1、= 第 12章 機械應用之特殊材料 =12-1 陶瓷材料12-2 高分子材料12-3 複合材料12-4 電子材料12-5 磁性材料12-6 光電材料12-7 其他材料12-1 陶瓷材料傳統上，陶瓷材料大多是以各種黏土為主要原料，經過成型和高溫處理後，變成有用的多晶材料。從總體上看，陶瓷材料是硬而脆的高熔點材料，具有低的導電性和導熱性、良好的化學穩定性和熱穩定性，以及較高的壓縮強度等。所以，陶瓷材料具有優異的耐磨性、耐熱性與良好的耐蝕性，但脆性限制了陶瓷材料應用的領域，此為未來的研究重點。12-1 陶瓷材料陶瓷材料的基本特性與金屬材料的特性有很大的不同。這些特性上的差異起源於兩種材料化學鍵的不同
2、。金屬材料的化學鍵大都是金屬鍵，金屬鍵是沒有方向性的，因此金屬材料具有良好的塑性變形性能。而陶瓷的化學鍵主要是離子鍵和共價鍵。這種化學鍵有很強的方向性和很高的結合能。12-1 陶瓷材料所以，陶瓷材料具有高硬度、高熔點、高化學穩定性等特點。在日常生活中，常用於製造電機與電子產品；在工業上，目前的陶瓷汽缸即是很好的應用，如圖 12-1 所示。然而此種化學鍵使得陶瓷很難產生塑性變形，脆性大且裂紋敏感性強。因此，陶瓷的韌化已成為目前研究領域的核心之一。12-1 陶瓷材料12-1 陶瓷材料基本上，陶瓷材料可分為結晶陶瓷與非晶質陶瓷（即玻璃）兩種，另外近來發展出一種介於兩者之間的玻璃陶瓷，即是原來是非晶質
3、狀態，加以適當控制使其產生結晶陶瓷的特性。12-1 陶瓷材料結晶陶瓷依照所含成分，可分為矽酸鹽陶瓷、非矽酸鹽氧化物陶瓷及非氧化物陶瓷等三類。矽酸鹽陶瓷以二氧化矽（ SiO2）為主要原料。二氧化矽的結晶在室溫下稱之為 -石英（ -quartz）；在一大氣壓力下及 573 時轉變成 -石英（ -quartz）；在 870 時又轉變成 -鱗石英（ -tridymite）；在 1470 時再變成 -白矽石（ -cristobalite）；最後，在 1713 時熔化。12-1 陶瓷材料如表 12-1所示，列出常用的矽酸鹽類陶瓷之成分。耐火材料需在高溫下承受負荷，通常以耐火泥細粉黏結氧化物顆粒，一般耐火磚含有 2025的氣孔，以增進絕熱性質。12-1 陶瓷材料如表 12-2 所示，為常見的非矽酸鹽氧化物陶瓷。表中列出屬於較尖端的精密陶瓷（ Fine ceramics），其雜質含量約在 1wt%以下。主要用於電子工業上。ZrO2是陶瓷中作為構造用材料的最佳材料，具有變態韌化的特點，可取代一些金屬材料的用途。12-1 陶瓷材料
