现代陶瓷材料发展及应用

现代陶瓷材料发展及应用
摘要
：本文简述了现代技术陶瓷最新研究、发展动态以及在实际中的应用，其中包括结构

陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷三个部分。还介绍了绿色陶瓷的发展及前景，科
学家试图使陶瓷生产与环境和谐完美的结合，开发出新型的绿色陶瓷材料。
关键词：
陶瓷材料 绿色陶瓷 碳化硅晶须 切削刀具 氧化铝 非氧化物陶瓷 功能陶瓷 结

构陶瓷 陶瓷基复合材料 发展 应用 环境和谐
参考文献：
《陶瓷材料概述》 《现代技术陶瓷展与应用》 《绿色陶瓷的发展前景》

《陶瓷生产与环境和谐》
我国是一个具有悠久历史的陶瓷古国，在世界长期享有盛誉。当今陶瓷可以说已然成为
了对我们生活产生重大影响的一门重要学科。近半个多世纪以来，随着先进陶瓷材料的研究
和开发，在与人类生活息息相关的各个领域，如电子、通讯、能源、交通、宇宙探索和国家
安全等，都能找到陶瓷的身影。可以说现代人的生活离不开陶瓷，陶瓷的进步给人类带来的
是生活方式的日新月异。
陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末
(如黏土、高岭土等)为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大，仅用于
餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等)，而不适用于工业用途。现代
技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材
料，主要用于高温和腐蚀介质环境，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。
现代陶瓷材料主要有三大领域：结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷。
一、结构陶瓷
同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、
耐磨损、比重小(约为金属的1/3)，因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到
金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶
瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。
1、氧化物陶瓷
主要包括氧化铝、氧化错、莫来石和钦酸铝。氧化铝和氧化错主要应用于陶瓷切削刀具、
陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温是陶瓷发动机的主要候选
材料之一。这些氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。一般用钛酸铝陶瓷加工内
衬用作保温、耐热冲击元件，并已在陶瓷发动机上得到应用。
2、非氧化物陶瓷
含硅的非氧化物陶瓷具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性，因此一直是陶瓷发动机的最重
要材料，目前已经取代了许多超高合金钢部件。它在能源利用和环保方面具有重要的战略意
义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比，其成本较高，但高温韧
性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多，并且刀具寿命长、允许切削速度高，因而在刀具市场
占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无润滑陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。
3、玻璃陶瓷
玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型，工艺简单而且成本低。
玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能，它利用玻璃成型技术制造产品，然后高温
结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁一铝一硅酸盐、锂一镁一铝一硅酸盐和钙一镁
一铝一硅酸盐系列，它们常被用来制造耐高温和热冲击产品，如炊具。此外它们作为建筑装
饰材料正得到越来越广泛的应用，如地板、装饰玻璃。
二、陶瓷基复合材料
制成的多相材料，它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧
性低，使用时会复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起产
生不可预测的突然性断裂，陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷
基复合材料主要有两类:氧化错相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。目前这类材料在陶瓷切
削刀具方面已经得到广泛应用。
三、功能陶瓷
功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷，已经具有极高的产业化程度。下面简介几
类主要功能陶瓷的性能。
陶瓷材料具有非常广泛的导电区间，从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异
的电绝缘性，因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体，以晶体管集成
电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的
燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。典型的陶瓷超导体为钇
一钡一铜一氧系列材料，已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。
大多数陶瓷具有优异的介电性能，表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的
主要应用之一是陶瓷电容器。压电陶瓷用途极其广泛，产品有压力传感元件、超声波发生器
等。
陶瓷在光学方面的应用主要包括光吸收陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维。
利用陶瓷光吸收特性在日常生活中随处可见.如涂料、陶瓷釉和珐琅。核工业中，利用含铅、
钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面应用非常广泛。陶瓷也可被制造用来
透过不同波长的光线，其中最重要的就是红外线透射陶瓷，它仅允许红外光线透过，被用来
制造红外窗口，在武器、航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。陶瓷还是固体激光发
生器的重要材料，典型代表有红宝石激光器和忆榴石激光器。光导纤维是现代通讯信号的主
要传输媒介，它是用高纯二氧化硅制成的，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性，是
金属信号传愉线无法比拟的。
目前，新型的陶瓷材料还被用于制造汽车和飞机发动机零部件，使燃料更有效地燃烧，
从而大大的减少了能源的浪费。不仅如此，陶瓷材料还可以安全地用于放射性废料的包装，
而且对于一些有害废料可采用可采用陶瓷材料对其进行回收，用于无害消费品的生产，如地
砖等。此外，陶瓷材料还可用于开采石油运输过程中的石油泄露与污染控制等。
随着环保产业的发展和公众环境意识的不断增强，绿色浪潮席卷全国，绿色陶瓷也随之
孕育而生。传统陶瓷虽然创造了人类需要的物质和精神财富，但却未能充分利用资源，造成
资源浪费，也产生了大量排放，造成了较为严重的环境污染。而绿色陶瓷却是陶瓷领域的生
态环境产品，它的特点表现为充分利用原料和能源，进行清洁生产，实现“零排放”，其产
品无铅镉等重金属危害。绿色陶瓷追求在生产原料、产品技术、工艺技术、反应路线、生产
设备和能源消耗等各个环节实行全程的污染控制和能源高效利用，在无毒无害及低能耗的条
件下制造对人类和环境无毒无害的新型陶瓷产品。绿色陶瓷产品将以技术精、质量优、低能
耗、无公害等优势走俏市场，成为陶瓷消费的新宠，并创造良好的经济效益和社会效益。
现代陶瓷在环保方面的应用日趋广泛,一些新型的很有前景.比如有(1).微孔陶瓷是指
在陶瓷内部或表面含有大量开口或闭口微小气孔的陶瓷体，其孔径一般为微米级或亚微米
级。它是一种功能型的结构陶瓷。微孔陶瓷具有吸附性、透气性、耐腐蚀性、环境相容性、
生物相容性等，广泛应用于各种液体的过滤、气体的过滤及固定生物酶载体和生物适应性载
体，尤其是在环境工程上得到了大量的应用，如工业用水、生活用水的处理、污水的净化等
方面,是一种硅酸盐制品，使用的原料为贫瘠粘土、废矿渣以及电厂粉煤灰、玻璃厂下脚料
等，这将对保护环境、节约资源起到重要作用。微孔陶瓷是一种高效、可再生的过滤材料，
使用它替代目前国内水处理行业使用的石英砂过滤材料后，可大大提高水处理效率，减少环
境污染，降低水处理成本。(2).微孔陶瓷曝气器有高效低耗运行可靠、不易堵塞、充气量大、
搅动性强、阻力小而老化防腐蚀寿命长.广泛用在好氧生物处理中曝气使用.(3).多孔陶瓷将
成为应用前景十分广阔的环境材料,和玻璃纤维，网状金属材料等相比，多孔陶瓷的性能稳
定、耐冲蚀性好、使用寿命长。多孔陶瓷的主要骨料类型包括高硅质硅酸盐材料、铝硅酸盐
材料、硅藻土质材料、粗陶质材料、纯硅质材料、刚玉、金刚砂材料、堇青石、钛酸铝材料
和以其他工业废料、尾矿以及石英玻璃等材料，分别应用于不同的高温环境。根据结构的不
同多孔陶瓷分为网眼型和泡沫型。网眼结构通过聚合物泡沫塑料浸渍泥浆后经高温处理制成
高渗透性网眼陶瓷。泡沫结构则由成孔剂高温燃烬形成气孔和气孔通道。其形状可以分为管
状、蜂窝块状、板状和薄膜等产品类型。用于污染水、大气的过虑净化或催化、石油井下钻
探沙层过滤、高温烟气过滤除尘、汽车尾气化学催化、熔融金属过虑排渣等。是保护环境的
基础材料之一，具有十分广阔的应用前景。
陶瓷科学家们正在用各种研究方法多个角度关注陶瓷材料科学与环境和谐的问题。科
学的宗旨是尊重自然，科学的进步是要造福人类，科学的发展应注重人与环境的和谐。为了
人类的生存，为了子孙后代福址，让我们少一份对利益的追逐，多一份对环境的关怀。