新型陶瓷的研究与发展论文

陶瓷成型工艺 淘洗过的泥料经过一段时间陈腐后，用泥铲将它移到另一处，每铲一层，要用赤脚有规则地踩练。踩泥要求一脚跟一脚，沿边缘打圈向中心方向踩练，由此使泥料干湿进一步均匀，每踩完一层，即在其上增加一层，逐渐成堆。传统的踩泥有“菊花芯，莲花瓣，三道脚板两道铲”的口诀。 瓷坯的制作大部分是在辘轳车上完成的。做坯的时候，先把泥团摔搭在车盘中心，双手蘸水将泥团包紧，缓缓向上捧起又压下，如此反复几次，就可以开始做坯。做坯，景德镇俗称拉坯。拉坯要求眼准手稳，特别是向两边拉时，双手要准确停留在圆弧上，又要准确控制器物的大小和形状。随着双手的微妙变化，碗形也在不停地变化着，手引泥走，泥随手变，给人以柔软而富于弹性的感觉。 拉坯是一个技术性很强的工作，首先要了解泥料的性能，并且要根据品种的大小和造型的不同放大尺寸，因为从湿坯到成瓷大约有20～25%的收缩，所以在拉坯的时候要把粗坯相应放大，以求成瓷符合规格要求。 碗坯拉好以后，放在一块狭长的木版上，称为料板，然后放到工位上方的坯架上阴晾至半干半湿，然后就可以进行下一道工序的操作，即印坯，景德镇俗称“拍死人头”，是坯体内侧面定型的操作。坯体在干燥过程中会有一定程度的收缩变形，而且手工拉坯很难保证件件完全符合规格要求，所以要在一定规格的标准模子上印坯定型。 印坯以后又放到料板上，移到晒坯架上用阳光干燥。在晒坯架的下方还有一个水池，这正是它的巧妙之处。晒坯架和水池合称晒架塘，是古作坊里的重要设施。水池和晒架一上一下，利用了空间，减少了占地。池内的水基本上是靠雨天储存起来的。水是淘洗泥料所必需的，因而即方便又省力。除此之外，还有更深一层的用意。我们知道水是会蒸发的，蒸发量随温度和湿度的变化而变化。天气炎热、干燥的时候，池内的水分蒸发加快，增加了上方晒坯区域的水分，也就是说这部位的小气候得到调节，可以在一定程度上控制晒坯架上坯体的干燥速度，使坯体干燥不至于过快，这样坯体的收缩就比较均匀，在高温烧成时，可以减少或消除成瓷出现开裂的毛病。 坯体外侧面的修整和定型则由利坯工序完成。利坯师傅根据坯体的外型及尺寸的要求，使用不同的刀具来旋削坯体的多余部分。操作中控制坯体的外型、曲度、厚薄等都是凭经验，靠眼观、手摸、耳听。利坯师傅按照坯体的不同部位、不同厚度，用手指轻轻弹敲坯体，根据发出的不同声音来决定从何处下刀，旋削多少。利坯是整个成型操作中难度最大、技术要求最高的一道工序，所以，利坯工人一般是从小开始学艺，经过十几、二十多年的实践摸索后，才能成为个中好手。在景德镇传统名瓷中有一种“薄如蝉翼，轻若浮云”的瓷器，叫做薄胎瓷。薄胎瓷的利坯则难度更大，尤其在利坯的最后阶段，真可谓是争胜负于一丝一忽之间，定成败于一刀一息之上，少一刀则坯体嫌厚，多一刀则坯破器废，即使是一个大的喘息也可能导致前功尽弃。如果没有娴熟精湛的技艺、没有必胜的信念、没有顽强的毅力、没有一丝不苟的精神、没有良好的心理素质，都无法取得关键的最后一刀的胜利。所以，利坯技术决不是一朝一夕可以练就的，它是陶瓷艺人长期实践的结晶。清代著名的督陶官唐英说：“款式粗细，关乎旋手之高下，故旋匠为紧要之工。”也就是说，一件瓷器是否做得精细，与利坯师傅的技术有很大关系。 坯体经过利坯以后再补一次水，除去附着在坯体上的粉尘，凉干后就可以开始绘制青花了。青花是一种釉下彩，青花料的主要发色成分是氧化钴，在坯体上画好青花纹样后，再上一层透明釉，入窑一次烧成。青花料看上去灰黑色的，画好以后入窑烧成就变成青翠欲滴的蓝色了。画完青花以后再经过上釉、挖底等操作，在坯房里的操作工序就算完成了。 从原料精制到瓷坯加工，全部成型工序都在一个坯房内完成。其实这里所完成的只是瓷器生产过程的部分工序。按照明代宋应星《天工开物》的记载：“共计一杯工力，过手七十二，方克成器。”也就是说，生产一个杯子就有七十二道工序。所以，为了提高生产效率，古代瓷工对各个工序进行了细致的分工，每人只做一道工序，在细致分工的基础上又进行生产合作，使景德镇瓷业从明代开始进入了工场手工业阶段，这也是明代景德镇瓷业出现资本主义萌芽的重要特征之一。 在历代瓷窑遗址中，元代窑址以全新的面貌展现在人们面前。遗址中装烧瓷器的垫饼比宋代大了、薄了，可知其装烧工艺发生了巨大变化。遗址中釉色增多了，宣告单一色釉的结束。同时还出现了许多新的器形，如：折腰碗，形形色色的高足杯，直径近四十厘米的大盘，高度超过四十厘米的大罐、大瓶等；出现了崭新的装饰工艺，如：青花，釉里红，釉上彩……其丰富的题材、精美的花纹在以往的窑址中都不曾有过。这一切都使我们强烈地感受到元代是景德镇瓷器变化最大、进步最为显著的一个时代。 根据景德镇市陶瓷考古研究所的考古调查和文物普查的资料看，景德镇元代瓷窑遗址有珠山、湖田、落马桥、戴家弄、观音阁、中渡口、曾家弄、塘下、银坑坞、瑶里、丽阳、厉尧等处，其中以湖田、落马桥与珠山三地最为典型。 湖田遗址是“‘由五代及宋、元、明’延续烧造时间很长的一个窑场，该遗址东起张家地，西至月光山，南起旗山，北到南河北岸，划定保护范围为40万平方米。湖田窑元代遗迹主要分布于乌鱼岭、龙山头、狮子山、南河两岸及湖田窑遗址陈列馆周边一带。出土遗迹有窑炉遗迹、作坊遗迹、水井、排水沟等。出土器物以卵白釉瓷为主，还有黑釉瓷和一些青白釉瓷。器形有碗、盘、盏、碟、罐、高足杯、军持、净水碗和动物雕塑等。装饰主要是印花和刻花偶见剔花。纹饰有龙纹、鱼藻、莲池鸳鸯、潮水、牡丹、菊花、莲花、桃花、栀子、瓜蔓、花果、狮子滚绣球等，并有印“枢府”铭文的折腰碗。 落马桥元代窑址在景德镇市中山南路红光瓷厂院内，1980年基建时发现。景德镇市考古人员进行了发掘，发掘面积近700平方米，距地面1。7米处出土元代遗物。元代堆积层出土有青花和青白釉瓷，还有少量的卵白釉瓷、釉里红以及釉上彩瓷，和青花堆积在一起的还有褐胎实足小碗。青白釉器有双耳瓶、葫芦形小注、小足盘、高足杯、八角杯、觚及人物塑像等，其中双耳瓶的种类较多，有天球瓶、葫芦瓶、扁瓶等，并分别饰S形耳、环形耳、兽形耳、鱼龙形耳。装饰手法除葫芦形小注为釉下褐彩装饰外，其他均为印花和刻花装饰，纹饰有梅、桃、花鸟、瑞兽和缀珠等。釉里红器有荷叶形罐盖、玉壶春瓶和绘鹿纹的小瓶残片。红绿彩仅见绘莲或菊花的小碗。 青花瓷的品类非常丰富，除常见的碗、盘外，还有劝盘、耳杯、匜、盖盒、鸟食罐、双系小罐、大口罐、铺首罐、双耳瓶、长颈瓶、梅瓶、玉壶春瓶等器形。纹饰有菊花、牡丹、梅花、灵芝、葡萄、蕉叶、龙、鹿、孔雀、鱼藻、人物故事等。此外，这里还出土了一些书写文字的器物。 珠山遗址在市区中心，为现代建筑所覆盖。1988年5月，景德镇市区铺设地下电缆，景德镇陶瓷考古研究所在风景路(明、清御厂故址北端)发现一批造型奇特的瓷器残片，其品类有青花、霁蓝地白花、霁蓝地金彩、孔雀绿、孔雀绿地金彩及卵白釉瓷等。其器形有鼓形盖罐、直口罐、桶式盖罐、大盖盒等，其纹饰有双角五爪龙纹、变形莲瓣、杂宝、十字杵凤穿牡丹等。以双角五爪龙纹数量最大，约占总量的90％以上。据《元史》禁止民间使用双角五爪龙纹以及《元典章》中禁止民间使用描金、贴金的法令，可知该类遗物必为元代帝王专用之物，应是元官窑——浮梁磁局的产品。 该遗址出土器物均为少见的器形，特别是大盖盒，其直径为32厘米，盒内正中凸起一圆柱体，柱体与器壁之间成一宽而深的沟道。柱体台面无釉，柱体与器壁之间的沟道满施白釉，外壁则有孔雀绿贴金、霁蓝贴金、霁蓝地白花和青花数种。”

具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 特性 超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 基本临界参量 有以下 3个基本临界参量。①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。 超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家.米勒和联邦德国物理学家.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。 分类 超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。② 合金材料： 超导元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为，Hc为特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=，Hc＝特；Nb-60Ti，Tc=，Hc=12特()。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝，Hc=特（）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=，Hc=特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=，Hc=特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=，Hc=24特；Nb3Al，Tc=，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。 应用 超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。 1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为，锌为，铝为，铅为。超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K。 1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。 1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1／100。液氮制冷设备简单，因此，现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一。超导科学研究 1.非常规超导体磁通动力学和超导机理 主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T医学研究等 磁体科学和技术 强磁场的价值在于对物理学知识有重要贡献。八十年代的一个概念上的重要进展是量子霍尔效应和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研究二维电子气的输运现象时发现的（获85年诺贝尔奖）。量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现激起物理学家探索其起源的热情，并在建立电阻的自然基准，精确测定基本物理常数e，h和精细结构常数(＝e2/h(0c等应用方面，已显示巨大意义。高温超导电性机理的最终揭示在很大程度上也将依赖于人们在强磁场下对高温超导体性能的探索。 熟悉物理学史的人都清楚，由固体物理学演化为凝聚态物理学，其重要标志就在于其研究对象的日益扩大，从周期结构延伸到非周期结构，从三维晶体拓宽到低维和高维，乃至分数维体系。这些新对象展示了大量新的特性和物理现象，物理机理与传统的也大不相同。这些新对象的产生以及对新效应、新现象的解释使得凝聚态物理学得以不断的丰富和发展。在此过程中，极端条件一直起着至关重要的作用，因为极端条件往往使得某些因素突出出来而同时抑制其它因素，从而使原本很复杂的过程变得较为简单，有利于直接了解物理本质。 相对于其它极端条件，强磁场有其自身的特色。强磁场的作用是改变一个系统的物理状态，即改变角动量（自旋）和带电粒子的轨道运动，因此，也就改变了物理系统的状态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比较昂贵的手段，如中子源和同步加速器，它们没有改变所研究系统的物理状态。磁场可以产生新的物理环境，并导致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。低温也能导致新的物理状态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于低温，它比低温更有效，这是因为磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化，并破坏时间反演对称性，使它们具有更独特的性质。 强磁场可以在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间的对称性，这对固体的能带结构以及元激发及其互作用等研究是非常重要的。固体复杂的费米面结构正是利用强磁场使得电子和空穴在特定方向上的自由运动从而导致磁化和磁阻的振荡这一原理而得以证实的。固体中的费米面结构及特征研究一直是凝聚态物理学领域中的前沿课题。当今凝聚态物理基础研究的许多重大热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研究作为基础。如波色凝聚只发生在动量空间，要在实空间中观察到此现象必需在非均匀的强磁场中才得以可能。又如高温超导的机理问题、量子霍尔效应研究、纳米材料和介观物体中的物理问题、巨磁阻效应的物理起因、有机铁磁性的结构和来源、有机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性材料的相变和磁相互作用、固体中的能带结构和费米面特征以及元激发及其互作用研究等等，强磁场下的研究工作将有助于对这些问题的正确认识和揭示，从而促进凝聚态物理学的进一步发展和完善。 带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会产生根本性变化。因此，研究强磁场对化学反应过程、表面催化过程、材料特别是磁性材料的生成过程、生物效应以及液晶的生成过程等的影响，有可能取得新的发现，产生交叉学科的新课题。强磁场应用于材料科学为新的功能材料的开发另辟新径，这方面的工作在国外备受重视，在国内也开始有所要求。高温超导体也正是因为在未来的强电领域中蕴藏着不可估量的应用前景才引起科技界乃至各国政府的高度重视。因此，强磁场下的物理、化学等研究，无论是从基础研究的角度还是从应用角度考虑都具有非常重要的科学和技术上的意义，通过这一研究，不仅有助于将当代的基础性研究向更深层次开拓，而且还会对国民经济的发展起着重要的推动作用。

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品 名:超导陶瓷拼音:chao1dao3tao2ci2英文名称：superconductivity ceramics说明:具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁现象或称迈斯纳效应（Meissner effect）。高临界温度（90开以上）的超导陶瓷材料组成有YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景。奇异的超导陶瓷1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。