【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；非氧化物標準生成的自由焓一般都大于相應(yīng)氧化物標準生成的自由焓。所以，在原料的合成和陶瓷燒結(jié)時，易生成氧化物。氧化物原子間的化學鍵主要是離子鍵，而非氧化物一般是鍵性很強的共價鍵，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、化學、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、磁性材料以及導電、超導陶瓷。耐熱陶瓷、隔熱陶瓷、導熱陶瓷是陶瓷在熱學方面的主要應(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方面。 陶瓷發(fā)展展望 近 40 年來，世界科學技術(shù)的高速發(fā)展令人矚目，先進陶瓷的制備技術(shù)也隨之日新月異，展望未來，納米陶瓷材料將在下列幾方面獲得重大突破，對現(xiàn)代科技的發(fā)展和人類社會的進步做出重大的貢獻：①氣相凝結(jié)法制備納米粉體將成為先進陶瓷粉體研究發(fā)展的重點；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)用將為先進陶瓷材料帶來新的活力。 陶瓷在現(xiàn)在社會中所起的作用越來越大，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)、國民經(jīng)濟、科學技術(shù)各個領(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)、自動控制、廣播電視、有線無畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3 線通訊等廣泛應(yīng)用陶瓷材料之外，近幾十年來迅速發(fā)展起來的空間技術(shù)、能源技術(shù)、計算技術(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，也越來越多的應(yīng)用于陶瓷新材料，時至今日，幾乎每個現(xiàn)代科學技術(shù)的尖端領(lǐng)域都有現(xiàn)代陶瓷的足跡，現(xiàn)代陶瓷在國民經(jīng)濟和科學技術(shù)中一直扮演者不可缺少的角色，陶瓷的發(fā)展和應(yīng)用具有無限光明的前景。 陶瓷是一種包容廣泛的無機非金屬材料，而材料是人們在生存發(fā)展過程中進行勞動創(chuàng)造所必須借助的媒體和工具?，F(xiàn)代陶瓷（先進陶瓷）是現(xiàn)代社會人們進行生產(chǎn)活動和科學實驗所不可或缺的。現(xiàn)代陶瓷的發(fā)展推動和加速了科學技術(shù)的發(fā)展，例如，如果沒有現(xiàn)代陶瓷的磁性記憶存儲元件，電子計算機就不可能達到每秒計算千億次的速度，目前高科技中無 數(shù)必須短時間內(nèi)完成的復(fù)雜運算，也許就要拖延千百年，從而使這種計算變得毫無意義，科學研究和實驗將無法進行；沒有現(xiàn)代陶瓷的參加，人類登月旅行、火星探測等就是一句空話等。由此可見，現(xiàn)代陶瓷確實是現(xiàn)代人類文明和科學技術(shù)的基石、云梯、杠桿和催化劑。 氧化鋯 氧化鋯簡介 純凈的氧化鋯是白色固體，含有雜質(zhì)時會顯現(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 ，熔點為 2715℃ 。通常含有少量的氧化鉿，難以分離，但是對氧化鋯的性能沒有明顯的影響。 氧化鋯有三種晶體形態(tài)：單斜、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)樗姆较啵訜岬礁邷囟葧D(zhuǎn)化為立方相。由于在單斜相向四方相轉(zhuǎn)變的時候會產(chǎn)生較大的體積變化，冷卻的時候又會向相反的方向發(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)學陶瓷材料，其化學穩(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。由于其引入了相變增韌機制，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（論文）說明書 4 四方 ZrO2 1000℃ 單斜 ZrO2 的相變屬馬氏體相變，相變過程伴隨著有約14%的晶格切變和 3%5%的體積效應(yīng)。通過引入 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。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度和斷裂韌性（強度最高可達 ，斷裂韌性達15Mpa m 2/1 ），其硬度、耐磨性和耐化學腐蝕性也非常高，常被應(yīng)用于嚴酷環(huán)境和苛刻負載條件下，氧化鋯陶瓷通過控制配料和燒結(jié)，獲得均勻的微細粒燒結(jié)體，實現(xiàn)微細晶粒超塑性，被用來制作耐磨軸承，替 代人骨，以及陶瓷發(fā)動機，陶瓷餐具，航空耐磨部件等 由于氧化鋯材料具有高硬度，高強度，高韌性，極高的耐磨性及耐化學腐蝕性等等優(yōu)良的物化性能，氧化鋯已經(jīng)在陶瓷、耐火材料、機械、電子、光學、航空 航天、生物、化學等等各種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用 . 生物醫(yī)學材料的特點及要求 ： 生物醫(yī)學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，且對人體組織、生理、生化不產(chǎn)生不良影響的材料。生物醫(yī)學材料可以分為：①高分子材料②無機非金屬材料 ③金屬材料④復(fù)合材料 ⑤天然生物材料 生物陶瓷作為無機非金屬材料在生物醫(yī)學領(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。 無機非金屬材料作為生物醫(yī)學材料已有較長時間 的歷史，最早可以追溯到 19 世紀初制成的陶瓷牙齒 ,到 20 世紀 60 年代，無機生物醫(yī)學材料的研究與應(yīng)用已進入了一個發(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： ①構(gòu)成材料的物質(zhì)結(jié)合以離子鍵或共價鍵為主，因而具有優(yōu)良的機械性能，如高耐壓強度、高硬度、耐磨損等；高的化學穩(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它的排斥性。 ② 制備陶瓷的組成范圍較寬，可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求設(shè)計組成調(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（論文）說明書 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)滿足下述生物學要求或具備下述條件： ①生物相容性，即生物陶瓷必須對生物體無毒、無害、無刺激、無過敏反應(yīng)、無致畸、致突變和致癌等作用，同時，它又不會被生化作用所破壞。 ②力學相容性 生物陶瓷不僅應(yīng)具有足夠的強度，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)合可以是組織長入不平整的植入體表面所形成的機械嵌聯(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，要求植入物不會對血液細胞造成破壞，不會形成血栓。 ⑤物理化學穩(wěn)定性 在體內(nèi)長期穩(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菌狀態(tài)生存下來，不會因環(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)學材料 氧化鋯陶瓷材料作為牙科修復(fù)材料的優(yōu)點 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，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 陶瓷不引起細胞轉(zhuǎn)化。 C． Pieoni等亦認為 ZrO2 材料無誘變和致癌效應(yīng)。同時，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陶瓷以其卓越的機械性能在齒科修復(fù)方面有著無可比擬的優(yōu)勢，尤其是氧化鎂 (MgO)部分穩(wěn)定 ZrO2 陶瓷(MgPSZ)，因為能發(fā)生相變增韌而使材料有極 好的韌性，三點彎曲強度和斷裂韌性可分畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 別達 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)，該材料強度可以達到 600～ 800MPa，斷裂韌性 MPa m 2/1 ，而 Inceram系列的高性能 Al2 O3 陶瓷常溫下強度僅為 412． 5MPa，斷裂韌性為 4MPa m 2/1 。 Drouin等認為 ZrO2 作為生物材料的優(yōu)異性能不僅與相交增韌有關(guān)，而且還與疲勞過程中存在的應(yīng)力域值有關(guān)。他們在 ZrO2 陶瓷模擬生理負載條件下的慢裂紋增長實驗中發(fā)現(xiàn)，若疲勞應(yīng)力低于某一應(yīng)力域值，裂紋不會發(fā)生擴張，從而進一步延長了 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性要求的外型，通過調(diào)色與牙齦粘膜可達到最佳的美觀協(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到好的美學效果。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。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 Zr02陶瓷作為牙修復(fù)材料除了具有上述突出的優(yōu)點外，還有如低熱導率和良好的成型性等。由于金屬的熱導率高，以金屬為核樁的修復(fù)體在受熱時易引起組織損傷，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)受熱時引起的組織損傷，減輕患者的痛苦。同時， ZrO2 陶瓷還具有良好的成型性，既可以通過鑄造成型，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（論文）說明書 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 近年來美觀無毒、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，其三點彎曲強度為 513 MPa(雙軸彎曲法測試達 620MPa)，斷裂韌性達 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對應(yīng)用 InCeram Zirconia修復(fù)的后牙固定橋做了三年臨床觀察，認為觀察期內(nèi)此種全瓷固定橋臨床效果較好，但由于其應(yīng)用于臨床時間有限，仍需進行長期觀察。 Berit研究了氧化鋯相變增韌陶瓷用于牙科嵌體、冠橋的化學穩(wěn)定性和低溫老化性能，認為 ZrO2 相變增韌陶瓷比其它牙科陶瓷有更好的力學性能，化學穩(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)、化學組成對牙科陶瓷力學性能的影響，同樣認為 ZrO2 陶瓷作為牙科陶瓷力學