低热膨胀系数陶瓷的制备与性能研究文献综述

 2024-06-01 23:35:29
摘要

低热膨胀系数陶瓷作为一种能够抵抗温度变化而保持尺寸稳定的关键材料,在航空航天、电子封装、精密仪器等领域展现出巨大的应用潜力。

本综述旨在从材料制备、性能表征以及应用探索等方面,系统地概述低热膨胀系数陶瓷的研究进展。

首先,介绍了低热膨胀系数陶瓷的基本概念、分类以及其在不同应用领域的优势;其次,重点概述了近年来国内外学者在低热膨胀系数陶瓷制备方法上的研究成果,包括固相反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等,并比较了不同制备方法的优缺点;接着,分析了影响低热膨胀系数陶瓷热膨胀系数、力学性能、热导率等关键性能的因素,并探讨了其影响机制;最后,展望了低热膨胀系数陶瓷未来发展方向,并提出了潜在的研究方向。


关键词:低热膨胀系数陶瓷;制备方法;性能;应用;研究趋势

1.引言

低热膨胀系数陶瓷是指热膨胀系数(CoefficientofThermalExpansion,CTE)较低的陶瓷材料,通常指热膨胀系数小于6×10-6/℃的陶瓷材料[1]。

这类材料在温度发生变化时,其尺寸变化很小,能够保持良好的尺寸稳定性,因此在航空航天、电子封装、精密仪器、高温结构部件等领域具有广泛的应用前景[2-3]。

例如,在航空航天领域,低热膨胀系数陶瓷可以用于制造火箭发动机喷管、高温隔热瓦等关键部件,以承受极端高温环境下的热冲击和尺寸变化;在电子封装领域,随着电子元器件小型化和集成化程度的提高,对封装材料的热膨胀系数匹配性提出了更高的要求,低热膨胀系数陶瓷可以有效降低电子元器件在工作过程中由于热膨胀系数不匹配而产生的热应力,提高其可靠性和使用寿命。


低热膨胀系数陶瓷的优异性能与其特殊的组成结构密切相关。

根据其组成和结构,低热膨胀系数陶瓷可以分为以下几类[4]:
1.负热膨胀陶瓷材料:这类材料的热膨胀系数为负值,在一定温度范围内随温度升高而收缩,典型的代表性材料有ZrW2O8、ZrV2O7等。

2.低膨胀陶瓷材料:这类材料的热膨胀系数接近于零,其在较宽的温度范围内尺寸变化都很小,典型的代表性材料有β-锂霞石、钛酸铝陶瓷等。

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