网站地图
热门搜索: 更多
赌球网  什么是陶瓷?
 
一堆奶油色的瓷餐盘
 
照片:瓷板是非常熟悉的陶瓷例子,但陶瓷也有其他更令人惊讶的用途。
 
玻璃,瓷砖,陶器,瓷器,砖,水泥,钻石和石墨 - 您可以从这个小清单中看到“陶瓷”是一个非常广泛的术语,而我们将难以定义。所有这些非常不同的材料有什么共同之处?
 
从化学角度来看,我们根据陶瓷的含义来定义陶瓷。因此,您会发现大多数科学教科书和词典都告诉您陶瓷是非金属和无机固体(非金属或基于碳化合物的固体);换句话说,当我们拿走金属和有机材料(包括木材,塑料,橡胶和曾经存在的任何东西)时,陶瓷就是我们留下的东西。
 
有些书还试图将陶瓷定义为“耐火”材料,这是一种技术性的材料科学术语,意味着能够忍受极端温度,酸和碱的侵袭以及一般磨损等日常滥用。根据它们的特性(例如,当我们加热它们时,它们如何通过它们传导电流,或者将它们浸泡在水中),通常似乎更容易定义材料。但是一旦我们开始这样做,事情就会变得混乱。例如,石墨(碳的形式或同素异形体)被认为是陶瓷,因为它是非金属和无机的,但(与大多数陶瓷不同)它是柔软的,容易磨损,并且是良好的电导体。因此,如果你只看石墨的性质,你根本不会认为它是陶瓷。出于同样的原因,金刚石(另一种形式的碳)也是陶瓷;它的性能与石墨的性质差别不大,但它们与其他陶瓷的性质相似。 (像碳化钨等现代陶瓷一样,钻石长期以来一直用于切削和钻孔工具)。
 
陶瓷的种类
 
几千年前人们首先开始制造陶瓷(陶器,玻璃和砖是人类最古老的材料之一),我们今天仍在设计全新的陶瓷材料 - 如今汽车的催化转换器和高温超导体为明天的电脑。老式的通用陶瓷(如砖和玻璃)和现代工程陶瓷之间存在很大差异,这些陶瓷有时是为单一的特定用途而设计的,例如从卡车的脏柴油发动机过滤烟灰或制造钻头持续时间长五倍。这就是为什么材料科学家喜欢将陶瓷分为两类:传统陶瓷和先进陶瓷(或工程陶瓷)的原因。

传统陶瓷
砖,陶器,玻璃,瓷器,瓷砖,水泥和混凝土是我们经典,经过时间考验的陶瓷。虽然它们都有不同的用途,但我们仍然可以将它们视为通用材料。以瓷砖为例。我们可以把它们放在家里或外面;在墙壁,地板或屋顶上;我们可以在窗户上粘贴玻璃或在我们的智能手机屏幕上捅掉它 - 我们甚至可以喝出香槟。像这样的陶瓷是古老的材料 - 我们的祖先会认识到 - 随着几个世纪以来逐渐发现越来越多的用途。
 
高级工程陶瓷
 
相比之下,高级陶瓷是专门针对高度特定应用而设计的(大多数自20世纪初以来)。例如,氮化硅和碳化钨设计用于制造特别坚硬的高性能切削刀具 - 尽管它们也有其它用途。大多数现代工程陶瓷是金属氧化物,碳化物和氮化物,这意味着它们是通过将金属原子与氧,碳或氮原子结合而制成的化合物。因此,例如,我们有碳化钨,碳化硅和氮化硼,它们是坚硬的切削工具陶瓷;氧化铝(氧化铝)和二氧化硅用于制造集成电路(“微芯片”);和锂 - 硅氧化物用于制造太空火箭上的热保护鼻锥。高温超导体由钇,钡,铜和氧的晶体制成。
 
并非所有高科技陶瓷材料都是简单的化合物。一些是复合材料,其中陶瓷形成一种称为基质的背景材料,其用另一种材料的纤维(通常是碳纤维,或者有时是完全不同的陶瓷的纤维)增强。这种材料称为陶瓷基复合材料(CMC)。实例包括碳化硅基质(SiC / SiC)中的碳化硅纤维,在它们之间的界面处具有氮化硼 - 用于尖端燃气涡轮喷气发动机的材料。
 
陶瓷为什么会这样?
 
有趣的问题是为什么陶瓷表现得像这样 - 而且这个有趣的答案归结为材料科学:它与内部原子如何粘合在一起有关。这解释了大多数材料的工作原理
 
例如,在金属中,原子相对较弱地键合(这就是大多数金属相当柔软的原因);他们的电子在他们之间共享,在一种可以通过它们“洗涤”的海洋中,这(简单地说)是为什么它们导电和发热。另一方面,像橡胶这样的材料是由长链分子(聚合物)制成的,这些分子彼此非常弱地连接在一起;这就是为什么原料,白色,乳胶橡胶如此有弹性以及为什么黑色硫化橡胶(如汽车轮胎中使用的橡胶)更硬更坚固的原因,因为热硫处理使聚合物链之间形成强烈的交联,保持它们紧紧地在一起所有电子都被锁定在各种键中(没有一个可以随意携带电流),这就是为什么橡胶通常是一个好的绝缘体。
 
陶瓷再次不同。它们的原子是离子键合的(如氯化钠中的钠和氯,普通盐),它们将它们固定在适当的位置(使陶瓷坚硬和坚固)并锁定所有电子(因此,与金属不同,没有自由电子到携带热量或电力)。金属可以弯曲,拉伸,并被拉成线,因为它们的规则堆积的原子排会相互滑过。但在陶瓷中,没有原子排;原子要么被锁定在规则重复的三维晶体中,要么随机排列,形成所谓的无定形固体(没有整洁,内部晶体结构的固体)。如果你用锤子敲打一块金属,你提供的机械能就会随着原子层的跳跃而消散。换句话说,金属弯曲变形。如果你敲打一个像玻璃这样的陶瓷,就没有任何东西可以让玻璃变形并吸收冲击 - 所以它会破碎。这就解释了为什么陶瓷既硬又脆。

 

Copyright © 2015-2016 博山山头同利陶瓷厂 版权所有