陶瓷材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

陶瓷材料的應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀陶瓷是人類生活和生產(chǎn)中不可缺少的一種材料。陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用范圍遍及國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。它的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單列復(fù)雜、從粗糙到精細(xì)、從無油到施釉、從低溫到高溫的過程。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和技術(shù)水平的提高.各個(gè)歷史階段賦予陶瓷的涵義和范圍也隨之發(fā)生變化。原來的陶瓷就是指陶器和瓷器的通稱。也就是通過成型和高溫?zé)Y(jié)所得到的成型燒結(jié)體。傳統(tǒng)的陶瓷材料主要是指硅鋁酸鹽。剛開始的時(shí)候人們對(duì)硅鋁酸鹽的選擇要求不高，純度不大，顆粒的粒度也不均一，成型壓強(qiáng)不高。這時(shí)得到陶瓷稱為傳統(tǒng)陶瓷。后來發(fā)展到純度高，粒度小且均一，成型壓強(qiáng)高，進(jìn)行燒結(jié)得到的燒結(jié)體叫做精細(xì)陶瓷。氮化硅、碳化硅等新型陶瓷還可用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、切削刀具、機(jī)械密封件、軸承、火箭噴嘴、爐子管道等，具有非常廣泛的用途。利用陶瓷對(duì)聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料稱為功能陶瓷。功能陶瓷種類繁多，用途各異。例如，根據(jù)陶瓷電學(xué)性質(zhì)的差異可制成導(dǎo)電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、介電陶瓷、絕緣陶瓷等電子材料，用于制作電容器、電阻器、電子工業(yè)中的高溫高頻器件，變壓器等形形色色的電子零件。利用陶瓷的光學(xué)性能可制造固體激光材料、光導(dǎo)纖維、光儲(chǔ)存材料及各種陶瓷傳感器。此外，陶瓷還用作壓電材料、磁性材料、基底材料等?？傊沾涩F(xiàn)在已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。陶瓷發(fā)展趨勢(shì)分析特種陶瓷特種陶瓷，又稱精細(xì)陶瓷，按其應(yīng)用功能分類，大體可分為高強(qiáng)度、耐高溫和復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類。在陶瓷坯料中加入特別配方的無機(jī)材料，經(jīng)過1360度左右高溫?zé)Y(jié)成型，從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能，成為一種新型特種陶瓷，通常具有一種或多種功能，如：電、磁、光、熱、聲、化學(xué)、生物等功能；以及耦合功能，如壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。特種陶瓷按照化學(xué)組成劃分有：氧化物陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、氧化鈦、氧化釷、氧化鈾等。氮化物陶瓷：氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾等。碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化鈾等。硼化物陶瓷：硼化鋯、硼化鑭等。硅化物陶瓷：硅化鉬等。氟化物陶瓷：氟化鎂、氟化鈣、氟化鑭等。硫化物陶瓷：硫化鋅、硫化鈰等。還有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。除了主要由一種化合物構(gòu)成的單相陶瓷外，還有由兩種或兩種以上的化合物構(gòu)成的復(fù)合陶瓷。例如，由氧化鋁和氧化鎂結(jié)合而成的鎂鋁尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化鋁結(jié)合而成的氧氮化硅鋁陶瓷，由氧化鉻、氧化鑭和氧化鈣結(jié)合而成的鉻酸鑭鈣陶瓷，由氧化鋯、氧化鈦、氧化鉛、氧化鑭結(jié)合而成的鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大類在陶瓷中添加了金屬而生成的金屬陶瓷，例如氧化物基金屬陶瓷，碳化物基金屬陶瓷，硼化物基金屬陶瓷等，也是現(xiàn)代陶瓷中的重要品種上。近年來，為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無機(jī)纖維，這樣構(gòu)成的纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料特種陶瓷材料（1）納米陶瓷：它是指晶粒尺寸，晶界寬度，第二相分布，缺陷尺寸均在100nm以下，并具有納米材料固有特征的陶瓷材料。必須指出，即使采用納米粉料，坯體在燒成過程中往往發(fā)生晶體迅速成長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)二次重結(jié)晶等問題，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品已不是納米陶瓷，而是微米陶瓷，因而失去了納米材料的固有特性，也就不能稱為納米陶瓷另一方面近來許多報(bào)道表明，一旦獲得納米陶瓷，將可望克服陶瓷材料的脆性，而且有顯著的超塑性和高強(qiáng)度。（2）陶瓷分離膜：它是一種固態(tài)膜，主要有兩部份構(gòu)成，即膜支撐體及多孔膜。支撐體廣泛采用含鋁量高的氧化鋁陶瓷。多孔膜主要由AL2O3,ZrO2,TiO2和SiO2等為主體構(gòu)成。一般分離膜孔徑為：2?50nm，有時(shí)達(dá)微米級(jí)，其品種，規(guī)格日趨多樣化。分離膜通常具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸，耐堿，耐有機(jī)溶劑，機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性好，可反向沖洗；抗微生物能力強(qiáng)；耐高溫；孔徑分布范圍窄，分離效率高等特點(diǎn)。目前許多產(chǎn)品已在廢水處理、果汁生產(chǎn)、固液分離等方面獲得應(yīng)用，可望在環(huán)境工程，石油化工，生物工程，冶金工業(yè)及納米粉料制備等眾多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)前景頗好，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。當(dāng)前陶瓷膜分離技術(shù)發(fā)展迅速，正向著介孔膜及氣氣分離膜方向發(fā)展。（3）仿生復(fù)相陶瓷：為克服陶瓷材料的脆性，提高其韌性，國內(nèi)外許多科學(xué)家們從對(duì)天然生物材料如竹，貝殼等的結(jié)構(gòu)特征所進(jìn)行的判析中得到啟示，從而進(jìn)一步對(duì)結(jié)構(gòu)陶瓷的材料設(shè)計(jì)，制備工藝等多方面進(jìn)行了研究。果然，獲得了某些仿生復(fù)相陶瓷。主要技術(shù)措施有纖維、晶須補(bǔ)強(qiáng)，顆粒彌散，自補(bǔ)強(qiáng)（原位生長(zhǎng)），多相補(bǔ)強(qiáng)以及表面改性等。例如，YTZP陶瓷材料，室溫強(qiáng)度已達(dá)2000mpa以上，KIC已超過15,達(dá)到了可與某些金屬材料比較的強(qiáng)度。又如，SiC陶瓷通N2形成Si3N4表面層，使強(qiáng)度和斷裂韌性均有明顯提高?？傊畯?fù)相特種陶瓷材料所具有的高強(qiáng)度，高耐磨性等特點(diǎn)，在高科技領(lǐng)域中的應(yīng)用已取得顯著效果，已成為結(jié)構(gòu)陶瓷研究熱點(diǎn)之一。（4）基板材料目前國內(nèi)外主要采用A12O3陶瓷作為集成電路基板材料，然而隨著電子元器件向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向發(fā)展，迫切希望采用高導(dǎo)熱系數(shù)陶瓷基板，理論上最適宜的候選材料有金剛石（C）、立方氮化硼（BN）、氧化鈹（BeO）、碳化硅（SiC）和氮化鋁（A1N）等。由于A1N導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)250W?m-1?K-1，雖比SiC及BeO略低，但比A12O3略高8~10倍，其體積電阻率，擊穿強(qiáng)度，介電損耗等電氣性能可與A12O3瓷媲美，且介電常數(shù)較低，機(jī)械強(qiáng)度也較高，熱膨脹系數(shù)為4.4ppmTC，接近于Si可進(jìn)行多層布線?？梢哉J(rèn)為是最佳候選材料之一。目前日本德山曹達(dá)、東芝及美國一些公司已開始相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，A1N陶瓷年總產(chǎn)量已逾千噸。國內(nèi)目前A1N基板尚處于起步階段，主要基本指標(biāo)導(dǎo)熱率大都在130?180W?m-1.K-1。一些研究單位科技攻關(guān)產(chǎn)品性能已接近國際水平，但高性能、批量化、產(chǎn)品一致性和低成本化等方面的問題尚有待進(jìn)一步解決。（5）電阻基體材料電阻是電路的基本元件，應(yīng)用面廣，需求量大。一般碳膜、金屬膜電阻技術(shù)含量較低，產(chǎn)品價(jià)值不高，單件產(chǎn)品為微利，由于原材料、勞動(dòng)力、能源等因素，目前國際市場(chǎng)有一定銷路，但國內(nèi)市場(chǎng)，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈。另一方面，高性能、超小型、大功率、高穩(wěn)定性新型片式、無感電阻國內(nèi)外市場(chǎng)廣闊，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，由于技術(shù)和裝備方面的問題，目前我國尚處于起步階段。（6）電容器陶瓷介質(zhì)材料近年來主要發(fā)展趨勢(shì)是尋求大容量、小尺寸、高可靠、低價(jià)格的陶瓷電容器。與傳統(tǒng)BaTiO3基介質(zhì)材料相比，為提高介電常數(shù)和改善性能，出現(xiàn)了復(fù)合鈣鈦礦型材料。值得指出的是利用半導(dǎo)體p-n結(jié)的原理發(fā)展起來的晶界層電容器（GBLC）的出現(xiàn)，其視在介電常數(shù)較常規(guī)瓷介電容器的介電常數(shù)提高數(shù)倍至數(shù)十倍。以SrTiO3為基的晶界層電容器具有高介電常數(shù)，低介電損耗，低溫度系數(shù)以及色散頻率較高等優(yōu)點(diǎn)，是最有發(fā)展前途的瓷料之一。目前，國內(nèi)少數(shù)廠家已進(jìn)入批量生產(chǎn)，然而在高性能、高合格率方面尚存在一定差距?？梢韵嘈?，晶界層多層電容器（GBMLC）瓷料的出現(xiàn)將使電容器向小型化方向發(fā)展取得重大突破。（7）壓電陶瓷材料壓電陶瓷是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換重要的功能材料，廣泛應(yīng)用于音響設(shè)備、傳感器、報(bào)警器、超聲清洗、醫(yī)療診斷及通訊等許多領(lǐng)域。一般壓電陶瓷材料為鋯鈦酸鉛（PZT）系，有的瓷料中氧化鉛含量高達(dá)60?70%左右，由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵及燒結(jié)過程中的鉛揮發(fā)，這不僅給工藝和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定帶來諸多問題，而且給生態(tài)環(huán)境和人類的健康帶來危害，研究新型無鉛壓電陶瓷以減少對(duì)環(huán)境的污染己成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。根據(jù)陶瓷的性能，可把它們分為高強(qiáng)度陶瓷，高溫陶瓷，高韌性陶瓷，鐵電陶瓷，壓電陶瓷，電解質(zhì)陶瓷，半導(dǎo)體陶瓷，電介質(zhì)陶瓷，光學(xué)陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。特種陶瓷的發(fā)展之路將是中國陶瓷工業(yè)未來發(fā)展的方向之一。特種陶瓷中高性能復(fù)合氧化鋯應(yīng)用生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不僅質(zhì)量輕，堅(jiān)固耐磨，適用范圍很廣。還有潛水艇上用的消聲瓦，航天飛機(jī)上的隔熱瓦都跟陶瓷有關(guān)……特種陶瓷市場(chǎng)前景廣闊，據(jù)有關(guān)方面預(yù)計(jì)，我國特種陶瓷市場(chǎng)到2015年產(chǎn)值將達(dá)到450億元。而這對(duì)具有眾多陶瓷品牌集中的佛山能分?jǐn)偟綆讐K蛋糕呢。特種陶瓷的發(fā)展之路將是中國陶瓷工業(yè)未來發(fā)展的方向，也是陶瓷企業(yè)生存壯大的根本，沒有技術(shù)是沒有話語權(quán)的！也只有這樣才能把陶瓷做高科技的產(chǎn)業(yè)，才能無愧于"china〃的稱號(hào)。綠色陶瓷在如今異常嚴(yán)峻的生態(tài)、氣候問題的威脅下，人們的環(huán)保意識(shí)也逐步增強(qiáng)，很多行業(yè)都在興起一股低碳環(huán)保節(jié)能的風(fēng)，當(dāng)然陶瓷行業(yè)也不例外。陶瓷行業(yè)現(xiàn)正向有利于人類文明健康的綠色（環(huán)保）陶瓷方向發(fā)展。綠色陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)是：1、節(jié)約能源和原材料消耗，并做到物盡其用。2、對(duì)環(huán)境有污染的廢氣（SO2、CO、CO2、NOx及煙塵等）盡量要少。3、對(duì)人類有害的廢水（含鉛、鎘、汞、鉻等重金屬元素）盡量要少。4、對(duì)人類身體不利的放射性物質(zhì)不存在。5、提倡生產(chǎn)自潔、抗菌、殺菌等保健功能的陶瓷。6、粉塵、游離二氧化硅盡量要少。7、噪音、熱散失盡量要少。8、生產(chǎn)和工作環(huán)境要清潔、干凈、舒適。我國是能源資源相對(duì)貧乏的國家，陶瓷行業(yè)又是耗能大戶。今后佛山陶瓷窯爐的發(fā)展方向是由過去提出的輥道化、煤氣化、