第五章非金屬功能材料5.1引言5.2建筑功能材料5.3功能陶瓷材料5.1引言

功能材料是指在電、光、熱、催化、分離、生物和醫(yī)學(xué)等方面具有特殊性能的材料。如日光燈管的內(nèi)壁涂有發(fā)光材料；照像膠卷上有感光材料；擴(kuò)音器話筒和電唱機(jī)唱頭里裝有壓電晶體材料。這些材料均屬于功能材料。

“電腦”、“電眼”、“電鼻”、“電耳”等就是分別采用記憶、光電、氣敏、壓電晶體等功能材料制成的。5.1引言

非金屬功能材料種類(lèi)豐富、應(yīng)用廣泛。本章主要向讀者介紹：①建筑功能材料，包括棉梗人造板、蔗渣人造板等非木材木質(zhì)植物人造板，纖維增強(qiáng)硅酸鈣板、纖維增強(qiáng)水泥平板、飾面型防火涂料、阻燃?jí)埖确阑鸩牧?，橡膠系防水卷材、塑料系防水卷材等防水材料；②功能陶瓷材料，包括電子陶瓷、光學(xué)陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷、多功能木基陶瓷等。5.2建筑功能材料5.2.1建筑與建筑功能材料

建筑材料是人類(lèi)建造建筑物時(shí)所用一切材料的總稱(chēng)，或者說(shuō)是構(gòu)成建筑物的所有材料的總稱(chēng)。它是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。

建筑材料的種類(lèi)極其繁多，可以從不同角度對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)建筑材料在建筑物中的部位及使用性能，大體分為三大類(lèi)：

建筑結(jié)構(gòu)材料、墻體材料與建筑功能材料。5.2建筑功能材料5.2.1建筑與建筑功能材料

建筑功能材料：

主要指擔(dān)負(fù)某些建筑功能的、非承重用的材料，它們賦予建筑物防水、防火、保溫、隔熱、采光、隔聲、裝飾等功能，決定著建筑物的使用功能與建筑品質(zhì)。5.2建筑功能材料5.2.2建筑功能材料的分類(lèi)

建筑功能材料的種類(lèi)繁多，功能各異，用途廣泛。通常按材料在建筑物或構(gòu)筑物中的功能進(jìn)行分類(lèi)，5.2建筑功能材料5.2.2建筑功能材料的分類(lèi)（1）建筑保溫隔熱材料（2）建筑防水材料（3）建筑防火材料（4）建筑聲學(xué)材料（5）建筑光學(xué)材料（6）功能混凝土建筑保溫隔熱材料材料的導(dǎo)熱性絕熱材料的類(lèi)型常用絕熱材料

一、材料的導(dǎo)熱性1.材料的傳熱方式：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。導(dǎo)熱系數(shù)λ：在數(shù)值上等于厚度為1m的材料，當(dāng)其相對(duì)兩側(cè)表面溫度差為1K時(shí)，經(jīng)單位面積（1m2）單位時(shí)間（1s）所通過(guò)的熱量。導(dǎo)熱系數(shù)是評(píng)定材料導(dǎo)熱性能的重要物理指標(biāo)。絕大多數(shù)材料，所測(cè)得的導(dǎo)熱系數(shù)值實(shí)際上為傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的綜合結(jié)果。熱阻R：表征材料阻抗傳熱能力的物理量。2.

導(dǎo)熱系數(shù)與熱阻單一材料層多層勻質(zhì)材料層

3.影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素組成與結(jié)構(gòu)。表觀密度。最佳表觀密度（孔隙多而小，但不連通，密度小，可能連通）?？紫洞笮∨c特征?？障抖喽?duì)隔熱有利。濕度與含水量。溫度。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。這種影響在0~50℃范圍內(nèi)并不大，只有對(duì)處于高溫或負(fù)溫下才有影響。熱流方向。

4.提高材料或復(fù)合體絕熱性能的途徑盡量采用有機(jī)高分子材料或無(wú)定形的無(wú)機(jī)材料。使材料的表觀密度達(dá)到絕熱最佳密度。空氣夾層。使孔隙多而小。真空化處理或填充導(dǎo)熱系數(shù)小于空氣的氣體。表面材料熱反射率高。

二、絕熱材料的類(lèi)型多孔型纖維型反射型1.無(wú)機(jī)絕熱材料石棉及制品礦渣棉及其制品巖棉及制品玻璃棉及制品膨脹珍珠巖及其制品膨脹蛭石及其制品泡沫混凝土和加氣混凝土泡沫玻璃微孔硅酸鈣制品絕熱材料：對(duì)熱流具有顯著阻抗性的材料。λ≤0.23。習(xí)慣上將用于控制室內(nèi)外熱量外流的材料叫做保溫材料；把防止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的材料叫隔熱材料。三、常用絕熱材料2.有機(jī)絕熱材料軟木板木絲板毛氈輕質(zhì)鈣塑板泡沫塑料

建筑防水材料

防水卷材防水涂料建筑密封材料剛性防水材料防水卷材瀝青防水卷材高聚物改性瀝青防水卷材合成高分子防水卷材紙?zhí)ナ蜑r青油氈玻璃布胎瀝青油氈SBS改性瀝青防水卷材APP改性瀝青防水卷材PVC改性焦油瀝青防水材料再生膠改性瀝青防水卷材橡膠類(lèi)（如三元乙丙橡膠防水卷材）塑料類(lèi)（如聚氯乙烯防水卷材）橡塑類(lèi)（如氯化聚乙烯橡膠共混材料）成本低，抗裂抗老化差，溫度敏感性差綜合性能好，污染小，是防水卷材的發(fā)展方向。一、防水卷材

瀝青卷材油氈按原紙1m2的重量克數(shù)分為200、350和500共3種標(biāo)號(hào)。施工時(shí)，必須先將隔離材料清除掉，粘結(jié)材料要與油氈使用的瀝青為同系列材料。

油紙（氈）的生產(chǎn)

二、防水涂料防水涂料瀝青基防水涂料高聚物改性瀝青防水涂料合成高分子防水涂料冷底子油乳化瀝青氯丁橡膠瀝青防水涂料SBS瀝青防水涂料再生橡膠瀝青防水涂料聚氨酯防水涂料聚氨酯煤焦油防水涂料丙烯酸酯防水涂料硅橡膠防水涂料

快揮發(fā)性冷底子油。石油瀝青：汽油＝30：70；慢揮發(fā)性冷底子油。石油瀝青：煤油或輕柴油＝40：60

；用途：增加基層粘結(jié)力和憎水性。原理：溶劑揮發(fā)，在基層形成瀝青膜。可以在常溫下涂刷，故稱(chēng)冷底子油。一般隨用隨配。冷底子油

三、建筑密封材料密封材料不定型材料（密封膏、嵌縫膏）定形材料（密封條、止水帶）非彈性密封材料——瀝青嵌縫油膏彈性密封材料聚氯乙稀防水接縫材料丙烯酸酯建筑密封膏聚氨酯建筑密封膏聚硫建筑密封膏硅酮建筑密封膏

四、剛性防水材料指防水混凝土和防水砂漿。在混凝土和砂漿中摻入各種防水劑。氯化鐵防水劑；三乙醇胺復(fù)合早強(qiáng)防水劑；有機(jī)硅防水劑；補(bǔ)償收縮防水劑。常用防水劑

建筑防火材料

材料防火的概念高溫下（火災(zāi)）鋼筋混凝土的力學(xué)性能變化常用建筑防火材料一、材料防火的概念1.材料防火對(duì)性能的要求（1）高溫下的物理力學(xué)性能（2）導(dǎo)熱性能（3）燃燒性能（4）發(fā)煙性能（5）潛在毒性2.建筑材料的分級(jí)和建筑物的耐火等級(jí)（1）材料的分級(jí)：燃燒性能（2）建筑物的耐火等級(jí)：燃燒性能、耐火極限二、高溫下（火災(zāi)）鋼筋混凝土的力學(xué)性能變化1.高溫下混凝土的結(jié)構(gòu)（1）各種水分的逃逸（2）水泥石的破壞2.高溫下混凝土的強(qiáng)度（1）抗壓強(qiáng)度（2）彈性模量（3）抗拉強(qiáng)度二、高溫下（火災(zāi)）鋼筋混凝土的力學(xué)性能變化3.高溫下鋼筋的力學(xué)性能變化（1）強(qiáng)度（2）模量（3）熱膨脹系數(shù)4.混凝土保護(hù)層厚度對(duì)構(gòu)件耐火極限的影響三、常用建筑防火材料1.防火涂料（1）膨脹型（2）非膨脹型2.防火板（1）FC纖維水泥加壓板（2）泰柏板（3）硅鈣板（4）紙面石膏板建筑聲學(xué)材料

材料的吸聲性吸聲材料及其構(gòu)造隔聲材料一、材料的吸聲性聲波遇到材料表面，一部分被反射，一部分穿透材料，其余的被材料吸收。吸聲系數(shù)吸聲系數(shù)與入射角度有關(guān)。吸聲系數(shù)與聲波頻率有關(guān)。通常采用125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz六個(gè)頻率的吸聲系數(shù)來(lái)表示某一材料的吸聲系數(shù)。

二、吸聲材料及其構(gòu)造吸聲材料：125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz六個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料。多孔吸聲材料；柔性吸聲材料；簾幕吸聲體；懸掛空間吸聲體；薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)；穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)；空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)。

三、隔聲材料1.空氣聲的隔絕2.固體聲（撞擊聲）的隔絕τ—聲波透射系數(shù)；Et—透過(guò)材料的聲能；E0—入射總聲能R—材料的隔聲量，dB隔絕空氣聲，主要服從質(zhì)量定律，即材料的體積密度越大，質(zhì)量越大，隔聲性能越好。隔絕固體聲，最有效的方法是采用不連續(xù)結(jié)構(gòu)處理，如在墻壁和承重梁之間、房屋的框架和墻板之間加彈性襯墊，或在樓板上加彈性地毯

建筑光學(xué)材料

采光是人們對(duì)建筑的基本要求，而在各種無(wú)機(jī)建筑材料中唯一具有透光性的材料便是玻璃。

玻璃是一種既古老又新興的建筑光學(xué)材料，最大的特點(diǎn)就是透明性，因此過(guò)去在建筑上主要用作采光和裝飾材料。已從單純的窗用采光材料發(fā)展成為控制光線、調(diào)節(jié)熱量、節(jié)約能源、降低噪音及減輕結(jié)構(gòu)自重、美化建筑環(huán)境、提高建筑藝術(shù)功能的多功能建筑光學(xué)材料。近年來(lái)，兼具光學(xué)、裝飾等多功能的玻璃新品種不斷問(wèn)世?，F(xiàn)代建筑越來(lái)越多地采用大面積的玻璃門(mén)窗、玻璃幕墻和玻璃構(gòu)件。玻璃已成為現(xiàn)代建筑中重要的、不可缺少的多功能建筑光學(xué)材料。

功能混凝土

混凝土是當(dāng)代用量最大的人造建筑材料，具有原材料來(lái)源廣、成本低、塑性好、易于成型、硬化后有較好的力學(xué)性能和良好的耐久性以及性能可以隨意調(diào)整、用途廣泛等多種優(yōu)點(diǎn)。采用特種材料或功能組分，或者采用特種生產(chǎn)工藝、施工方法制成的功能混凝土，在具備傳統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，兼有防水、防火、防爆、防輻射、耐油、耐酸、耐堿、導(dǎo)電、裝飾等多種特殊功能，是集結(jié)構(gòu)與功能一體化的經(jīng)濟(jì)適用的新型建筑功能材料。

5.2.3非木材木質(zhì)植物人造板5.2.3.1概述

非木材木質(zhì)植物人造板，主要指利用化學(xué)成分與木材相近的農(nóng)作物秸稈（如棉梗、麻稈、蔗渣、葵花稈）、竹子、木質(zhì)藤條等原材料（見(jiàn)表5-1）制備的建筑功能板材。5.2.3非木材木質(zhì)植物人造板5.2.3.1概述非木材木質(zhì)植物原料大多用于生產(chǎn)纖維板和碎料板，特別是近些年來(lái)，由于廢水污染控制愈來(lái)愈嚴(yán)，非木材木質(zhì)植物原料越來(lái)越多地用于碎料板的生產(chǎn)。非木材木質(zhì)植物人造板種類(lèi)歸納如表5-2。5.2.3非木材木質(zhì)植物人造板5.2.3.1概述非木材木質(zhì)植物人造板的生產(chǎn)工藝與設(shè)備木材原料與非木材木質(zhì)植物原料并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，只是化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)上有細(xì)微差別。因此，非木材木質(zhì)植物人造板的工藝與設(shè)備基本上是套用木材人造板的工藝及設(shè)備，并根據(jù)原料性能上的差別作一些相應(yīng)的調(diào)整，如非木材纖維板與碎料板的生產(chǎn)均是如此。（一）木材人造板生產(chǎn)工藝與設(shè)備的借用及其改革⑴非木材植物纖維板①備料；②制漿；③成型；④熱壓；⑤后處理⑵非木材植物碎料板①備料；②干燥與拌膠；③鋪裝與熱壓圖5-2濕法棉稈纖維板生產(chǎn)流程（二）特殊的工藝與設(shè)備⑴幾種特殊的工藝與設(shè)備①蔗渣的除髓。髓是蔗渣中的雜細(xì)胞，其含量達(dá)30%～50%，對(duì)板材質(zhì)量及加工工藝影響很大，尤其是對(duì)板材的吸水率。②棉（麻）稈的除皮。棉稈與麻稈的表層有一層不易切斷的絲狀物，它本身切斷后有可能提高制品的質(zhì)量。但是，這層未切斷的絲狀物常纏繞在生產(chǎn)線的輸送設(shè)備上，引起摩擦起火、堵塞。⑵竹材人造板的特殊工藝及設(shè)備竹材人造板中，竹編膠合板的備料較特殊，采用破篾后的竹編席作單板而后層壓，竹編席目前均用人工，還沒(méi)有研制出專(zhuān)用設(shè)備。竹簾膠合板的竹簾已有專(zhuān)用的編簾機(jī)。5.2.3.2棉梗人造板我國(guó)是世界產(chǎn)棉大國(guó)，黃河流域、長(zhǎng)江中下游流域及新疆各省、自治區(qū)均盛產(chǎn)棉花，有著極其豐富的棉稈資源。棉稈過(guò)去大多數(shù)用作燃料或任其腐爛，近些年已開(kāi)發(fā)用作人造板原料。一、棉稈的特性及其對(duì)板材加工的影響（一）棉稈的構(gòu)造與纖維形態(tài)（二）棉稈的吸水、吸濕及干縮性（三）棉稈的力學(xué)性質(zhì)（四）棉稈的化學(xué)成分與pH值棉稈作為人造板原料有如下特點(diǎn)及其影響：(1)棉稈徑級(jí)小，形體蓬松，可壓縮性大，密度小，容積比重為0.2～0.38。(2)棉稈皮約占棉稈的25%～30%，含量較高，性質(zhì)強(qiáng)韌。(3)棉稈原料的有機(jī)雜質(zhì)較多，熱水抽出物高，棉稈皮的水抽出物更高達(dá)16%以上。(4)棉稈纖維板生產(chǎn)中棉稈漿和其它草類(lèi)漿相比，纖維潤(rùn)脹性良好、吸水性強(qiáng)。(5)棉稈作為農(nóng)作物的副產(chǎn)品，其表皮和根部附著的泥沙較多，如不清洗除去，將影響板材的結(jié)合和質(zhì)量，并在工藝上造成不良影響。5.2.3.3蔗渣人造板蔗渣是非木材植物人造板開(kāi)發(fā)利用最早的原料之一，我國(guó)利用蔗渣生產(chǎn)硬質(zhì)纖維板是在1959年。（一）組織結(jié)構(gòu)與纖維形態(tài)（二）化學(xué)成分（三）蔗渣的碎料形態(tài)（四）pH值由于蔗渣原料的化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)、形態(tài)尺寸等方面與木材原料有一定差別，因而在人造板生產(chǎn)工藝上與使用木材原料相比有其特殊點(diǎn)，總結(jié)起來(lái)有下述幾點(diǎn)：(1)蔗髓對(duì)人造板生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量有不利影響，因此需要增加除髓工序以除去原料中的蔗髓。(2)蔗渣碎料板生產(chǎn)中，篩分有其重要作用。(3)由于蔗渣中可溶物成分含量及易水解成分含量高，對(duì)濕法生產(chǎn)中漿料的脫水、施膠及熱壓成型均帶來(lái)工藝上的困難，并造成對(duì)質(zhì)量上的不良影響，因此往往需要增加洗漿工序或采取其它有關(guān)措施。5.3功能陶瓷材料什么是功能陶瓷功能陶瓷是指具有電、光、磁以及部分化學(xué)功能的多晶無(wú)機(jī)固體材料，其功能的實(shí)現(xiàn)主要來(lái)自于它所具有的特定的電絕緣性、半導(dǎo)體性、導(dǎo)電性、壓電性、鐵電性、磁性、生物適應(yīng)性等。功能陶瓷材料功能陶瓷的種類(lèi)電子陶瓷超導(dǎo)陶瓷磁性陶瓷光學(xué)陶瓷生物陶瓷敏感陶瓷木基陶瓷建筑裝飾陶瓷功能陶瓷材料電子陶瓷陶瓷固體電解質(zhì)陶瓷固體電解質(zhì)是處于固體狀態(tài)而能像液體（酸、堿、鹽在溶解和熔融狀態(tài)下）那樣發(fā)生離子快速遷移、具有離子導(dǎo)電性的陶瓷材料，又稱(chēng)陶瓷快離子導(dǎo)體。在能源、冶金、環(huán)保、電化學(xué)器件等領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。如ZrO2用于汽車(chē)尾氣凈化、鋼水定氧及制作高溫燃料電池；β-Al2O3用作鈉硫電池、金屬鈉提純等電化學(xué)器件的電解質(zhì)隔膜等。稀土元素在該領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，按其作用可把陶瓷固體電解質(zhì)分為4類(lèi)。陶瓷固體電解質(zhì)⑴稀土化合物固體電解質(zhì)稀土化合物固體電解質(zhì)是具有快離子導(dǎo)電性的稀土化合物。又可分為3類(lèi)：第1類(lèi)是立方螢石結(jié)構(gòu)稀土氧化物以及鈣鈦礦型稀土化合物，都是氧離子導(dǎo)體；第2類(lèi)是氟鈰礦結(jié)構(gòu)LaF3、CeF3等氟離子導(dǎo)體；第3類(lèi)是通過(guò)β-Al2O3離子交換得到的稀土的二價(jià)或三價(jià)離子導(dǎo)體。⑵稀土化合物作穩(wěn)定劑的固體電解質(zhì)很多固體電解質(zhì)材料高電導(dǎo)只存在于高溫相，必須將這些高溫導(dǎo)電相穩(wěn)定到低溫才能實(shí)用，常用方法是加入另一化合物使之形成固溶體而使高溫相穩(wěn)定下來(lái)，加入的化合物就是穩(wěn)定劑。稀土化合物作為穩(wěn)定劑得到廣泛應(yīng)用。陶瓷固體電解質(zhì)⑶稀土化合物作摻雜劑的固體電解質(zhì)稀土化合物可作摻雜劑。作為摻雜的稀土離子進(jìn)入晶格而形成一定的缺陷結(jié)構(gòu)，從而提高固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。⑷稀土離子交換的固體電解質(zhì)β-Al2O3是一類(lèi)很重要的固體電解質(zhì)材料，通式為Na2O.nAl2O3（n=5.33～8.5），其中遷移離子Na+可以被多種離子交換，比如用Eu2+、Gd3+、Ce3+等稀土離子進(jìn)行離子交換，可獲得具有高離子導(dǎo)電性的功能材料。功能陶瓷材料電子陶瓷壓電陶瓷當(dāng)外力作用于晶體時(shí)，發(fā)生與應(yīng)力成比例的介質(zhì)極化，同時(shí)在晶體兩端將出現(xiàn)正負(fù)電荷，這種由于形變而產(chǎn)生的電效應(yīng)，稱(chēng)為壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)在晶體上施加電場(chǎng)引起極化時(shí)，將產(chǎn)生與電場(chǎng)成比例的變形或壓力，稱(chēng)之為逆壓電效應(yīng)。材料的壓電效應(yīng)取決于晶體結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性，晶體必須有極軸，才有壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是具有壓電效應(yīng)的陶瓷材料功能陶瓷材料壓電陶瓷的種類(lèi)壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鋇（PZT）、改性PZT等。壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化。對(duì)鈦酸鋇和鈦酸鉛，當(dāng)溫度高于居里溫度Tc時(shí)，為立方晶體，具有對(duì)稱(chēng)性，無(wú)壓電效應(yīng)；低于Tc時(shí)，為四方晶體，具有非對(duì)稱(chēng)性，有壓電效應(yīng)。功能陶瓷材料壓電陶瓷的應(yīng)用壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，可以批量生產(chǎn)，能控制極化方向，添加不同成分，可改變壓電特性。壓電陶瓷可用作超聲波發(fā)生源的振子或水下測(cè)聲頻儀器上的振子；也可用作聲轉(zhuǎn)換器。但壓電陶瓷收到機(jī)械應(yīng)力的作用時(shí)，由壓電效應(yīng)發(fā)生的電能可用于煤氣灶的點(diǎn)火器和打火機(jī)等；壓電陶瓷還可用于濾波器等。功能陶瓷材料電子陶瓷光電陶瓷當(dāng)光電陶瓷受到光照射時(shí)，由于能帶間的遷移和能帶與能級(jí)間的遷移而引起光的吸收現(xiàn)象時(shí)，能帶內(nèi)產(chǎn)生自由載流子，而使電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)現(xiàn)象。光電陶瓷是具有光電導(dǎo)效應(yīng)的陶瓷材料利用光電導(dǎo)效應(yīng)檢測(cè)光強(qiáng)度的元件稱(chēng)為光敏元件。檢測(cè)從波長(zhǎng)很短的X射線到波上很長(zhǎng)的紫外線的光敏元件主要是燒結(jié)GdS多晶；如果在GdS中添加Cu雜質(zhì)，可以用作檢測(cè)可見(jiàn)光的光敏元件。功能陶瓷材料電子陶瓷電光陶瓷給各向異性的電解質(zhì)施加電場(chǎng)后，壓電效應(yīng)使晶格產(chǎn)生畸變，介質(zhì)的折射率產(chǎn)生變化。其中隨電場(chǎng)成線性變化的現(xiàn)象稱(chēng)普克爾效應(yīng)；隨電場(chǎng)的平方變化的現(xiàn)象稱(chēng)為克爾效應(yīng)。一般把兩者總稱(chēng)為電光效應(yīng)。相反，由于高電場(chǎng)引起電子狀態(tài)密度變化而使折射率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為電子光學(xué)效應(yīng)，以區(qū)別于電光效應(yīng)。具有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的晶體中，不能顯示出普克爾效應(yīng)，而只顯示出克爾效應(yīng)。功能陶瓷材料電子陶瓷電光陶瓷典型的電光陶瓷是PLZT陶瓷，它是用La置換PbTiO3-PbZrO3中部分Pb的固溶體（Pb1-χLaχ）（Zr1-yTiy）O3，其中La、Zr、Ti的成分為（χ/1-y/y），比如（9/65/35)。通過(guò)改變材料組成PLZT陶瓷能獲得具有鐵電相(FE)、順電相(PE)和反鐵電相(AFE)中任何一種的特性。它具有鐵電性，對(duì)可見(jiàn)光和紅外光透明，所以呈現(xiàn)電光效應(yīng)。與光電晶體相比，電光陶瓷容易獲得任意形狀、大尺寸和性能均勻的元件，適合于大量生產(chǎn)，價(jià)格便宜，是一種具有多種優(yōu)良性能的材料。功能陶瓷材料超導(dǎo)陶瓷1986年超導(dǎo)陶瓷的出現(xiàn)，使超導(dǎo)體的臨界溫度Tc有了很大提高。出現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體。超導(dǎo)陶瓷主要有：鑭系高溫超導(dǎo)陶瓷：以La2CuO3為代表；釔系高溫超導(dǎo)陶瓷：以YBa2Cu2Oy為代表；鉍系高溫超導(dǎo)陶瓷：以Bi-Sr-Cu-O為代表；鉈系高溫超導(dǎo)陶瓷：以Ta-Ba-Ca-Cu-O為代表；其他氧化物超導(dǎo)陶瓷：以Ba-K-Bi-O系為代表。銅氧鏈對(duì)高溫超導(dǎo)起重要作用。功能陶瓷材料超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用在信息領(lǐng)域：用作高速轉(zhuǎn)換元件、通信元件和連接電路。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：用于核磁共振斷層攝像儀、量子干涉儀、粒子線治療裝置等。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域：完全抗磁體制造的磁懸浮列車(chē)、電磁推進(jìn)器、飛機(jī)航天飛機(jī)發(fā)射臺(tái)等。在電子能源領(lǐng)域：用于超導(dǎo)磁體發(fā)電、超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)儲(chǔ)能等在宇宙開(kāi)發(fā)、軍事領(lǐng)域：潛艇的無(wú)螺旋漿無(wú)噪聲電磁推進(jìn)器、超導(dǎo)磁泡等。功能陶瓷材料磁性陶瓷什么是鐵氧體？鐵氧體是鐵和其他金屬的復(fù)合氧化物，

MO-Fe2O3，M代表一價(jià)、二價(jià)金屬。鐵氧體屬半導(dǎo)體，電阻率在1-1010Ωm。由于電阻率高，渦流損失小，介質(zhì)耗損低，故廣泛用于高頻和微波領(lǐng)域。磁性陶瓷主要指鐵氧體鐵氧體軟磁鐵氧體硬磁鐵氧體功能陶瓷材料軟磁鐵氧體主要有：尖晶石型的Mn-Zn鐵氧體、Ni-Zn鐵氧體、Mg-Zn鐵氧體、Li-Zn鐵氧體和磁鉛石型的甚高頻鐵氧體（Ba3Co2Fe24O41）。軟磁鐵氧體主要用于無(wú)線電電子學(xué)和電訊工程等弱點(diǎn)技術(shù)中，如各種電感線圈的磁芯、天線磁芯、變壓器磁芯、濾波器磁芯以及錄音與錄像磁頭等。軟磁鐵氧體要求起始磁化率高，磁導(dǎo)率溫度系數(shù)小，矯頑力小，比損耗因數(shù)小。功能陶瓷材料硬磁鐵氧體主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是CoFe2O4-Fe2O3；另一類(lèi)是BaO-xFe2O3。硬磁鐵氧體可用作永磁體，用于高頻磁場(chǎng)領(lǐng)域。由于Hc值大，可制成片狀或粉末狀，應(yīng)用在與橡膠和樹(shù)脂混合制成的復(fù)合磁鐵上。軟磁鐵氧體要求具有較大的矯頑力Hc、較高的剩余磁Br和高的最大磁積能（BH）max。功能陶瓷材料其他鐵氧體旋磁鐵氧體、微波鐵氧體、矩形磁滯回線鐵氧體、磁致伸縮元件用鐵氧體等。旋磁鐵氧體是指在高頻磁場(chǎng)中，平面偏振的電磁波在材料中按一定方向傳播過(guò)程中，偏振面不斷繞傳播方向旋轉(zhuǎn)的一類(lèi)鐵氧體。主要用作各種微波器件，又稱(chēng)微波鐵氧體。電阻率高，可在幾萬(wàn)兆赫下應(yīng)用，高頻損耗少，在微波范圍內(nèi)幾乎都用這種鐵氧體。功能陶瓷材料其他鐵氧體旋磁鐵氧體、微波鐵氧體、矩形磁滯回線鐵氧體、磁致伸縮元件用鐵氧體等。旋磁鐵氧體的種類(lèi)很多，目前微波領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的主要是尖晶石型和石榴石型鐵氧體。最常用的尖晶石型鐵氧體是鎂系和鎳系，如Mg-Mn、Mg-Mn-Zn、Mg-Mn-Al、Mg-A1、Ni、Ni-Mg、Ni-Zn、Ni-A1等，還有鋰系，如Li、Li-A1、Li-Mg等鐵氧體。石榴石型鐵氧體中最重要的是釔石榴石鐵氧體，簡(jiǎn)稱(chēng)YIG。功能陶瓷材料其他鐵氧體旋磁鐵氧體、微波鐵氧體、矩形磁滯回線鐵氧體、磁致伸縮元件用鐵氧體等。利用具有矩形磁滯回線的鐵氧體已研制出各式各樣的電子計(jì)算機(jī)、電子交換機(jī)、貨幣記錄機(jī)的存儲(chǔ)元件、邏輯元件、開(kāi)關(guān)元件?，F(xiàn)在雖然出現(xiàn)了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器記憶元件，但鐵氧體記憶元件有切掉電源后仍保持記憶的特長(zhǎng)，可用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。常溫使用的矩磁鐵氧體有Mn-Mg、Mn-Cu和Mn-Cd等，在-65～+125℃溫度范圍內(nèi)使用的鐵氧體有Li-Mn、Li-Ni、Mn-Ni、Li-Cu、Li-Ni-Cu、Li-Mn-Zn等。功能陶瓷材料其他鐵氧體旋磁鐵氧體、微波鐵氧體、矩形磁滯回線鐵氧體、磁致伸縮元件用鐵氧體等。磁致伸縮元件使用的鐵氧體又稱(chēng)壓磁鐵氧體，利用其磁致伸縮特性把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。以含Ni鐵氧體為主，如Ni-Zn、Ni-Cu、Ni-Mg、Ni-Co等系統(tǒng)，其中Ni-Zn鐵氧體的應(yīng)用最廣。主要應(yīng)用于100kHz頻帶的超聲清洗器和加工機(jī)械，大功率聲納等高能領(lǐng)域，還可制成水聲器件、機(jī)械濾波器、換能器件和對(duì)一些物理量（形變、距離、壓力、速度、轉(zhuǎn)矩等）進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備元件。功能陶瓷材料磁記錄材料用于磁記錄的鐵氧體是將矯頑力約為2.4×104A/m的針狀γ-Fe2O3微細(xì)粉末與樹(shù)脂混合，涂敷在塑料膠片和鋁板上，利用磁場(chǎng)中涂敷的技術(shù)，使它具有各向異性而提高性能。近來(lái)，更高的磁能積磁塊的微細(xì)粉末，甚至記錄介質(zhì)用的磁性微粉也開(kāi)始用添加Co的γ-Fe2O3和CrO2等。CrO2作為記錄介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度Is大，針狀比優(yōu)異。CrO2磁帶存在磁頭磨損大、化學(xué)穩(wěn)定性很差等缺點(diǎn)。在制造CrO2粉末時(shí)，如果采用使形狀變小和涂敷粒子表面等方法，能使這些缺點(diǎn)得到一定的改善。功能陶瓷材料高矯頑力材料高矯頑力材料是指矯頑力在（105/4π）A/m以上的材料，也稱(chēng)硬磁材料或永磁材料。通常根據(jù)磁滯回線的第二象限特性鑒定永磁材料優(yōu)劣。最初主要用合金磁鐵，隨著鐵氧體的出現(xiàn)，硬磁鐵氧體作為燒結(jié)磁鐵而被廣泛采用。直徑為8μm的微粒，Hc=9.6×106～2.8×104A/m。因?yàn)樗男再|(zhì)不穩(wěn)定，所以一直沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用?，F(xiàn)在開(kāi)始受到重視，是由于其薄膜狀材料具有適合于高密度光存儲(chǔ)的性能。最近，研制成具有高晶體各向異性和高飽和磁矩的材料有稀土金屬和過(guò)渡金屬化合物的燒結(jié)永磁體。功能陶瓷材料磁泡材料在某些很薄的磁性薄膜中，可以觀察到很多蜿蜒曲折的帶狀磁疇，沿垂直于薄膜的方向外加偏磁場(chǎng)，可使磁化方向和偏磁場(chǎng)方向相同的磁疇變寬，相反的磁疇變窄。偏磁場(chǎng)加強(qiáng)到一定大小時(shí)，變窄的反向磁疇會(huì)收縮成分立的圓柱形，從圓柱形疇的軸線方向看去，這些圓柱形疇在材料表面猶如浮著的一群圓形氣泡，故稱(chēng)為磁泡或泡疇。在磁泡材料上加以控制電路或磁路，就能控制磁泡的產(chǎn)生、傳輸、相互作用、分裂、檢測(cè)和消滅，因而能完成信息的存儲(chǔ)、記錄、邏輯運(yùn)算和開(kāi)關(guān)等功能，相應(yīng)地能完成計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等器件。功能陶瓷材料磁泡材料磁泡材料有鈣鈦石型正鐵氧體（RFeO3，R為T(mén)m、Lu、Yb、Er、Ho、Y、Nd、Sm、Eu等稀土元素）、磁鉛石型鐵氧體、石榴石型鐵氧體和非晶態(tài)材料等4類(lèi)。前兩類(lèi)因性能低劣已被淘汰，石榴石型鐵氧體，目前大多采用外延法制成，即從一些非磁性襯底（如Gd3Ga5O12）上外延（通常用液相外延）生長(zhǎng)石榴石磁性薄膜（如R3Fe5O12）而成，應(yīng)用最多的磁泡材料就是此類(lèi)。功能陶瓷材料光學(xué)陶瓷什么是光學(xué)陶瓷？能夠透光的陶瓷材料。要求：具有優(yōu)良的耐熱性、耐風(fēng)化性、耐膨脹性；除了能透過(guò)可見(jiàn)光外，還能夠波長(zhǎng)更長(zhǎng)或波長(zhǎng)更短的光；光損耗低，能在遠(yuǎn)距離進(jìn)行光傳播；經(jīng)光的照射，其性質(zhì)發(fā)生可逆或不可逆變化。功能陶瓷材料光學(xué)陶瓷的種類(lèi)透明陶瓷紅外光學(xué)陶瓷激光陶瓷氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷光色陶瓷功能陶瓷材料陶瓷材料怎樣才能透明？在各向同性晶體構(gòu)成的多晶體中，晶界不產(chǎn)生散射，但不存在氣孔等缺陷時(shí)，是透明的；在各向異性的晶體中，光從一個(gè)晶粒向鄰近的晶粒入射時(shí)，由于雙折射現(xiàn)象而產(chǎn)生散射，是不透明的。若要得到透明多晶體，雙折射必須很小。制造透明陶瓷的關(guān)鍵：消除氣孔和控制晶粒異常長(zhǎng)大！功能陶瓷材料消除氣孔和控制晶粒異常長(zhǎng)大的常用方法：1。摻入微量或少量的添加劑2。調(diào)節(jié)氣氛3。調(diào)整原料4。熱壓功能陶瓷材料氧化物透明陶瓷Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO等非氧化物透明陶瓷GaAs、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2等功能陶瓷材料紅外光學(xué)陶瓷隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型的材料和器件。這些材料包括濾光材料、紅外接受材料和紅外探測(cè)材料。以往這類(lèi)材料主要采用單晶或玻璃，最近已開(kāi)始使用多晶陶瓷。這樣的陶瓷材料就稱(chēng)為紅外光學(xué)陶瓷。氧化釔是一種優(yōu)良的高溫紅外材料，主要用于紅外導(dǎo)彈的窗口和整體罩、天線罩、微波基板、絕緣支架、紅外發(fā)生器管殼、紅外透鏡和其他高溫窗口。在紅外技術(shù)中，上述濾光材料只能分出較窄的紅外線光譜區(qū)。欲得到長(zhǎng)波紅外線，最好采用其分子本身振動(dòng)頻率處于遠(yuǎn)紅外區(qū)的材料，如溴化鉀、碘化鉀、巖鹽、氟化鋰、氯化鉀和溴化銫等。功能陶瓷材料激光陶瓷激光陶瓷的實(shí)質(zhì)是具有適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)激勵(lì)，使粒子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷。激光晶體通常包括兩部分：組成晶格的稱(chēng)為基質(zhì)晶體，其主要作用是為激活離子提供適當(dāng)?shù)木Ц駡?chǎng)；另一部分是發(fā)光中心，即少量的摻雜離子。幾種典型的激光陶瓷材料：1。紅寶石激光晶體2。摻釹的釔鋁石榴石晶體。功能陶瓷材料激光陶瓷1。紅寶石激光晶體：紅寶石激光晶體是以α-A12O3單晶體為基質(zhì)，以Cr3+為激活劑所組成的晶體激光材料。紅寶石是以Cr3+部分地取代α-A12O3晶格中的A13+，而使晶體呈現(xiàn)紅色，并隨著Cr3+濃度的增加顏色由淺變深。作為激光工件物質(zhì)的紅寶石晶體，Cr3+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.05％～0.1％之間。紅寶石的基本物化性質(zhì)類(lèi)似于α-A12O3，是一種較理想的基質(zhì)材料。從激光器對(duì)工作物質(zhì)性質(zhì)和光譜性質(zhì)的要求來(lái)看，紅寶石激光晶體是一種較好的材料。功能陶瓷材料激光陶瓷2。摻釹的釔鋁石榴石晶體石榴石型結(jié)構(gòu)的激光晶體包括有：摻釹的釔鋁石榴石，分子式為Nd3+：Y3Al5O12（Nd3+：YAG）；摻釹的釔鎵石榴石，分子式為Nd3+：Y3Ga5O12（Nd3+：YGaG）；摻釹的釓鎵石榴石，分子式為Nd3+：Gd3Ga5O12（Nd3+：GdGaG）。其中以Nd3+：YAG的激光晶體性能最好，可用于碘鎢燈、氙燈的激發(fā)。功能陶瓷材料光色陶瓷物質(zhì)在光照射時(shí)改變顏色，停止照射后又可逆地恢復(fù)原狀的現(xiàn)象，稱(chēng)為光色現(xiàn)象。目前光色材料主要是單晶和玻璃。光色陶瓷是光色材料的新品種，它們將會(huì)有實(shí)際應(yīng)用。在鋯鈦酸鋁陶瓷(PZT)中添加鋰錫鉬鉛復(fù)合氧化物(PLSM)的PZT-PLSM固溶系統(tǒng)，當(dāng)其組成處于某特定范圍內(nèi)時(shí)，呈現(xiàn)出明顯的感光特性，加熱時(shí)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。PLZT透明陶瓷受光照射時(shí)也呈現(xiàn)自身改變顏色的現(xiàn)象。功能陶瓷材料生物陶瓷什么是生物陶瓷？用于人體器官替換、修補(bǔ)以及外科矯形的陶瓷材料。要求：具有良好的力學(xué)性能，在體內(nèi)難于溶解，不易氧化，不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，耐磨且有一定的潤(rùn)滑性，和人體組織的親和性好，組成范圍寬，易于成形等。功能陶瓷材料生物陶瓷的種類(lèi)1。生物惰性陶瓷2。生物活性陶瓷該陶瓷的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，在生物體內(nèi)完全呈惰性狀態(tài)具有優(yōu)異的生物相容性，能與骨形成結(jié)合面，結(jié)合強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，參與代謝。功能陶瓷材料生物惰性陶瓷1）氧化鋁陶瓷：傳統(tǒng)的生物陶瓷，穩(wěn)定性好，純度高?？芍瞥蓡尉?、多晶或多孔材料。2）氧化鋯陶瓷：生物相容性好，穩(wěn)定性高，具有更高的斷裂韌性和更耐磨。3）碳素類(lèi)陶瓷：與血液相容性、抗血栓性好，與人體組織親和性好，耐蝕、耐疲勞、量輕。功能陶瓷材料生物活性陶瓷1。磷酸鈣陶瓷：具有生物降解性，能被人體吸收。2。生物活性玻璃陶瓷3。Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5陶瓷4。BCG人工骨頭功能陶瓷材料陶瓷分離膜以壓力差、濃度差等作動(dòng)力，使氣體和液體的混合物或無(wú)機(jī)物、有機(jī)物的溶液分離成各種組分的功能膜叫分離膜。陶瓷分離膜發(fā)展迅速，與有機(jī)膜相比，它具有獨(dú)特的性能：由于是氧化物，在酸性和弱堿性條件下穩(wěn)定，并能耐有機(jī)試劑及氯氣；適用于高溫和高壓狀態(tài)，使用溫度達(dá)400℃甚至800℃，使用壓力可達(dá)千帕數(shù)量級(jí)；強(qiáng)度高；抗微生物侵蝕能力強(qiáng)，不污染環(huán)境，便于清洗。功能陶瓷材料敏感陶瓷1。熱敏電阻陶瓷指某些性能隨外界條件（溫度、濕度、氣氛）的變化而發(fā)生改變的陶瓷材料2。壓敏電阻陶瓷3。磁敏陶瓷4。氣敏陶瓷5。濕敏陶瓷功能陶瓷材料熱敏電阻陶瓷電阻隨溫度發(fā)生明顯變化的陶瓷材料。正溫度系數(shù)陶瓷（PCT）負(fù)溫度系數(shù)陶瓷（PCT）臨界溫度系數(shù)陶瓷（PCT）功能陶瓷材料電阻隨溫度升高而增加的陶瓷材料。正溫度系數(shù)陶瓷（PCT）鈦酸鋇陶瓷或以鈦酸鋇為主晶相的陶瓷應(yīng)用：1。馬達(dá)的過(guò)熱保護(hù)、液面深度測(cè)量、溫度控制和報(bào)警、非破壞性保險(xiǎn)絲、晶體管過(guò)熱保護(hù)、溫度電流控制器等。2。彩色電視機(jī)自動(dòng)消磁、馬達(dá)啟動(dòng)器、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等；3。等溫發(fā)熱件、空調(diào)加熱器等功能陶瓷材料電阻隨溫度升高而減小的陶瓷材料。負(fù)溫度系數(shù)陶瓷（NCT）多為尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：MnO-CuO2-O2;Mn-Co-Ni等。功能陶瓷材料CRT熱敏陶瓷氧化釩V4O7、V5O8、V6Oll、V2O3、VO2等陶瓷是最主要的臨界負(fù)溫?zé)崦舨牧稀Ｔ谳^低溫度下會(huì)發(fā)生相變，如V2O3的相變溫度為168K，由單斜晶系變?yōu)榱骄?；VO2在333K時(shí)由金紅石轉(zhuǎn)變?yōu)楫犠兘鸺t石。相變時(shí)電阻率增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。氧化釩的電阻率急變常用于恒溫箱控制，VO2在333K的特性相變已廣泛用于電路的過(guò)熱保護(hù)和火災(zāi)報(bào)警。功能陶瓷材料壓敏電阻陶瓷電阻值對(duì)外加電壓敏感的陶瓷材料。電壓提高，電阻率下降。壓敏陶瓷有SiC、Si、Ge、ZnO等。以ZnO的性能最優(yōu)。具有高非線形、大電流和高能量承受能力。稀土氧化鐠為主要添加劑的ZnO壓敏陶瓷。應(yīng)用：微型馬達(dá)電噪聲、彩色顯像管放電吸收、繼電器節(jié)點(diǎn)保護(hù)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)異常輸出功率吸收、電火花、穩(wěn)壓元件等。功能陶瓷材料磁敏陶瓷將磁性物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的陶瓷材料。應(yīng)用：可用來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)、電流、角度、轉(zhuǎn)速、相位等。在汽車(chē)工業(yè)中：用于無(wú)觸點(diǎn)汽車(chē)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；在計(jì)算機(jī)工業(yè)中：用于霍爾鍵盤(pán)；在家用電器和工業(yè)上：用于無(wú)刷電機(jī)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等功能陶瓷材料氣敏陶瓷將氣體參量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的陶瓷材料。它能以物理或化學(xué)吸附的方式吸附氣體分子。氣敏陶瓷有氧化鐵系氣敏陶瓷、氧化鋅系氣敏陶瓷、氧化錫系氣敏陶瓷等。應(yīng)用：可燃?xì)怏w和毒氣的檢測(cè)、檢漏、報(bào)警、監(jiān)控等。它的靈敏度高，對(duì)被測(cè)氣體以外的氣體不敏感。功能陶瓷材料濕敏陶瓷將濕度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的陶瓷材料。應(yīng)用：用于濕度指示、記錄、預(yù)報(bào)、控制和自動(dòng)化等。MgCr2O4－TiO2陶瓷ZnO－Cr2O3陶瓷Zn－Cr2O3－Fe2O3陶瓷功能陶瓷材料多功能木基陶瓷所謂木基陶瓷，是指以木材或其它木質(zhì)材料為主要原料，借助物理的、化學(xué)的和冶金的方法進(jìn)行陶瓷化轉(zhuǎn)變，獲得的最終產(chǎn)物為碳材料（軟碳+硬碳）、碳化物或氧化物陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料等。由于木基陶瓷的制造技術(shù)以可再生資源木材等木質(zhì)材料為主要原料，在生產(chǎn)、使用及廢棄后的處理中，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性，所以它首先是理想的環(huán)保材料；合適的生產(chǎn)工藝條件，既可使木基陶瓷材料具備較高的強(qiáng)度性能，又可使木基陶瓷材料在熱、電、磁和摩擦性能方面具有獨(dú)特的性能，因而它是一種多功能陶瓷材料。功能陶瓷材料木基陶瓷的制造技術(shù)⑴無(wú)機(jī)改性木基陶瓷材料（陶木）制造技術(shù)⑵C/C木基陶瓷材料制造技術(shù)⑶Si/SiC木基陶瓷材料制造技術(shù)⑷氧化物木基陶瓷材料制造技術(shù)⑸具有網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的金屬化木基陶瓷材料制造技術(shù)A.原料試樣；B.冷凝管；C.壓力表;D.溫度計(jì)；E.加熱器；F.絕熱材料；G.水阱；H.冷阱;I.活性炭過(guò)濾層;J.空氣過(guò)濾層；K.真空泵圖5-6C/C木材陶瓷的生產(chǎn)工藝流程功能陶瓷材料木基陶瓷材料制造技術(shù)的應(yīng)用與選用原則木材等木質(zhì)材料的多孔結(jié)構(gòu)與性質(zhì)為制造特殊結(jié)構(gòu)與功能的木基陶瓷材料提供了廣闊的空間?？芍频肅/C木基陶瓷；可制成具有網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的致密陶瓷材料；可制備碳化物/金屬密實(shí)復(fù)合材料；可制備出孔隙率達(dá)20%-50%的單組分碳化物陶瓷；可制得保留木材料特征結(jié)構(gòu)的多孔氧化物陶瓷；采用類(lèi)似粉末冶金的工藝可克服其它制備方法遺傳給木基陶瓷材料性能上的各向異性。另外，還可以對(duì)木材進(jìn)行無(wú)機(jī)改性，獲得耐火性能、防收縮性、抗腐蝕能力都很強(qiáng)的“陶木”。各類(lèi)制造技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)用戶(hù)具體產(chǎn)品的實(shí)際用途、性能指標(biāo)、批量大小和價(jià)值高低實(shí)時(shí)選擇、調(diào)整與創(chuàng)新，切忌生搬硬套。功能陶瓷材料木基陶瓷材料制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)今后木基陶瓷材料制造技術(shù)的研究將不斷超越當(dāng)前的研究范圍，它不僅會(huì)在浸漬溶劑的選配、原材料結(jié)構(gòu)模板的設(shè)計(jì)等方面有所發(fā)展，更重要的是它將為材料學(xué)的發(fā)展提供一種嶄新的研究理念；將會(huì)廣泛吸納高分子材料、金屬材料、石油化工、機(jī)械工程、粉末冶金等學(xué)科專(zhuān)業(yè)或領(lǐng)域的高新技術(shù)（如新材料技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、信息技術(shù)等），與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境的發(fā)展緊密結(jié)合，使木基陶瓷材料制造技術(shù)的內(nèi)涵更豐富，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，不斷誘發(fā)新的社會(huì)經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)點(diǎn)。功能陶瓷材料建筑裝飾陶瓷在建筑裝飾工程中，陶瓷是最古老的裝飾材料之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陶瓷在花色、品種、性能等方面都有了巨大的變化，為現(xiàn)代建筑裝飾裝修工程帶來(lái)了越來(lái)越多兼具實(shí)用性裝飾性的材料。在建筑工程中應(yīng)用十分普遍。在現(xiàn)代建筑裝飾陶瓷中，應(yīng)用最多的是釉面磚、地磚和錦磚。它們的品種和色彩多達(dá)數(shù)百余種，而且還在不斷涌現(xiàn)新的品種。如日本的浮雕面磚、德國(guó)的吸音面磚、澳大利亞的輕質(zhì)發(fā)泡面磚、我國(guó)的結(jié)晶面磚等等。功能陶瓷材料常用建筑裝飾陶瓷建筑裝飾陶瓷是用于建筑物墻面、地面及衛(wèi)生設(shè)備的陶瓷材料。主要產(chǎn)品分為陶瓷面磚、衛(wèi)生陶瓷、大型陶瓷飾面板、裝飾琉璃制品等。其中，陶瓷面磚又包括外墻面磚、內(nèi)墻面磚（釉面磚）和地磚。

釉面磚又稱(chēng)內(nèi)墻面磚，是用于內(nèi)墻裝飾的薄片精陶建筑制品。

墻地磚是陶瓷錦磚、地磚、墻面磚的總稱(chēng)，它們強(qiáng)度高，耐磨性、耐腐蝕性、耐火性、耐水性均好，又容易清洗，不褪色，因此廣泛用于墻面與地面的裝飾。

大型陶瓷飾面板是一種大面積的裝飾陶瓷制品，裝飾更逼真，施工效率更高，是一種有發(fā)展前途的新型裝飾陶瓷。功能陶瓷材料常用建筑裝飾陶瓷衛(wèi)生陶瓷是以磨細(xì)的石英粉、長(zhǎng)石粉和粘土為主要原料，注漿成型后一次燒制，然后表面施乳濁釉的衛(wèi)生潔具。它具有結(jié)構(gòu)致密、氣孔率小、強(qiáng)度大、吸水率小、抗無(wú)機(jī)酸腐蝕（氫氟酸除外）、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可分為洗面器、大便器、小便器、洗滌器、水箱、返水彎和小型零件等。產(chǎn)品有白色和彩色兩種，可用于廚房、衛(wèi)生間、實(shí)驗(yàn)室等。建筑琉璃制品是一種低溫彩釉建筑陶瓷制品，既可用于屋面、屋檐和墻面裝飾，又可作為建筑構(gòu)件使用。主要包括琉璃瓦（板瓦、筒瓦、溝頭瓦等）、琉璃磚（用于照壁、牌樓、古塔等貼面裝飾）、建筑琉璃構(gòu)件等。具有濃厚的民族藝術(shù)特色，融裝飾與結(jié)構(gòu)件于一體，集釉質(zhì)美、釉色美和造型美于一身。功能陶瓷材料（1）外墻面磚鋪貼于建筑外表面的陶瓷材料稱(chēng)為外墻面磚。按表面是否施釉分為彩釉磚和無(wú)釉磚兩大類(lèi)。功能陶瓷材料（2）地磚地磚是裝飾地面用的陶瓷材料。按其尺寸分為兩類(lèi)，尺寸較大的稱(chēng)為鋪地磚，尺寸較小而且較薄的稱(chēng)為錦磚（馬賽克）。鋪地磚規(guī)格花色多樣，有紅、白、淺黃、深黃等色，分正方形、矩形、六角形三種；光澤性差，有一定粗糙度，表面平整或壓有凹凸花紋；并有帶釉和無(wú)釉?xún)深?lèi)。常見(jiàn)尺寸為：150mm×150mm，100mm×200mm，200mm×300mm，300mm×300mm，300mm×400mm，厚度為8-20mm。功能陶瓷材料（2）地磚1、吸水率：紅地磚吸水率不大于8%，其它各色均不大于4%。2、沖擊強(qiáng)度：30g鋼球從30cm高處落下6-8次不破壞。3、熱穩(wěn)定性：自150℃冷至19±1℃循環(huán)三次無(wú)裂紋。4、其他性能：由于地磚采用難熔粘土燒制而成，故其質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度高（抗壓強(qiáng)度為40-400Mpa），耐磨性好，硬度高（莫氏硬度多在7以上），耐磨蝕，抗凍性強(qiáng)（凍融循環(huán)在25次以上）。

地磚常用于人流較密集的建筑物內(nèi)部地面，如住宅、商店、賓館、醫(yī)院及學(xué)校等建筑的廚房、衛(wèi)生間和走廊的地面。地磚還可用作內(nèi)外墻的保護(hù)、裝飾。功能陶瓷材料（3）陶瓷錦磚俗稱(chēng)馬賽克，是以?xún)?yōu)質(zhì)瓷土燒制成的小塊瓷磚。按表面性質(zhì)分為有釉和無(wú)釉?xún)煞N，目前各地的產(chǎn)品多無(wú)釉。產(chǎn)品邊長(zhǎng)小于40mm，又因其有多種顏色和多種形狀，拼成的圖案似織錦，故稱(chēng)作錦磚（什錦磚的簡(jiǎn)稱(chēng)）。錦磚按一定圖案反貼在牛皮紙上，組成1ft2(0.092m2)為一聯(lián)。陶瓷錦磚具有抗腐蝕、耐磨、耐火、吸水率小、強(qiáng)度高以及易清洗、不褪色等特點(diǎn)?？捎糜诠I(yè)與民用建筑的清潔車(chē)間、門(mén)廳、走廊、衛(wèi)生間、餐廳及居室的內(nèi)墻和地面裝修，并可用來(lái)裝飾外墻面或橫豎線條等處。施工時(shí)可以不同花紋和不同色彩拼成多種美麗的圖案。功能陶瓷材料建筑陶瓷的新產(chǎn)品及發(fā)展趨勢(shì)陶瓷劈離磚劈離磚是將粘土、頁(yè)巖、耐火土等幾種原料按一定比例混合，經(jīng)濕化、真空擠出成型、干燥、施釉（也可不施釉）、燒結(jié)、劈離（將一塊雙聯(lián)磚分為兩塊磚）、分選和包裝等工序制成。大型陶瓷飾面板新型的高檔建筑裝飾材料，具有單塊面積大、厚度薄、平整度好、吸水率小、抗凍、抗化學(xué)腐蝕、耐急冷急熱以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，并有繪制藝術(shù)、書(shū)法、條幅和壁畫(huà)等多種功能。錦磚圖案磚和壁畫(huà)錦磚除了可以制成各種形狀和色彩的品種外，還可以利用現(xiàn)有的品種進(jìn)行各種拼化圖案和壁畫(huà)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。功能陶瓷材料建筑陶瓷的新產(chǎn)品及發(fā)展趨勢(shì)其他產(chǎn)品無(wú)硼-鋯釉面磚、陶瓷彩色波紋貼面磚、彩色花崗巖釉磚、黑瓷裝飾板以及一些利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)的建筑陶瓷制品等。建筑陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)（一）色彩趨深化

（二）形狀多樣化

（三）規(guī)格大型化

（四）觀感高雅化（五）釉面多元化第6章有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料6.1有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的制備方法6.2有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的表征6.3有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用雜化材料是二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始興起的一種新型材料。該種材料尚沒(méi)有統(tǒng)一嚴(yán)密的概念，一般認(rèn)為它是無(wú)機(jī)和有機(jī)成分相互結(jié)合，特別是在微觀尺寸上結(jié)合得到的一類(lèi)材料。雜化材料：對(duì)無(wú)機(jī)和有機(jī)材料在宏觀尺度上進(jìn)行復(fù)合，以期改進(jìn)單一材料的不足，已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。土磚即是用泥土摻雜少量的稻草燒結(jié)而成的，稻草屬于有機(jī)纖維類(lèi)，它的加入，可以有效的防止泥土燒結(jié)過(guò)程中裂縫的生成。微觀層面上無(wú)機(jī)和有機(jī)組分的有效復(fù)合就需要借助化學(xué)手段。現(xiàn)代雜化材料的誕生上個(gè)世紀(jì)80年代，SchmidtH使用有機(jī)改性的烷氧基硅烷R'nSi(OR)4-n(n=1-3，R為烷基，R′為有機(jī)短鏈)作為原料，成功的制備出了一類(lèi)非晶態(tài)的固體。將其命名為ORMOSILS或

ORMOCERS(organicallymodifiedsilicatesorceramics).雜化材料最早的文獻(xiàn)報(bào)道J.Non-Cryst.Solids1985,73,681-691.1984,63,283-292.1984,63,1-11.1986,80,557-563.同樣在上個(gè)世紀(jì)八九十年代，WilkesGL等人從另一個(gè)側(cè)面制備了雜化材料將端基為羥基的低分子量(500-1700)聚二甲基硅氧烷(PDMS)與四乙氧基硅烷(TEOS)在酸性條件下進(jìn)行溶膠－凝膠(sol-gel)反應(yīng)。成功制備出PDMS-SiO2體系的有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化材料。Wilkes等人將其命名為“陶瓷聚合物(ceramers)”繼Schmidt,Wilkes之后，眾多的研究者對(duì)雜化材料進(jìn)行了探索，通過(guò)多種方法制備得到了多種有機(jī)組分，包括有機(jī)短鏈和聚合物鏈和多種無(wú)機(jī)組分如SiO2、TiO2相互結(jié)合的雜化材料常見(jiàn)有機(jī)短鏈甲基，乙基正辛基苯基氨丙基縮水甘油醚乙烯基，烯丙基常見(jiàn)聚合物鏈聚苯乙烯環(huán)氧樹(shù)脂聚醚聚丙烯酸酯根據(jù)無(wú)機(jī)有機(jī)組分的作用力的類(lèi)型，雜化材料可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是有機(jī)和無(wú)機(jī)成分通過(guò)弱作用力(如范德華力，氫鍵)相結(jié)合;

另一類(lèi)則是通過(guò)強(qiáng)作用力(如共價(jià)鍵，離子鍵和配位鍵)相結(jié)合。根據(jù)無(wú)機(jī)有機(jī)相的相對(duì)含量，雜化材料可以大致分為兩類(lèi):一類(lèi)是無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化材料（inorganic-organichybridmaterials），其中無(wú)機(jī)相為主相，有機(jī)相為客相；另一類(lèi)是有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料（organic-inorganichybridmaterials），其中有機(jī)相為主相，無(wú)機(jī)相為客相。有機(jī)組分可以提供

柔韌性

化學(xué)反應(yīng)性

可控的電學(xué)性能

光導(dǎo)性能和足夠的發(fā)光特性無(wú)機(jī)組分可以提供

一系列磁學(xué)和電學(xué)性能

熱力學(xué)，化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性

雜化材料具有傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)和有機(jī)材料，以及傳統(tǒng)的宏觀尺度復(fù)合物所沒(méi)有的獨(dú)特性能。由于雜化材料中有機(jī)和無(wú)機(jī)組分界面的存在，可能產(chǎn)生新的或改進(jìn)的性能。例如新的電學(xué)特性（如導(dǎo)電性、氧化還原特性等）等。雜化與復(fù)合雜化：雜化材料是一種均勻的多相材料，其中至少有一相的尺寸和維度在納米數(shù)量級(jí)，納米相與其它相間通過(guò)化學(xué)作用與物理作用在納米水平上復(fù)合。兩種以上不同種類(lèi)的有機(jī)、無(wú)機(jī)、金屬材料，在原子、分子水平上雜化，產(chǎn)生具有新型原子、分子集合結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，含有這種結(jié)構(gòu)要素的物質(zhì)稱(chēng)為雜化材料。將不同的組元在納米尺寸和分子水平上進(jìn)行組合復(fù)合：？？廣義的理解為微觀、介觀尺度以上的一切體系的相互作用；狹義的理解：現(xiàn)代材料科學(xué)引用復(fù)合的概念主要相對(duì)于不同相、不同物質(zhì)之間的組合。人類(lèi)對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)的兩個(gè)層次……肉眼觀察的范圍宏觀領(lǐng)域（MacroscopicalDomain）分子、原子為最大起點(diǎn)------無(wú)限的微觀領(lǐng)域肉眼可見(jiàn)最小物體為下限-------無(wú)限大的宇宙天體的宏觀領(lǐng)域微觀領(lǐng)域（MicrocosmicDomain）介觀領(lǐng)域介觀領(lǐng)域的奇異：Size100nm1nmNanoNano:量子效應(yīng)、物質(zhì)的局限性、巨大的表面及界面效應(yīng)物質(zhì)性質(zhì)發(fā)生質(zhì)變,既不同于宏觀物體，也不同于單個(gè)孤立的原子納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位費(fèi)曼最早提出納米尺度上科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題1959年一次著名演講預(yù)言：“如果人類(lèi)能夠在原子/分子的尺度上來(lái)加工材料、制備裝置，將有許多激動(dòng)人心的新發(fā)現(xiàn)；人們需要新型的微型化儀器來(lái)操縱納米結(jié)構(gòu)并測(cè)定其性質(zhì)。那時(shí)，化學(xué)將變成根據(jù)人們意志逐個(gè)地準(zhǔn)確放置原子的問(wèn)題?！鄙蟼€(gè)世紀(jì)90年代后，納米科技得到科技界廣泛的關(guān)注！美國(guó)IBM公司的首席科學(xué)家阿姆斯壯預(yù)言：“正像20世紀(jì)70年代微電子技術(shù)產(chǎn)生信息革命一樣，納米科學(xué)技術(shù)將成為21世紀(jì)信息時(shí)代的核心！”納米科技的研究?jī)?nèi)容：納米究竟有多大？1nm

相當(dāng)于10個(gè)氫原子緊密地排列在一起所具有的長(zhǎng)度！1nm

=10-9m細(xì)如發(fā)絲：頭發(fā)一般直徑：20~50

m單個(gè)細(xì)菌：顯微鏡觀察：~5um雜化材料是繼單組分材料、復(fù)合材料和梯度功能材料之后的第四代材料。雜化材料是一種均勻的多相材料，其中至少有一相的尺寸和維度在納米數(shù)量級(jí)，納米相與其他相間通過(guò)化學(xué)(共價(jià)鍵、螯合鍵)作用與物理(氫鍵等)作用在納米水平上復(fù)合，即相分離尺寸不超過(guò)納米數(shù)量級(jí)。與具有較大微相尺寸的傳統(tǒng)復(fù)合材料比較，它在結(jié)構(gòu)和性能上有明顯的區(qū)別。目前已成為高分子化學(xué)和物理、物理化學(xué)和材料科學(xué)等多門(mén)學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，受到各國(guó)從事材料科學(xué)研究人員的廣泛重視。6.1有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的制備方法溶膠-凝膠法插層復(fù)合法無(wú)機(jī)粒子的表面改性電化學(xué)法自組裝法6.1.1溶膠-凝膠法——Sol-gel法溶膠是一種分散體系,它的分散相大小介于溶液與懸浮液的分散相之間,一般在10-9-10-6m范圍內(nèi)。膠體質(zhì)點(diǎn)相互聯(lián)搭，形成空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)空隙中填滿(mǎn)液體（分散介質(zhì)），這樣形成的分散系稱(chēng)為凝膠。從溶膠到凝膠的變化稱(chēng)為溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變。

溶膠-凝膠(Sol-Gel)過(guò)程是一種用金屬烷氧化物或金屬無(wú)機(jī)鹽等前驅(qū)物[Si(OC2H5)4]在一定的條件下水解成溶膠(Sol)，再縮聚成凝膠(Gel)，然后經(jīng)溶劑揮發(fā)或加熱等方法處理而制成固體樣品的方法。1）前驅(qū)物的水解2）縮聚以硅的醇鹽為例,上述過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)示意如下:溶膠-凝膠法3）凝膠化

經(jīng)過(guò)水解、縮聚后得到的是低粘度的溶膠，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溶膠中顆粒逐漸交聯(lián)而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在該過(guò)程中，溶膠的粘度明顯增大，最后形成堅(jiān)硬的玻璃狀固體。溶膠的顆粒大小及交聯(lián)程度可通過(guò)pH值以及水的加入量來(lái)控制。4）陳化

凝膠形成后，由于凝膠顆粒之間的連接還較弱，因而在干燥時(shí)很容易開(kāi)裂為了克服開(kāi)裂，需要將凝膠在溶劑的存在下陳化一段時(shí)間，以使凝膠顆粒與顆粒之間形成較厚的界面5）干燥

在干燥過(guò)程中，溶劑以及生成的水和醇從體系中揮發(fā)，產(chǎn)生應(yīng)力，而且分布不均，這種分布不均的應(yīng)力很容易使凝膠收縮甚而開(kāi)裂。因此應(yīng)注意控制溶劑、水和醇的揮發(fā)速度來(lái)降低凝膠的收縮和開(kāi)裂程度。隨后進(jìn)行對(duì)凝膠的陳化，干燥，燒結(jié)等步驟,最后得到無(wú)機(jī)氧化物。Sol-gel法作為一種制備材料的濕化學(xué)方法，原來(lái)主要被用于無(wú)機(jī)材料和膜的制備。即以金屬醇鹽或鹵化物為原料,在一定介質(zhì)和催化劑存在的條件下，發(fā)生水解,縮合和縮聚反應(yīng)，生成物聚集成幾個(gè)納米左右的粒子并組成溶膠;溶膠澆鑄后,隨著溶劑的揮發(fā)，膠體粒子繼續(xù)交聯(lián)，形成三維網(wǎng)絡(luò)，得到凝膠。原料及其配比可以根據(jù)需要靈活的進(jìn)行選擇，并且在起初的溶膠階段，各組分能充分混合，從而制得性質(zhì)、功能多樣，各組分均勻分散的材料

sol-gel法操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)在工藝已比較成熟；操作溫度比較低；sol-gel法特點(diǎn)：Sol-gel法的原料金屬化合物（金屬醇鹽）

e.g:Si(OCH3)4;e.g:Si(OC2H5)4;水（水解反應(yīng)的必須原料）溶劑（甲醇、乙醇、丁醇等，溶解金屬化合物，調(diào)制均勻溶膠）催化劑及螯合劑（鹽酸、醋酸；氨水；EDTA和檸檬酸等）添加劑（水解控制劑等）討論：1、醇鹽的水解縮合反應(yīng)十分復(fù)雜，水解和縮合幾乎是同時(shí)進(jìn)行，沒(méi)有明顯的溶膠形成過(guò)程。影響醇鹽水解的因素很多，實(shí)際工作中，通過(guò)正確選擇適當(dāng)催化劑、螯合劑、溫度等參數(shù)來(lái)控制水解和縮合。2、硅酸鹽的水解反應(yīng)，以酸或堿為催化劑，一般使用過(guò)量的水，才能進(jìn)行比較徹底的水解。在低溫下，控制水解，可以得到均勻透明的凝膠。3、對(duì)于水解速度較快的金屬醇鹽，容易產(chǎn)生沉淀而不出現(xiàn)凝膠，可通過(guò)加入金屬離子的螯合劑等手段，遏制水解反應(yīng)速度。如鋯醇鹽的水解與縮合反應(yīng)，以乙酰丙酮或乙酰乙酸乙酯等二羰基化合物為螯合劑，使鋯粒子與螯合劑反應(yīng)，形成金屬烷基螯合物，將鋯離子的水解與縮合反應(yīng)逐漸同步化，最后形成凝膠。1.溶膠-凝膠化學(xué)溶膠-凝膠法制備金屬氧化物的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是利用金屬烷氧化合物水解形成的無(wú)機(jī)金屬氫氧化物的可縮聚性，在受控條件下實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)的過(guò)程。從機(jī)理上分析，該反應(yīng)可以分成以下兩個(gè)反應(yīng)。1)水解反應(yīng)M(OR)n+nH2O→M(OH)n十nROH2)縮聚反應(yīng)配位聚合作用：M—OH+M—OH→M一(OH)2一M縮聚反應(yīng)：M—OH+M—O→M—O—M+X—OH2.過(guò)渡金屬醇鹽的水解（1）過(guò)渡金屬醇鹽溶液性質(zhì)在溶液中過(guò)渡金屬醇鹽(TMA)往往是以單體和多種締合物平衡的形式共存。溶劑的類(lèi)型、金屬原子的氧化態(tài)、常用配位數(shù)以及烷氧基的體積也對(duì)TMA的締合程度有很大的影響。（2）過(guò)渡金屬醇鹽的水解金屬醇鹽在酸性條件下水解時(shí)，反應(yīng)初期形成氫氧橋鍵的低聚物，當(dāng)水解反應(yīng)進(jìn)行完全后，開(kāi)始發(fā)生形成穩(wěn)定氧橋鍵的縮聚反應(yīng)。2.過(guò)渡金屬醇鹽的水解根據(jù)金屬醇鹽的性質(zhì)，通常有以下幾種方法來(lái)達(dá)到控制水解反應(yīng)速度的匹配問(wèn)題。

①配體改性：通過(guò)配體對(duì)活性大的金屬醇鹽分子的改性，降低水解活性，從而達(dá)到匹配兩者的活性的目的。②化學(xué)控制縮聚：反應(yīng)活性大的金屬醇鹽通過(guò)酸醇酯化反應(yīng)原位釋放水分進(jìn)行水解，當(dāng)達(dá)到部分水解時(shí)加入水和低活性組分水解產(chǎn)物使其完全水解，從而達(dá)到控制水解與縮合的目的。③分段水解縮合：低活性的金屬醇鹽首先部分水解和縮聚后，再與后加入的高活性組分進(jìn)行共水解與縮合。這樣由于高活性組分可迅速與已部分水解的低活性組分反應(yīng)，從而進(jìn)入部分形成的低活性組分網(wǎng)絡(luò)中形成均勻的多組分凝膠。3.以化學(xué)鍵作用的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的合成有機(jī)相與無(wú)機(jī)相間以化學(xué)鍵作用的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，作為起始組分的前驅(qū)體中應(yīng)至少有一種具有兩種以上功能的官能團(tuán)。具有雙官能性的起始組分可以是有機(jī)改性凝膠前驅(qū)體(有機(jī)改性醇鹽)、無(wú)機(jī)官能團(tuán)化有機(jī)大分子或有機(jī)官能團(tuán)化無(wú)機(jī)納米分子簇。⑴通過(guò)有機(jī)改性前驅(qū)體合成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料⑵通過(guò)可聚合性配體改性過(guò)渡金屬醇鹽合成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料⑶官能化的無(wú)機(jī)金屬-氧分子簇合成的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料4.組分間以次價(jià)鍵作用的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的合成該類(lèi)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料兩種組分間無(wú)化學(xué)鍵作用，只有弱的次價(jià)力。這時(shí)次價(jià)力的作用（特別是氫鍵）對(duì)它形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)起關(guān)鍵作用。

依據(jù)溶膠-凝膠反應(yīng)及有機(jī)聚合的組合順序，有多種合成途徑。小分子摻雜有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料有機(jī)相在無(wú)機(jī)凝膠中原位形成⑴有機(jī)單體在無(wú)機(jī)干凝膠中原位聚合⑵有機(jī)單體在層狀凝膠間嵌入聚合⑶無(wú)機(jī)相在有機(jī)相中原位生成⑷有機(jī)-無(wú)機(jī)互穿網(wǎng)絡(luò)的原位合成和非收縮性溶膠6.1.2插層復(fù)合法

是一種制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的重要方法，此法能夠獲得趨于單一分散的納米片層的復(fù)合材料，容易工業(yè)化生產(chǎn)，但是不足之處是可供選擇的納米前軀體材料不多，僅限于蒙脫石粘土等幾種層狀硅酸鹽。1.層狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)特征與插層劑的選擇（1）硅酸鹽表示法1）化學(xué)組成表示法即把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫(xiě)再來(lái)，先是一價(jià)的堿金屬氧化物，其次是2價(jià)、3價(jià)的金屬氧化物，然后是SiO2，最后是H2O。

如高嶺石：Al2O3·2SiO2·2H2O。

2）結(jié)構(gòu)表示法

按電價(jià)高低寫(xiě)出各金屬元素，再寫(xiě)Si-O結(jié)合情況，最后寫(xiě)羥基。

如高嶺土，Al2[Si2O5](OH)4

一些常見(jiàn)的層狀硅酸鹽

（2）蒙脫土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)蒙脫土是一種由納米厚度的硅酸鹽片層構(gòu)成的粘土。某些有機(jī)物可以進(jìn)入蒙脫土的硅酸鹽片層之間,并可在其間發(fā)生聚合。根據(jù)這一特點(diǎn),蒙脫土可以在有機(jī)單體的加熱聚合過(guò)程中有可能被解離成為納米尺寸的顆粒,制備聚合物/粘土雜化材料。目前研究較多并具有實(shí)際應(yīng)用前景的層狀硅酸鹽是2∶1型粘土礦物，其基本結(jié)構(gòu)單元是由兩層硅氧四面體中間夾帶一層鋁氧八面體構(gòu)成，兩者之間靠共用氧原子連接。這種黏土的硅酸鹽片層之間存在堿金屬離子，在水中溶脹，即可溶脹的黏土。蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征兩層硅-氧四面體夾一層鋁-氧八面體（2:1型）蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)離子交換性、吸水性、膨脹性觸變性、黏結(jié)性、吸附性蒙脫土重要性質(zhì)膨脹性離子交換性，晶層之間的陽(yáng)離子是可交換的，可用無(wú)機(jī)或有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行置換。黏土等礦物顆?？煞蛛x成片層，徑/厚比可高達(dá)1000，具有極高的比表面積，從而賦予復(fù)合材料極優(yōu)異的增強(qiáng)性能。吸水性，觸變性、黏結(jié)性、吸附性

層狀硅酸鹽礦物是由表面帶負(fù)電荷的片層，靠層間可交換性陽(yáng)離子的靜電作用而形成的層狀結(jié)構(gòu)，層間可交換陽(yáng)離子可與其它有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行交換反應(yīng)而使層間距增大，然后使單體或有機(jī)高分子插入層間而形成納米復(fù)合材料。

蒙脫石有機(jī)改性

表面修飾：離子交換增大層間距使粘土內(nèi)表面由親水變?yōu)槭杷?/p>

插層劑選擇的條件：1容易進(jìn)入，并能顯著增加粘土晶片間層間距2插層劑與聚合物或單體有較強(qiáng)的物理或化學(xué)作用，利于單體和聚合物的插層，并可增強(qiáng)粘土片層與聚合物間的界面黏結(jié)3價(jià)廉易得插層劑：通過(guò)離子交換使有機(jī)基團(tuán)進(jìn)入蒙脫石片層之間，擴(kuò)張其間距，改善層間環(huán)境，具有這種功能的助劑稱(chēng)為插層劑。常用的插層劑

烷基胺鹽，季銨鹽等X+-MMT+Y+Y+-MMT+X+插層過(guò)程示意：CH3(CH2)17NH3+和CH3(CH2)17N(CH3)3+2.聚合物-層狀硅酸鹽納米雜化材料的制備

插入單體再進(jìn)行原位聚合直接插入有機(jī)聚合物鏈

polymermeltintercalation:

將二維層狀無(wú)機(jī)材料和聚合物的混合物加熱到聚合物的Tg或Tm以上，聚合物擴(kuò)散進(jìn)入層與層之間的通道原位聚合直接插入有機(jī)聚合物鏈polymermeltintercalation雜化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)：插層型PLS納米復(fù)合材料可作為各向異性的功能材料，而剝離型PLS納米復(fù)合材料具有很強(qiáng)的增強(qiáng)效應(yīng)，是理想的強(qiáng)韌型材料。插層方法機(jī)理層狀硅酸鹽由厚度為1nm左右的硅酸鹽片層堆疊而成,硅酸鹽片層間一般吸附有鈉、鉀、鎂、鈣等陽(yáng)離子。通過(guò)離子交換反應(yīng),可將這些陽(yáng)離子置換出來(lái),代之以其它有機(jī)大分子(即將硅酸鹽進(jìn)行有機(jī)化處理),使硅酸鹽片層的層間距增大。在外界,如溶劑、化學(xué)、機(jī)械混合以及剪切力的作用下,使聚合物大分子插入層硅酸鹽片層間,克服片層間的作用力,將片層剝離并分散到聚合物基體中,得到聚合物層狀硅酸鹽的復(fù)合物。（一）插層聚合要使聚合物進(jìn)入層間距為1nm左右的硅酸鹽片層,并克服片層間作用,得到剝離型的PLSN是非常困難的。故最初對(duì)硅酸鹽插層方法的研究自然始于插層聚合,即先將小分子的單體插入硅酸鹽片層中,再原位聚合,將片層剝離分散,得到PLSN。插層聚合的局限性在于很多PLSN都不能用這種方法制備。除己內(nèi)酰胺、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯外,丙烯酸、丙烯腈等單體也可以進(jìn)入蒙脫土片層間并聚合。插層聚合受單體濃度、反應(yīng)條件、引發(fā)劑(自由基聚合時(shí))品種和用量等因素的影響。插層實(shí)施方法（二）溶液插層其過(guò)程為:先將聚合物配制成一定濃度的溶液,在一定的溫度下,將其與已經(jīng)過(guò)有機(jī)化處理的硅酸鹽溶液混合。在溶劑作用下,聚合物能插層于硅酸鹽片層間。經(jīng)干燥處理后,即可得到PLSN。目前,能較好用于溶液插層的聚合物大多為極性聚合物,這是因?yàn)槟茌^方便地得到聚合物的溶液,并能與層間插層處理劑較好作用。（三）熔融插層熔融插層是指在聚合物玻璃化溫度或熔融溫度以上,剪切力作用下聚合物直接插入層狀硅酸鹽片層之間,從而得到PLSN。這種方法無(wú)需使用大量溶劑,是一種環(huán)境友好的制備方法。其使用的設(shè)備均為普通的塑料加工設(shè)備,如擠出機(jī)、壓機(jī)和混煉機(jī)等,從而更加高效、可行和更易,同時(shí)也具有更大的工業(yè)化前景。熔融插層分散剝離的程度,除依賴(lài)于聚合物基體與硅酸鹽片層插層處理劑的相互作用外,還受到混合剪切條件的強(qiáng)烈影響。熔體粘度、剪切速率、擠出機(jī)對(duì)熔體的剪切強(qiáng)度(如螺桿結(jié)構(gòu))以及混合溫度和停留時(shí)間等因素,都會(huì)影響插層的效果和復(fù)合材料的最終性能。表面吸附無(wú)機(jī)粒子表面鏈接可聚合基團(tuán)，隨后進(jìn)行聚合得到有機(jī)聚合物鏈；無(wú)機(jī)粒子表面鏈接引發(fā)基團(tuán)，該引發(fā)基團(tuán)引發(fā)有機(jī)單體聚合(graft-from法）；無(wú)機(jī)粒子表面鏈接官能基團(tuán)，通過(guò)官能基團(tuán)與有機(jī)聚合物形成共價(jià)鍵(graft-to法）6.1.3無(wú)機(jī)粒子的表面改性以無(wú)機(jī)粒子為種子進(jìn)行乳液聚合無(wú)機(jī)粒子表面吸附單體，吸附層發(fā)生聚合，生成聚合物“殼”層

為進(jìn)一步加強(qiáng)無(wú)機(jī)粒子與聚合物“殼”層作用，可以對(duì)粒子表面進(jìn)行改性，使其鏈接有機(jī)基團(tuán)將未處理的納米TiO2（試管a）和處理后的納米TiO2（試管b）分散苯乙烯-水體系中，納米二氧化鈦處理前后的紅外光譜圖(A)未處理的納米TiO2(B)處理后的納米TiO2無(wú)機(jī)粒子表面鏈接可聚合基團(tuán)，隨后進(jìn)行聚合得到有機(jī)聚合物鏈

表面鏈接了反應(yīng)性基團(tuán)的籠型硅氧烷齊聚物polyhedraloligomericsilsesquioxanes(POSS)官能基團(tuán)的聚合反應(yīng)：粒子表面僅有一個(gè)官能基團(tuán)線性聚合物粒子表面有多個(gè)官能基團(tuán)交聯(lián)體系1.電化學(xué)合成的基本原理電化學(xué)聚合（簡(jiǎn)稱(chēng)ECP）是單體在電場(chǎng)作用下發(fā)生聚合的一種合成方法。典型的ECP系統(tǒng)是由一個(gè)電解池組成，其中有電極、電解質(zhì)、單體與溶劑。而溶劑僅在單體不能溶解在電解質(zhì)中時(shí)才使用。當(dāng)電流通過(guò)此系統(tǒng)時(shí)發(fā)生電極反應(yīng)，單體發(fā)生聚合。與常規(guī)的自由基聚合類(lèi)似，該反應(yīng)也分為引發(fā)、增長(zhǎng)與終止三個(gè)基元反應(yīng)。6.1.4電化學(xué)法（1）單體的引發(fā)反應(yīng)1)直接引發(fā)

2)間接引發(fā)3)電化學(xué)氧化還原引發(fā)應(yīng)當(dāng)指出的是上述3種引發(fā)的類(lèi)型僅與電極電位有關(guān)，通過(guò)電極電位的調(diào)節(jié)可以改變引發(fā)機(jī)理。（2）鏈增長(zhǎng)反應(yīng)聚合物的鏈增長(zhǎng)反應(yīng)可以發(fā)生在電極表面，也可以發(fā)生在電解質(zhì)溶液中。而后者與常規(guī)的聚合反應(yīng)相似。（3）鏈終止反應(yīng)在電化學(xué)聚合過(guò)程中形成的活性末端鏈可以與終止劑或鏈轉(zhuǎn)移劑作用，導(dǎo)致聚合鏈的終止或轉(zhuǎn)移。2.電化學(xué)聚合（1）乙烯基單體的聚合反應(yīng)1）陰極聚合作用

陰極聚合可以有自由基與陰離子引發(fā)聚合兩種。而所謂的陰離子可以由電極與單體間的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)與電極與支持電解質(zhì)中陽(yáng)離子間的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生。

2）陽(yáng)極聚合作用

陽(yáng)極聚合有三種方式，即陽(yáng)極自由基聚合、陽(yáng)極單體直接氧化引發(fā)聚合與支持電解質(zhì)中的陰離子的間接氧化引發(fā)聚合。（2）開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)

開(kāi)環(huán)聚合的單體有己內(nèi)酰胺、丁內(nèi)酰胺、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、三噁烷、噁唑、乙醚、丁內(nèi)酯等。（3）縮聚合反應(yīng)

二元羧酸、二元醇、二元胺與二鹵代物單體均可以通過(guò)ECP法合成相應(yīng)的聚合物。3.有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的電化學(xué)合成

利用電化學(xué)聚合的方法，可以合成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料。1，4-苯醌（BQ）與氮化磷腈三聚體為原料制備了