【正文】 爐管、密封圈和玻璃熔化池內(nèi)襯等。非氧化物陶瓷主要包括碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷在以下三個(gè)方面不同于氧化物陶瓷：非氧化物陶瓷自然界很少存在，需要人工合成原料，然后再按 照陶瓷工藝做成陶瓷制品；非氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成的自由焓一般都大于相應(yīng)氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成的自由焓。所以，在原料的合成和陶瓷燒結(jié)時(shí)，易生成氧化物。氧化物原子間的化學(xué)鍵主要是離子鍵，而非氧化物一般是鍵性很強(qiáng)的共價(jià)鍵，因此，非氧化物陶瓷一般比氧化物陶瓷難熔和難燒結(jié)。 （ 2）功能陶瓷 功能陶瓷是具有電、磁、光、聲、超導(dǎo)、化學(xué)、生物等特性，且具有相互轉(zhuǎn)化功能的一類陶瓷，已經(jīng)具有極高的產(chǎn)業(yè)化程度。其大致可以分為電子陶瓷、透明陶瓷、生物與抗菌陶瓷、發(fā)光與紅外輻射陶瓷、多孔陶瓷。電子陶瓷包括絕緣陶瓷、介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、 熱釋電陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料以及導(dǎo)電、超導(dǎo)陶瓷。耐熱陶瓷、隔熱陶瓷、導(dǎo)熱陶瓷是陶瓷在熱學(xué)方面的主要應(yīng)用。其中，耐熱陶瓷主要有 Al20 Zr0MgO、 SiC． SiN幾種。由于它們具有高溫穩(wěn)定性，因此，作為耐火材料被應(yīng)用于冶金行業(yè)以及其他行業(yè)。隔熱陶瓷材料主要指氧化物纖維、空心球，由于其具有很好的隔熱效果被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。生物陶瓷是指直接作用于人體或者與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料，廣義講，凡屬于生物工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。作為生物陶瓷材料應(yīng)具備如下功能：代替人體內(nèi)有病的或損傷 的部分，作為人體先天性缺損部分的代用品；有助于人體內(nèi)組織的恢復(fù)。生物陶瓷除用于測(cè)量、診斷、治療外．主要是作生物硬組織的代用材料，可應(yīng)用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳喉鼻科及普通外科等各個(gè)方面。 陶瓷發(fā)展展望 近 40 年來(lái)，世界科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展令人矚目，先進(jìn)陶瓷的制備技術(shù)也隨之日新月異，展望未來(lái)，納米陶瓷材料將在下列幾方面獲得重大突破，對(duì)現(xiàn)代科技的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步做出重大的貢獻(xiàn)：①氣相凝結(jié)法制備納米粉體將成為先進(jìn)陶瓷粉體研究發(fā)展的重點(diǎn)；②快速原型制造技術(shù) (RPM)和膠肽成形將 向傳統(tǒng)成形技術(shù)挑戰(zhàn)；③微波燒結(jié)和放電等離子燒結(jié) (SPS)是獲得納米塊狀陶瓷材料的有效燒結(jié)方法；④納米材料的應(yīng)用將為先進(jìn)陶瓷材料帶來(lái)新的活力。 陶瓷在現(xiàn)在社會(huì)中所起的作用越來(lái)越大，尤其是現(xiàn)代陶瓷，其應(yīng)用領(lǐng)域已發(fā)展到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域，除了生活日用、建筑材料、衛(wèi)生潔具、化工設(shè)備、變電和輸配電、切削刀具、鉆井鉆頭、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、廣播電視、有線無(wú)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 3 線通訊等廣泛應(yīng)用陶瓷材料之外，近幾十年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的空間技術(shù)、能源技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、信息技術(shù)、生物醫(yī)藥技術(shù)、激光技術(shù)、電子新技術(shù)、遙感技術(shù)、仿生技 術(shù)、紅外技術(shù)等，也越來(lái)越多的應(yīng)用于陶瓷新材料，時(shí)至今日，幾乎每個(gè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的尖端領(lǐng)域都有現(xiàn)代陶瓷的足跡，現(xiàn)代陶瓷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)中一直扮演者不可缺少的角色，陶瓷的發(fā)展和應(yīng)用具有無(wú)限光明的前景。 陶瓷是一種包容廣泛的無(wú)機(jī)非金屬材料，而材料是人們?cè)谏姘l(fā)展過(guò)程中進(jìn)行勞動(dòng)創(chuàng)造所必須借助的媒體和工具?，F(xiàn)代陶瓷（先進(jìn)陶瓷）是現(xiàn)代社會(huì)人們進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)所不可或缺的?，F(xiàn)代陶瓷的發(fā)展推動(dòng)和加速了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，例如，如果沒(méi)有現(xiàn)代陶瓷的磁性記憶存儲(chǔ)元件，電子計(jì)算機(jī)就不可能達(dá)到每秒計(jì)算千億次的速度，目前高科技中無(wú) 數(shù)必須短時(shí)間內(nèi)完成的復(fù)雜運(yùn)算，也許就要拖延千百年，從而使這種計(jì)算變得毫無(wú)意義，科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)將無(wú)法進(jìn)行；沒(méi)有現(xiàn)代陶瓷的參加，人類登月旅行、火星探測(cè)等就是一句空話等。由此可見(jiàn)，現(xiàn)代陶瓷確實(shí)是現(xiàn)代人類文明和科學(xué)技術(shù)的基石、云梯、杠桿和催化劑。 氧化鋯 氧化鋯簡(jiǎn)介 純凈的氧化鋯是白色固體，含有雜質(zhì)時(shí)會(huì)顯現(xiàn)灰色或淡黃色，添加顯色劑還可顯示各種其它顏色。純氧化鋯的分子量為 ，理論密度是 ，熔點(diǎn)為 2715℃ 。通常含有少量的氧化鉿，難以分離，但是對(duì)氧化鋯的性能沒(méi)有明顯的影響。 氧化鋯有三種晶體形態(tài)：?jiǎn)涡?、四方、立方晶相。常溫下氧化鋯只以單斜相出現(xiàn)，加熱到 1100℃ 左右轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，加熱到更高溫度?huì)轉(zhuǎn)化為立方相。由于在單斜相向四方相轉(zhuǎn)變的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大的體積變化，冷卻的時(shí)候又會(huì)向相反的方向發(fā)生較大的體積變化，容易造成產(chǎn)品的開(kāi)裂，限制了純氧化鋯在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。但是添加穩(wěn)定劑以后，四方相可以在常溫下穩(wěn)定，因此在加熱以后不會(huì)發(fā)生體積的突變，大大拓展了氧化鋯的應(yīng)用范圍。 氧化鋯的性能 氧化鋯屬于惰性生物醫(yī)學(xué)陶瓷材料，其化學(xué)穩(wěn)定性好，引發(fā)不良生物界面反應(yīng)小。部分穩(wěn)定化的氧化鋯是 一種有應(yīng)用前景的氧化物惰性生物陶瓷材料。由于其引入了相變?cè)鲰g機(jī)制，這類陶瓷具有比氧化鋁更好的斷裂韌性，被提倡作為氧化鋁的替用材料。氧化鋯具有多晶型，隨溫度的變化范圍存在如下多晶轉(zhuǎn)變： 單斜 ZrO2 約 1170℃ 四方 ZrO2 2370℃ 立方 ZrO2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 4 四方 ZrO2 1000℃ 單斜 ZrO2 的相變屬馬氏體相變，相變過(guò)程伴隨著有約14%的晶格切變和 3%5%的體積效應(yīng)。通過(guò)引入 Y2 O3 、 MgO 、 CaO 等四方相穩(wěn)定劑。四方相亞穩(wěn)態(tài)在低于 1000℃的溫度范圍內(nèi)可以存在下來(lái)。利用這一效應(yīng)和穩(wěn)定劑的控制相變作用，現(xiàn)已制備出多種具有增韌性質(zhì)的 ZrO2 陶瓷材料。 氧化鋯的應(yīng)用 氧化鋯陶瓷具有較高的室溫強(qiáng)度和斷裂韌性（強(qiáng)度最高可達(dá) ，斷裂韌性達(dá)15Mpa m 2/1 ），其硬度、耐磨性和耐化學(xué)腐蝕性也非常高，常被應(yīng)用于嚴(yán)酷環(huán)境和苛刻負(fù)載條件下，氧化鋯陶瓷通過(guò)控制配料和燒結(jié)，獲得均勻的微細(xì)粒燒結(jié)體，實(shí)現(xiàn)微細(xì)晶粒超塑性，被用來(lái)制作耐磨軸承，替 代人骨，以及陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，陶瓷餐具，航空耐磨部件等 由于氧化鋯材料具有高硬度，高強(qiáng)度，高韌性，極高的耐磨性及耐化學(xué)腐蝕性等等優(yōu)良的物化性能，氧化鋯已經(jīng)在陶瓷、耐火材料、機(jī)械、電子、光學(xué)、航空 航天、生物、化學(xué)等等各種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用 . 生物醫(yī)學(xué)材料的特點(diǎn)及要求 ： 生物醫(yī)學(xué)材料是指一類具有特定功能和特殊性能要求的，用于人工器、外科修復(fù)、理療健康、診斷、檢查、治療疾病等，且對(duì)人體組織、生理、生化不產(chǎn)生不良影響的材料。生物醫(yī)學(xué)材料可以分為：①高分子材料②無(wú)機(jī)非金屬材料 ③金屬材料④復(fù)合材料 ⑤天然生物材料 生物陶瓷作為無(wú)機(jī)非金屬材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占有重要地位并已廣泛應(yīng)用，其主要應(yīng)用是人體硬組織的修復(fù)替換等內(nèi)植入，如人工牙、人工骨、人工關(guān)節(jié)等。 無(wú)機(jī)非金屬材料作為生物醫(yī)學(xué)材料已有較長(zhǎng)時(shí)間 的歷史，最早可以追溯到 19 世紀(jì)初制成的陶瓷牙齒 ,到 20 世紀(jì) 60 年代，無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料的研究與應(yīng)用已進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展較快的階段，這主要是明確了它與其他材料相比有如下特點(diǎn)： ①構(gòu)成材料的物質(zhì)結(jié)合以離子鍵或共價(jià)鍵為主，因而具有優(yōu)良的機(jī)械性能，如高耐壓強(qiáng)度、高硬度、耐磨損等；高的化學(xué)穩(wěn)定性，在體內(nèi)不易溶解、不易氧化、不易腐蝕、熱穩(wěn)定性好，便于滅菌消毒，與人體組織親和性好，幾乎看不到人體組織對(duì)它的排斥性。 ② 制備陶瓷的組成范圍較寬，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求設(shè)計(jì)組成調(diào)劑性能的變化。 ③成型方法多，可根據(jù)需要制成各種形狀和 尺寸、致密或多孔結(jié)構(gòu)等。 ④易于著色，如陶瓷牙冠與天然牙齒外觀逼真，利于整容、美容手術(shù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 5 生物陶瓷是一類具有特殊生理行為要求的陶瓷材料，它應(yīng)滿足下述生物學(xué)要求或具備下述條件： ①生物相容性，即生物陶瓷必須對(duì)生物體無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)刺激、無(wú)過(guò)敏反應(yīng)、無(wú)致畸、致突變和致癌等作用，同時(shí)，它又不會(huì)被生化作用所破壞。 ②力學(xué)相容性 生物陶瓷不僅應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，不發(fā)生災(zāi)難性破裂，疲勞、蠕變及腐蝕破裂，而且其彈性變形應(yīng)當(dāng)和被替換的組織相匹配。植入體的相容性取決于它所承受的應(yīng)力的大小，組織間形成的界面性質(zhì)以及材料本身的彈性 模量。 ③與生物組織有優(yōu)異的親和性 生物陶瓷植入生物體后，能和生物組織很好的結(jié)合。這種結(jié)合可以是組織長(zhǎng)入不平整的植入體表面所形成的機(jī)械嵌聯(lián)，也可以是植入體和生理環(huán)境間發(fā)生生化反應(yīng)而形成的化學(xué)鍵結(jié)合。 ④抗血栓 生物陶瓷作為植入材料和人體血液相接觸，要求植入物不會(huì)對(duì)血液細(xì)胞造成破壞，不會(huì)形成血栓。 ⑤物理化學(xué)穩(wěn)定性 在體內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定，不分解，不變質(zhì)，不變性。 ⑥滅菌性，即植入材料必須能以無(wú)菌狀態(tài)生存下來(lái)，不會(huì)因環(huán)境條件如干熱，濕熱，氣體，輻射等的作用而改變其功能，使接觸的宿主組織受到感染。 氧化鋯陶瓷作為醫(yī)學(xué)材料 氧化鋯陶瓷材料作為牙科修復(fù)材料的優(yōu)點(diǎn) a 良好的生物相容性 ZrO2 陶瓷是生物惰性材料，不具有生物活性，不會(huì)與組織和口腔分泌物反應(yīng)，具有很好的生物相容性，在口腔內(nèi)能穩(wěn)定存在，不釋放有害雜質(zhì)，并且不降解。同時(shí)，牙科用 ZrO2 陶瓷表面光滑，便于清潔，不利于菌斑附著。 Covacci等證明了高純度的 ZrO2 陶瓷不引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化。 C． Pieoni等亦認(rèn)為 ZrO2 材料無(wú)誘變和致癌效應(yīng)。同時(shí)，牙用 ZrO2陶瓷表面光滑，便于清潔，不利斑菌附著。 b 優(yōu)異的機(jī)械性能 一般的牙科陶瓷材料都為脆性材料，分散局部應(yīng)力的能力弱，臨界應(yīng)變低，折斷前承受的應(yīng)變約為 0． 1％，不能用于后牙冠的修復(fù)。高性能的 Zr02陶瓷以其卓越的機(jī)械性能在齒科修復(fù)方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是氧化鎂 (MgO)部分穩(wěn)定 ZrO2 陶瓷(MgPSZ)，因?yàn)槟馨l(fā)生相變?cè)鲰g而使材料有極 好的韌性，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性可分畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 6 別達(dá) 1000MPa和 15MPa m 2/1 。 Mclaren和 Kin等分別研制了用于后牙冠和三單位固定牙橋ZrO2 增韌氧化鋁 (Al2 O3 )陶瓷的復(fù)相材料 (ZTA)，該材料強(qiáng)度可以達(dá)到 600～ 800MPa，斷裂韌性 MPa m 2/1 ，而 Inceram系列的高性能 Al2 O3 陶瓷常溫下強(qiáng)度僅為 412． 5MPa，斷裂韌性為 4MPa m 2/1 。 Drouin等認(rèn)為 ZrO2 作為生物材料的優(yōu)異性能不僅與相交增韌有關(guān)，而且還與疲勞過(guò)程中存在的應(yīng)力域值有關(guān)。他們?cè)?ZrO2 陶瓷模擬生理負(fù)載條件下的慢裂紋增長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若疲勞應(yīng)力低于某一應(yīng)力域值，裂紋不會(huì)發(fā)生擴(kuò)張，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)了 ZrO2 陶瓷修復(fù)體的使用壽命。 c 優(yōu)良的美觀性 陶瓷材料是目前能夠最大限度再現(xiàn)自然牙形態(tài)、顏色和光澤 (包括熒光和乳光 )等的人工材料。精致的陶瓷修復(fù)形態(tài)、色澤逼真、美觀，深受患者歡迎。尤其是 ZrO2 陶瓷，其基樁可以研磨出適合個(gè)性要求的外型，通過(guò)調(diào)色與牙齦粘膜可達(dá)到最佳的美觀協(xié)調(diào)效果。而如果前牙修復(fù)體基底核為金屬或合金，則顯暗黑色，即使使用遮色層亦難達(dá)到好的美學(xué)效果。另外，一般的金屬烤瓷修復(fù)體在巨大的咬合力下瓷面 容易發(fā)生瓷裂，瓷裂后剝落引起金屬外露，即影響美觀性又難以修補(bǔ)。如圖 11為鋼牙，圖 12為氧化鋯陶瓷牙。 圖 11 鋼牙 圖 11 鋼牙 圖 12 氧化鋯陶瓷牙 d 其它優(yōu)點(diǎn) Zr02陶瓷作為牙修復(fù)材料除了具有上述突出的優(yōu)點(diǎn)外，還有如低熱導(dǎo)率和良好的成型性等。由于金屬的熱導(dǎo)率高，以金屬為核樁的修復(fù)體在受熱時(shí)易引起組織損傷，而 ZrO2陶瓷的熱系數(shù)低 (在 100～ 1000C? 區(qū)間僅為 1． 7～ w/m k)，可以避免在口腔修復(fù)受熱時(shí)引起的組織損傷，減輕患者的痛苦。同時(shí)， ZrO2 陶瓷還具有良好的成型性，既可以通過(guò)鑄造成型，亦可利用燒結(jié)工藝成型，還可以采用研磨、 CAD／ CAM等方法成型。 Kato畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 7 等在 850℃半燒結(jié)得到了具有光滑切削表面的 ZrO2 陶瓷，并確立了最適合半燒結(jié)的切削條件， Luthardt等已嘗試用 CAD／ CAM來(lái)處理 ZrO2 陶瓷。 氧化鋯陶瓷作為牙科修復(fù)材料的應(yīng)用現(xiàn)狀 a ZrO2 涂層 ZrO2 由于其化學(xué)性能穩(wěn)定，在正常生理代謝作用下能耐受體液作用不發(fā)生變質(zhì)，故不僅可用于金屬植入材料涂層，在作為 CoCr合金涂層時(shí)也可以降低金屬離子在人工唾液中的釋放，近年隨著納米技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了納米氧化鋯涂層，有人認(rèn)為若將涂層技術(shù)用于口腔鑄造金屬支架上，也可以降低金屬離子析出，提高材料耐腐蝕性。 b 作為冠橋用全瓷材料 近年來(lái)美觀無(wú)毒、生物相容性極 佳的全瓷修復(fù)體成為口腔修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向， VITA公司生產(chǎn)的 InCeram系列是迄今應(yīng)用于臨床最為成功的全瓷系列，其中力學(xué)性能最佳的 In Ceram Zirconia就是用釔穩(wěn)定氧化鋯替代 33． 3％的氧化鋁作為滲透陶瓷骨架，屬于氧化鋯增韌的氧化鋁陶瓷 (ZTA)材料，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為 513 MPa(雙軸彎曲法測(cè)試達(dá) 620MPa)，斷裂韌性達(dá) MPa m 2/1 ，可用于后牙冠橋修復(fù)，并有研究表明該材料有類似塑性材料的特性． Suarezt對(duì)應(yīng)用 InCeram Zirconia修復(fù)的后牙固定橋做了三年臨床觀察，認(rèn)為觀察期內(nèi)此種全瓷固定橋臨床效果較好，但由于其應(yīng)用于臨床時(shí)間有限，仍需進(jìn)行長(zhǎng)期觀察。 Berit研究了氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷用于牙科嵌體、冠橋的化學(xué)穩(wěn)定性和低溫老化性能，認(rèn)為 ZrO2 相變?cè)鲰g陶瓷比其它牙科陶瓷有更好的力學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性也能夠滿足作為牙科陶瓷材料的需求： Quinn等研究了微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成對(duì)牙科陶瓷力學(xué)性能的影響，同樣認(rèn)為 ZrO2 陶瓷作為牙科陶瓷力學(xué)