功能陶瓷,是指在应用时主要利用其非力学性能的材料,这类材料通常具有一种或多种功能,如电、磁、光、热、化学、生物等; 有的还有耦合功能,如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等。
目前已经研究比较深入并大量使用的功能陶瓷有介电陶瓷、光学陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷、绝缘陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷等,下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其发展趋势。
介电陶瓷是通过控制介电性质,使之符合高比介电常数、低的高频损耗、适当的介电常数温度变化值等要求的一种陶瓷,包括铁电介质陶瓷、半导体介质陶瓷、高频介质陶瓷和微波介质陶瓷等陶瓷介质材料。
主要组成物为Al2O3、Mg2SiO4的介电陶瓷具有绝缘性,主要用于集成电路基板;主要组成物为PbTiO3、BaTiO3的介电陶瓷具有热电性,主要用于热敏电阻;主要组成物为PbTiO3、LiNbO3的介电陶瓷具有压电性,主要用于振荡器;主要组成物为BaTiO3的介电陶瓷具有强介电性,主要用于电容器。

光学陶瓷又称透明陶瓷(transparent ceramics),是能透过可见光的陶瓷材料的总称。常用的光学陶瓷有 氧化铝、 氧化镁、 三氧化二钇(Y2O3)、 氟化钙、 氧化铍、三氧化二钆(Gd2O3)、 氧化钙、氧化钍(ThO2)和锆钛酸铅镧陶瓷( PLZT)等。光学陶瓷在电学、光学、计算机技术、红外技术、空间技术、激光技术、防辐射装置、新型 电光源、高温装置等方面均有广泛应用。
主要组成物为Al2O3CrNd玻璃的光学陶瓷具有荧光、发光性,主要用于激光;主要组成物为CaAs、CdTe的光学陶瓷具有红外透过性,主要用于红外线加热器;主要组成物为SiO2的光学陶瓷具有高透明度,主要用于光导纤维;主要组成物为WO3的光学陶瓷具有电发色效应,主要用于显示器。

磁性陶瓷是指由铁、钴、镍、部分稀土族金属氧化物,或其合金所组成的具有磁性的材料。氧化物系磁性材料为磁性机能优秀的精密陶瓷,所以称为磁性陶瓷材料或磁性陶瓷更能表示材料的特质。
主要组成物为ZnFe2O、γ-Fe2O3的磁性陶瓷具有软磁性,主要用于磁带、各种高频磁心;主要组成物为SrO.6 Fe2O3的磁性陶瓷具有硬磁性,主要用于电声器件、仪表及控制器件的磁芯。


半导体陶瓷是指具有半导体特性、电导率约在10-6~105S/m的陶瓷。半导体陶瓷的电导率因外界条件(温度、光照、电场、气氛和温度等)的变化而发生显著的变化,因此可以将外界环境的物理量变化转变为电信号,制成各种用途的敏感元件。
主要组成物为CdS、Ca2Sx的半导体陶瓷具有光电效应,主要用于太阳电池;主要组成物为VO2、NiO的半导体陶瓷具有阻抗温度变化效应,主要用于温度传感器;主要组成物为LaB6、BaO的半导体陶瓷具有热电子放射效应,主要用于热阴极。

随着材料科学的迅速发展,功能陶瓷材料的各种新性能、新应用不断被人们所认识,功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛应用。
当前功能陶瓷发展趋势可归纳为以下几点:
1、复合化
2、多功能化
3、智能化
4、材料低维化
5、设计、工艺一体化
单一材料的功能和特性往往难以满足新技术新发展对材料综合性能的要求,复合材料可以综合单一材料很多优异的性能。智能材料是功能陶瓷发展和应用的更高阶段,是现代科学技术发展和人类社会需求的必然结果。当材料的特征尺寸足够小,尤其是到了纳米级时,量子效应和表面效应将十分显著,可产生独特的电、磁、光、热、力等物理和化学特性,纳米功能陶瓷技术是研究的热点之一,是一种新型的功能陶瓷材料。材料、设计、工艺的一体化,有助于开发更优异特征和更新功能的功能陶瓷。



