材料科学/材料/陶瓷
陶瓷一词源于希腊语。该术语涵盖无机非金属材料，其形成是由于热的作用。直到 20 世纪 50 年代左右，其中最重要的材料是传统的粘土，制成陶器、砖、瓦等，以及水泥和玻璃。传统工艺在关于陶器的文章中有所描述。陶瓷和金属的复合材料被称为金属陶瓷。陶瓷可以是形容词，也可以用作名词来指陶瓷材料或陶瓷制造的产品。陶瓷是一个单数名词，指的是用陶瓷材料制造东西的艺术。
许多陶瓷材料坚硬、多孔且易碎。陶瓷的研究和开发包括减轻与这些特性相关的缺陷的方法，以及强调材料的优点，并探索新应用。
有许多陶瓷是半导体。其中大多数是过渡金属氧化物，是 II-VI 半导体，例如氧化锌。
虽然有人谈论用氧化锌制造蓝色 LED，但陶瓷学家对表现出晶界效应的电性能更感兴趣。
其中最广泛使用的一种是压敏电阻。这些器件表现出在某个阈值电压下电阻急剧下降的特性。一旦器件上的电压达到阈值，晶界附近就会发生电结构击穿，导致其电阻从几兆欧姆下降到几百欧姆。这些器件的主要优点是可以耗散大量的能量，并且可以自复位——一旦器件上的电压降至阈值以下，其电阻就会恢复到高电阻状态。
这使得它们非常适合浪涌保护应用。由于可以控制阈值电压和能量容限，因此它们在各种应用中都有所使用。它们能力的最佳证明可以在电力变电站中找到，它们被用于保护基础设施免受雷击。它们响应速度快，维护量低，并且使用后不会明显降解，这使得它们成为此类应用中几乎理想的器件。
半导体陶瓷也被用作气体传感器。当各种气体通过多晶陶瓷时，其电阻会发生变化。通过调整可能的气体混合物，可以生产出非常廉价的器件。
陶瓷材料通常是离子键合或共价键合材料，可以是晶体或非晶体。由任一种类型的键合在一起的材料往往在发生任何塑性变形之前就会断裂，这会导致这些材料的韧性差。此外，由于这些材料往往是多孔的，孔隙和其他微观缺陷充当应力集中器，进一步降低韧性，并降低抗拉强度。这些因素共同导致灾难性失效，而不是金属通常更温和的失效模式。
这些材料确实表现出塑性变形。然而，由于晶体材料的刚性结构，用于位错移动的滑移系非常少，因此它们的变形速度非常慢。对于非晶体（玻璃状）材料，粘性流动是塑性变形的支配来源，并且也非常缓慢。因此，在陶瓷材料的许多应用中，它被忽略了。
在某些条件下，例如极低的温度，一些陶瓷表现出超导性。造成这种情况的确切原因尚不清楚，但有两大家族超导陶瓷。
压电效应，即电响应和机械响应之间的联系，由大量陶瓷材料表现出来，包括用于测量手表和其他电子产品中的时间的石英。此类器件利用压电体的两种特性，利用电能产生机械运动（为器件供电），然后利用此机械运动产生电能（产生信号）。测量的时钟单位是电能转换为机械能并返回所需的时间间隔。
压电效应在也表现出热电效应的材料中通常更强，所有热电材料也都是压电材料。这些材料可用于在热能、机械能和/或电能之间相互转换；例如，在炉中合成后，在没有施加应力的条件下冷却的热电晶体通常会积累数千伏的静电荷。此类材料用于运动传感器，其中来自进入房间的温热物体的微小温度升高足以在晶体中产生可测量的电压。
反过来，热电效应在也表现出铁电效应的材料中表现得最为强烈，在铁电效应中，稳定的电偶极可以通过施加静电场来定向或反转。热电效应也是铁电性的必要结果。这可以用来存储铁电电容器中的信息，即铁电 RAM 的元素。
最常见的此类材料是锆钛酸铅和钛酸钡。除了上述用途外，它们强大的压电响应在设计高频扬声器、声纳换能器和原子力显微镜和扫描隧道显微镜的执行器中得到利用。
在某些半导体陶瓷材料中，主要是重金属钛酸盐的混合物，温度升高会导致晶界突然变成绝缘体。通过化学成分的变化，可以将临界转变温度调整到一个很宽的范围内。在这些材料中，电流将通过材料直到焦耳热使它达到转变温度，此时电路将断开并且电流流动将停止。此类陶瓷用作自控加热元件，例如汽车后窗除霜电路。
在转变温度下，材料的介电响应在理论上变得无限大。虽然缺乏温度控制将排除在材料临界温度附近任何实际使用，但即使在更高的温度下，介电效应仍然非常强。临界温度远低于室温的钛酸盐由于这个原因已成为陶瓷电容器中“陶瓷”的代名词。
非晶体陶瓷：非晶体陶瓷，即玻璃，往往是由熔体形成的。玻璃在完全熔化时（通过铸造）或处于太妃糖状粘度状态时（通过吹塑成模具等方法）成型。如果随后的热处理导致此类玻璃部分结晶，则所得材料被称为微晶玻璃。
晶体陶瓷：晶体陶瓷材料不适合进行广泛的加工。处理它们的方法往往可以分为两类——要么通过原位反应使陶瓷呈现所需的形状，要么通过将粉末“成型”成所需的形状，然后烧结形成固体。陶瓷成型技术包括手工成型（有时包括旋转过程，称为“抛投”）、泥浆铸造、带状铸造（用于制造非常薄的陶瓷电容器等）、注射成型、干压和其它变体。（另见陶瓷成型技术。这些工艺的详细信息在下面列出的两本书中有所描述。）一些方法使用这两种方法的混合体。
在 20 世纪 80 年代初，丰田研究了绝热陶瓷发动机的生产，该发动机可以在超过 6000 °F（3300 °C）的温度下运行。陶瓷发动机不需要冷却系统，因此可以减轻重量，从而提高燃油效率。如卡诺定理所示，发动机的燃油效率在高温下也更高。在传统的金属发动机中，燃料释放的大部分能量必须作为废热耗散，以防止金属部件熔化。
尽管具有所有这些理想的特性，但此类发动机并未投入生产，因为陶瓷部件的制造难度很大，需要精确的精度和耐久性。陶瓷中的缺陷会导致裂纹，从而导致潜在的危险设备故障。此类发动机在实验室环境中是可能的，但目前的工艺无法实现大规模生产。
正在开发用于燃气轮机发动机的陶瓷部件。目前，即使用于发动机热区的高级金属合金制成的叶片也需要冷却和仔细限制运行温度。用陶瓷制造的涡轮发动机可以更高效地运行，为飞机提供更高的航程和有效载荷，以消耗一定量的燃料。
陶瓷用于制造刀具。陶瓷刀的刀片比钢刀的刀片保持锋利的时间长得多，尽管它更脆，并且如果掉落在坚硬的表面上可能会折断。
自 20 世纪 90 年代后期以来，高度专业化的陶瓷，通常以碳化硼为基础，被制造成板并用光谱线衬里，被用于防弹装甲背心中抵御大口径步枪射击。此类板材俗称小武器防护插板 (SAPI)。由于材料重量轻，非常相似的技术被用来保护一些军用飞机的驾驶舱。
最近，陶瓷领域取得了进展，其中包括生物陶瓷，例如牙种植体和合成骨骼。羟基磷灰石是骨骼的天然矿物质成分，已从多种生物和化学来源合成，并可形成陶瓷材料。由这些材料制成的骨科植入物很容易与体内骨骼和其他组织结合，而不会发生排斥或炎症反应。因此，它们在基因传递和组织工程支架方面引起了极大的兴趣。大多数羟基磷灰石陶瓷具有很高的孔隙率，缺乏机械强度，用于涂覆金属骨科器械以帮助形成与骨骼的结合，或用作骨骼填充剂。它们也被用作骨科塑料螺钉的填充剂，以帮助减少炎症并增加这些塑料材料的吸收。正在研究制造用于骨科承重设备的强致密纳米晶羟基磷灰石陶瓷材料，用合成的天然骨矿物质取代异体金属和塑料骨科材料。最终，这些陶瓷材料可以用作骨骼替代品，或与蛋白质胶原蛋白结合使用，从而形成合成骨骼。