陶瓷通常指的是采用高純度、超細(xì)人工合成或精選的無(wú)機(jī)化合物為原料，具有準(zhǔn)確的化學(xué)組成，精密的制造加工技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有優(yōu)異特性的陶瓷。**陶瓷按種類(lèi)可分為具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)陶瓷，以及具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學(xué)特性等特點(diǎn)的功能陶瓷。**陶瓷廣泛應(yīng)用于高溫、腐蝕，電子、光學(xué)領(lǐng)域，作為一種新興材料 受到人們的高度重視，在未來(lái)的社會(huì)中將發(fā)揮重要的作用。
一、結(jié)構(gòu)陶瓷
結(jié)構(gòu)陶瓷主要有：切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、熱交換器和裝甲等。主要材料有氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、碳化硼(B4C)、二硼化鈦(TiB2)、氧化鋁(A12O3)和賽隆(Sialon)等。
（1）Si3N4基陶瓷材料
C纖維增強(qiáng)Si3N4基陶瓷材料，用ZrO2的變相效應(yīng)防止由于纖維與基體的熱膨脹系數(shù)上的不匹配而產(chǎn)生的裂紋，所獲得的復(fù)合材料的斷裂韌性提高5倍。氮化硅陶瓷以其優(yōu)異的綜合性能和豐富的資源成為高性能陶瓷中有應(yīng)用潛力的一種切削工具，每年約有140噸氮化硅粉末用于刀具制造，價(jià)值約3億美元。
（2）碳化硅基陶瓷
用熱壓工藝制得的碳化硅陶瓷，其密度可以接近理論密度，彎曲強(qiáng)度即使在1400℃左右的高溫仍可達(dá)到500～600MPa。用CVI法制得的C纖維補(bǔ)強(qiáng)的碳化硅復(fù)合材料，強(qiáng)度為520MPa，而斷裂韌性達(dá)到16.5MPa·m。加入25vol％TiB的碳化硅復(fù)相陶瓷，如果嚴(yán)格控制起始的顆粒尺寸，可使強(qiáng)度達(dá)到888MPa，斷裂強(qiáng)度達(dá)到8.8MPa·m?？梢哉f(shuō)碳化硅是高溫空氣中強(qiáng)度高的材料，其熱導(dǎo)率僅次于氧化鈹陶瓷材料。中國(guó)有很多企業(yè)生產(chǎn)碳化硅粉 ，其中很大一部分出口，但是主要都是低品味的用于制造耐火磚用的碳化硅粉。東歐有15萬(wàn)噸／年的生產(chǎn)能力，北美的生產(chǎn)量為10萬(wàn)噸／年。高純、高活性的碳化硅微細(xì)粉價(jià)格很高，為14-40美元／公斤，年需求額約1500萬(wàn)美元，這種粉末用于制造高性能的碳化硅陶瓷。
（3）氧化鋯增韌陶瓷
氧化鋯增韌陶瓷在結(jié)構(gòu)陶瓷研究中取得了重大的進(jìn)展，經(jīng)過(guò)增韌的陶瓷品種也很多，目前已經(jīng)知道的可使氧化鋯穩(wěn)定的添加物有：氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化釔、氧化鈰等單一的氧化物或它們的復(fù)合氧化物。被增韌的材料，除了穩(wěn)定的氧化鋯以外，還有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來(lái)石等氧化物陶瓷。在氧化鋁中添加16vol％的氧化鋯增韌處理，得到材料的強(qiáng)度為1200MPa，斷裂韌性為15.0MPa.m。氧化鋯增韌陶瓷材料在室溫下具有高的強(qiáng)度和斷裂韌性，今后將著重提高其高溫的性能。
二、功能陶瓷
功能陶瓷是知識(shí)和技術(shù)密集型產(chǎn)品。人們先后發(fā)現(xiàn)了氧化物導(dǎo)體，固體電解質(zhì)，壓電、非線性光學(xué)材料，鐵氧體、記憶材料，太陽(yáng)能電池，高溫氧化物超導(dǎo)體等。隨著電子產(chǎn)品向輕薄短小、多功能、高密度表面、高集成化的發(fā)展，功能材料也有著不斷的發(fā)展。
功能陶瓷的品種繁多，這類(lèi)材料具有微波介電性能、氣敏性能、超導(dǎo)性能、電阻梯度性能、鐵電性能及其相變行為、多層驅(qū)動(dòng)性、弛豫性能等多種優(yōu)良的功能，應(yīng)用十分廣泛。
（1）電子絕緣材料
目前常用的電子絕緣材料是Al2O3。近年來(lái)出現(xiàn)的新型電子絕緣材料，如AlN陶瓷，具有高強(qiáng)度、高絕緣性、低介電常數(shù)、高的熱導(dǎo)率等優(yōu)良的性能，且其熱膨脹系數(shù)能夠與單晶硅相匹配，主要應(yīng)用是作為大規(guī)模集成電路和電力模塊電路的散熱基板。
（2）電介質(zhì)材料
用于調(diào)諧電路、保護(hù)邏輯及記憶單元的陶瓷電容器介質(zhì)材料多數(shù)為BaTiO3基材料，此外還有高介的復(fù)合鈣鈦礦材料，以研制出頻率為105Hz時(shí)，介電常數(shù)高達(dá)105的高介材料目前晶界層電容器的出現(xiàn)，使常規(guī)瓷介電容器的介電常數(shù)提高數(shù)倍甚至數(shù)十倍。
（3）壓電陶瓷材料
常用的壓電元件：傳感器、氣體點(diǎn)火器、報(bào)警器、音響設(shè)備、醫(yī)療診斷設(shè)備及通訊等。通常的壓電材料是PZT，新型的壓電陶瓷材料主要有：高靈敏、高穩(wěn)定壓電陶瓷材料、電致伸縮陶瓷材料，熱釋電陶瓷材料等。
（4）磁性陶瓷材料
磁性陶瓷材料可分為硬磁性和軟磁性材料兩類(lèi)，前者不易磁化，也不易失去磁性。代表性硬磁材料為鐵氧體磁鐵和稀土磁體，主要用于磁鐵和磁存儲(chǔ)元件。軟磁性材料易磁化及去磁，磁場(chǎng)方向可以改變，主要用于交變磁場(chǎng)響應(yīng)的電子部件。
（5）超導(dǎo)陶瓷材料
從二十世紀(jì)80年代對(duì)超導(dǎo)陶瓷的研究以來(lái)，對(duì)高溫超導(dǎo)陶瓷材料的研究及應(yīng)用就倍受關(guān)注。近十幾年以來(lái)，我國(guó)在這方面的研究一直處于世界**水平。目前高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用正朝著大電流應(yīng)用、電子學(xué)應(yīng)用、抗磁性等方面發(fā)展。
（6）抗殺菌陶瓷材料
抗殺菌陶瓷材料是隨著科學(xué)的發(fā)展及社會(huì)的文明而產(chǎn)生的新一代功能材料。無(wú)機(jī)抗殺菌劑按作用于微生物的機(jī)理可分為三類(lèi)：一類(lèi)是主要通過(guò)物理吸附或離子交換將銀 、 銅 、鋅等具有抗殺菌作用的金屬或其離子固定在沸石、磷灰石、硅膠、玻璃等無(wú)機(jī)材料載體上而制成；第二類(lèi)是二氧化鈦粒子光催化抗殺菌劑，二氧化鈦在光照下能使氧分子變成活性氧，使水產(chǎn)生活性氧自由基而發(fā)揮抗菌殺菌的作用；第三類(lèi)是具有遠(yuǎn)紅外輻射功能的抗殺菌材料，遠(yuǎn)紅外線的抗殺菌功能效果有限，因此這種材料須與前兩種材料配合使用，才能有更好的應(yīng)用價(jià)值。
三、**陶瓷材料在汽車(chē)上的應(yīng)用
對(duì)于汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，使用材料打造汽車(chē)并不是什么新鮮事了，早就有廠商使用過(guò)碳纖維、鋁鎂等材料來(lái)裝點(diǎn)前衛(wèi)時(shí)尚的高性能轎車(chē)。但是陶瓷不是用來(lái)做精細(xì)瓷器和衛(wèi)浴產(chǎn)品的么？
這輛陶瓷版布加迪威龍白金跑車(chē)是法國(guó)跑車(chē)制造商布加迪與柏林**瓷器建造廠去年聯(lián)合推出的。它采用陶瓷材質(zhì)進(jìn)行整車(chē)制造，油箱蓋、車(chē)標(biāo)和輪蓋部位由材料制成。它由一個(gè)8升W16引擎提供動(dòng)力，可產(chǎn)生1000馬力，由于動(dòng)力十足，時(shí)速?gòu)?加速到62英里(約100公里)僅需2.5秒，至大時(shí)速可達(dá)253英里(約407公里)，出廠售價(jià)為160萬(wàn)英鎊。強(qiáng)迫癥的我真擔(dān)心聽(tīng)到“嘩啦”一聲，這下再也不用擔(dān)心別人是不是來(lái)碰瓷的了.......
陶瓷在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用
新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等無(wú)機(jī)非金屬燒結(jié)而成，是氧化鋁陶瓷強(qiáng)度的三倍以上，能耐1000℃以上高溫。要將柴油機(jī)的燃耗費(fèi)降低30%以上， 現(xiàn)在汽油機(jī)中，燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的，柴油機(jī)熱效率為33%，與汽油機(jī)相比已十分優(yōu)越，然而仍有60%以上的熱能量損失掉。
因此，為減少這部分損失，用隔熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進(jìn)行隔熱，進(jìn)而用廢氣渦輪增壓器和動(dòng)力渦輪來(lái)回收排氣能量，有試驗(yàn)證明，這樣可把熱效率提高到48%。同時(shí)由于新型陶瓷的使用，柴油機(jī)瞬間快速起動(dòng)將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器，它比當(dāng)今超耐熱合金具有更優(yōu)越的耐熱性，而比重卻只有金屬渦輪的約三分之一。因此，新型陶瓷渦輪可以補(bǔ)償金屬渦輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)低的缺點(diǎn)。
特種敏感陶瓷在汽車(chē)傳感器上應(yīng)用
對(duì)汽車(chē)用傳感器的要求是能長(zhǎng)久適用于汽車(chē)惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動(dòng)、加速、潮濕、噪聲、廢氣)，并應(yīng)當(dāng)具有小型輕量，重復(fù)使用性好，輸出范圍廣等特點(diǎn)。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學(xué)機(jī)能，近年來(lái)隨著制造技術(shù)的進(jìn)步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的傳感器完全能夠滿足上述要求。
陶瓷在汽車(chē)制動(dòng)器上的應(yīng)用
陶瓷制動(dòng)器是在碳纖維制動(dòng)器的基礎(chǔ)上制造而成的。一塊碳纖維制動(dòng)碟由碳纖維和樹(shù)脂構(gòu)成，它被機(jī)器壓制成形，之后經(jīng)過(guò)加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動(dòng)器，陶瓷制動(dòng)器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內(nèi)的碳纖維結(jié)構(gòu)使它堅(jiān)固耐沖擊，耐腐蝕，讓碟片極為耐磨。目前此類(lèi)技術(shù)除了在F1賽車(chē)中應(yīng)用，在民用跑車(chē)中也有涉及。
陶瓷在汽車(chē)減振器上的應(yīng)用
轎車(chē)的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)研制成功的智能減振器。由于采用高靈敏度陶瓷元件，這種減振器具有識(shí)別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，可以將轎車(chē)因粗糙路面引起的振動(dòng)降到至低限度。
陶瓷材料在汽車(chē)噴涂技術(shù)上的應(yīng)用
近年來(lái)，在航天技術(shù)中廣泛應(yīng)用的陶瓷薄膜噴涂技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)上。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定。為達(dá)到低散熱的目標(biāo)，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室部件進(jìn)行陶瓷噴涂，如活塞頂噴的氧化鋯，缸套噴的氧化鋯。經(jīng)過(guò)這種處理的發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低散熱損失、減輕發(fā)動(dòng)機(jī)自身質(zhì)量、減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、減少燃油消耗量。
總之，特種陶瓷是一種正在不斷開(kāi)發(fā)中的陶瓷材料產(chǎn)品，但原料的制取、材料的評(píng)價(jià)和利用技術(shù)等許多方面都有尚待解決的課題。目前，特種陶瓷在汽車(chē)的應(yīng)用并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復(fù)雜、要求高；因特種陶瓷對(duì)原材料要求比較嚴(yán)格、工藝難以掌握，使得各批制品的性能難以保持均勻一致；成本較高，可加工性差、脆性大、使用差。不過(guò)，人們有充分理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在未來(lái)的汽車(chē)制造業(yè)中將會(huì)有更多的特種陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車(chē)上，而且 會(huì)在汽車(chē)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
四、陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1905年，德國(guó)人率先開(kāi)始了氧化鋁刀具的研究，1912年，1款氧化鋁陶瓷刀具率先由英國(guó)人發(fā)明，20世紀(jì)20年代后期，**陶瓷材料逐步走進(jìn)研究人員的研究視線。從開(kāi)始的主要用于軍事領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)陶瓷發(fā)展到軍事、民用結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷的研究；從開(kāi)始偏重與陶瓷材料的制備發(fā)展到對(duì)陶瓷粉體、顯微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)分析， 。20世紀(jì)60年代美國(guó)材料顧問(wèn)委員會(huì)對(duì)材料制備領(lǐng)域進(jìn)行了調(diào)研得出的重要結(jié)論是：“為了實(shí)現(xiàn)材料均勻的、可重復(fù)的無(wú)缺陷顯微結(jié)構(gòu)，提高材料性能，陶瓷制備科學(xué)研究十分必要”。20世紀(jì)70年代以陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)為背景，各國(guó)競(jìng)相加大了對(duì)陶瓷材料研究與開(kāi)發(fā)的投入，對(duì)**陶瓷材料的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。從技術(shù)上講，陶瓷材料已經(jīng)能夠基本滿足各種苛刻條件下（包括陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)部件在內(nèi)）使用的要求， 陶瓷材料的研究轉(zhuǎn)向材料性能穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與功能性一體化、低成本制備工藝等方面，各國(guó)仍在繼續(xù)增加對(duì)陶瓷材料的研究與投入。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)不同陶瓷材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，隨著裝備水平的提高，通過(guò)不斷地實(shí)驗(yàn)、研究和質(zhì)量控制等成功實(shí)現(xiàn)了陶瓷材料產(chǎn)品的批量化穩(wěn)定生產(chǎn)與制備。
美國(guó)
近50年來(lái)，美國(guó)在**陶瓷領(lǐng)域的研究工作取得了一系列 ，推動(dòng)了陶瓷技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。1994 年克林頓執(zhí)政時(shí)期在陶瓷研究方面增加了15%的科研預(yù)算，旨在強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)能力、保護(hù)環(huán)境、開(kāi)發(fā)新型輸送機(jī)構(gòu)。1998年美國(guó)**陶瓷市場(chǎng)總份額接近75億美元。從20世紀(jì)90年代后期一直到2000年，美國(guó)**陶瓷市場(chǎng)銷(xiāo)售額穩(wěn)步發(fā)展，年平均增長(zhǎng)率達(dá)到8%。進(jìn)入2001年，隨著美國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入衰退，**陶瓷的市場(chǎng)需求大大縮水。2003-2007年，隨著美國(guó)經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，**陶瓷材料產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)需求出現(xiàn)反彈，年增長(zhǎng)率達(dá)到7%，**陶瓷市場(chǎng)銷(xiāo)售額超過(guò)110億美元。2012年，**陶瓷產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)銷(xiāo)售額 126億美元。
美國(guó)**陶瓷發(fā)展的重點(diǎn)為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)量的增速至快，每年增加13.5 % 。 目前在航天技術(shù)、汽車(chē)、航空器、核工程、醫(yī)療設(shè)備及機(jī)械動(dòng)力等方面進(jìn)入大范圍使用階段。以氮化硅，碳化硅，氧化鋯陶瓷為主的精密材料陶瓷制品產(chǎn)量占世界總量的60%以上 。美國(guó)生產(chǎn)的陶瓷軸承工作溫度高達(dá)1 300℃，其工作強(qiáng)度為普通金屬軸承的5倍以上 。 美國(guó)研制的生物陶瓷產(chǎn)品也已大量用于骨骼修復(fù)，瓷牙修補(bǔ)的臨床應(yīng)用。目前美國(guó)**陶瓷工業(yè)界還加緊軍用**陶瓷的研制開(kāi)發(fā)，逐步加強(qiáng)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。
陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)從20世紀(jì)50年代初從研究氧化鋁陶瓷刀具為切入點(diǎn)，開(kāi)始從事**陶瓷材料的研究 。 20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究從事碳化硅陶瓷及、壓電陶瓷與鐵電陶瓷的研究；20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始氮化硅和碳化硅陶瓷的研究，為我國(guó)**耐火材料的研究奠定了良好的基礎(chǔ)；20世紀(jì)70年代隨著陶瓷跨越式的發(fā)展，諸多高校和科研院所開(kāi)始重視**陶瓷材料研究，取得了一系列創(chuàng)新性成果。20世紀(jì)末，我國(guó)**性地將纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)略導(dǎo)彈和各類(lèi)衛(wèi)星天線窗的保護(hù)框上，這是纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的1次實(shí)際應(yīng)用。
我國(guó)在所有**陶瓷材料領(lǐng)域進(jìn)行著研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，自上世紀(jì)80年代，以發(fā)動(dòng)機(jī)用陶瓷零部件的研制為契機(jī)，研制成功了一系列新的陶瓷材料，并在**陶瓷的應(yīng)用方面也取得了令人矚目的成績(jī)。普通電子陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷如IC基板、電容、電阻、電感、磁性材料 、蜂鳴、濾波器等壓電陶瓷無(wú)線電頻率元件，中鋁瓷，高鋁瓷，電真空瓷，紡織瓷件 ， 電熔石英、電熔剛玉等，在我國(guó)已能大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并占領(lǐng)一定的市場(chǎng) 。 但大部分產(chǎn)品仍以價(jià)格優(yōu)勢(shì)提升競(jìng)爭(zhēng)力，有待進(jìn)一步提升產(chǎn)品的技術(shù)附加值。1990年我國(guó)研制成功的無(wú)水冷陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)裝在大客車(chē)中完成了上海到北京往返3 500km的道路試車(chē) 。 以高溫超導(dǎo)陶瓷為代表的諸多技術(shù)在高技術(shù)陶瓷的理論研究和實(shí)驗(yàn)水平處于世界**行列。 雖然我國(guó)**陶瓷材料開(kāi)發(fā)上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，與陶瓷領(lǐng)域靠前的地區(qū)距離進(jìn)一步縮小，但仍缺乏批量化、低成本。我國(guó)陶瓷材料的開(kāi)發(fā)大都是結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)上的需要，具有獨(dú)立的技術(shù)特色。然而，縱觀我國(guó)**陶瓷領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，陶瓷材料在各領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用總的來(lái)說(shuō)還與發(fā)達(dá)地區(qū)相比還有明顯的差距，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面，滿足不了國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的要求。在數(shù)百億美元的**陶瓷年銷(xiāo)售額中，中國(guó)銷(xiāo)售額僅占1～2%。
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