新型陶瓷材料与商业应用
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课程评价
spContent=新型陶瓷材料可以称为现代工业技术的支柱,其品种不断丰富,性能不断突破,在改造传统产业、创造新产业、发展新能源方面起着重要的作用,集中体现了现代科学技术的进步并为科技的发展提供支撑。课程团队成员有多年的教学、科研基础,内容由浅入深、适合材料相关专业学生及广大科技爱好者学习和参考。
—— 课程团队
课程概述

    30年来,由于冶金、汽车、能源、生物、航天、通信等领域的发展对新材料的需求,新型陶瓷材料在国内外已经逐步形成了一个新兴的产业。随着新型陶瓷材料的研究开发的不断推进,产品种类不断丰富,功能不断创新,其应用覆盖领域大到国家安全,小至人民生活,可以说是无处不在。与传统陶瓷相比,新型陶瓷在原料、组成、工艺、结构、性能等方面都有较大区别。同时随着新型种陶瓷的快速发展,其种类和数量也在飞速增长。不同类型的陶瓷材料之间既有共性,又有特殊性。

    《新型陶瓷材料及商业应用》是材料科学与工程专业的一门重要的专业课,它以具有力学、电学、磁学、热学、化学、生物学等方面新功能的新型陶瓷材料为主要内容,探讨新型陶瓷材料的机理及其制备、生产和商业应用。通过课程教学,使同学们了解新型陶瓷的相应功能的概念、机理、生产及商业应用;通过学习该课程,可以拓宽同学们对陶瓷材料中功能陶瓷这一新型材料的认识,开阔视野,增加其相关专业知识量。同时,通过课程教学,提高同学们的科研创新素养、培养科研创新思维,在解决材料工程问题的同时,能够考虑社会、健康、安全、法律、环境等因素。

    本课程适用于材料相关专业的本科生、研究生作为专业课进行学习,同时也适用于机械、电子、通信、环境、生物工程等其他相关专业方向的本科生作为选修课进行学习。



授课目标
掌握不同种类陶瓷材料的作用机理及其代表性材料;掌握不同新型陶瓷材料的应用领域及其产品,并了解这些产品的主要生产技术、应用及市场前景,了解陶瓷行业对社会经济和可持续性发展的意义。 能选择适合的工艺对新型陶瓷的结构进行调控,并最终控制其性能。
课程大纲

课程主要以讲授为主,主要内容分为三大部分:1. 基本概况 2. 新型陶瓷工艺3.具体的新型陶瓷。


.新型陶瓷前沿及商业应用概述(3学时)

知识点:
1.
 传统陶瓷、新型陶瓷、功能陶瓷的定义。
2.
 特种陶瓷的定义及其主要分类。
3.
 新型陶瓷的商业应用。
重 点:传统陶瓷与新型陶瓷的异同。
难 点:新型陶瓷的功能分类。

二.新型陶瓷制备工艺(6学时)
知识点:
1.
 功能陶瓷的粉体制备、要求及其表征手段;

2. 干压成型、等静压成型、流延成型等成型工艺;

3. 热压烧结、微波烧结、高温等离子体烧结等新型烧结工艺;

4. 冷加工、热加工、表面金属化等后处理工艺。
重 点:特种陶瓷生产工艺与传统陶瓷工艺的异同点及其优劣比较。
难 点:陶瓷加热致密化的机制。

. 结构陶瓷及其商业应用(3学时)

知识点:强度、硬度、韧性、陶瓷增韧;氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷;相变增韧、微裂纹增韧、微应力增韧;氮化物结构陶瓷;陶瓷基板材料。

  点:结构陶瓷的主要性能指标及其代表性材料。

  点:陶瓷增韧、氧化锆陶瓷相变增韧效应。

 

四.电功能陶瓷及其商业应用(10学时)

1)电介质陶瓷

知识点:铁电介质陶瓷、BaTiO3陶瓷、钙钛矿结构、半导体电介质、高频介质、微波介质,以及各类电介质陶瓷的主要应用。

  点:BaTiO3结构及其性质、电介质陶瓷的应用和主要产品。

  点:钙钛矿结构、相变及其半导体化。

 

2)压电陶瓷

知识点:压电效应、正压电效应、逆压电效应、压电陶瓷、压电振子、PZT陶瓷。

  点:压电性与介电性、铁电性等的关系、正逆压电效应、主要的压电材料。

  点:压电性与介电性、铁电性和热释电性之间的关系;压电效应产生的机理。

 

3)导电陶瓷

知识点:陶瓷的导电机理、陶瓷导电的影响因素、导电陶瓷的类别。

  点:陶瓷的导电机理、陶瓷导电性的影响因素。

  点:陶瓷的导电机理。

 

4)超导陶瓷

知识点:超导现象;完全导电性、完全抗磁性、迈斯纳效应、约瑟夫逊效应、高温超导体;超导体的应用。

  点:超导性的概念、高温超导发展的意义及其局限性。

  点:迈斯纳效应及高温超导研究应用的局限性。

 

五.磁性陶瓷及其商业应用(2学时)

知识点:铁氧体、铁磁性、顺磁性、反磁性、居里温度、吸波材料、巨磁阻效应。

  点:磁性材料的磁性转变条件及其对生产、制备及应用的影响。

  点:铁氧体材料的磁性作用机制。

 

六.敏感陶瓷及其商业应用(4学时)

知识点:热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻、气敏电阻;正温度系数、负温度系数;非线性系数;光催化、光电效应。

  点:敏感陶瓷的运行机制、主要代表材料及其应用。

  点:敏感陶瓷的运行机制。

 

七.生物陶瓷及其商业应用(4学时)

知识点:生物功能性、生物相容性、生物毒性;惰性生物材料、活性生物材料、可降解生物材料;多孔生物材料、生物涂层、复合生物材料。

  点:生物陶瓷的特殊要求及不同生物活性陶瓷的原理、应用及优劣。

  点:生物活性的产生及其与人体作用的机制。


预备知识

 本课程是材料科学与工程专业方向的专业课,深入学习本课程需具有材料科学基础及材料性能学等相关材料学科基础知识。

   同时本课程也适合于与材料有关相关专业的同学选读,一般选读学员应至少具备大学物理、无机化学、物理化学等理工科基础课程的相关知识。


证书要求

    1. 完成所有课程的学习;

    2. 完成课程视频中的测试题;(10分)

    3. 完成至少5次课后作业(共7次作业);(20分)

    4. 完成一次小组讨论或个人分享报告,可以在线或离线进行,可以是ppt文件,也可以是视频,或者在线分享。(20分)

  5. 完成期末考试。(50分)

    6. 优秀学员要求:

      6.1 分享报告得分为前20%的学员,可以免做3中作业,并直接获得优秀学员证书。所有分享报告资料必须公开共享。

      6.2 完成1234、5所有内容,且总分超过85分者可以获得优秀学员证书。

      6.3 其他对课程有特殊贡献的学员,可以获得10-20分的加分,包括推广课程、积极帮助其他学员,以及积极帮助课程改进等。

      6.4 总优秀率不超过35%85分以上人数超出35%时,按成绩高低排名截止至前35%


参考资料

     毕见强,特种陶瓷工艺与性能[M],哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008

王凌森,特种陶瓷(第二版)[M],长沙,中南大学出版社,2005

李世普,特种陶瓷工艺学[M],武汉:武汉工业大学出版社,2002

 曲远方,功能陶瓷材料[M],北京:化学工业出版社,2003