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工業設計師週 - 關於材料「陶」

八木 明(やぎあきら)先生 (陶芸作家) 陶瓷簡介 陶瓷材料,大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常見的陶瓷材料有粘土、氧化鋁、高嶺土等。陶瓷材料一般硬度較高,但可塑性較差。在歷史的演變中,陶瓷器的製作技巧成為各個國家的重要科技發展,除了在食器、裝飾的使用上,在科學、技術的發展上亦扮演重要角色。 陶瓷原料是地球原有的大量資源黏土經過粹取而成。而粘土的性質可謂神秘而具韌性:常溫遇水可塑,微乾可雕,全乾可磨;燒至700度可成陶能裝水;燒至1230度則瓷化,可完全不吸水且耐高溫耐腐蝕。其用法之彈性,在今日文化科技中尚有各種創意的應用。
特殊陶瓷
蜂窩陶瓷 蜂窩陶瓷是一種多孔性的工業用陶瓷,其內部是許多貫通的蜂窩形狀的平行通道,這些蜂窩體單元由格子狀的間壁分割而成。其材質目前主要有堇青石(2MgO•2Al2O3•5SiO2)、鈦酸鋁(Al2TiO5)、莫來石(3Al2O3•2SiO3)、剛玉(Al2O3)、及複合型等,與一般陶瓷相比,具有低熱膨脹性、耐熱衝擊、比表面積大、耐腐蝕等特性。 汽車行業使用堇青石蜂窩陶瓷作載體,由於其比表面積大,可以負載足夠的貴金屬等催化劑活性成分,從而組成汽油、柴油汽車、載重運輸車的尾氣淨化裝置,使通過的汽車廢氣一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(Nox)得以淨化後排出。 火力發電廠燃煤鍋爐的煙氣去除氮氧化合物(Nox)淨化系統、國外的大量垃圾焚燒有害氣體淨化系統、化學工業和採礦業的有毒氣體淨化處理也普遍使用蜂窩陶瓷作爲載體。 冶金行業蓄熱式燃燒器目前正大力推廣使用蜂窩陶瓷作爲蓄熱體,利用其表面積大、熱阻小、導熱性能好、耐熱衝擊,實現真正意義上的頻繁快速地蓄熱換熱、降低污染氣體排放的目的。另外,在特種鋼材金屬液的過濾等方面也有很大的使用價值。
化學工業和石油工業傳質和分離工程領域使用蜂窩陶瓷規整填料,比目前該行業普遍使用的波紋填料在改善流體均勻分佈,提高分離效率及解決放大效應,降低填料層組立及液量以提高生産效率等方面更爲有效。 燃氣竈具等採用較薄的蜂窩陶瓷片覆蓋或口上方,能使熱量均衡分佈,提高節能效果。 泡沫陶瓷
泡沫陶瓷的應用開始於19世紀70年代,當時又被用作鈾提純材料和細菌過濾材料。隨著泡沫陶瓷使用範圍的不斷擴大,其應用領域也逐漸擴大,由過濾、重工等領域逐漸擴展到隔熱、吸音、電子、光電、傳感、環境生物及化化學領域。 微孔膜陶瓷分離膜所具有的耐酸鹼、耐侵蝕、耐高溫、抗老化、使用壽命長等優點已被人們所認知,並被開發應用於食品工業、生物化工、能源工程、環境工程、電子技術等許多領域 。隨著材料科學的發展,奈米級多孔分離膜的制做和應用成為人們目前研究的重點。 生物材料目前很多科學研究單位都在致力於多孔羥基磷灰石生物陶瓷材料的研究。用添加造孔劑和製作泡沫陶瓷的方法製備多孔羥基磷灰石生物陶瓷,其相互連通的孔隙有利於組織液的微循環,促進細胞的滲入和生長。目前,研製出的泡沫陶瓷羥基磷灰石人工骨和義眼已經用於臨床實驗,引起了醫學界和材料學界的關注。 食品、衛生行業用泡沫陶瓷材料泡沫陶瓷由於具有耐高溫、耐腐蝕和良好的生物、化學特性,因而可用於醫藥工業中的酶、病毒、疫苗、核酸、蛋白質等生理活性物質的濃縮、分離、精製等。在食品、飲料工業中,特別適用於對色、香、味要求高的飲料及低度酒類的過濾,並可望在啤酒的生產中發揮巨大的作用。 環境材料隨著現代工業的發展,各行各業在生產中排放的有害氣體和廢水也越來越多,如果處理不當,就會嚴重影響人類的生存環境,所以環境保護成為時代的主題。泡沫陶瓷在汽車催化轉化器的應用已經有很長時間。除臭用泡沫陶瓷催化器能使廢水中有機溶劑、惡臭氣體催化燃燒,達到除臭淨化的目的。採用耐高溫且有足夠強度的抗熱震性能的高滲透性泡沫陶瓷可有效除去高溫含塵氣體。城市汙水處理過程中,泡沫陶瓷材料也成為曝氣處理所用材料。 隔熱材料泡沫陶瓷具有熱傳導率低、抗熱震性能優良等特性,是一種理想的耐熱材料。由泡沫陶瓷製作的典型耐熱材料為耐熱磚,其材質有Zr02、SiC、鎂鹽及鈣鹽等,使用溫度高達1600℃,是目前世界上最好的隔熱材料,稱之為“超級絕熱材料”,被應用於太空梭外殼的隔熱及導彈頭等。 生物陶瓷
(生物陶瓷聽小骨置換假體) 生物硬組織代用材料有體骨、動物骨,後來發展到採用不銹鋼和塑膠,由於這些生物材料在生物體中使用,不銹鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題,塑膠存在穩定性差和強度低的問題。目前世界各國相繼發展了生物陶瓷材料,它不僅具有不銹鋼塑膠所具有的特性,而且具有親水性、能與細胞等生物組織表現出良好的親和性。因此生物陶瓷具有廣闊的發展前景。生物陶瓷除用於測量、診斷治療等外,主要是用作生物硬組織的代用材料。 可用於骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。
生物陶瓷作為硬組織的代用材料來說,主要分為生物惰性和生物活性兩大類。 1、生物惰性陶瓷材料 生物惰性陶瓷主要是指化學性能穩定,生物相溶性好的陶瓷材料。這類陶瓷材料的結構都比較穩定,分子中的鍵力較強,而且都具有較高的機械強度,耐磨性以及化學穩定性,它主要有氧化鋁陶瓷、單晶陶瓷、氧化鋯陶瓷、玻璃陶瓷等。 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羥基,還可做成多孔性,生物組織可長入並同其表面發生牢固的鍵合;生物吸收性陶瓷的特點是能部分吸收或者全部吸收,在生物體內能誘發新生骨的生長。生物活性陶瓷有生物活性玻璃(磷酸鈣系),羥基磷灰和陶瓷,磷酸三鈣陶瓷等幾種。 材料對工業設計來說很種要的,要不斷吸取新知 (怕被淘汰>///<。 與大家分享︿︿~ 參考資料/http://cn.commerce.com.tw/modules.php?modules=products&action=detail&ID=E0057241&no=37911&category=0 百度、維基百科、陶藝相關、工業材料、精密陶瓷、加工... 翻譯/簡轉繁
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