特种陶瓷的应用与发展_特种陶瓷应用

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特种陶瓷的应用与发展

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摘 要: 材料是人类生产和生活的物质基础，是人类进步与人类文明的标志。目前，在新材料世界里，陶瓷材料已与金属材料、有机材料并称为现代三大材料。由于陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特征，使之成为新材料的发展中心，受到广泛关注。本文简要介绍了特种陶瓷的概念、种类、制作工艺、应用和发展。

关键词: 特种陶瓷 应用 发展

前言 人类进入21世纪，信息、能源、材料被誉为科学的三大支柱。材料是人类生产和生活的物质基础，是人类进步与人类文明的标志。随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展，要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。传统材料难以满足要求，开发和有效利用高性能材料己经成为材料利学发展的必然趋势。目前，在新材料世界里，陶瓷材料已与金属材料、有机材料并称为现代三大材料。由于陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特征，使之成为新材料的发展中心，受到广泛关注。

1特种陶瓷的概念

特种陶瓷又叫精细陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷、高技术陶瓷或高性能陶瓷。高性能特种陶瓷在许多方而都突破了传统陶瓷的概念和范畴，是陶瓷发展史上的一次革命性的变化。一般认为，特种陶瓷是“采用高度精选的原材料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工成的，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷”它的出现与现代工业和高技术密切相关。近20年来由于冶金、汽车、能源、生物、航天、通信等领域的发展对新材料的需要，陶瓷材料在国内外已经逐步形成了一个新兴的产业。

2特种陶瓷和传统陶瓷的区别

现在特种陶瓷在我们的日常生活中逐渐普遍,但与传统材料相比, 特种陶瓷又有何特点呢? 2.1材料不同

传统陶瓷以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用；而现代陶瓷则使用经人工合成的高质量粉体作起始材料，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界线，代之以“高度精选的原料”。2.2结构不同

传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，由于原料的不同导致传统陶瓷材料中化学组成的复杂多样、杂质成分和杂质相较多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，多气孔；先进陶瓷的化学和相组成较简单明晰，纯度高，所以显微结构一般均匀而细密。2.3制备工艺不同

传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型，如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃-1400℃，烧成后一般不需加工；而先进陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型，材料的烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工。在制备工艺上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等先进手段。

2.4性能不同

传统陶瓷和先进陶瓷材料性能有极大的差异，不仅后者在性能上远优于前者，而且特种陶瓷材料还发掘出传统陶瓷材料所没有的性能和用途。传统陶瓷材料一般限于日用和建筑使用，而特种陶瓷具有优良的物理力学性能，高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震，而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能，某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料。因而登上新材料革命的主角地位，在工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织和汽车等行业，以及很多尖端技术领域如航天、核工业和军事工业中有着广泛的应用价值和潜力。

3特种陶瓷的分类

特种陶瓷的分类方法多种多样，可根据其化学组成、所需特性和性能用途等进行分类。3.1按化学组成分类

特种陶瓷材料按化学组成可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。此外，为了改善陶瓷的性能，有时要在陶瓷基体中添加各种纤维、晶须、超细微粒等，这样就构成了多种陶瓷基复合材料。3.2按所需特性分类

根据所需的特性不同，特种陶瓷材料可作为机械材料、耐热材料、化学材料、光学材料、电气材料和生物医学材料，在不同的领域得到广泛的应用。3.3按性能用途分类

特种陶瓷根据性能及用途的不同可分为结构材料用陶瓷(主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料)和功能陶瓷(包括电磁功能、光电功能和生物—化学功能等陶瓷制品和材料，另外还有核陶瓷材料和其他功能材料等)两大类。特种陶瓷的制作工艺

特种陶瓷的制作过程大致为：原料粉体的调整—成型—烧结—加工—成品

（1）精细陶瓷粉体的制备有机械法（滚动球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等）和合成法（固相合成法、液相合成法、气相合成法）等（2）精细陶瓷的成型有注浆法、压制法何和塑法等。（3）精细陶瓷的烧结是指生坯在高温加热时发生的一系列物理化学变化，并使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。

5特种陶瓷的应用

特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。

（1）耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等；

（2）隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等；

（3）导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片；

（4）耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面；（5）高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。目前，这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力；

（6）具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，目前国外正在加紧研究；（7）生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用引起人们极大关注；

（8）一些具有其他特殊用途的功能性新型陶瓷（如远红外陶瓷等）也已开始在工业及民用领域发挥其独到的作用。

6今后特种陶瓷发展的重点

随着利技的不断发展，材料利学将快速前进，高性能陶瓷的应用范围在不断扩大，发展前景十分看好。展望未来，今后特种陶瓷发展的重点将是:（1）纳米陶瓷材料，包括纳米超细粉原料的制备；（2）高性能陶瓷的特殊生产工艺，包括成型,烧结等；（3）发动机及其它热结构用陶瓷材料的研制；（4）功能陶瓷材料的小型化、多功能化；（5）生物陶瓷材料的开发与应用。

总结 随着材料学的发展，陶瓷技术的发展，特种陶瓷的地位在逐步提高，在科技高度发达的今天，我们应在在现有优势的基础上，集中力量，将国际研究前沿和国家重大需求有效地结合起来，谋求长远发展。同时，建立完善的研究开发体系，发挥团队作用。先进陶瓷往往具有明确的应用前景和目标产品，因此，应建立起完整的研发体系，确保研究、开发和应用的连续性，利用好资源优势，迎合国际国内市场。高性能陶瓷材料技术作为材料利学的高新技术，一直以来得到了迅速的发展，并取得了巨大的成功。可以相信：随着利学技术的发展，高性能陶瓷技术的不断开发、研究，此项技术一定能为人类新的文明做出卓越的贡献。

参考文献：

[1]百度百科：特种陶瓷，http://baike.baidu.com/view/283565.htm [2]周玉．陶瓷材料学．科学出版社，2004 [3]曹茂盛．李大勇．陶瓷材料导论．哈尔滨工程大学出版社，2005 [4]毕见强．特种陶瓷工艺与性能．哈尔滨工业大学出版社，2008