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書報討論
一年級上
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水平雙開口比之垂直矩形盒熱質自然對流分析
雙圓環密閉容器質熱自然對流現象
環氧樹脂膠263線圈之無刷永磁馬達與田口方法
具階梯之環狀空間(上半環大於下半環)的熱質自然對流現象之實驗研究
一年級下
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電漿電弧焊之脈衝波控制鑰孔狀態
CO2雷射微電漿電弧複合焊接鍍鋅鋼板
雙鎢極耦合氬弧焊電弧物理特性
電漿MIG焊接在鋁合金上的熔滴轉變
新一代電子束的電源焊接機
二年級上
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從鋁鋯母合金中生產二氧化鋯
鋁對釩 – 氫系統的溶解性和β相穩定
奈米結構玻璃陶瓷釉料的燒結行為
鑑定釉瓷鋼採用熱階段界面環境掃描電子顯微鏡奈米壓痕技術
低碳鋼塗層釉瓷使用激光的技術
二年級下
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琺瑯塗層的耐磨損性評估
由不銹鋼夾層加入矽鋁氧氮陶瓷
琺瑯塗層在鋼基體上硬度性質對結晶的影響
探討以田口法對銅以及不鏽鋼陶瓷釉料板材化學之分析比較
探討以田口法對銅以及不鏽鋼陶瓷釉料板材化學之分析比較2
菁英研討會
一上
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以模糊控制為基礎之自動導航車
提供給技職校院工科研究生ㄧ些研究主題的「藍海策略」
環保資源再生新技術ㄧ「煉鋼集塵灰熔融還原法處理再生金屬資源」
工具機具使用
TFT 一 LCD 廢玻璃與泥渣廢棄物燒製環保水泥開發技術
節能減碳 綠色生活
新纖維材料的發展與應用
水性PU及其IPN樹脂合成及其塗佈加工應用
不織布在過濾/澄清之應用
一下
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環境變遷與薄膜應用
導電及抗靜電材料
雷射原理與科技產業應用
背光技術的發展在LED應用
綠色及節能材料應用與發展
工業能源管理應用
二氧化鈦材料於光電元件的設計、製作與應用
電子特化品的應用與發展
奈米催化科技與生活品質提升
鈦酸鹽奈米管吸附劑之製備、鑑定及應用
汽車天窗之設計
台電核能後端營運處
企業與人才之對話
壓力管理
創新機能性纖維之發展與應用
二上
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UV架橋型PU樹脂合成與應用
模外裝飾技術發展趨勢
淺談創傷管理-產品技術與市場分析
高科技產業揮發性有機物空氣污染管制及處理現
玻璃纖維技術與發展
工具機使用
引燃器組研製
學校對於節約能資源可以作的事有那些
內衣產業與鞋產業材料之選擇與應用
太陽能節能玻璃的開發與應用
電子構裝材料簡介及其應用
資源化產品應有的思考
綠營建材料的永續發展
台電核能後端營運處 工程技術組組長
職場倫理
二下
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薄膜技術之現況與展望
觸控產業的發展與應用
CZTS:一種新型的太陽光電技術
不可思議的生物技術
承擔-做人做事的故事
高分子材料在精密研磨工具領域的應用
奈米碳管特性與應用開發介紹
旋壓成型製造與應用
印刷電路板材料技術與應用發展趨勢
鎂合金複合材料製造與應用
高分子特論
有機無機混成材料概述
有機無機混成材料於電子構件裝之應用
電子構裝材料簡介及其應用-基板材料
民生特用高分子材料與應用—穿上身的高科技
導電高分子材料與應用
功能性奈米複材製備與應用
儀器分析特論
熱分析技術的介紹與應用
RTIR反射量測配件簡介
SEM的微觀世界
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SEM的微觀世界 (儀器操作)
X-Ray分析技術簡介
熱分析技術量測
游騰勇
中國砂輪企業股份有限公司 研發部 副理
講者:
林俊德 副理
講座題目:高分子材料在精密研磨工具領域的應用
記錄者:游騰勇
記錄者指導教授:王士榮 . 孔光源 教授
講座主持人:李季燃 老師
第7週:102/4/9(週二)15:10~17:00
心得:無機非
金屬材料
(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除
有機高分子材料
和金屬材料以外的所有材料的統稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以後,隨著現代科學技術的發展從傳統的矽酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與
有機高分子材料
和金屬材料並列的三大材料之一。
在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬複雜
,
並且沒有自由的電子。具有比
金屬鍵
和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類
無機非金屬材料材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。
矽酸鹽材料是無機非金屬材料的主要分支之一
,矽酸鹽材料是陶瓷的主要組成物質。
應用領域
無機非金屬材料
品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統一而完善的
無機非金屬材料分類分類方法。通常把它們分為普通的(傳統的)和
先進
的(新型的)無機非金屬材料兩大類。傳統的無機非金屬材料是
工業
和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建築材料;
耐火材料
與高溫技術,尤其與鋼鐵工業的發展關係密切;各種規格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛生陶瓷、建築陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活休戚相關。它們產量大,用途廣。其他產品,如搪瓷、磨料(碳化矽、氧化鋁)、鑄石(
輝綠岩
、玄武岩等)、碳素材料、非金屬礦(
石棉
、雲母、大理石等)也都屬於傳統的無機非金屬材料。新型無機非金屬材料是20世紀中期以後發展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和
生物醫學
所不可缺少的物質基礎。主要有先進陶瓷(advanced ceramics)、
非晶態材 料
(noncrystal material〉、人工晶體〈artificial crys-tal〉、無機塗層(inorganic coating)、無機纖維(inorganic fibre〉等。
分類
(1)傳統陶瓷(其中,瓷是在陶的基礎上上一層釉) 陶瓷在我國有悠久的歷史,是中華民族古老文明的象徵。從西安地區出土的秦始皇陵中大批陶兵馬俑,氣勢宏偉,形象逼真,被認為是世界文化奇蹟,人類的文明寶庫。唐代的唐三彩、明清景德鎮的瓷器均久負盛名。 傳統陶瓷材料的主要成分是矽酸鹽,自然界存在大量天然的矽酸鹽,如岩石、土壤等,還有許多礦物如雲母、滑石、
石棉
、高嶺石等,它們都屬於天然的矽酸鹽。此外,人們為了滿足生產和生活的需要,生產了大量人造矽酸鹽,主要有玻璃、水泥、各種陶瓷、磚瓦、耐火磚、水玻璃以及某些分子篩等。矽酸鹽製品性質穩定,熔點較高,難溶於水,有很廣泛的用途。 矽酸鹽製品一般都是以黏土(高嶺土)、石英和長石為原料經高溫燒結而成。黏土的化學組成為Al傳3·2SiO·2H傳,石英為SiO,長石為K傳·Al傳3·6SiO(鉀長石)或Na2O·Al2O3·6SiO2(鈉長石)。這些原料中都含有SiO2,因此在矽酸鹽晶體結構中,矽與氧的結合是最重要也是最基本的。 矽酸鹽材料是一種多相結構物質,其中含有晶態部分和非晶態部分,但以晶態為主。矽酸鹽晶體中矽氧四面體[SiO4]是矽酸鹽結構的基本單元。在矽氧四面體中,矽原子以sp雜化軌道與氧原子成鍵,Si—O鍵鍵長為162 pm,比起Si和O的離子半徑之和有所縮短,故Si—O鍵的結合是比較強的。 (2)精細陶瓷 精細陶瓷的化學組成已遠遠超出了傳統矽酸鹽的範圍。例如,透明的氧化鋁陶瓷、耐高溫的二氧化鋯(ZrO2)陶瓷、高熔點的氮化矽(Si3N4)和碳化矽(SiC)陶瓷等,它們都是無機非金屬材料,是傳統陶瓷材料的發展。精細陶瓷是適應社會經濟和科學技術發展而發展起來的,信息科學、能源技術、宇航技術、
生物
工程、超導技術、海洋技術等現代科學技術需要大量特殊性能的新材料,促使人們研製精細陶瓷,並在超硬陶瓷、高溫結構陶瓷、電子陶瓷、磁性陶瓷、光學陶瓷、超導陶瓷和
生物陶瓷
等方面取得了很好的進展,下面選擇一些實例做簡要的介紹。 高溫結構陶瓷汽車發動機一般用鑄鐵鑄造,耐熱性能有一定限度。由於需要用冷卻水冷卻,熱能散失嚴重,熱效率只有30%左右。如果用高溫結構陶瓷製造陶瓷發動機,發動機的工作溫度能穩定在1 300 ℃左右,由於燃料充分燃燒而又不需要水冷系統,使熱效率大幅度提高。用陶瓷材料做發動機,還可減輕汽車的質量,這對航天航空事業更具吸引力,用高溫陶瓷取代高溫合金來製造飛機上的渦輪發動機效果會更好。 目前已有多個國家的大的汽車公司試制無冷卻式陶瓷發動機汽車。我國也在1990年裝配了一輛並完成了試車。陶瓷發動機的材料選用氮化矽,它的機械強度高、硬度高、熱膨脹係數低、導熱性好、化學穩定性高,是很好的高溫陶瓷材料。氮化矽可用多種方法合成,工業上普遍採用高純矽與純氮在1 300 ℃反應後獲得: 3Si+2N2→Si3N4 (1 300 ℃) 高溫結構陶瓷除了氮化矽外,還有碳化矽(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁等。 透明陶瓷一般陶瓷是不透明的,但光學陶瓷像玻璃一樣透明,故稱透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其內部存在有雜質和氣孔,前者能吸收光,後者使光產生散射,所以就不透明了。因此如果選用高純原料,並通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。早期就是採用這樣的辦法得到透明的氧化鋁陶瓷,後來陸續研究出如燒結白剛玉、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系列透明陶瓷。近期又研製出非氧化物透明陶瓷,如砷化鎵(GaAs)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、氟化鎂(MgF2)、氟化鈣(CaF2)等。這些透明陶瓷不僅有優異的光學性能,而且耐高溫,一般它們的熔點都在2 000 ℃以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點高達3 100 ℃,比普通硼酸鹽玻璃高1 500 ℃。透明陶瓷的重要用途是製造高壓鈉燈,它的發光效率比高壓汞燈提高一倍,使用壽命達2萬小時,是使用壽命最長的高效電光源。高壓鈉燈的工作溫度高達1 200 ℃,壓力大、腐蝕性強,選用氧化鋁透明陶瓷為材料成功地製造出高壓鈉燈。透明陶瓷的透明度、強度、硬度都高於普通玻璃,它們耐磨損、耐劃傷,用透明陶瓷可以製造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機的轟炸瞄準器和高級防護眼鏡等。 光導纖維從高純度的二氧化矽或稱石英玻璃熔融體中,拉出直徑約100 μm的細絲,稱為石英玻璃纖維。玻璃可以透光,但在傳輸過程中光損耗很大,用石英玻璃纖維光損耗大為降低,故這種纖維稱為光導纖維,是精細陶瓷中的一種。 利用光導纖維可進行光纖通信。激光的方向性強、頻率高,是進行光纖通信的理想光源。光纖通信與電波通信相比,光纖通信能提供更多的通信通路,可滿足大容量通信系統的需要。 光導纖維一般由兩層組成,裡面一層稱為內芯,直徑幾十微米,但折射率較高;外面一層稱包層,折射率較低。從光導纖維一端入射的光線,經內芯反复折射而傳到末端,由於兩層折射率的差別,使進入內芯的光始終保持在內芯中傳輸著。光的傳輸距離與光導纖維的光損耗大小有關,光損耗小,傳輸距離就長,否則就需要用中繼器把衰減的信號放大。用最新的氟玻璃製成的光導纖維,可以把光信號傳輸到太平洋彼岸而不需任何中繼站。 在實際使用時,常把千百根光導纖維組合在一起並加以增強處理,製成像電纜一樣的光纜,這樣既提高了光導纖維的強度,又大大增加了通信容量。 用光纜代替通信電纜,可以節省大量有色金屬,每公里可節省銅1.1 t、鉛2~3 t。光纜有質量輕、體積小、結構緊湊、絕緣性能好、壽命長、輸送距離長、保密性好、成本低等優點。光纖通信與數字技術及計算機結合起來,可以用於傳送電話、圖像、數據、控制電子設備和智能終端等,起到部分取代通信衛星的作用。 光損耗大的光導纖維可在短距離使用,特別適合製作各種人體內窺鏡,如胃鏡、膀胱鏡、直腸鏡、子宮鏡等,對診斷、醫治各種疾病極為有利。 生物陶瓷人體器官和組織由於種種原因需要修復或再造時,選用的材料要求生物相容性好,對肌體無免疫排異反應;血液相容性好,無溶血、凝血反應;不會引起代謝作用異常現象;對人體無毒,不會致癌。目前已發展起來的生物合金、生物高分子和生物陶瓷基本上能滿足這些要求。利用這些材料製造了許多人工器官,在臨床上得到廣泛的應用。但是這類人工器官一旦植入體內,要經受體內復雜的生理環境的長期考驗。例如,不銹鋼在常溫下是非常穩定的材料,但把它做成人工關節植入體內,三五年後便會出現腐蝕斑,並且還會有微量金屬離子析出,這是生物合金的缺點。
有機高分子材料
做成的人工器官容易老化,相比之下,生物陶瓷是惰性材料,耐腐蝕,更適合植入體內。 氧化鋁陶瓷做成的假牙與天然齒十分接近,它還可以做人工關節用於很多部位,如膝關節、肘關節、肩關節、指關節、髖關節等。ZrO2陶瓷的強度、斷裂韌性和耐磨性比氧化鋁陶瓷好,也可用以製造牙根、骨和股關節等。羥基磷灰石〔Ca10(PO4)6(OH)2〕是骨組織的主要成分,人工合成的與骨的生物相容性非常好,可用於頜骨、耳聽骨修復和人工牙種植等。目前發現用熔融法制得的生物玻璃,如CaO-Na2O-SiO2-P2O5,具有與骨骼鍵合的能力。 陶瓷材料最大的弱點是性脆,韌性不足,這就嚴重影響了它作為人工人體器官的推廣應用。陶瓷材料要在生物工程中佔有地位,必須考慮解決其脆性問題。
(3)納米陶瓷 從陶瓷材料發展的歷史來看,經歷了三次飛躍。由陶器進入瓷器這是第一次飛躍;由傳統陶瓷發展到精細陶瓷是第二次飛躍,在這個期間,不論是原材料,還是製備工藝、產品性能和應用等許多方面都有長足的進展和提高,然而對於陶瓷材料的致命弱點──脆性問題沒有得到根本的解決。精細陶瓷粉體的顆粒較大,屬微米級(10 m),有人用新的製備方法把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級 (10 m),用這種超細微粉體粒子來製造陶瓷材料,得到新一代納米陶瓷,這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延性,有的甚至出現超塑性。如室溫下合成的TiO2陶瓷,它可以彎曲,其塑性變形高達100%,韌性極好。因此人們寄希望於發展納米技術去解決陶瓷材料的脆性問題。納米陶瓷被稱為21世紀陶瓷。
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