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陶瓷工程是使用无机非金属材料制造物体的科学技术。陶瓷工程的研究范围包括包括对原材料的提纯、对需要的化学成分的研究和生产以及对产物的结构、成分和性质的研究。

陶瓷材料可能含有全部或者部分的晶体结构,在原子层面上是大范围有序的。玻璃陶瓷[1]可能有不定型或类似玻璃的结构,几乎没有有序度或者只能小范围有序。他们的制造方法可能通过是熔化物质冷却凝固,通过加热、或者在低温下通过化学手段如水热或溶胶凝胶法得到。

陶瓷材料特性使其能够在材料工程、电子工程、化学工程以及机械工程中得到很多应用。由于通常陶瓷非常耐热,他们可以用于很多金属和聚合物无法胜任的地方。陶瓷材料在工业中有广泛的应用,包括采矿、航天、医药、精炼、军事食品和化学工厂、电子行业、工业输电、以及光波导传输等等。

历史

陶瓷这个词(ceramic)来自希腊语单词κεραμικός (keramikos),意思是陶器。这个单词和古印欧语词根燃烧有关。在英语中,陶瓷可以用作单数名词,指陶瓷材料或者陶瓷制品,或者作为形容词使用。复数形式的陶瓷可以用来指使用陶瓷材料制作东西。和许多科学技术一样,陶瓷工程经过了很大的发展,它在以前的含义和今天的标准有很大的不同。材料科学工程和陶瓷工程现在聚合在了一起。

1709年,亚伯拉罕·达比在英国的什罗普首次使用了焦炭,以增加熔炼过程的产量。现在焦炭在生产碳化物陶瓷[2]中已经得到了广泛的应用。1759年,陶工乔赛亚·韦奇伍德在英国的特伦特河畔斯托克开办了第一家现代陶瓷工厂。1888年,奥地利化学家卡尔·拜耳为俄罗斯的纺织业开发了一种从矾土矿石中分离铝的生产技术,这种技术被称为拜尔法。现在,拜尔法仍然被用来为陶瓷工业和铝工业提纯铝。皮埃尔·居里和雅克·居里两兄弟在约1880年发现了酒石酸钾钠具有压电特性,压电性是电子陶瓷的关键特性之一。

1983年,爱德华·古德里奇·艾奇逊通过加热焦炭与粘土的混合物发明了碳化硅,或称合成碳化硅。法国化学家亨利·莫瓦桑也几乎同时在他的电弧炉中合成了碳化硅和碳化钨。1923年,卡尔·施罗特在德国使用液相烧结是莫瓦桑的碳化物粒子与钴结合(或称黏合)。使用这种与金属结合的碳化物制成刀刃可以大大延长加硬钢制成的刀具的寿命。二十世纪二十年代,瓦尔特·能斯特开发了立方氧化锆生产技术。这种材料在排气系统中用作氧气感应器。在工程中使用陶瓷的唯一限制是它的易碎性。

视频

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参考文献

  1. 玻璃陶瓷的应用 ,全球玻璃网,2019-06-13
  2. 碳化物陶瓷及其复合材料 ,道客巴巴,2019-04-18