎo)陶瓷的配料、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用在世界范圍蓬勃發(fā)展，其中許多關(guān)鍵性的工作，需要化學(xué)家的配合和研究。
2.生物醫(yī)用陶瓷
生物醫(yī)用陶瓷具有很強(qiáng)的耐腐蝕性、生物相容性和無毒副作用，作為人工骨和假牙等早已使用。它和金屬材料和高分子相比，顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性。例如不銹鋼在常溫下是非常穩(wěn)定的材料，但把它做成人工關(guān)節(jié)植入體內(nèi)，三五年后便會(huì)出現(xiàn)腐蝕斑，還會(huì)有微量鉻、鎳離子析出。鈦合金鋼耐腐性好，但價(jià)格昂貴。有機(jī)高分子材料做成的人工器官容易老化。相比之下，生物醫(yī)用陶瓷更適合植入人體。醫(yī)用陶瓷還具有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)陶瓷的化學(xué)成分和組成范圍可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求配料和控制燒制工藝，使達(dá)到預(yù)定性能。
(2)生物醫(yī)用陶瓷是在高溫下燒制形成，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，不會(huì)產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象;在體內(nèi)不易溶解、氧化、腐蝕變質(zhì)，也便于消毒。
(3)燒制前容易成型，可根據(jù)需要制成各種形態(tài)和尺寸，燒制后表面光潔、耐磨性強(qiáng)，還便于后加工。
(4)如作假牙，可配加適當(dāng)成分使其著色，利于美容和整容使用。
3.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷
由氮化硅、氧化錯(cuò)、氧化鋁和碳化硅等組成的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，改善了傳統(tǒng)陶瓷的脆性，發(fā)揮這些化合物由共價(jià)鍵結(jié)合，具有高硬度、高強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性、高電絕性等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用日益廣泛。將其制成軸承材料，工作溫度可達(dá)1200℃比普通軸承的工作溫度高一倍以上。運(yùn)轉(zhuǎn)速度可達(dá)普通軸承的10倍，還可以免除潤滑劑（九料化工http://f670.cn/）。
用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷制造的發(fā)動(dòng)機(jī)，工作溫度能穩(wěn)定在1300℃左右，由于燃料能充分燃燒面又不需要水冷系統(tǒng)，使熱效率大幅度提高。由于陶瓷的密度低于鋼鐵，用陶瓷制作的發(fā)動(dòng)機(jī)較輕，這對(duì)汽車、航空事業(yè)具吸引力，正致力于研制無冷卻式陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)?；瘜W(xué)在其中發(fā)揮重大作用。
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