生物陶瓷的活跃分子——HAP
生物陶瓷的活跃分子HAP
摘要：生物陶瓷是特种陶瓷的重要组成部分，是生物医学工程学中不和或缺的功能材料。羟基磷灰石（HAP）是非常重要的生物陶瓷材料，其成分和人体骨骼十分近似，因其具有良好的生物相容性和与生物体组织良好的物理化学相容性，在生物医药和骨组织替代材料领域有着十分广泛的应用。随着科技的不断发展，人们追求优良相容性的同时也不断注重材料强度的在实际应用中发挥的作用，为了同时具备这两大优点，多孔陶瓷和复合陶瓷随之产生，与之对应的新型合成制备方法也不断涌现。
关键词：生物陶瓷，HAP，致密，多孔，复合
1、生物陶瓷概况
材料是人类生产的物质基础，材料的品种、数量和质量已成为衡量一个国家科学技术和经济发展水平的重要依据，材料技术是国民经济发展的关键技术之一，而生物材料是新型材料的重要组成部分，是生物医学工程学的四大支柱之一，其研究内容涉及材料、医学物理、生物化学和现代高技术等诸多学科领域，是可以对机体组织进行修复、替代与再生的特殊功能材料。
生物陶瓷材料作为生物医学材料起始于十八世纪初。[1]1808年初制成了用于镶牙的陶齿，1892年Dreesman发表有关使用熟石膏填充骨缺损的第一篇报告，1963年在生物陶瓷发展史上也是重要的一年，该年Smith报告发展了一种陶瓷骨替代材料，这是一种用环氧树脂浸透的48％气孔的多孔铝酸盐材料，它与骨组织的物理性能很相匹配。
然而，在医学上广泛重视研究和应用各种生物陶瓷材料，还是近二十年来的事，由于过去医学领域中应用得最广泛的生物医学材料是金属和有机材料，而金属长期埋植在人生物体内容易发生腐蚀，许多金属离子对人体有毒，金属磨屑会引起周围生物组织发生变化，另外还会产生金属元素向各种器官转移、组织变态反应等问题，而有机材料则强度较低，许多应用受到限制，还存在长期耐久性问题。
生物医用组分材料必须满足下面几项要求：
(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；
(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；
(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；
(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。
此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制等。
生物陶瓷主要是用于人体硬组织修复和重建的陶瓷材料，与传统的陶瓷材料不同，它不但指多晶体，而且包括单晶体、非晶体生物玻璃和微晶玻璃、涂层材料、梯度材料、无机与金属的复合、无机与无机、无机与有机或生物材料的复合材料，是材料科学与临床医学的交叉学科。
2、HAP生物活性陶瓷材料
羟基磷灰石（Hydroxyapatite)，简称HAP或HA，化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，属表面活性材料，由于生物体硬组织(牙齿、骨)的主要成分是羟基磷灰石，因此有人也把羟基磷灰石陶瓷称之为人工骨。具有生物活性和生物相容性好、无毒、无排斥反应、不致癌、可降解、可与骨直接结合等特点，是一种临床应用价值很高的生物活性陶瓷材料，因而引起了广泛的关注。
就羟基磷灰石生物陶瓷来说，目前从致密型向多孔发展是一个引人瞩目的课题。针对HAP 生物陶瓷力学性能差的特点，人们首先进行的是致密HAP 陶瓷的研究。致密HAP的表面显气孔率较小，经电镜观察孔径为80μm，有较好的机械性能。致密HAP 具有一定的可加工性，在临床使用中极为方便，但因其植入人体内后，只能在表面形成骨质，缺乏诱导骨形成的能力，仅可作为骨形成的支架，主要用于人工齿根种植体。
[2]不同结晶形貌的HA 晶体具有不同的表面特性和生物活性，并且对HA 生物陶瓷材料的性能有着不同的影响；因此，在HA 合成方面，人们已经不满足于通过各种合成方法得到HA 粉体，而是希望通过对HA 形貌的调控，进而
达到优化HA 生物陶瓷使用性能的目的，所以HA 形貌的可控化研究越来越受到人们重视。与此同时，旨在强化骨传导性和诱导成骨，多孔HA 生物陶瓷的研究和开发也受到人们广泛关注。
近10 年来，多孔羟基磷灰石陶瓷受到重视，其宏观多孔生物材料的兴起，更加引起了材料工作者的极大兴趣，取得了相应的科研成果。如果植入骨基质的替换物为骨单位提供支持框架，则骨单位可以此为依托生长，骨缺陷可以重建和修复，如果为骨缺陷提供骨基质替换物在孔隙结构上与骨单位及脉管连接方式相一致，则植入材料会促进骨组织的重建。孔隙率越高，越有利于新骨的长入。
然而随着孔隙率的提高，多孔HA陶瓷的强度明显下降，影响并削弱HAP 在体内初期作为支架材料的支撑作用。正是由于多孔HAP生物陶瓷支架结构本身脆性高，抗折强度低的限制，在承重部位的应用受到了很大的限制。为解决多孔陶瓷本身脆性问题，近年来特别重视发展复合HAP陶瓷材料以改善生物陶瓷材料的力学性能，复合材料的优点是材料的韧性和强度大大提高。
3、HAP粉末制备方法
[3]3.1水热合成法
水热法是在特制的密闭反应容器中(高压釜)，采用水溶液作为反应介质，在高温高压环境中，使得原来难溶或不溶的物质溶解并重结晶的方法。这种方法通常以磷酸氢钙等为原料，在水溶液体系，温度为200-400℃的高压釜中制备HAP。这种方法条件较易控制，反应时间较短，省略了煅烧和研磨步骤，粉末纯度高，晶体缺陷密度低；合成温度相对较低，反应条件适中，设备较简单，耗电低。因此，水热法制备的粉体不但具有晶粒发育完整、粒度小且分布均匀、颗粒团聚较轻、原材料便宜，以及很容易得到合适的化学计量比和晶型的优点，而且制备的粉体不需煅烧处理，从而避免引起烧结过程中的晶粒长大、缺陷形成及杂质产生，因此所制得的粉体具有较高的烧结活性。
控制适当的PH值、反应温度、搅拌时间，经陈化、清洗、过滤、干燥和热处理后，可以制备高纯羟基磷灰石生物陶瓷材料。
3.2自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成技术(SHS)是利用反应放热制备材料的新技术。SHS技术可
以制备出纳米羟基磷灰石。该技术是利用硝酸盐与羧酸反应，在低温下实现原位氧化自发燃烧，快速合成HAP前驱体粉末。制备的HAP粉体具有纯度高、成分均匀、颗粒尺寸大小适宜，无硬团等特性。采用sHs技术合成纳米级HAP前驱体粉末的方法为：按照n(Ca)：n(P)=1.67，称取一定量的柠檬酸，分别用蒸馏水溶解混合，调节pH值在3左右，于80℃加热蒸发形成凝胶，然后在200℃的电炉中进行自蔓延燃烧，最后得到分布均匀烧结性能良好的纳米级HAP前驱体粉末。
[4]3.3溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是近些年才发展起来的新方法，但已引起了广泛的关注，即将醇盐溶解于有机溶剂中，通过加入蒸馏水使醇盐水解、聚合形成溶胶，溶胶形成后，随着水的加入转变为凝胶，凝胶在真空状态下低温干燥，得到疏松的干凝胶，再将干凝胶作高温煅烧处理，即可得到粉体陶瓷。此法制得的产物纯度高、颗粒超细、均匀性好、颗粒形状及尺寸可控、Ca/P摩尔比可任意调节、反应在室温进行、生成物为凝胶产物，因此能制备出比表面积巨大(10～40m2/g)、具纳米尺寸(<100nm)的无定形HAP粉末，且设备简单；但是其原料价格高、有机溶剂毒性及高温热处理时颗粒容易快速团聚等因素制约了这种方法的应用。
张大海等人陷3采用钙乙二醇化合物和具有一定活性、由P2O5，和n-丁酸反应生成的PO(OH)x(OR)3-x。产物为前驱体，以Ca/P=1.67的比例混合，加入醋酸得到稳定混合溶液，制备羟基磷灰石。Liu等人发展了一种新的合成HAP的方法归。在较低的温度(300～400℃)合成了纯的结晶HAP。主要步骤是把三乙烷基亚磷酸盐用无水乙醇稀释。加少量的蒸馏水进行水解，随后逐滴加入计量比(Ca/P=1．67)的Ca(NO3)2的无水乙醇溶液，陈化16小时后在60℃下烘干直到得白色凝胶，研磨成粉后燃烧。也可用纯蒸馏水做唯一的稀释剂，其余步骤相同。
3.4沉淀法
通过把一定浓度的钙盐和磷盐混合搅拌，在一定的pH值下发生化学反应，产生胶体HAP沉淀物，在一定温度下煅烧得到HAP晶体粉末，该法反应温度不高，合成粉料纯度高，颗粒较细，工艺相对简单，合成粉料的成本相对较低较其它方法更适合于实验生产。但是，必须严格控制工艺条件，否则极易生成Ca/P值相对较低的缺钙磷灰石，如合理控制混合溶液的pH值及反应产生沉淀的时间，采用分散设备使溶液混合均匀，保证反应完全进行。
3.5超声波合成法
超声波在水介质中引起气穴现象，使微泡在水中形成、生长和破裂。这能激活化学物种的反应活性，从而有效地加速液体和固体反应物之间非均相化学反应的速度。因而可用超声波来合成羟基磷灰石，但是反应机理还不十分清楚。Ktm 等人采用把H3PO4和Ca(OH)2按Ca/P=1.67的比例混合，把混合物加入到蒸馏水中配成悬浮液，用钛制集音器浸入悬浮液中传导超声波，选择合适的放射时间及温度，可以在常压下合成单相的HAP，监测悬浮液的pH值，把平衡值做为反应结束的标志。超声波法合成的HAP粉末非常细、粒径分布范围窄，而且这种合成方法在某些方面比其它加热的方法更为有效。
3.6固相反应合成法
把固态磷酸钙及其他化合物均匀混合在一起，在有水蒸气存在的条件下，反应温度高于1000℃，可以得到结晶较好的羟基磷灰石。这种方法合成的羟基磷灰石纯度高，结晶性好，晶格常数不随温度变化，并且经湿法和固相法合成的羟基磷灰石的红外光谱研究表明，固相法制备的HAP比湿法更好，但是其要求较高的温度和热处理时间，粉末的可烧结性差，使得应用受到了一定的限制。
4、致密HAP陶瓷
4.1致密HAP生物陶瓷的制备
将HAP基材加入添加剂及粘结剂制成一定的颗粒级配，在金属模内加压成形，生坯经烘干在900℃左右烧成素坯，素坯进行精加工，然后在1 300℃左右加压烧结而成。
4.2致密HAP陶瓷的性能
致密HAP的表面显气孔率较小，经电镜观察孔径为80μm，有较好的机械性能。致密HAP具有一定的可加工性，在临床使用中极为方便，但因其植入人体内后，只能在表面形成骨质，缺乏诱导骨形成的能力，仅可作为骨形成的支架，主要用于人工齿根种植体。
[5]因此，多孔羟基磷灰石陶瓷受到了重视，其宏观多孔生物材料的兴起，更加引起了材料工作者的极大兴趣。如果植入骨基质的替换物为骨单位提供支持框架，则骨单位可以此为依托生长，骨缺陷可以重建和修复，如果为骨缺陷提供骨
基质替换物在孔隙结构上与骨单位及脉管连接方式相一致，则植入材料会促进骨组织的重建。因此，植人体(生物陶瓷)应当模仿骨结构，在充分研究骨结构的基础上，应加快设计生物陶瓷种植体的形状及结构。
5、HA 形貌的可控合成
HA 粉体是制备块状、多孔HA 及HA 复合材料的原料，其粉体颗粒的形状、大小及均匀性将直接影响最终产品的品质。虽然已有多种方法可以合成HA，但是其形貌控制既受pH 值、温度、压力、反应时间和反应物配比等诸多因素影响，又受引入反应体系的一些添加剂的影响，如：特殊阴离子、氨基酸或聚电解质、胶原蛋白及多糖等高分子聚合物等。目前已获得的HA 主要有针状、棒状、球状及片状等，下文将分别论述各形貌HA 的可控合成。
5.1针状HA
通过均匀沉淀技术，在pH>6 和温度高于130 ℃的情况下，生成针状HA，且其长度随pH 值和温度升高而增加。采用电化学沉积–水热合成法，在钛金属表面制备纳米针状HA 涂层，该涂层在生理盐水中具有较好的化学稳定性和抗溶解性。除水热合成法外，采用超声辅助沉淀法在水溶液中合成HA 晶体，通过提高反应温度、延长反应时间和加入尿素等手段也可以成功地制备针状纳米HA 晶体，该方法具有简单、经济的特点。
5.2棒状HA
棒状HA 比针状的进一步降低了颗粒尺寸，与人体骨磷灰石的结构更相近。从仿生学合成的思路出发，以模拟体液为反应介质，通过磷酸和硝酸钙反应合成HA 粉体，研究表明：在模拟体液中合成的HA 粉体呈球状和短棒状形态，接近于人体骨磷灰石；不需要热处理就含有较多的HA 晶相，经500 ℃热处理后转变为纯HA；所合成的HA 耐高温分解性能较好，其体外生物活性实验表明具有较强的诱导Ca、P 沉积的能力。
5.3球状HA
球状纳米HA 的比表面积较大，亲水性好，吸附能力强，具有良好的离子吸附和交换性能，主要用于环境功能材料，通过控制PEG 为2.0%～6.0%，辅以其他反应条件的调控，就可以得到类球状和直径大小约为30～50 nm 的HA 晶
体，并且随着PEG 含量的增加，其形貌越来越接近于球形。PSS 作为有效的模板剂也能够调控HA 的形貌、晶粒大小以及颗粒分布，当PSS 为0.5%时，可以得到分散均匀、粒径为15 nm左右的HA 晶粒。PSS 聚合链的空间结构及其与HA 之间的相互作用能够诱导HA 的成核和生长。
5.4片状HA
从仿生学角度讲，获得的HA 晶体与人体内的越相似，则骨结合和骨诱导性越好。人体内的HA 晶体呈不规则形状，基本呈片状，平均长为40～60 nm，宽为20 nm，厚为2～5 nm。人工合成生长的HA 晶体多数为棒状或针状，形貌的差异使HA用于骨修复材料时受到很大制约，故片状HA 的合成更具仿生学意义。片状HA 也克服了针状HA 尖刺不光滑和承载力不强等缺点，拓宽了HA 的应用领域，可用于化妆品的无机载体填料，高速液相色谱管的填充材料以及检测温度、湿度的敏感材料等。
目前，片状HA 的制备方法单一且不成熟，对其成形机理也有待进一步研究。借助Cl–1的调控作用，HA 可以生长为片状，但是由于Cl–1的存在而具有一定的生物毒性，限制了该方法的应用与推广。在活性氨基酸的作用下，通过水热合成法合成具有片状结构的HA，并分析氨基酸的作用机理。水热合成法的工艺条件苛刻，需要提供高温、高压的反应环境，对设备的耐蚀性要求较高，并且废液需要处理。
6、多孔羟基磷灰石
[1]对于多孔生物陶瓷种植体而言，孔径、气孔率及孔的内部连通性是骨长入方式和数量的决定因素。孔隙的大小应满足骨单位和骨细胞生长所需的空间，当种植体内部连通气孔和孔径为5—40μm时允许纤维组织长入；孔径为40～100μm时允许非矿化的骨样组织长入；孔径大于150μm时能为骨组织的长入提供理想场所；孔径大于200μm是骨传导的基本要求；孔径为200—400μm最有利于新骨生长。多孔HAP具有诱导骨形成的作用和能力，研究表明，多孔HAP植入人体后能使界面的软硬组织都长入孔隙内，形成纤维组织和新生骨组织交叉结合状态，能保持正常的代谢关系。
[7]现在已经形成了多种制备多孔生物陶瓷的方法，如固相烧结法及溶胶-凝胶法等。这些方法大都是采用HAP粉料与挥发性有机物混合，压制成坯后烧结。
为了获得多孔的HAP陶瓷，必须选用适当的有机发泡剂。
6.1多孔羟基磷灰石的成型制备
[2]6.1.1造孔剂法
造孔剂法可以获得形状复杂、气孔结构各异的多孔陶瓷。可被选用的多种造孔剂，如：碳、石蜡、萘、合成高聚物、白明胶或淀粉等。在高温，陶瓷成型体中含有的上述有机或无机填充物的“去除”就形成了 HA 陶瓷的多孔结构。这种“去除”既可以通过物理途径，如蒸发或升华，也可以通过化学反应，如燃烧或高温分解来实现。所添加造孔剂的种类、数量和性质决定了多孔 HA 孔的性能，该方法一般可以得到具有封闭大气孔的多孔陶瓷。用盐晶体和水溶性高分子的混和物作造孔剂的研究已引起人们的注意。水溶性造孔剂易被水滤去，因而不需要热处理过程。混和物中，盐晶体导致成孔，水溶性高分子纤维则形成孔间通道。所得多孔 HA 的孔径尺寸分布在 250～400 μm，并且具有很好的孔连通性。Costas 等的工作则选择非水溶的聚甲基丙烯酸甲酯[poly(methyl methacrylate)，PMMA]作造孔剂，用 LiCl 的 N，N-二甲基乙酰胺溶液作溶剂的体系，制备含有 HA、角素(chitin)和PMMA 的水凝胶，使用不良溶剂置换溶剂体系，并采用二氯甲烷滤去 PMMA 颗粒，也可以制得连通性好、孔径尺寸可控的chitin–HA 复合材料支架。
6.1.2 发泡法
发泡法是在陶瓷浆料或素坯中添加有机或无机化学物质，通过化学反应或者蒸发形成挥发性气体并产生气泡，经干燥和烧成制备多孔陶瓷。文献报道了一种简单、新颖的制备单向多孔 HA 陶瓷的方法：在含有 HA 粉体的黏性甲基纤维素浆料中，用乙醇作发泡剂；将浆料加热到 70～80 ℃时，形成气泡，并制得单向多孔的 HA 陶瓷坯体；烧结后，其气孔率达到 70%，压缩强度达到 10 MPa，该强度可以和人体骨相媲美。通过发泡法也可以制备n-HA/聚氨酯(polyurethane，PU)复合材料支架，研究发现：原料蓖麻油不仅提供好的交联度，而且在一定温度也具有优良的发泡能力。具备高孔隙度和连通孔结构的 n-HA/PU 支架能为组织生长提供很好的细胞黏附和增殖的环境。
6.1.3胶晶模板法
有序多孔无机材料的模板合成技术是制备有序多孔材料的有效手段。Zhou 等采用胶晶模板法制备三维有序多孔 HA 支架：首先用 SiO2球沉降制备胶晶模板，然后将 SiO2模板浸于溶胶凝胶 HA 先驱体中，进一步用 NaOH 溶液浸渍去除模板，最终获得的HA复制了 SiO2模板的三维有序多孔结构。多孔HA孔结构呈六方密堆积排列，可以通过改变SiO2球尺寸来控制其孔尺寸。利用 H2O2改性，SiO2球还可以被堆积为更规则的模板。
[4]6.1.4水热热压法
将化学计量的氢氧化钙和磷酸氢氨置于高压釜中，在一定的温度、压力下水热热压发生反应，产生的NH3，形成多孔HAP中的大孔。早在l978年peelen就制出多孔的HAP，但烧成温度较高，为1250℃。根据IR谱线分析：HAP的烧成温度低于1050℃时。在650cm-1和3550cm-1处OH-1的吸收带明显存在。而高于1100℃不能观察到，说明HAP已脱羧。脱羧HAP生物活性差。因此水热热压法是成型多孔HAP的较好方法。
6.1.5凝胶注模成型法
凝胶注模成型是一种把传统陶瓷成型工艺与高分子化学反应相结合的一种崭新的陶瓷成型工艺。其成型过程是一种原位成型过程，它主要利用陶瓷料浆中有机单体的原位固化来赋予陶瓷坯体的形状，可制备各种形状复杂的陶瓷坯体。李信勇等将40％(体积分数)的羟基磷灰石混合7.5％(质量分数)磷酸钙玻璃、5％Ca(0H)：配制成浆料，再加入到由0.1g十二烷基硫酸钠和0.005g十二醇制备出的流动性好的泡沫中，在空气中凝胶后，以3℃/min的速度升温到1250℃烧结，可制得孔隙率为84％，200μm～500μm的多孔HAP。
6.2多孔陶瓷特性
6.2.1力学性能
多孔羟基磷灰石的生物力学性能取决于孔隙，Peelen将气孔分成微气孔(由于烧成过程中粉末充分靠拢造成的与粉末颗粒大小相仿的气孔)和大气孔(几百微米的气孔)，微气孔决定材料的降解速度，大气孔则可使骨组织长入。DeGroot 等认为多孔HAP的抗压强度主要由总气孔率决定。
6.2.2骨结合特性
Klawitter等人的研究表明，当多孔陶瓷材料的内联直径在l50um时，纤维组织可以长入陶瓷的内部；孔径为40～100um时，允许非矿物的骨样长入；孔径在l5～40um时，已能为骨组织长入提供理想的场所。有研究表明，功能完善的羟基磷灰石植入材料的最小孔径为100um，大于200pm的孔径是骨引导的基本要求。
6.2.3诱导成骨的特性
多孔羟基磷灰石的诱导成骨性能骨诱导性是指材料诱导间质细胞分化为骨原细胞、成骨细胞，进而形成骨组织的性能。将大孔烧结羟基磷灰石陶瓷植入狒狒的腹直肌中，在没有外源性骨形成蛋白存在时，植入30天后在羟基磷灰石孔壁就发现了骨形成蛋白(BMP-3，0P-1/BMP-7)，植入90天，41％的样品中有伴随骨髓的新骨组织，这很好的显示了大孔羟基磷灰石的骨诱导性。骨形成蛋白或骨髓细胞与大孔羟基磷灰石的复合，更有利于骨组织的迅速再生。研究报道，将鼠的骨髓基质干细胞移植于大孔羟基磷灰石陶瓷中，经细胞增殖培养2周，并用地塞米松处理后再植入老鼠的皮下肌肉中，一周后即可观察到活性骨细胞，新生骨组织随时间的延长稳步增加，而不用地塞米松处理的样品不显示成骨性能。这说明，大孔羟基磷灰石生物陶瓷加载骨髓基质干细胞，在植入生物组织后具有良好且迅速的骨形成能力。
6.2.4生物降解性
在人体生理环境下，多孔HAP会发生物理化学溶解，这取决于材料的溶解产物及周围的PH值。新的表面像可能形成非晶态磷酸钙及HAP的阳离子替换物等，或在晶界等活性较高区域发生化学变化而分解成一些较小的颗粒，此外一些生理因素的影响，如吞噬作用可降低周围PH值，也会使多孔HAP发生降解。
多孔HA 生物陶瓷因其强度较低，只能用于一些强度相对低的部位，在口腔医疗中主要用于颌骨的置换及修补，在外科医疗主要用于整容。因此，为克服多孔羟基磷灰石的脆性，又想得到具有较好生物活性的陶瓷材料，近些年，复合羟基磷灰石材料及羟基磷灰石涂层也受到学者们的关注。
7、复合羟基磷灰石
[7]单一的羟基磷灰石往往不能满足实际要求．近年来人们特别重视研究和
发展了各种HA复台材料．以改善HA生物陶瓷材料的力学性能和生物学性能。HA 的复合材料有羟基磷灰石-无机复合材料、羟基磷灰石-医用高分子复合材料等。与羟基磷灰石复合的无机增强体主要是一些陶瓷材料和金属．如Al2O3, ZrO2,TiO4,和生物玻璃等。与HA复合的有机高分子有硅橡胶、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、胶原、聚己内酯和壳聚糖等。制备HA复合材料的方法多种多样．通常与单一HA的制备方法大致相同，也有经改进后发展的新制备技术。
一般的有机高分子一羟基磷灰石复合材料的制备过程比较简单，如羟基磷灰石一硅橡胶的复合是将HA粉末和硅橡胶按一定的工艺混炼，在适当条件下模压而成。
溶胶一凝胶法也可用来制备复合材料。如复合羟基磷灰石一TiO2涂层的制备，将基体材料浸泡在由异丙基钛酰、乙酰丙酮和HA粉末的溶胶液液中，再缓慢提出，待溶胶凝固为凝胶后，在一定温度下烧结．可得HA复合涂层。
采用合适实验条件，湿式法也可制备出多种新型的HA复合材料．如碳酸羟基磷灰石、HA/胶原复合材料和具有纳米结构的壳聚糖/HA复合材料等。例如，Slivka等人采用沉淀法制备了羟基磷灰石/胶原复合材料,这种方在含CaCl2-（NH4）2HPO4-NH4OH-H2O-胶原的体系中通过HA和胶原相互作用制备复合材料。
利用聚台反应可制备HA一高分子复合材料，将HA粉末和有机高分子单体混合，进行聚合反应可制备聚甲基丙烯酸甲酯一羟基磷灰石复合物和羟基磷灰石-聚已内酯复合物。电化学方法可在金属基体上进行共沉积，制备HA复合材料．如羟基磷灰石一壳聚糖复合膜层以及HA一有机高聚物复合陶瓷涂层等。
7.1 HA与无机材料复合
7.1.1 HA与ZrO2复合
采用化学反应法制备了纳米羟基磷灰石(HAP)粉体，并采用醇-水溶液加热法制备了纳米ZrO2粉体.
7.1.1.1纳米HAP粉体的制备
[8]羟基磷灰石的化学反应方程式如下：
10Ca(NO3)2·4H20+6(NH4)2HPO4+8NH3·H2O Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+6H20 按照羟基磷灰石中钙磷比为n(Ca)/n(P)=1.67配制一定浓度的(NH4)2HPO4溶液
和Ca(NO3)2溶液。其中Ca(NO3)2·4H2O用无水乙醇配制，(NH4)2HPO4用去离子水配制。根据公式，将两种溶液进行化学反应，维持反应液的pH值在10．5～11.0之间。待反应完毕后，将所得糊状沉淀物在干燥箱中90℃干燥24h。团簇的粉体可以大致测出粉体的尺寸在30nm-80nm之间。可见采用该粉体制备工艺可以获得纳米级的羟基磷灰石粉体。
7.1.1.2纳米ZrO2粉体的制备
采用醇-水溶液加热法,用无机盐ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O为反应前驱体，按3mo1％Y203配成混合液制备纳米ZrO2。在溶液中按一定醇水比加入无水乙醇，并加入适量PEG200和PEG1540作为分散剂，在80℃的电子恒温水浴锅中进行。当反应液PH>9后陈化12h，再将凝胶用蒸馏水洗涤，直至检测不出Cl-。将胶体干燥后，并在300℃～500℃温度下煅烧。煅烧后的粉末，晶粒尺寸为20nm-35nm。
7.1.1.3纳米HAP/ZrO2复合粉体的制备
将化学反应法制备的纳米HAP和ZrO2粉体放入高能球磨机进行球磨，球磨采用湿磨方式，球料比为10：1，转速为250/min，球磨时间为24h。将球磨后的胶体放入坩埚内，在100℃恒温炉内干燥10h。经充分研磨后得到纳米HAP/ZrO2复合粉体，可用于生物陶瓷的制备。
7.1.1.4其他制备方法
Towler运用纳米ZrO2在低温下烧结制备了高致密度的HA-ZrO2复合生物陶瓷。该技术由于使用了纳米 ZrO2，故降低了烧结温度。因HA分解常发生在烧结过程中，但在 1200℃烧结时，因烧结温度较低，故避免了 HA 的分解，使主晶相仍为HA，且复合材料的强度高于纯 HA。黄传勇等采用化学共沉淀法制备了羟基磷灰石和二氧化锆超细粉，并以此为原料，通过不同材料的优化组合，用烧结法制备了HA-ZrO2二元体系复合生物陶瓷材料，其抗折强度达到120MPa，断裂韧性值为l.74MPa·m-1/2，几乎为纯HA的两倍，接近骨组织（致密骨的抗折强度为160MPa，断裂韧性值为2.2MPa·m-1/2）。
研究表明，为了既考虑要增强材料的力学性能，而又不影响材料的生物相容性，就必须阻止 ZrO2与 HA 反应。Kim 等采用在二氧化锆和羟基磷灰石复合粉
体间加入氟化钙，然后烧结成型制成复合生物陶瓷材料。研究发现氟化钙可以有效地阻止两者反应，可获得良好的 HA/ZrO2复合生物陶瓷材料。
7.1.2 HA与β-TCP复合
7.1.2.1材料制备
采用基于液相分相机理的方法制备球形β-TCP颗粒,再将β-TCP颗粒成型后制备的样品分别浸渍在HAP和β-TCP溶胶中而制备出β-TCP/HAP复合生物陶瓷。
[9]以硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料,采用沉淀法制备了纯β-TCP粉体.按质量分数为明胶:β-TCP:水=3∶5∶7的浓度制备了β-TCP和明胶的混合料浆。以导热油为分散介质,将β-TCP/明胶料浆在导热油中分散,控制搅拌速度为300r/min,油温30℃,在表面张力的作用下,β-TCP/明胶料浆分散成球形液滴,将沉淀下来的这些小球依次在丙酮和无水乙醇中洗涤并在空气中自然干燥。
7.1.2.2 HA与β-TCP复合陶瓷的制备
以纯β-TCP/明胶凝胶小球制备的坯体在1150℃下烧成后的样品的机械强度与纯β-TCP多孔陶瓷的强度相当,低于9MPa.采用真空浸渍法,样品通过在β-TCP溶胶中浸渍可填补小球表面的微孔,在HAP溶胶中的浸渍则使坯体中小球之间的空隙被HAP填充,从而提高了烧成后样品的致密度和强度.
在目前研究和使用的硬组织替换生物材料中,磷酸钙生物陶瓷占有很大的比重,主要是因为磷酸钙生物陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性,对人体无毒、无致癌作用,并可以和自然骨通过体内的生物化学反应进行牢固的骨性结合。β-TCP 的最大优势就是生物相容性好，植入机体后与骨直接融合，无任何局部炎性反应及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性导致的低疲劳强度，较高刚性和脆性使其难以加工成型或固定钻孔。基于仿生原理，制备类似于自然组织的组成、结构和性质的理想生物陶瓷，应该是生物陶瓷的一个发展方向。磷酸钙盐生物陶瓷人工骨，虽然与骨盐的组成相同，但不同部位的骨性质是不尽相同的，为此组成和结构类似于骨骼连续变化的多孔磷酸钙陶瓷的研究是正在进行的非常有价值的课题。
7.2 HA与高分子材料复合
[2]与 HA 复合的高分子材料大致可分为人工合成的和天然的两类。人工合成的高分子材料具有良好的力学性能，与 HA 复合可以明显改善 HA 的力学性能和提高材料的韧性。所用的人工高分子材料主要包括：[10]聚乙烯(polyethylene，PE)、聚酰胺(polya-mide，PA)、聚乳酸(polylactic acid，PLA)和聚己内酯(polycaprolactone，PCL)等。PE 或 PA在人体内不降解或降解困难，与 HA 复合只能作为长期植入体内的骨替代材料，在一定程度上能够提高与植入部位骨组织之间的界面结合力和生物相容性。PLA 或 PCL 具有良好的生物降解性，已被广泛用于骨修复材料的研究。目前，HA 与可降解人工合成高分子材料复合的研究较为活跃。
天然高分子材料，如：胶原、明胶和壳聚糖等，与 HA 复合后，既可以利用天然高分子材料的良好生物相容性和生物可降解性，又可以获得良好的力学性能，此方面已广泛开展了相关研究。
7.2.1 HA与PLLA复合
PLLA是一种羟基酸，是一种生物相容的热塑性聚合体。作为缝合线材料、麻醉药品载体、血管接合体、手术修整物已成功运用于骨的再生、关节的病变、半月板疾患等方面，并且还用作骨的固定装置。PLLA和HAP这两种材料都有其特殊的优点和缺点。PLLA是没有骨连接能力的中等强度聚合体，而HAP具有骨连接能力，但缺少机械强度，且具有脆性断裂性质。将这两种材料复合，则具有良好的机械性能，研究表明，加有30%HA的PLLA具有更高的硬度、强度和韧度。
Yang 等以长链有机硅烷十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane，OTS)改性的HA 颗粒为原料，制备聚左旋乳酸 PLLA/HA 多孔复合材料。随 OTS 剂量的增加，改性后的 HA 多孔复合材料的力学性能明显增加，并且可以有效地改善HA 和 PLLA 的表面相容性。与未改性的 HA 比较，OTS 改性 HA 可能导致复合材料具有 3 倍弹性模量和 2 倍抗压强度。
7.2.2 HA与PLGA复合
Huang 等用聚丙交酯乙交酯[poly(D，L-lactic–co-glycolic acid)，PLGA]聚合物渗透入大孔隙 HA 支架，获得的 HA 复合材料具有良好的多孔结构，PLGA 共聚物的渗入可显著增加材料的抗压强度，从 1.5～1.8 MPa 提高到 4.0～5.8 MPa。
7.2.3胶原与HAP复合
制备仿天然骨的成分、结构和特性的胶原(collagen，Col)/纳米HA复合支架材料是目前生物材料研究的热点之一。传统的方法是先按一定条件合成HA，然后再与胶原复合，近年，模拟天然矿化过程的仿生学制备法得到了长足发展。Kikuchi等制备n-HA/Col复合材料的研究表明：胶原对HA晶体的生长和复合材料的自组装生长具有调控作用，而且胶原的羧酸根负离子与HA的钙离子发生化学键合，可有效改善复合材料的力学性能，其三点弯曲强度达到40MPa(HA占80%，质量分数)。
明胶是变性的胶原或其衍生物，保留了Col含有的氨基酸等活性官能团，在组织工程中常用来代替胶原。Karim等用溶剂浇铸法(solventcasting)制备了HA/明胶多孔复合材料，其弯曲模量(bendingmodulus)达到36～38GPa，而且弹性模量主要取决于孔的数量和孔的形状，且随HA的含量增加而增加。
7.3 HA与金属相复合
[11]生物陶瓷材料尤其在湿生理环境中的力学性能较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。与金属相复合，在Ag，Ti等金属表面喷上HA涂层，一方面满足其生物相容性的要求，一方面，金属材料的强度韧度较单一的多孔HA大大提高。
利用等离子喷涂和化学气相沉积等各种技术，使羟基磷灰石陶瓷与金属基复合。得到既具有金属的强度和韧性，又具有生物活性的复合材料。Hsieh等人在Ti合金表面涂覆多层凝胶，经烧结得到表面多孔HAP涂层。结果表明多孔HAP 涂层与多孔HAP陶瓷相似，可提供骨细胞生长的空间，并能起到支架的作用。使骨与植体通过化学结合和机械互锁而固定。在国外，钛合金等离子喷涂羟基磷灰石复合材料已被用于制备人工关节。
[3]7.3.1 HA涂层制备方法
7.3.1.1等离子喷涂法
等离子喷涂法是制备HAP涂层最成功，也是最广泛使用的方法，并且被投入了商业应用。等离子喷涂是利用等离子枪产生的直流电弧，将HAP粉料高温加热熔融后高速喷涂至基体表面形成涂层，喷涂后的涂层要经过水蒸气处理或热处
理。其优点是喷涂过程中衬底可以保持相对较低的温度(通常低于300℃)，不会破坏基体材料的力学性能，但是等离子体喷涂方法的高温过程对于材料和界面有不良作用，易引起相变和脆裂，使涂层与基体的结合强度降低。另外，这种技术设备昂贵，不适合喷涂多孔金属表面。
7.3.1.2激光熔覆法
激光熔覆法是在基底材料表面上预先涂覆一定配比的CaHPO4·2H2O和CaCO3混合粉末，然后用激光器进行多道搭接熔覆处理，使合成与涂覆HAP涂层一步完成。合成HAP涂层的化学反应为：
6CaHP04+4CaC03 Ca10(P04)6(OH)2+2H20+4C02
此方法制得的涂层与基底结合好，硬度高，强度大，韧性好，且改善了植入材料弹性模量与生物硬组织的匹配性，但涂层的均匀性和稳定性较差，工艺难控制且设备昂贵。激光熔覆法在制造生物涂层材料方面刚刚起步，但已显示出了巨大的优越性，很有希望成为临床生物医用材料的涂层之一。
7.3.1.3电化学法
为了解决在复杂多孔表面均匀涂覆的问题，文献提出了一种制备钙磷涂层的新方法。[12]电化学沉积HA涂层是在90年代发展起来的新方法，包括电化学结晶法、电泳沉积和用极氧化法。涂层在配有饱和甘汞电极作为参考电极的传统电解池中进行，工作温度控制在(65±1)℃，2根石墨棒作为接触阳极，多空和无孔的衬底作为电池的阴极，电解液由c(Ca(NO3)2)=0.042mol/dm3和c(NH4H2PO4=0．025mol/dm3的溶液各l000ml配制而成，被涂覆的衬底在125℃蒸汽中处理4 h，再经425℃烧结6h，制成厚度为80μm的HAP涂层。电化学方法制备生物陶瓷涂层是在低温的条件下进行，基底和涂层界面不存在热应力问题，避免了高温喷涂引起的相变和脆裂，有利于增强基底与涂层之间的结合强度。且电化学过程是非直线过程，可以在形状复杂和表面多孔的基底上制备均匀的生物陶瓷涂层，通过改变电化学沉积工艺条件控制电沉积层的厚度和表面形貌。这种方法所需设备简单，原料便宜，操作方便。在电化学沉积过程中电解液温度、基底材料和电解液组成等多种实验条件都会对电沉积钙磷产物的组成、结构，以及表面形貌等特性产生影响，其影响因素较复杂。此方法有时还存在HAP涂层与金属表面结合强度低的缺点。
7.3.1.4溶胶一凝胶法
溶胶一凝胶法除了制备HAP粉体以外，还可以制备HAP涂层，这一方面近些年来研究较多。溶胶一凝胶法是一个相对工艺简单而且温和的过程，可以避免高温喷涂时温度高、过程剧烈、结构不完整、产生多相(如CaO、Ca3(PO4)2)等问题，以及等离子喷涂中涂层薄易破裂等缺点，因此已被广泛的应用。例如，将Ca(NO3)2、P205，和乙醇配成溶胶，把此溶胶均匀涂覆到钛合金或氧化铝基底上，溶剂迅速挥发，配料发生缩聚反应而胶化，经干燥和500℃热处理，可获得羟基磷灰石涂层。这种方法工艺简单并且易控制和成本低，但涂层的结合强度不高。
7.3.1.5粉浆涂层和烧结
将金属基体浸入含有HAP颗粒和有机粘合剂的水基粉浆中，于1100～1200℃烧结3 h以上，使涂层致密并提高涂层与基体的结合强度。这是一种简便快速的工艺方法，能制备相对致密的HAP涂层，该工艺经高温烧成，易导致金属基体性能下降及HAP的分解，烧结后的HAP涂层会产生微裂纹和剥落。
8、结论与展望
通过对当前HA合成方法、多孔HA和HA复合材料研究现状的分析认为：从仿生学角度出发，制备与有机体力学相容性和生物相容性均良好匹配的HA 生物陶瓷材料仍是今后研究努力的方向：
1) 合成的HA 在配比组成、结构形貌以及性能上与生物体中的磷灰石还存在一定差距，由于结构(微结构)、尺寸和形貌等因素对材料特性及其应用具有较大的影响；因此不仅要求充分发挥材料的本征性质，而且还要求通过控制材料的尺寸和形貌，进而对其性质进行剪裁和调整。
2) HA 多孔陶瓷的研究中，在着力提高骨传导性和骨诱导性的同时，还应该克服多孔材料强度的不足，在保证材料生物活性的同时实现材料的增强增韧。
3) HA 复合材料的关键是要解决HA 与其他生物材料复合时的界面结合问题，合成具有类似自然骨精细结构的仿生学骨组织材料，使复合材料生物学性能和力学性能获得良好匹配。
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特种陶瓷制备工艺..
特种陶瓷材料的制备工艺 10材料1班 王俊红，学号：1000501134 摘 要：介绍粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法。 目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些急需解决的问题。 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。 压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。 多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；陶瓷材料 前言：陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类， 特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。 它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。 特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。 因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 正文：特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成形，第三步是烧结。 特种陶瓷制备工艺流程图 一、 陶瓷粉体的制备 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即粉末制备 坯料制备 成型 干燥 烧结 后处理 热压或热等静压烧结 成品
陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著使组分之间发生固相反应，得到所需的物相。同时，机械球磨混合无法使组分分的影响。粉末制备方法很多，但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。 传统陶瓷粉料的合成方法是固相反应加机械粉碎(球磨)。其过程一般为：将所需要的组分或它们的先驱物用机械球磨方法（干磨、湿磨）进行粉碎并混合。然后在一定的温度下煅烧。由于达不到微观均匀，而且粉末的细度有限（通常很难小于 l μm 而达到亚微米级），因此人们普遍采用化学法得到各种粉末原料。根据起始组分的形态和反应的不同，化学法可分为以下三种类型： 1.固相法： 化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式： A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。 钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应： BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 该固相化学反应在空气中加热进行。生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。 热分解反应法：
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特种陶瓷的制备工艺综述及其发展前景 摘要：本文主要介绍了粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法以及未来的发展趋势。目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些面临急需解决的问题。当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；粉末冶金；陶瓷材料 引言 陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 1 陶瓷原料的制备方法 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。 由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著
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日用陶瓷材料的应用与发展 法学092 刘婷09437105 陶瓷材料是人类应用时间最早，并且应用领域最广的材料之一。它是一种天然或人工合成的粉状合成物，经过成型或高温烧结，由金属元素和非金属的无机化合物构成的固体材料。 陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、原料丰富、成本低廉等诸多优点。现在，最受关注的三大固体材料是金属材料、高分子材料，以及陶瓷材料。按照其用途的不同，通常可将陶瓷材料分为工业、艺术和日用陶瓷三大类。其中工业陶瓷是指应用于各种工业的陶瓷制品，包括建筑陶瓷、化工陶瓷、电子陶瓷和特种陶瓷几大类；艺术陶瓷主要指花瓶、雕塑等以陈列欣赏和美化环境为主要作用的陶瓷；而日用陶瓷主要是指如餐具、茶具、洁具等日常生活中应用的陶瓷制品。本文主要研究日用陶瓷的应用形式及其发展趋势。 陶瓷材料与其他材料 相对而言，金属材料具有良好的延展性和可塑性，具有良好的热传导性，可是其耐温性和耐腐蚀性较差。高分子材料具有耐腐蚀性和可加工性，色彩丰富，但是其机械强度，耐高温性和耐磨性较差。陶瓷具有高硬度、耐磨、耐酸、耐碱、耐热、耐冷等优越的性能，肌理富于变化，色彩丰富而且不褪色，造型可塑性强，在丰富人们的物质和精神生活，美化环境，以及提升生活品质等方面可达到作用，是其他材料不可替代的。陶瓷致命的缺点在于高脆性和韧性差，这是材料结构所决定的。在室温下，陶瓷材料分子结构几乎不会产生滑移和位错运动，材料处于受力状态时无法通过塑性变形来松弛应力[2]。但是随着生产技术的发展和陶瓷新品种的开发，必然可在其原有基础上逐步改善其容易碎裂的不足，满足相应的产品设计要求。 现在，金属材料和高分子材料越来越多的应用于餐具，容器等日用产品，走
陶瓷简介
陶瓷 陶瓷是陶器和瓷器的总称。人早在约公元前8000年前的新石器时代就发明了陶器。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土等。陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差。除了在食器、装饰的使用上，在科学、技术的发展中亦扮演重要角色。陶瓷原料是地球原有的大量资源黏土经过淬取而成。而粘土的性质具韧性，常温遇水可塑，微干可雕，全干可磨；烧至700度可成陶器能装水；烧至1230度则瓷化，可几乎完全不吸水且耐高温耐腐蚀。其用法之弹性，在今日文化科技中有各种创意的应用。 陶瓷英文Ceramic(或者China)；陶瓷拼音Táocí；陶瓷是以天然粘土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料的各种制品。以前人们把用陶土制作成的在专门的窑炉中高温烧制的物品称作陶瓷，陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼，成形，煅烧而制成的各种制品。由最粗糙的土器到最精细的精陶和瓷器都属于它的范围。对于它的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、石英等)，因此与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业，同属于“硅酸盐工业”的范畴。陶瓷的主要产区为景德镇、醴陵、高安、丰城、萍乡、黎川、佛山、潮州、德化、淄博、北流等地。 早在欧洲掌握制瓷技术之前一千多年，中国已能制造出相当精美的瓷器。从我国陶瓷发展史来看，一般是把“陶瓷”这个名词一分为二，为陶和瓷两大类。中国传统陶瓷的发展，经历过一个相当漫长的历史时期，种类繁杂，工艺特殊，所以，对中国传统陶瓷的分类除考虑技术上的硬性指标外，还需要综合考虑历来传统的习惯分类方法，结合古今科技认识上的变化，才能更为有效地得出归类结论。 作为汉族传统文化之一的陶瓷文化，在民族母体中孕育、成长与发展，它以活生生的凝聚着创作者情感、带着泥土的芬芳、留存着创作者心手相应的意气的艺术形象，表现着汉族文化，叙述着一个个动听的故事，展现着广阔的社会生活画卷，记录着芸芸众生的悲欢离合，描述着民族的心理、精神和性格的发展与变化，伴随着民族的喜与悲而前行。 新石器时期彩陶中的陶塑作品，记录着先民生存的愿望。那陶塑的猪、牛、狗，模仿着打猎而来或者豢养而食的动物形象，演示着与大自然搏斗的酷烈，表达着文明的演化与发展。摩娑这些与实物逼真无二的作品，想象着先民的困惑、喜悦和奋争，那在洪荒、野蛮中奔突与呼叫的景象，撼人心魄。
生物陶瓷材料的研究及应用
生物陶瓷材料的研究及应用 张波化工07-3班 120073304069 摘要介绍了生物陶瓷的定义，对羟基磷灰石生物陶瓷材料、磷酸钙生物陶瓷材料、复合生物陶瓷材料、涂层生物陶瓷材料和氧化铝生物陶瓷的特性和制备方法进行了较为深入的分析，在现代医学中的应用及发展前景。 关键词生物陶瓷，磷酸钙，复合生物陶瓷材料，涂层生物陶瓷材料，氧化铝陶瓷，生物陶瓷应用。 Bioceramic Materials Research and Application Zhangbo Chemical Engineering and Technology 073 class 120073304069 Abstract This paper introduces the definition of bio-ceramics, bio-ceramic material of hydroxyapatite, calcium phosphate bio-ceramic materials, composite bio-ceramic materials, coating materials, bio-ceramics and alumina ceramics of biological characteristics and preparation methods for a more in-depth analysis In modern medicine the application and development prospects. Key words bio-ceramics, calcium phosphate, composite bio-ceramic materials, coating materials, bio-ceramic, alumina ceramic, bio-ceramic applications. 1 引言 生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。做为生物陶瓷材料，需具备如下条件：生物相容性；力学相容性；与生物组织有优异的亲和性；抗血栓；灭菌性并具有很好的 物理、化学稳定性。生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷（如Al 2O 3 、ZrO 2 等）、生物活性 陶瓷(如致密羟基磷灰石、生物活性微晶玻璃等)和生物复合材料三类。生物陶瓷材料因其与人的生活密切相关，故一直倍受材料科学工作者的重视。 2 生物陶瓷材料的发展 目前世界各国相继发展了生物陶瓷材料，它不仅具有不锈钢塑料所具有的特性，而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。因此生物陶瓷具有广阔的发展前景。生物陶瓷的应用范围也正在逐步扩大，现可应用于人工骨、人
特种陶瓷的应用与发展
创新实验设计与训练报告
特种陶瓷的应用与发展 摘要：特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。 关键字：特种陶瓷应用发展前景 特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。 按照化学组成划分有：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷，其他还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。 除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。 为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。 随着科学技术的发展，人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多更新的品种。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元，因此许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必定会占据十分重要的地位。 特种陶瓷的应用
生物陶瓷应具备的性能
1生物陶瓷应具备的性能: 与生物组织有良好的相容性,有适当的生物力学和生物学性能,具有良好的加工性和临床操作性,具有耐消毒灭菌性能 2生物陶瓷的优点 (1)由于生物陶瓷是在高温下烧结制成，具有良好的机械强度、硬度；在体内难于溶解，不易氧化、不易腐蚀变质，热稳定性好，便于加热消毒、耐磨，有一定润滑性能，不易产生疲劳现象。 (2)陶瓷的组成范围比较宽，可以根据实际应用的要求设计组成，控制性能的变化。 (3)陶瓷容易成型，可根据需要制成各种形态和尺寸，如颗粒形、柱形、管形、致密型或多孔型，也可制成骨螺钉、骨夹板、制成牙根、关节、长骨、领骨、颅骨等。 (4)后加工方便，现在陶瓷切割、研磨、抛光等已是成熟的工艺。近年来又发展了可用普通金属加工机床进行车、铣、刨、钻等可切削性生物陶瓷。利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性，可制成精密铸造的玻璃陶瓷。 (5)易于着色，如陶瓷牙可与天然牙媲美，利于整容、美容。 3生物陶瓷的种类:生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、可控表面活性陶瓷。生物惰性陶瓷:包括多晶氧化铝陶瓷、单晶氧化铝陶瓷、高密度羟基磷灰石陶瓷、碳素陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷等。 生物活性陶瓷;包括生物玻璃、低密度羟基磷灰石类陶瓷(锆-羟基磷灰石陶瓷、氟-羟基磷灰石陶瓷、钙-羟基磷灰石陶瓷)、磷酸钙玻璃陶瓷可控表面活性陶瓷:是将生物陶瓷作表面涂层后得到具有抗疲劳强度并能与生物组织结合的一种活性陶瓷。 3目前所应用的无机抗菌材料主要有： 1）载银、铜、锌等抗菌离子的离子型抗菌材料。 2）利用二氧化钛光催化活性的无机抗菌材料。 4银离子的抗菌机理:接触反应说和催化反应说 1）接触反应说：微量的银离子进入菌体内部，破坏了微生物细胞的呼吸系统及传输系统，引起酶的破坏，从而达到抗菌作用。 （2）催化反应说：在光的作用下，由于银离子的催化作用，将氧气或水中的溶解氧变成了活性氧，这种活性氧具有抗菌作用。 5光催化抗菌材料的抗菌机理 当含有紫外线的光照射到抗菌剂时，产生电子（e-）和空穴（h+），
特种陶瓷概述
特种陶瓷概述 特种陶瓷概述 摘要本文主要叙述了国内特种陶瓷市场发展和生产现状，讲述了相关的制备方法和最新的相关技 术前沿工艺，最后展望了特种陶瓷未来的发 展趋势。 关键词特种陶瓷；市场现状；制备工艺；发展规模 、八、， 刖言 特种陶瓷也称为先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷等，突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限，主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料，有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料，是一种采用现代材料工艺制备的，具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能
复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发 展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在 现代工业技术，特别是在咼技术、新技术领域中的 地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二^一 世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地 位。特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它 不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功 能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医 学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国 家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技 术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大 量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特 种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 1.发展现状 1.1市场情况: 与20年前相比，目前我国特陶行业结构变化巨大，私营企业、外资企业的数量和比重迅猛增加，特别是外资企业增长势头迅猛，约占我国全部特陶企业的10%左右。当前在电子陶瓷行业中，股份制和三资企业市场竞争力最强。我国特陶市场的开放和市场规模的潜力，吸引许多国外企业纷纷进入，投资不断增加，规模逐步扩大，其投资模式已从最初的产品输入（经销产品）到生产输入（投资设厂），再到应用研究输入（设立实验室），对我国本土特陶企业带来巨大挑战。 1995年我国特种陶瓷产品销售额80亿元人民币（约合10亿美元），其中电子陶瓷约占70%约56亿元；结构陶瓷占30%约为24亿元。相当于日本的1/9、美国的1/5 ,与欧洲的市场规模相当。2015年，特种陶瓷产品产值达到约450 亿元。 45U 460 400
陶瓷材料
简介 陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。 编辑本段分类 陶瓷材料分为普通陶瓷（传统陶瓷）材料和特种陶瓷（现代陶瓷）材料两大类。 普通陶瓷材料 采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。 特种陶瓷材料 采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。 编辑本段性能特点 力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。 热性能 陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 电性能 大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。 光学性能 陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。 编辑本段常用特种陶瓷材料 根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。 1．结构陶瓷 氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3，一般含量大于45%。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能。耐高温，一般可要1600℃长期使用，耐腐蚀，高强度，其强度为普通陶瓷的2~3倍，高者可达5~6倍。其缺点是脆性大，不能受受突然的环境温度变化。用途极为广泛，可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等，也可作刀具和模具。氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4，这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，线膨胀系数在各种陶瓷中最小，使用温度高达1400℃，具有极好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐其它各种酸的腐蚀，并能耐碱、各种金属的腐蚀，并具有优良的电绝缘性和耐
生物陶瓷材料的分类
惰性生物陶瓷材料 生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相容性好的陶瓷材料。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键力较强，而且都具有较高的机械强度、耐磨性以及化学稳定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及陶材组成。其中，以Al、Mg、Ti、Zr 的氧化物应用最为广泛。 早在1969 年，Talbert[2]就将不同孔隙率的颗粒状Al2O3 陶瓷作为永久性可移植骨假体，植入成年杂种狗的股骨中进行实验，发现多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境在内的任何环境都呈现惰性及其优越的耐磨损性和高的抗压强度。使氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。目前氧化铝陶瓷材料已经应用于人造骨、人工关节及人造齿根的制作方面。 氧化铝陶瓷植入人体后，体内软组织在其表面生成极薄的纤维组织包膜，在体内可见纤维细胞增生，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接[3]。单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高的部位。但是由于Al2O3 属脆性材料，冲击韧性较低，且弹性模量和人骨相差较大，可能引起骨组织的应力，从而引起骨组织的萎缩和关节松动，在使用过程中，常出现脆性破坏和骨损伤，且不能直接与骨结合。 目前，国外有关学者通过各种方法，使Al2O3 陶瓷在韧性和相容性方面取得了显著提高[4]，如在陶瓷表面涂上骨亲和性高的陶瓷，特别是能和骨发生化学结合的磷灰石，已经制造出更加先进的人工关
节。通过相变或微裂等方法，使材料内部产生微裂纹，只要微裂纹的尺寸足够小，则均匀分布的微裂纹会起到应力分散的作用。也可以提高材料的韧性[5]。 近年，氧化锆陶瓷由于其优良的力学性能，尤其是其远高于氧化铝瓷的断裂韧性，使其作为增强增韧第二相材料在人体硬组织修复体方面取得了较大研究的进展。Hench[6]报道，部分稳定氧化锆陶瓷的抗弯强度可达100 MPa，断裂韧性可达15MPa·m- 1/2。 但惰性生物陶瓷在体内被纤维组织包裹或与骨组织之间形成纤维组织界面的特性影响了该材料在骨缺损修复中的应用，因为骨与材料之间存在纤维组织界面，阻碍了材料与骨的结合，也影响材料的骨传导性，长期滞留体内产生结构上的缺陷，使骨组织产生力学上的薄弱。 2 生物活性陶瓷材料 生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸钙系），羟基磷灰石陶瓷，磷酸三钙陶瓷等几种。 2.1 羟基磷灰石陶瓷 羟基磷灰石（hydroxyapatite），简称HAp，化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，属表面活性材料，由于生物体硬组织(牙齿、骨)
功能陶瓷的简介
功能陶瓷的简单介绍 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、化学及生物体特性，具有相互转化功能的陶瓷。它主要是利用纳米技术使陶瓷的性能发生改变的。 热学功能陶瓷、生物功能陶瓷、化学功能陶瓷、电磁功能陶瓷、光学功能陶瓷，还是在涂层/薄膜和复合材料死当今比较主要的几种功能陶瓷。 生物功能陶瓷 在生物功能陶瓷方面: 利用纳米技术生产的纳米抗菌材料有三类:一类Ag+系抗菌材料（当高价银离子与细菌接触时使细菌体内的蛋白质变性。）;第二类是是ZnO,Tio2:等光触媒型纳米抗菌材料（通过催化反应，将细菌的尸体分解得一干二净，一般还有除臭，自洁，防霉，防锈，高效防老化，全能净化空气，自造“负离子雨林”气候等功能）;第三类是C-18A纳米蒙脱土等无机材料。将前两类加人陶瓷中可制成对病菌、细菌有强的杀菌和抑菌作用的陶瓷产品。北京陶瓷厂和日本东陶机器株式会社合资生产的高档卫生洁具“TOTO”产品，即是应用这一技术生产的具有抗菌性能的卫生洁具。生物陶瓷材料亦可作为作为无机生物医学材料，且没有毒副作用，与生物组织有良好的生物相容性、耐腐蚀性等优点，已越来越爱人们的重视。 主要有以下几种活性材料； （1）羟基磷灰石生物活性材料。人工听小骨羟基磷灰石听小骨临床应用效果优于其它各种听小，具有优良的声学性质，平均提高病人的听力20-30db。在特定语言频率范围提高45-60db。微晶与人体及生物关系密切，在生物和医学中已有成功应用，利用ha 微晶能使细胞内部结构发生变化，抑制癌细胞生长和增殖，可望成为治疗癌症的“新药”。（2）磷酸钙生物活性材料。磷酸钙又称生物无机骨水泥，是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料。有望部分取代传统的pm-ma有机骨水泥。国内研究抗压强度已达到60mpa以上；磷酸钙陶瓷纤维：磷酸钙陶瓷纤维具有一定机械强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制务有机与无机复合型植入材料。 （3）磁性材料。生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料，植入肿瘤灶内，在外部交变磁场的作用下，产生磁滞热效应，导致磁性材料区域内局部温度升高，借以杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤的发展。
现代工业上陶瓷材料的应用与发展
现代工业上陶瓷材料的应用与发展 摘要：阐述陶瓷材料的结构相、分类和陶瓷基复合材料的特性,以及陶瓷材料 在车辆上的应用。简要介绍手机电池中正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）和它们所起的不同作用。 关键词：传统陶瓷新型陶瓷传感器 PTC热敏电阻 NTC热敏电阻特性应用 引言：本文主要介绍陶瓷材料在汽车和手机这两个在当今社会中最具代表性的 工业中的应用与发展。陶瓷是古老而又新型的材料，它是用天然或人工合成的无机粉状物料，经过成型和高温烧结而制成的一种多相固体材料。利用天然硅酸盐矿物(如粘土、长石、石英等)为原料制成的陶瓷叫普通陶瓷，也叫传统陶瓷。这类陶瓷原料来源广，成本低，用量大。天然原料中的杂质对陶瓷的性能不利，人们用纯度高的人工合成原料(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物、氟化物等)，用传统陶瓷工艺方法制造的新型陶瓷，也叫现代陶瓷或特种陶瓷。新型陶瓷材料在现代工业的许多方面都已经发挥了巨大作用，现代工业应用多属精细陶瓷。比如在汽车上很早以前就有火花塞、窗玻璃、水泵的机械式密封使用了陶瓷。而且作为排放对策，触媒载体、氧传感器、爆震传感器等功能陶瓷相继出现。目前，已有许多发动机零件采用结构陶瓷制造，不久将来，陶瓷发动机将会出现。而在当今社会不可或缺的通讯工具——手机中，也可以看到精细陶瓷材料的身影。 1.陶瓷的结构相 陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。 (1)晶相晶相是体现陶瓷材料性质的主要组成相。大多数陶瓷材料是由离子键(如MgO、CaO、Al203等)和共价键(如金刚石、SiC等)为主要结合键。晶体中非金属元素的原子直径大，可排列成不同的晶系，形成晶体"骨架"，金属原子的直径小，处于骨架的间隙中。 陶瓷晶体中主要的两类结构是硅酸盐结构和氧化物结构。陶瓷材料是多相多晶体材料，其物理化学性能主要由晶相决定。晶相中晶粒的大小对陶瓷的性能影响很大。晶粒越细，晶界越多，裂纹扩展越不容易，材料的强度越高。这一点和金属材料很相似。 (2)玻璃相玻璃是非晶态材料，由熔融的液体凝固得到。陶瓷中玻璃相的作用是将分散的晶相粘结在一起;降低烧成温度;抑制晶体长大以及填充气孔空隙。但玻璃相的机械强度比晶相低，热稳定性差，在较低的温度下就开始软化。而且往往因带有一些金属离子而降低陶瓷的绝缘性能。工业陶瓷要控制玻璃相的数量，一般约为20%～40%。
特种陶瓷概述
特种陶瓷概述 摘要本文主要叙述了国内特种陶瓷市场发展和生产现状，讲述了相关的制备方法和最新的相关技术前沿工艺，最后展望了特种陶瓷未来的发展趋势。 关键词特种陶瓷；市场现状；制备工艺；发展规模 前言 特种陶瓷也称为先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷等，突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限，主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料，有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料，是一种采用现代材料工艺制备的，具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 1.发展现状 1.1市场情况： 与20年前相比，目前我国特陶行业结构变化巨大，私营企业、外资企业的数量和比重迅猛增加，特别是外资企业增长势头迅猛，约占我国全部特陶企业的10%左右。当前在电子陶瓷行业中，股份制和三资企业市场竞争力最强。我国特陶市场的开放和市场规模的潜力，吸引许多国外企业纷纷进入，投资不断增加，规模逐步扩大，其投资模式已从最初的产品输入（经销产品）到生产输入（投资设厂），再到应用研究输入（设立实验室），对我国本土特陶企业带来巨大挑战。 1995年我国特种陶瓷产品销售额80亿元人民币（约合10亿美元），其中电子陶瓷约占70%，约56亿元；结构陶瓷占30%，约为24亿元。相当于日本的1/9、美国的1/5，与欧洲的市场规模相当。2015年，特种陶瓷产品产值达到约450亿元。
2020年(发展战略)日用陶瓷材料的应用与发展方向
（发展战略）日用陶瓷材料的应用和发展方向
日用陶瓷材料的应用和发展 法学092刘婷09437105 陶瓷材料是人类应用时间最早，且且应用领域最广的材料之壹。它是壹种天然或人工合成的粉状合成物，经过成型或高温烧结，由金属元素和非金属的无机化合物构成的固体材料。 陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、原料丰富、成本低廉等诸多优点。当下，最受关注的三大固体材料是金属材料、高分子材料，以及陶瓷材料。按照其用途的不同，通常可将陶瓷材料分为工业、艺术和日用陶瓷三大类。其中工业陶瓷是指应用于各种工业的陶瓷制品，包括建筑陶瓷、化工陶瓷、电子陶瓷和特种陶瓷几大类；艺术陶瓷主要指花瓶、雕塑等以陈列欣赏和美化环境为主要作用的陶瓷；而日用陶瓷主要是指如餐具、茶具、洁具等日常生活中应用的陶瓷制品。本文主要研究日用陶瓷的应用形式及其发展趋势。 陶瓷材料和其他材料 相对而言，金属材料具有良好的延展性和可塑性，具有良好的热传导性，可是其耐温性和耐腐蚀性较差。高分子材料具有耐腐蚀性和可加工性，色彩丰富，可是其机械强度，耐高温性和耐磨性较差。陶瓷具有高硬度、耐磨、耐酸、耐碱、耐热、耐冷等优越的性能，肌理富于变化，色彩丰富而且不褪色，造型可塑性强，于丰富人们的物质和精神生活，美化环境，以及提升生活品质等方面可达到作用，是其他材料不可替代的。陶瓷致命的缺点于于高脆性和韧性差，这是材料结构所决定的。于室温下，陶瓷材料分子结构几乎不会产生滑移和位错运动，材料处于受力状态时无法通过塑性变形来松弛应力[2]。可是随着生产技术的发展和陶瓷新品种的开发，必然可于其原有基础上逐步改善其容易碎裂的不足，满足相应的产
新型陶瓷材料的应用与发展
新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷，而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展，各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各行各业。 3.1应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作航天发动机