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耐磨材料的應用
文: 來源:中國防磨網 時間:2010-5-13 點擊:7519
  在茫茫大海中探測到古代沉船的精確位置,你可知道探測人員的“千里眼”、“順風耳”是什么?將按鈕輕輕一按,煤氣灶燃起藍色的火焰,你可知道是什么實現了這種便利?隱身飛機飛到敵人雷達的眼皮底下也難以被發現,你知道它使用了什么“障目法”? 手機、筆記本電腦,體積越來越小,功能越來越多,你知道又是什么帶來了這一系列的變化?

  以上各種各樣的有趣現象、神奇功能,都離不開陶瓷大家族中一位活力四射的成員棗耐磨材料。耐磨材料不僅具有傳統陶瓷的耐高溫、耐腐蝕、耐風化等特性,而且在電、磁、聲、光等方面具有許多優異的性能。十九世紀末到二十世紀初是耐磨材料的萌芽時期,到現在為止,材料科學工作者已開發出了許多性能遠遠優于天然礦物的電子材料,例如磁性材料鐵氧體,鐵電材料鈦酸鋇等。耐磨材料的特殊性能主要取決于材料內部的電子狀態,原子核結構以及原子的組合、排列方式。由于內部結構的不同,耐磨材料有不同的性能和用途,一般分為:絕緣陶瓷,介電陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷、半導體陶瓷、紅外傳感器用陶瓷和透明陶瓷。陶瓷同金屬材料、有機材料一起,共同組成支撐社會發展的基礎材料。下表列出了一些隨耐磨材料的發展而問世的電子產品的具體例子,從中我們可以體會到耐磨材料對人類進步的推動作用。

  對耐磨材料形形色色的應用事例,我們無法一一列舉,只能“管中窺豹”。例如,文章開頭提到的海底探測事例是使用磁致伸縮材料制造的電聲換能器。受外加交變磁場激勵后,磁致伸縮材料將產生伸縮振動,由此產生聲波;反之,當這種材料在聲波的壓力下發生形變時,材料內部的磁感應強度也產生較大的變化,從而使線圈中產生感應電流。利用這種效應,就可以發射和接收聲波。除磁致伸縮性之外,有的材料還有較為明顯的電致伸縮現象,應用于微位移器和定位器,比如在高精度的光學系統中用作長度和角度的精密調整,其位置調節精度可以達到納米級(10-10米)。形象的說,在材料體內仿佛有一種獨特的“彈簧”,可以被磁或電誘發,雖然它的伸長量很。ㄎ⒚准壔蚣{米級),卻能大顯神通。除了電致伸縮效應外,另一種可以使機械能和電能互相轉化的效應就是壓電效應。所謂壓電效應,指的是某些介質由于內部不存在對稱中心,所以在力的作用下會產生形變,引起介質表面帶電,稱為正壓電效應;反之,施加激勵電場,介質將產生機械變形,稱為逆壓電效應。這種神奇的效應已經被科學家應用在與人們生活密切相關的許多領域,以實現能量轉換、傳感、驅動和頻率控制的功能。例如,利用壓電陶瓷將外力轉換為電能的特性,可以創造出壓電打火機、炮彈引爆裝置,上文煤氣灶打火的例子用到的就是這種陶瓷。另外,壓電陶瓷還可以作為敏感材料,如制作壓電地震儀,可以對人類不能感知的細微振動進行監測,并精確地測出地震方位和強度,從而預測地震,減少損失。又如基于壓電效應制作的壓電驅動器,能實現精確控制的功能,是精密機械、微電子和生物工程等領域的重要器件?梢哉f,壓電陶瓷不僅廣泛應用于高科技,而且頗具“平民性”,服務于人們的日常生活,使其更便捷、更舒適。

  在耐磨材料中,磁性陶瓷也是重要的組成之一,鐵氧體則是磁性陶瓷的重要代表。所謂鐵氧體,是以三價鐵離子為主要成分的氧化物的化學總稱。它的應用十分廣泛,幾乎遍及現代科學的各個領域。除了應用于電力工業中的電機和變壓器,電子工業中的磁性元件和微波電子管,通信技術中的濾波器和傳感器,儀表工業中的電磁式儀表以及視聽裝置中的磁帶、磁頭之外,它還可以作為電磁波吸收體。以鐵氧體為主要成分的吸收體可以用于解決城市空間化帶來的電視影像被電磁波干擾問題,以及微波爐、手機、呼機大量使用帶來的電磁波污染問題。同時,它也是隱身飛機的涂層材料之一。當機身上涂覆上這種微波吸收層后,敵方雷達發出的電磁波大部分就會被吸收層吸收,轉變成熱能、機械能或電能,減弱了反射波,因此敵方雷達就不易探測到飛機,實現了“隱身”的目的。耐磨材料中還有舉足輕重的一員棗介電陶瓷。介電陶瓷的主要用途是制備儲存電能的陶瓷電容器,目前全世界每年生產的陶瓷電容器高達幾百億支,大量用于集成電路(IC)的高密度設計。此外,微波電路元件中也有大量介質陶瓷,用于制作耦合器、諧振器、濾波器等?梢哉f,沒有介質陶瓷,就沒有今天的電子工業。

  除了以上介紹的幾種耐磨材料外,還有許多活躍在不同領域的材料,其例子不勝枚舉。隨著電子技術的迅猛發展,隨著當今小型化、高性能,高可靠性以及低成本的要求,耐磨材料的范圍正在不斷發展擴大,并將有更多新材料問世,為人類的生產、生活創造更美好的未來。
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