《特種陶瓷概述》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《特種陶瓷概述（11頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

. 特種陶瓷概述 摘要 本文主要敘述了國內(nèi)特種陶瓷市場(chǎng)發(fā)展和生產(chǎn)現(xiàn)狀，講述了相關(guān)的制備方法和最新的相關(guān)技術(shù)前沿工藝，最后展望了特種陶瓷未來的發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞 特種陶瓷；市場(chǎng)現(xiàn)狀；制備工藝；發(fā)展規(guī)模 前言 特種陶瓷也稱為先進(jìn)陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷等，突破了傳統(tǒng)陶瓷以黏土為主要原料的界限，主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等為主要原料，有時(shí)還可以與金屬進(jìn)行復(fù)合形成陶瓷金屬復(fù)合材料，是一種采用現(xiàn)代材料工藝制備的，具有獨(dú)特和優(yōu)異性能的陶瓷材料。已成為現(xiàn)代高性能復(fù)合材料的一個(gè)研究熱點(diǎn)。特種陶瓷于二十世紀(jì)發(fā)展起來，在近二、三十年內(nèi)，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，特別是在高技術(shù)、新技術(shù)領(lǐng)域中的地位日趨重要。許多科學(xué)家預(yù)言：特種陶瓷在二十一世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，必將占據(jù)十分重要的地位。特種陶瓷不同的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)決定了它不同的特殊性質(zhì)和功能，可作為工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、冶煉、能源、醫(yī)學(xué)、激光、核反應(yīng)、宇航等領(lǐng)域。一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，特別是日本、美國和西歐國家，為了加速新技術(shù)革命，為新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，投入大量人力、物力和財(cái)力研究開發(fā)特種陶瓷，因此，特種陶瓷的發(fā)展十分迅速，在技術(shù)上也有很大突破。 1.發(fā)展現(xiàn)狀 1.1市場(chǎng)情況： 與20年前相比，目前我國特陶行業(yè)結(jié)構(gòu)變化巨大，私營企業(yè)、外資企業(yè)的數(shù)量和比重迅猛增加，特別是外資企業(yè)增長勢(shì)頭迅猛，約占我國全部特陶企業(yè)的10%左右。當(dāng)前在電子陶瓷行業(yè)中，股份制和三資企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)。 我國特陶市場(chǎng)的開放和市場(chǎng)規(guī)模的潛力，吸引許多國外企業(yè)紛紛進(jìn)入，投資不斷增加，規(guī)模逐步擴(kuò)大，其投資模式已從最初的產(chǎn)品輸入（經(jīng)銷產(chǎn)品）到生產(chǎn)輸入（投資設(shè)廠），再到應(yīng)用研究輸入（設(shè)立實(shí)驗(yàn)室），對(duì)我國本土特陶企業(yè)帶來巨大挑戰(zhàn)。 1995年我國特種陶瓷產(chǎn)品銷售額80億元人民幣（約合10億美元），其中電子陶瓷約占70%，約56億元；結(jié)構(gòu)陶瓷占30%，約為24億元。相當(dāng)于日本的1/9、美國的1/5，與歐洲的市場(chǎng)規(guī)模相當(dāng)。2015年，特種陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)值達(dá)到約450億元。 2010年，我國特種陶瓷在無機(jī)非金屬新材料6大領(lǐng)域（玻璃纖維、玻璃鋼／復(fù)合材料、特種玻璃及深加工玻璃、石英玻璃、特種陶瓷、人工晶體）總需求919.64億元中以32.6%的比例占首位。 我國特種陶瓷的市場(chǎng)需求巨大，為特種陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了大好機(jī)遇。今后我國需求較大的特種陶瓷主要產(chǎn)品有：高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片、低介電常數(shù)陶瓷基片、陶瓷電容器、敏感陶瓷用瓷料、陶瓷光纖連接器、微波介質(zhì)陶瓷材料等功能陶瓷產(chǎn)品；以機(jī)械行業(yè)需要的陶瓷刀具、陶瓷軸承、陶瓷密封環(huán)、陶瓷火花塞，建材行業(yè)需要的氧化鋁研磨介質(zhì)和襯里、輥道窯陶瓷輥棒，石油化工行業(yè)需要的球閥、缸套等耐磨耐腐蝕陶瓷部件等結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品；國防工業(yè)需要的特殊陶瓷材料；環(huán)境保護(hù)需要的生態(tài)環(huán)境陶瓷材料和生物醫(yī)用陶瓷材料。 1.2生產(chǎn)廠家 我國特種陶瓷生產(chǎn)企業(yè)有200多家。集中分布在北京、上海、天津、江蘇、山東、浙江、福建、廣東等沿海城市和地區(qū)，武漢等華中部分城市地區(qū)，西南、西北等偏遠(yuǎn)地區(qū)以原軍工三線企業(yè)為主。電子陶瓷材料多集中在北京、廣東、福建和長江三角洲地區(qū)等。 廣東是我國的電子產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)基地，多集中在佛山、深圳、東莞、惠州等地，已形成了完整的電子元器件產(chǎn)業(yè)集群，產(chǎn)業(yè)配套體系比較完善；廣東省內(nèi)清遠(yuǎn)、河源、三水、高要等新型陶瓷生產(chǎn)基地，大都已完成一期投資。一些新規(guī)劃陶瓷工業(yè)園如四會(huì)、廣寧、德慶等地已準(zhǔn)備建設(shè)。 福建已在泉州建設(shè)臺(tái)灣學(xué)者創(chuàng)業(yè)園，首期項(xiàng)目重點(diǎn)開發(fā)生產(chǎn)微波介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、陶瓷敏感器件、光導(dǎo)陶瓷材料與原器件等先進(jìn)的特種陶瓷產(chǎn)品。 上海以中科院上海硅酸鹽研究所為代表形成了產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的無機(jī)新材料產(chǎn)業(yè)，在鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷器件、氧化鋁增韌陶瓷、多孔陶瓷等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。 浙江在杭州、嘉興、湖州等地集中了壓電陶瓷制造基地。 四川在稀土功能陶瓷材料方面已形成產(chǎn)業(yè)化。 國產(chǎn)特種陶瓷主要企業(yè)有：淄博華光、江蘇高淳、唐山陶瓷、中材高新、深圳南玻、江蘇華硅、景德鎮(zhèn)特陶、河北隆達(dá)、湖南新化、紹興銳克、湖南精誠、湖南泰鑫、福建智勝、南京泰龍、廣東風(fēng)華、珠?；浛魄迦A、沈陽星光、鄭州富煒、石家莊依斯特、中山高科等。 境內(nèi)外資企業(yè)主要有：華光菲尼克斯、上海京瓷、上海華克、蘇州共立、上海摩根美超、江蘇江佳、江蘇捷嘉、武進(jìn)興勤、珠海西門子－松下、大連須內(nèi)等。 1.3生產(chǎn)規(guī)模 我國特種陶瓷的研究和生產(chǎn)在過去二十幾年中得到很大發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)水平和工業(yè)化程度上仍然與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)。預(yù)計(jì)，到2010年和2015年，我國特種陶瓷產(chǎn)值將分別達(dá)到300億元和450億元，市場(chǎng)需求巨大。我國從事特種陶瓷開發(fā)研制的高校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)已超過300家，其中研發(fā)生產(chǎn)功能陶瓷的單位占63.6%，研發(fā)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)陶瓷的單位占36.4%。中國科學(xué)院、上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)等對(duì)我國特種材料研究起到了重要的推動(dòng)作用。特種陶瓷廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械設(shè)備、燃?xì)饩咝袠I(yè)、汽車（摩托車）行業(yè)、紡織工業(yè)、機(jī)電行業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高科技陶瓷的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。 2009年1-6月，全國規(guī)模以上日用陶瓷企業(yè)總產(chǎn)量完成75.11億件，同比增長9.52%;衛(wèi)生陶瓷完成0.7805億件，同比增長3.85%;墻地磚完成28.03億平米，同比增長7.8%;日用陶瓷制品總產(chǎn)值完成598.39億元，同比增長4.6%;工業(yè)銷售產(chǎn)值累計(jì)完成580.08億元，同比增長4.9%;出口交貨累計(jì)136.50億元，同比降低10.3%;出口占銷售比重23.5%.1-6月，日用陶瓷（包括藝術(shù)瓷及未列名陶瓷）出口量為107.41萬噸，同比降低12.23%,出口額累計(jì)13.08億美元，同比增長5.96%;墻地磚出口量2.95億平米，同比降低6.59%,出口額累計(jì)12.19億美元，同比降低1.25%;衛(wèi)生瓷累計(jì)出口量2149萬件，同比降低14.24%,出口額累計(jì)3.06億美元，同比降低15.83%.1-6月，日用陶瓷進(jìn)口量0.4678萬噸，同比降低10.5%;進(jìn)口額累計(jì)0.5986億美元，同比降低32.06%.墻地磚進(jìn)口量103.8萬平米，同比降低35.36%;進(jìn)口額1609.56萬美元，同比降低37.99%;衛(wèi)生瓷累計(jì)進(jìn)口13.25萬件，同比降低27.63%;進(jìn)口額累計(jì)1253.19萬美元，同比降低24.25%. 2009年下半年以來，在各方的共同努力下，金融危機(jī)的寒冰在日漸消融。面對(duì)金融危機(jī)引發(fā)的經(jīng)濟(jì)頹勢(shì)，國家及時(shí)出臺(tái)實(shí)施了擴(kuò)內(nèi)需保增長、提高出口退稅率等一系列利好政策和措施，有力拉動(dòng)了國內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)陶瓷企業(yè)降低損失、止跌回升產(chǎn)生了積極影響，發(fā)揮了重要作用。但市場(chǎng)的回暖需要一個(gè)過程，特別是國際市場(chǎng)，而企業(yè)經(jīng)歷了金融危機(jī)的洗禮，復(fù)原也需要一段時(shí)間，因此效果不可能立竿見影。受房地產(chǎn)影響，陶瓷上半年走勢(shì)下滑，在下半年，由于內(nèi)需的強(qiáng)勁拉升，陶瓷的發(fā)展速度會(huì)得到提升，預(yù)計(jì)建筑陶瓷全年增速將達(dá)到20%左右，衛(wèi)生陶瓷增速在15%左右。受世界經(jīng)濟(jì)下滑影響，2009年我國陶瓷產(chǎn)品出口市場(chǎng)不容樂觀，出口額將大幅下降。據(jù)有關(guān)數(shù)字顯示，上半年陶瓷磚累計(jì)出口2.96億平方米，同比下降6.6%，出口金額12.2億美元，同比下降1.2%；衛(wèi)生陶瓷累計(jì)出口金額3.06億美元，同比下降15.8%。目前，我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入一個(gè)企穩(wěn)回升的關(guān)鍵時(shí)期，但經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的基礎(chǔ)尚不穩(wěn)固，陶瓷業(yè)也是如此。雖然國內(nèi)市場(chǎng)已呈現(xiàn)回暖復(fù)蘇的積極跡象，房地產(chǎn)升溫、國家拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)的成效開始顯現(xiàn)，但陶瓷企業(yè)近幾年來的急劇擴(kuò)張，新建生產(chǎn)線的產(chǎn)能釋放也將在近一兩年內(nèi)發(fā)生，本就產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的陶瓷市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加激烈。而國際市場(chǎng)的復(fù)蘇更有待時(shí)日，雖然國內(nèi)市場(chǎng)廣闊，但許多陶瓷企業(yè)的外銷比例都十分突出，對(duì)國際市場(chǎng)的依存度仍然較高，巨大產(chǎn)能的消化，國內(nèi)市場(chǎng)是完不成的，必須依靠國際市場(chǎng)，從而導(dǎo)致國內(nèi)陶瓷企業(yè)仍面臨著尚未全面脫困的艱難時(shí)期。 2.特種陶瓷的生產(chǎn) 2.1生產(chǎn)工藝 特種陶瓷的生產(chǎn)步驟大致可以分為三步：第一步是陶瓷粉體的制備、第二步是成形，第三步是燒結(jié)。下圖為特種陶瓷制備工藝流程圖： 粉末制備 坯料制備 成型 干燥 燒結(jié) 后處理 熱壓或熱等靜壓燒結(jié) 成品 2.1.1陶瓷粉體的制備 粉料的制備工藝、粉料的性質(zhì)和成形工藝對(duì)燒結(jié)時(shí)微觀結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展有著巨大的影響，即陶瓷的最終微觀組織結(jié)構(gòu)不僅與燒結(jié)工藝有關(guān)，而且還受粉料性質(zhì)的影響。由于陶瓷的材料零件制造工藝一體化的特點(diǎn)，使得顯微組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣不單單影響材料本身的性能，而且還直接影響著制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、難變形等特點(diǎn)。因此，陶瓷材料的制備工藝顯得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末燒結(jié)的方法制造的，而燒結(jié)過程主要是沿粉料表面或晶界的固相擴(kuò)散物質(zhì)的遷移過程。因此界面和表面的大小起著至關(guān)重要的作用。就是說，粉末的粒徑是描述粉末品質(zhì)的最重要的參數(shù)。因?yàn)榉勰┝皆叫。砻娣e越大，單位質(zhì)量粉末的表面積(比表面積)越大，燒結(jié)時(shí)進(jìn)行固相擴(kuò)散物質(zhì)遷移的界面就越多，即越容易致密化。制備現(xiàn)代陶瓷材料所用粉末都是亞微米(＜lμm)級(jí)超細(xì)粉末，且現(xiàn)在已發(fā)展到納米級(jí)超細(xì)粉。粉末顆粒形狀、尺寸分布及相結(jié)構(gòu)對(duì)陶瓷的性能也有著顯著使組分之間發(fā)生固相反應(yīng)，得到所需的物相。粉末制備方法很多，但大體上可以歸結(jié)為機(jī)械研磨法和化學(xué)法兩個(gè)方面。 傳統(tǒng)陶瓷粉料的合成方法是固相反應(yīng)加機(jī)械粉碎(球磨)。 其過程一般為：將所需要的組分或它們的先驅(qū)物用機(jī)械球磨方法（干磨、濕磨）進(jìn)行粉碎并混合。然后在一定的溫度下煅燒。由于達(dá)不到微觀均勻，而且粉末的細(xì)度有限（通常很難小于 lμm 而達(dá)到亞微米級(jí)），因此人們普遍采用化學(xué)法得到各種粉末原料。為了克服機(jī)械研磨法的缺點(diǎn)，人們普遍采用化學(xué)法得到各種粉末原料。根據(jù)起始組分的形態(tài)和反應(yīng)的不同，化學(xué)法可分為以下三種類型： (1) 液相合成法 液相有熔液和溶液兩種。 將陶瓷的熔液制成液滴，以等離子流使之形成霧狀，固化后便可獲得粉末。 雖然這種方法作為合成金屬而廣泛使用， 但陶瓷的液化必須在高溫下進(jìn)行，因?yàn)橐幻娣纸猓硪幻嬉子谝鹣喾蛛x。 所以廣泛采用溶液合成法。 (2) 氣相合成法 氣相合成法有蒸發(fā)凝聚法 （物理氣相沉積、PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）法。 由氣相合成析出的固體形態(tài)有晶須、薄膜、晶粒和微細(xì)粉末等。 蒸發(fā)凝聚法與液相合成法中的溶液噴霧法一樣，將原料在高溫下氣化，用電弧、等離子體進(jìn)行急冷而使其凝縮為微細(xì)粉料。 (3) 氣相反應(yīng)法 氣相反應(yīng)法是通過金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)而合成的方法。 一般在 Si C、Si3N4等的合成中使用該方法。 2.1.2特種陶瓷的成型 粉末成形是陶瓷材料或制品制備過程中的重要環(huán)節(jié)。粉料成形技術(shù)的目的是為了使坯體內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻、致密，它是提高陶瓷產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵步驟。成形過程就是將分散體系（粉料、塑性物料、漿料）轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◣缀涡螤詈蛷?qiáng)度的塊體，也稱素坯。 粉末的成形方法很多，如膠態(tài)成形工藝、固體無模成形工藝、陶瓷膠態(tài)注射成形等。不同形態(tài)的物料應(yīng)用不同的成形方法。究竟選擇哪一種成形方法取決于對(duì)制品各方面的要求和粉料的自身性質(zhì)（如顆粒尺寸、分布、表面積）。 陶瓷材料的成形除將粉末壓成一定形狀外，還可以外加壓力，使粉末顆粒之間相互作用，并減少孔隙度，使顆粒之間接觸點(diǎn)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力在燒結(jié)過程中，是固相擴(kuò)散物質(zhì)遷移致密化的驅(qū)動(dòng)力。沒有經(jīng)過冷成形壓實(shí)的粉末，即使在很高的溫度下燒結(jié)，也不會(huì)產(chǎn)生致密化的制品。經(jīng)燒結(jié)后即可得到致密無孔的陶瓷，可見成形在陶瓷燒結(jié)致密化中的重要作用。 (1) 熱壓鑄成形 熱壓鑄成形也是注漿成形的一種， 但不同之處在于它是在坯料中混入石蠟，利用石蠟的熱流特性，使用金屬模具在壓力下進(jìn)行成形，冷凝后獲得坯體的方法。 熱壓鑄成形的工作原理如下： 先將定量石蠟熔化為蠟液再與烘干的陶瓷粉混合，凝固后制成蠟板，再將蠟板置于熱壓鑄機(jī)筒內(nèi)，加熱熔化成漿料，通過吸鑄口壓入模腔，保壓、去壓、冷卻成形，然后脫模取出坯體，熱壓鑄形成的坯體在燒結(jié)之前須經(jīng)排蠟處理。 該工藝適合形狀復(fù)雜、精度要求高的中小型產(chǎn)品的生產(chǎn)，設(shè)備簡單、操作方便、勞動(dòng)強(qiáng)度小、生產(chǎn)效率高。 在特種陶瓷生產(chǎn)中經(jīng)常被采用。 但該工藝工序比較復(fù)雜、耗能大、工期長，對(duì)于大而長的薄壁制品，由于其不易充滿模具型腔而不太適宜。 (2) 擠壓成形 將粉料、粘結(jié)劑、潤滑劑等與水均勻混合，然后將塑性物料擠壓出剛性模具即可得到管狀、柱狀、板狀以及多孔柱狀成形體。 其缺點(diǎn)主要是物料強(qiáng)度低容易變形，并可能產(chǎn)生表面凹坑和起泡、開裂以及內(nèi)部裂紋等缺陷。 擠壓成形用的物料以粘結(jié)劑和水做塑性載體， 尤其需用粘土以提高物料相容性，故其廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)耐火材料，如爐管以及一些電子材料的成形生產(chǎn)。 (3) 流延成形 流延成形是將粉料與塑化劑混合得到流動(dòng)的粘稠漿料，然后將漿料均勻地涂到轉(zhuǎn)動(dòng)著的基帶上，或用刀片均勻地刷到支撐面上，形成漿膜，干燥后得到一層薄膜，薄膜厚度一般為 0.01～1mm。流延法用于鐵電材料的澆注成形。此外，它還被廣泛用于多層陶瓷、電子電路基板、壓電陶瓷等器件的生產(chǎn)中。 (4) 凝膠注模成形 凝膠注模成形是一種膠態(tài)成形工藝，它將傳統(tǒng)陶瓷工藝和化學(xué)理論有機(jī)結(jié)合起來，將高分子化學(xué)單體聚合的方法靈活地引入到陶瓷的成形工藝中，通過將有機(jī)聚合物單體及陶瓷粉末顆粒分散在介質(zhì)中制成低粘度，高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體，并加入引發(fā)劑和催化劑，然后將濃懸浮體（漿料）注入非多孔模具中，通過引發(fā)劑和催化劑的作用使有機(jī)物聚合物單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀聚合物凝膠，并將陶瓷顆粒原位粘結(jié)而固化成坯體。凝膠注模成形作為一種新型的膠態(tài)成形方法，可凈尺寸成形形狀復(fù)雜、強(qiáng)度高、微觀結(jié)構(gòu)均勻、密度高的坯體，燒結(jié)成瓷的部件較干壓成形的陶瓷部件有更好的電性能。目前已廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)、汽車等領(lǐng)域。 (5) 氣相成形 利用氣相反應(yīng)生成納米顆粒， 如能使顆粒有效而且致密地沉積到模具表面，累積到一定厚度即成為制品，或者先使用其它方法制成一個(gè)具有開口氣孔的坯體， 再通過氣相沉積工藝將氣孔填充致密，用這種方法可以制造各種復(fù)合材料。由于固相顆粒的生成與成形過程同時(shí)進(jìn)行，因此可以避免一般超細(xì)粉料中的團(tuán)聚問題。 在成形過程中不存在排除液相的問題，從而避免了濕法工藝帶來的種種弊端。 (6) 注漿成形 根據(jù)所需陶瓷的組成進(jìn)行配料計(jì)算，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ苽涮沾煞垠w進(jìn)行混合、塑化、造粒等，才能應(yīng)用于成形。注漿成形適用于制造大型的、形狀復(fù)雜的、薄壁的陶瓷產(chǎn)品。對(duì)料漿性能也有一定的要求，如：流動(dòng)性好、粘度小，利于料漿充型，穩(wěn)定性好。料漿能長時(shí)間保持穩(wěn)定，不易沉淀和分層，含水量和含氣量盡可能小等。 注漿成形的方法有：空心注漿和實(shí)心注漿。為提高注漿速度和坯體質(zhì)量，可采用壓力注漿、離心注漿和真空注漿等新方法。注漿成形工藝成本低、過程簡單、易于操作和控制，但成形形狀粗糙，注漿時(shí)間較長、坯體密度、強(qiáng)度也不高。在傳統(tǒng)注漿成形的基礎(chǔ)上，相繼發(fā)展產(chǎn)生了新的壓濾成形和離心注漿成形工藝，借助于外加壓力和離心力的作用，來提高素坯的密度和強(qiáng)度，避免了注射成形中復(fù)雜的脫脂過程，但由于坯體均勻性差，因而不能滿足制備高性能、高可靠性陶瓷材料的要求。 坯體除以上成形方法之外，還有模壓成形、等靜壓成形等方法，當(dāng)配方、混合、成形等工序完成后，還必須進(jìn)行燒結(jié)才能使材料獲得預(yù)期的顯微結(jié)構(gòu)，賦予材料各種性能。 2.1.3特種陶瓷的燒結(jié)方法 燒結(jié)是將成形后的坯體加熱到高溫并保持一定時(shí)間，通過固相或部分液相擴(kuò)散物質(zhì)遷移，而消除孔隙。 將顆粒狀陶瓷坯體置于高溫爐中， 使其致密化形成強(qiáng)固體材料過程。 燒結(jié)開始于坯料顆粒間空隙排除，使相鄰粒子結(jié)合成緊密體。 但燒結(jié)過程必須具備兩個(gè)基本條件：應(yīng)該存在物質(zhì)遷移機(jī)理；必須有一種能量促進(jìn)和維持物質(zhì)遷移。 現(xiàn)在精細(xì)陶瓷結(jié)機(jī)理已出現(xiàn)了氣相燒結(jié)、固相燒結(jié)、液相燒結(jié)及反應(yīng)液體燒結(jié)等四種燒結(jié)模式。 它們材料結(jié)構(gòu)機(jī)理與燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力方式各不相同，尤其傳統(tǒng)陶瓷和大部分電子陶瓷燒結(jié)依賴于液相形成、 粘滯流動(dòng)和溶解再沉淀過程，而對(duì)于高純、高強(qiáng)結(jié)構(gòu)陶瓷燒結(jié)，則以固相燒結(jié)為主，它們通過晶界擴(kuò)散或點(diǎn)陣擴(kuò)散來達(dá)到物質(zhì)遷移。燒結(jié)是陶瓷材料制備工藝過程中的一個(gè)十分重要的最終環(huán)節(jié)。 (1) 陶瓷燒結(jié)示意圖： (a)顆粒間的松散接觸；(b)顆粒間形成頸部；(c)晶界向小晶粒方向移動(dòng)并逐漸消失，晶粒逐漸長大；(d)顆?；ハ喽逊e形成多晶聚合體 (2) 陶瓷的燒結(jié)過程： ①低溫階段（室溫至300℃左右） ②中溫階段（亦稱分解氧化階段，300 至950C） ③高溫階段（950C至燒成溫度） ④保溫階段 ⑤冷卻階段 (3) 燒結(jié)方法： ①常壓燒結(jié)（或稱無壓燒結(jié)） 常壓燒結(jié)是使用最廣泛的一種方法。它在大氣中燒結(jié)，即不抽真空，也不加任何保護(hù)氣體在電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)。這種方法適用于燒結(jié)氧化物陶瓷，非氧化物陶瓷有時(shí)也采用常壓燒結(jié)。陶瓷器、耐火材料最先采用這種方法。后來，氧化鋁、 鐵氧體等許多新的陶瓷也采用了這一方法。與其它方法相比經(jīng)濟(jì)有效，但也有不利之處。為了使物質(zhì)所具的功能充分發(fā)揮出來，也有采用其它方法進(jìn)行燒結(jié)的情況。常壓燒結(jié)用電阻爐的關(guān)鍵部件是發(fā)熱體元件。通常生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)不同材料的燒結(jié)溫度，而選擇不同加熱體的電阻爐。 ②熱壓燒結(jié) 熱壓燒結(jié)即是將粉末填充于模型內(nèi)，在高溫下一邊加壓一邊進(jìn)行燒結(jié)的方法，同時(shí)進(jìn)行加溫、加壓(機(jī)械壓力而不是氣壓)的燒結(jié)。加壓方式一般都是單向加壓，熱壓時(shí)的壓力不能太高，一般為 50MPa。而冷壓成形的壓力可達(dá)200 MPa，甚至更高。熱壓燒結(jié)的加熱方式仍為電阻加熱，加壓方式為液壓傳動(dòng)加載。熱壓燒結(jié)使用的模具多為石墨模具。它制造簡單、成本低。熱壓燒結(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是加快致密化進(jìn)程，減少氣孔隙，提高致密度，同時(shí)，可降低燒結(jié)溫度。Si3N4、SiC、Al2O3陶瓷等使用該法燒結(jié)，然而因成本較高，故其應(yīng)用受到限制。 ③熱等靜壓燒結(jié) 熱等靜壓一般是沿單軸方向進(jìn)行加壓燒結(jié)， 相對(duì)而言，這種方法是借助于氣體壓力而施加等靜壓的方法。 除SiC、Si3N4使用該法外，Al2O3、超硬合金等也使用該法。盡管熱壓燒結(jié)有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于是單軸向加壓，故只能制得形狀簡單如片狀或環(huán)狀的樣品。 另外，對(duì)非等軸晶系的樣品熱壓后片狀或柱狀晶粒嚴(yán)重?fù)駜?yōu)取向而產(chǎn)生各向異性。 熱等靜壓與熱壓和無壓燒結(jié)一樣，已成功地用于多種結(jié)構(gòu)陶瓷的燒結(jié)或后處理。 此外，熱等靜壓還可以用于金屬鑄件、金屬基復(fù)合材料、噴射沉積成形材料、機(jī)械合金化與粉末冶金材料和產(chǎn)品零部件的致密化等。 ④氣氛燒結(jié) 氣氛燒結(jié)是采用各種氣氛作保護(hù)或反應(yīng)參與物，進(jìn)行燒結(jié)。 常用的有真空、氫、氧、氮和惰性氣體（如氬）等各種氣氛。 例如透明氧化鋁陶瓷可用氫氣氛燒結(jié)，透明鐵電陶瓷宜用氧氣氛燒結(jié)， 氮化物陶瓷如氮化鋁等宜用氮?dú)夥諢Y(jié)。 2.2節(jié)能降耗 陶瓷薄板技術(shù)是一個(gè)偉大的陶瓷科技創(chuàng)新，采用世界先進(jìn)的特種陶瓷科學(xué)生產(chǎn)技術(shù)，專業(yè)生產(chǎn)僅有4.8毫米厚的大規(guī)格陶瓷薄板。單位面積建筑陶瓷材料重量初步估算比傳統(tǒng)同規(guī)格產(chǎn)品可降低1倍以上，節(jié)約60%以上的原料資源，降低綜合能耗50%以上。陶瓷薄板的應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)的建筑陶瓷和傳統(tǒng)的飾面材料進(jìn)行革命性替代，并且能夠體現(xiàn)出對(duì)傳統(tǒng)的建筑陶瓷和傳統(tǒng)的飾面材料的優(yōu)勢(shì)優(yōu)點(diǎn)。防火，防潮，防霉，環(huán)保耐用，節(jié)約成本，節(jié)約資源，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境。能廣泛應(yīng)用于各種內(nèi)外墻空間裝飾、車站、機(jī)場(chǎng)、地鐵等各種場(chǎng)合裝飾。采用最流行的時(shí)尚經(jīng)典設(shè)計(jì)元素，不但滿足設(shè)計(jì)師以及建筑美學(xué)的要求，為建筑提供“新的皮膚”。 2.3 存在問題 目前在中國，生產(chǎn)特種陶瓷的企業(yè)比較多，分布散，不像建陶企業(yè)集中度那么高，特陶沒有形成一個(gè)個(gè)生產(chǎn)基地。雖然如此，我國對(duì)特種陶瓷的需求仍然比較大，其主要應(yīng)用于現(xiàn)代冶金、機(jī)械工程、信息技術(shù)、航天航空、動(dòng)力工程、核能技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、軍事工程等技術(shù)領(lǐng)域，這就要求材料有更長的工作壽命，更高的使用溫度，更能承受各種殘酷的環(huán)境。然而，當(dāng)前國內(nèi)特種陶瓷遇到了一些發(fā)展上的瓶頸： 一是原料，目前各種高端原料都在日本，特種陶瓷的原料不像建筑陶瓷那樣，在周邊地區(qū)就可以采集，特種陶瓷對(duì)于原料的純度和燒結(jié)活性要求高，因?yàn)檫@會(huì)影響特陶質(zhì)量的穩(wěn)定性。 二是技術(shù)，原料可以依靠國外進(jìn)口，但最主要的還是技術(shù)，我國的特陶生產(chǎn)技術(shù)水平及總體實(shí)力與美國、日本相比，差距比較大，特別在實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)水平和工業(yè)化程度上仍然與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn);還有一個(gè)發(fā)展瓶頸是設(shè)備問題，氧化物陶瓷對(duì)燒結(jié)設(shè)備的要求不是很高，但非氧化物如碳化物、硼化物、硅化物等材料對(duì)燒結(jié)設(shè)備要求很高，使用的設(shè)備大都依靠國外進(jìn)口，而且燒結(jié)設(shè)備非常昂貴。 早在1998年的時(shí)候日本就有公司可以生產(chǎn)的氧化鋁粉的純度可高達(dá)99.99%，但燒結(jié)溫度只需1300℃。一般來說，氧化鋁純度越高，燒結(jié)溫度就越高，而我國生產(chǎn)的氧化鋁純度僅為99.5%，但燒結(jié)溫度還需要1600~1700℃。與此同時(shí)，該日本氧化鋁，其抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、維氏硬度、沖蝕磨損率均比國產(chǎn)氧化鋁的要好得多。目前世界上能生產(chǎn)出這樣的氧化鋁粉的企業(yè)，就只有日本這一家公司。 目前，由于國家陸續(xù)出臺(tái)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的政策，一些財(cái)力雄厚的建陶企業(yè)也產(chǎn)生向特種陶瓷這些新材料轉(zhuǎn)型的想法，但如果要將特種陶瓷產(chǎn)業(yè)化，我們的技術(shù)力量還是比較薄弱，特種陶瓷不像建筑陶瓷一樣，買了設(shè)備也就有了技術(shù)，特種陶瓷對(duì)技術(shù)要求比較高，像金剛的輥棒，從80年代開始，經(jīng)過這么多年的研發(fā)，才做到如今的‘世界老大’。這也說明，特種陶瓷與建筑陶瓷、日用陶瓷不同的是，其進(jìn)入門檻高，體現(xiàn)在技術(shù)要求高、資金需求多，與此同時(shí)，它的附加值也會(huì)比較高。 特種陶瓷目前還存在成本高的現(xiàn)狀，力學(xué)性能、可靠性和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步改善等問題，這也是制約特種陶瓷大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的重要瓶頸，高性能、低成本、高可靠性陶瓷材料的設(shè)計(jì)和制備方法的研究顯得尤為重要，任重道遠(yuǎn)。 3. 制備特種陶瓷新技術(shù) 3.1 超高溫技術(shù) 利用超高溫技術(shù)不但可廉價(jià)地研制特種陶瓷，還可廉價(jià)地研制新型玻璃，如光纖維、磁性玻璃、混合集成電路板、零膨脹結(jié)晶玻璃、高強(qiáng)度玻璃、人造骨頭和齒棍等。此外，利用超高溫技術(shù)還可以研制出象鉭、鉬、鎢、釩鐵合金和鈦等能夠應(yīng)用于太空飛行、海洋、核聚變等尖端領(lǐng)域的材料。例如日本在4000—15000℃和一個(gè)大氣壓以下制造金鋼石，其效率比現(xiàn)在普遍采用的低溫低壓等離子體技術(shù)高一百二十倍。 超高溫技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：能生產(chǎn)出用以往方法所不能生產(chǎn)的物質(zhì)；能夠獲得純度極高的物質(zhì)：生產(chǎn)率會(huì)大幅度提高；可使作業(yè)程序簡化、易行。目前，在超高溫技術(shù)方面居領(lǐng)先地位的是日本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年日本超高溫技術(shù)的特種陶瓷市場(chǎng)規(guī)模也將會(huì)超過20萬億日元。此外，溶解法制備粉末、化學(xué)氣相沉積法制備陶瓷粉末、溶膠K凝膠法生產(chǎn)莫來石超細(xì)粉末以及等離子體氣相反應(yīng)法等也引起了人們的關(guān)注。在這幾種方法中，絕大部分是近年開發(fā)研究出來的或是在近期得以完善的。 3.2 熱等靜壓法 該法與熱壓法相比能使物料受到各向同性的壓力，因而其瓷質(zhì)均勻，此外由于熱壓靜法可以施加幾千個(gè)大氣壓的高壓，這樣就使得要燒結(jié)的材料能在極低的溫度下得以燒結(jié)。目前，市場(chǎng)上出售的熱等靜壓法設(shè)備的最高使用溫度及最高壓力通常為2000℃，2000個(gè)大氣壓。 3.3 真空擴(kuò)散焊接法 采用真空擴(kuò)散焊接法不僅可獲得高強(qiáng)度、高致密度、高幾何尺寸精度的金屬陶瓷制品(泄漏率不大于510ˉ11立方米帕/秒)，而且無需使用貴重的稀有焊料，可用于制作各種形狀、各種尺寸，特別是大規(guī)格的金屬陶瓷制品。 3.4 采用刀具加工陶瓷 目前，這方面的工作僅處于研究實(shí)驗(yàn)階段，由于用超高精度的車床和金剛石單晶車刀進(jìn)行加工，以微米數(shù)量級(jí)的微小吃刀深度和微小的走刀量，能獲得0.1微米左右的加工精度，因而許多國家把這種加工技術(shù)作為超精密加工的一個(gè)方面而加以開發(fā)研究。 4今后研究與開發(fā)的方向 （1）加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)研究，例如燒結(jié)機(jī)理、檢測(cè)技術(shù)和粉末制備技術(shù)等； （2）超導(dǎo)陶瓷的研究； （3）陶瓷與陶瓷或陶瓷與其它材料復(fù)合（陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷，陶瓷纖維增強(qiáng)金屬）問題是現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)。 （4）特種陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而，許多國家都把它作為一項(xiàng)主要內(nèi)容而加以研究； （5）陶瓷的纖維化是研制隔熱材料、復(fù)合增強(qiáng)材料等的重要基礎(chǔ)，目前國外，尤其是日本對(duì)陶瓷纖維及晶須增強(qiáng)金屬復(fù)合材料的研究極為重視，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅； （6）在非氮化物陶瓷中，目前國外研究最多的是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓熱交換器及陶瓷刀具等； （7）隨著生物化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)這些新興學(xué)科的發(fā)展，生物陶瓷的開發(fā)研究也變得越來越重要。 5結(jié)語 近年來，特種陶瓷因其性能優(yōu)異而倍受關(guān)注，陶瓷產(chǎn)業(yè)也獲得了長足發(fā)展，但歷來材料的研究是以金屬材料和高分子有機(jī)材料為主體。相對(duì)來說，對(duì)陶瓷的研究和開發(fā)不夠深入，正因?yàn)槿绱?，陶瓷材料的許多獨(dú)特性能有待我們?nèi)ラ_發(fā)，所以特種陶瓷的發(fā)展?jié)摿艽?。隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)陶瓷研究的深入，特種陶瓷將在新材料領(lǐng)域占有重要的地位。 .