陶瓷工程

陶瓷工程是使用無機非金屬材料製造物體的科學技術。陶瓷工程的研究範圍包括包括對原材料的提純、對需要的化學成分的研究和生產以及對產物的結構、成分和性質的研究。

陶瓷材料可能含有全部或者部分的晶體結構,在原子層面上是大範圍有序的。玻璃陶瓷可能有不定型或類似玻璃的結構,幾乎沒有有序度或者只能小範圍有序。他們的製造方法可能通過是熔化物質冷卻凝固,通過加熱、或者在低溫下通過化學手段如水熱或溶膠凝膠法得到。

陶瓷材料特性使其能夠在材料工程、電子工程、化學工程以及機械工程中得到很多應用。由於通常陶瓷非常耐熱,他們可以用於很多金屬和聚合物無法勝任的地方。陶瓷材料在工業中有廣泛的應用,包括採礦、航天、醫藥、精煉、軍事、食品和化學工廠、電子行業、工業輸電、以及光波導傳輸等等。

歷史

陶瓷這個詞(ceramic)來自希臘語單詞κεραμικός (keramikos),意思是陶器。這個單詞和古印歐語詞根燃燒有關。[2] 在英語中,陶瓷可以用作單數名詞,指陶瓷材料或者陶瓷製品,或者作為形容詞使用。複數形式的陶瓷可以用來指使用陶瓷材料製作東西。和許多科學技術一樣,陶瓷工程經過了很大的發展,它在以前的含義和今天的標準有很大的不同。材料科學工程和陶瓷工程現在聚合在了一起。

利奧·莫蘭迪的瓷磚上釉生產線(約1945年)。
1709年,亞伯拉罕·達比在英國的什羅普首次使用了焦炭,以增加熔煉過程的產量。現在焦炭在生產碳化物陶瓷中已經得到了廣泛的應用。1759年,陶工喬賽亞·韋奇伍德在英國的特倫特河畔斯托克開辦了第一家現代陶瓷工廠。1888年,奧地利化學家卡爾·拜耳為俄羅斯的紡織業開發了一種從礬土礦石中分離鋁的生產技術,這種技術被稱為拜爾法。現在,拜爾法仍然被用來為陶瓷工業和鋁工業提純鋁。皮埃爾·居里和雅克·居里兩兄弟在約1880年發現了酒石酸鉀鈉具有壓電特性,壓電性是電子陶瓷的關鍵特性之一。

1983年,愛德華·古德里奇·艾奇遜通過加熱焦炭與粘土的混合物發明了碳化矽,或稱合成碳化矽。法國化學家亨利·莫瓦桑也幾乎同時在他的電弧爐中合成了碳化矽和碳化鎢。1923年,卡爾·施羅特在德國使用液相燒結是莫瓦桑的碳化物粒子與鈷結合(或稱黏合)。使用這種與金屬結合的碳化物製成刀刃可以大大延長加硬鋼製成的刀具的壽命。二十世紀二十年代,瓦爾特·能斯特開發了立方氧化鋯生產技術。這種材料在排氣系統中用作氧氣感應器。在工程中使用陶瓷的唯一限制是它的易碎性。

軍用需求

第二次世界大戰(1939-1945)中對陶瓷的軍用需求極大的促進了陶瓷工程的發展。戰爭產生了對高性能材料的需求,從而加速了陶瓷科學技術的發展。在二十世紀的六十年代和七十年代中,由於核技術、電子行業、通信行業以及太空技術的要求,許多新型陶瓷被開發出來了。1986年,發現了陶瓷超導體,這引起了對陶瓷超導體的在電子器件、電動機和運輸設備中的應用的研究興趣。

軍隊部門對高強度的堅固的材料的有越來越高的需求,這種材料可以在可見光和中紅外波段傳輸光。這些材料可以用於需要透明裝甲的場合。透明裝甲一種材料或者一系列的材料,它們是透明的並且可以提供對彈片的防護。對透明裝甲的主要需求不僅僅是用來打敗有威脅的敵人,同時也可以提供一種最少干擾周圍區域的多打擊能力。透明裝甲的視窗必須與夜視裝備兼容。人們正在尋找新的更薄、更輕,可以提供更強的防護能力的材料[3]。這種固體的部件在許多不同場合都有著廣泛應用,如在光電方面可以用於傳輸光波的光纖、光開關、光放大器和透鏡,製造固體雷射器主機和氣體雷射器的透明窗的材料,以及用於飛彈制導系統和紅外夜視系統的紅外線熱搜索設備。

以上文章節錄於 維基百科