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陶瓷定义和化学(陶瓷如何用于化学)

陶瓷定义和化学(陶瓷如何用于化学)

“陶瓷”一词来自希腊语“keramikos”,意思是“陶器”。虽然最早的陶瓷是陶器,但该术语包含一大类材料,包括一些纯元素。陶瓷是一种无机的非金属固体,通常基于氧化物、氮化物、硼化物或碳化物,在高温下烧制。陶瓷可以在烧制之前上釉,以产生减少孔隙率并具有光滑、通常有色表面的涂层。许多陶瓷在原子之间含有离子键和共价键的混合物。所得材料可以是结晶的、半结晶的或玻璃状的。具有相似成分的无定形材料通常称为“玻璃”。

陶瓷的四种主要类型是白色陶瓷、结构陶瓷、技术陶瓷和耐火材料。白色器皿包括炊具、陶器和墙砖。结构陶瓷包括砖、管、屋面瓦和地砖。技术陶瓷也称为特殊、精细、高级或工程陶瓷。此类包括轴承、特殊瓷砖(例如航天器隔热板)、生物医学植入物、陶瓷制动器、核燃料、陶瓷发动机和陶瓷涂层。耐火材料是用于制造坩埚、行窑和在燃气壁炉中散热的陶瓷。

陶瓷是如何制造的

陶瓷原料包括粘土、高岭土、氧化铝、碳化硅、碳化钨和某些纯元素。原材料与水混合形成可成型或模塑的混合物。陶瓷制成后很难加工,因此通常将它们塑造成最终所需的形状。让模型干燥并在称为窑的烤箱中烧制。烧制过程提供能量以形成新的化学键在材料中(玻璃化),有时还有新矿物(例如,烧瓷时高岭土形成的莫来石)。防水、装饰或功能性釉料可以在第一次烧制之前添加,或者可能需要后续烧制(更常见)。陶瓷的第一次烧制会产生一种称为 bisque 的产品。第一次燃烧会烧掉有机物和其他挥发性杂质。第二次(或第三次)烧制可称为上釉。

陶瓷的例子和用途

陶器、砖块、瓷砖、陶器、瓷器和瓷器是陶瓷的常见例子。这些材料以用于建筑、手工艺和艺术而闻名。还有很多其他的陶瓷材料:

  • 过去,玻璃被认为是一种陶瓷,因为它是一种无机固体,可以像陶瓷一样经过烧制和处理。然而,由于玻璃是无定形固体,玻璃通常被认为是一种单独的材料。陶瓷的有序内部结构对其性能起着很大的作用。
  • 固体纯硅和碳可以被认为是陶瓷。严格意义上来说,钻石可以称为陶瓷。
  • 碳化硅和碳化钨是具有高耐磨性的技术陶瓷,可用于防弹衣、采矿耐磨板和机器部件。
  • 氧化铀(UO 2是一种用作核反应堆燃料的陶瓷。
  • 氧化锆(二氧化锆)用于制造陶瓷刀片、宝石、燃料电池和氧传感器。
  • 氧化锌(ZnO)是一种半导体。
  • 氧化硼用于制造防弹衣。
  • 铋锶铜氧化物和二硼化镁(MgB 2)是超导体。
  • 滑石(硅酸镁)用作电绝缘体。
  • 钛酸钡用于制造加热元件、电容器、传感器和数据存储元件。
  • 陶瓷制品在考古学和古生物学中很有用,因为它们的化学成分可以用来识别它们的起源。这不仅包括粘土的成分,还包括回火的成分——在生产和干燥过程中添加的材料。

陶瓷的特性

陶瓷包含的材料种类繁多,很难概括它们的特性。大多数陶瓷具有以下特性:

  • 高硬度
  • 通常较脆,韧性较差
  • 高熔点_
  • 耐化学性
  • 导电性和导热性差
  • 低延展性
  • 高弹性模量
  • 高抗压强度
  • 对各种波长的光学透明度

例外情况包括超导和压电陶瓷。

相关术语

陶瓷的制备和表征科学称为陶瓷学。

复合材料由不止一类材料组成,其中可能包括陶瓷。复合材料的例子包括碳纤维和玻璃纤维。金属陶瓷是一种含有陶瓷和金属的复合材料。

玻璃陶瓷是 一种具有陶瓷成分的非晶态材料。虽然结晶陶瓷往往是模制的,但玻璃陶瓷是通过铸造或吹制熔体形成的。玻璃陶瓷的例子包括“玻璃”炉灶和用于粘合核废料以进行处置的玻璃复合材料。

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