新型陶瓷材料應(yīng)用領(lǐng)域介紹

由于先進(jìn)陶瓷特定的精細(xì)結(jié)構(gòu)和其高強(qiáng)、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、聲光、超導(dǎo)、生物相容等一系列優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。具體如下介紹：

電子工業(yè)領(lǐng)域：

電子工業(yè)是先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)最大的終端應(yīng)用市場(chǎng)。電子陶瓷是指在電子設(shè)備中作為安裝、固定、支撐、保護(hù)、絕緣、隔離及連接各種無線電元器件的陶瓷材料。

目前電子陶瓷材料元器件主要包括：光纖陶瓷插芯、陶瓷封裝基座、陶瓷基片、陶瓷基體、接線端子、片式多層陶瓷電容器等。

汽車工業(yè)領(lǐng)域：

目前應(yīng)用于汽車上的陶瓷材料主要有：氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷等。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零部件，如活塞、氣缸蓋、氣門、排氣管、渦輪煙壓器、氧傳感器及火花塞等都用先進(jìn)的陶瓷材料來制造，并研制出了無水冷的絕熱陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)。

汽車用傳感器要求能長(zhǎng)久適用于特有的惡劣環(huán)境（高溫、低溫、振動(dòng)、加速、潮濕、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)良電磁、光學(xué)機(jī)能，制成的傳感器完全能夠滿足上述要求。

在碳纖維制動(dòng)器的基礎(chǔ)上制造而成陶瓷制動(dòng)器，其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。

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，從而具有識(shí)別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，可以將轎車因粗糙路面引起的振動(dòng)降到最低限度。

陶瓷電熱塞 電熱塞也稱預(yù)熱塞，在嚴(yán)寒環(huán)境下柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻時(shí)，其為提升啟動(dòng)性能提供熱能，因此要求電熱塞有快速升溫和持久保持感溫狀態(tài)的特性。初代電熱塞為金屬制造，二代把鎢絲埋在氮化硅陶瓷內(nèi)制成金屬陶瓷電熱塞，三代就是發(fā)熱體全部采用導(dǎo)電陶瓷制造的全陶瓷電熱塞。全陶瓷電熱塞發(fā)熱體由多層陶瓷復(fù)合材料組成，選擇氮化硅材質(zhì)，具有極好的耐酸耐堿表現(xiàn)，并不易粘附其它物質(zhì)，工況溫度高最高超過1000多攝氏度。發(fā)常規(guī)測(cè)試中其溫升速度最快滿足1.5S達(dá)到850℃，極大地縮短發(fā)動(dòng)機(jī)等待啟動(dòng)時(shí)間，因極高的使用溫度（1150℃），以及可在-40攝氏度的環(huán)境下仍能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用，更好地優(yōu)化柴油機(jī)在低溫下的缸內(nèi)燃燒狀況及降低有害物質(zhì)的排放，在不改原柴油機(jī)電熱塞冷啟動(dòng)系統(tǒng)的情況下，可直接替代金屬電熱塞產(chǎn)品。

陶瓷活塞 內(nèi)燃機(jī)活塞最早使用的活塞材料是鑄鐵，其使用最多的就是球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵材料，鑄鐵材料在高溫時(shí)仍具有非常高的強(qiáng)度，可很大程度上提高內(nèi)燃機(jī)的輸出功率，因此鑄鐵活塞主要應(yīng)用于艦船、工程機(jī)械用和載貨用動(dòng)力機(jī)車等大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上。同時(shí)其劣勢(shì)情況也逐漸顯露出來，其最大的缺點(diǎn)是極限工況下的特殊性能開始遇到瓶頸，已逐漸滿足不了現(xiàn)代技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)性能的追求，限制了其應(yīng)用在未來的可使用范圍。為優(yōu)化汽車內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量與性能，非合金材質(zhì)的活塞應(yīng)運(yùn)而生。例如代表性的陶瓷化滑動(dòng)件活塞環(huán)就十分盛行，其方法大致分為兩種，一種是用氧化鋯、氧化鋁直接制造活塞環(huán)的燒結(jié)法，另一種是用物理氣相沉積法或等離子噴涂在金屬活塞環(huán)表面形成陶瓷鍍層的方法。歐美市場(chǎng)更青睞后一種解決方案，在北美有諸多涂層科技企業(yè)制備傳動(dòng)系統(tǒng)用的陶瓷涂層，納米級(jí)涂層可大大降低活塞部件摩擦系數(shù)從而提高傳動(dòng)效率，并增強(qiáng)部件耐磨性能明顯提高零部件的使用壽命。

陶瓷氣缸套 氣缸套是內(nèi)燃機(jī)中工作環(huán)境最惡劣的零部件之一，它承受高溫、高壓的沖擊和活塞環(huán)的往復(fù)摩擦，磨損較快且容易產(chǎn)生拉缸現(xiàn)象，恰好先進(jìn)陶瓷材料的優(yōu)異特性可以緩解此種問題的產(chǎn)生。據(jù)不同所需，陶瓷氣缸套可有以下三種形式：一是缸套內(nèi)表面噴涂陶瓷涂層，其次是僅用陶瓷材料制成缸套上圈，三是用金屬和陶瓷材料復(fù)合制成全陶瓷缸套。采用全陶瓷缸套代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣缸套，可防止汽缸內(nèi)熱能損失，簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高熱效率和降低發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。

陶瓷配氣機(jī)構(gòu) 汽車配氣機(jī)構(gòu)一般由凸輪軸、挺桿、推桿、搖臂、搖臂軸、氣門彈簧及氣門導(dǎo)管等一些相關(guān)部件組成。從應(yīng)用范圍看，陶瓷零件多用于發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)的滑動(dòng)件上。這些零件主要包括陶瓷搖臂觸頭、陶瓷氣門挺柱、陶瓷氣門等。陶瓷氣門最初在日本和德國(guó)得到了積極的開發(fā)日本鋼管公司為提高船用柴油機(jī)的耐久性和可靠性，從20世紀(jì)80年代就開始研制陶瓷排氣門，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)氣門錐面陶瓷化。排氣門錐面噴涂陶瓷使抗漏氣性得到很大的改善。噴涂排氣門的金屬材料為Ni-Cr，陶瓷材料為Cr3C2。上海內(nèi)燃機(jī)研究所在80年代后期已開始對(duì)陶瓷挺柱進(jìn)行了成功的試驗(yàn)研究，90年代有對(duì)廣西玉柴6105柴油機(jī)上應(yīng)用陶瓷氣門、挺柱和搖臂進(jìn)行了試驗(yàn)研究，如今已見成效。

利用陶瓷材料低密度、耐熱和耐磨的特點(diǎn)，用陶瓷材料制造氣門、氣門座、挺柱、氣門彈簧和搖臂，可以減少氣門座的變形和落座時(shí)的彈跳，降低噪聲與振動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命。我國(guó)492QA型發(fā)動(dòng)機(jī)在采用陶瓷配氣機(jī)構(gòu)后，各種工況下可節(jié)油2%-8%。

陶瓷轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子多為電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨喓屯钙綁嚎s機(jī)等動(dòng)力機(jī)械或工作機(jī)械中的高速旋轉(zhuǎn)的主要部件。日本特殊陶瓷業(yè)公司（NGK/NTK）進(jìn)行有關(guān)“采用氣壓燒結(jié)法的氮化硅燒結(jié)體制制造技術(shù)”的研究以來，在世界上首次開發(fā)了“渦輪機(jī)加壓供氣用陶瓷轉(zhuǎn)子”。由于這種氣壓燒結(jié)法而得到的燒結(jié)體，內(nèi)部幾乎沒有殘存氣孔，具有強(qiáng)度可靠性高且耐氧化性強(qiáng)等優(yōu)異特性，另外，新開發(fā)的轉(zhuǎn)子與歷來的轉(zhuǎn)子相比，重量約輕40%，旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性矩小。從低速運(yùn)轉(zhuǎn)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，較之以前的渦輪機(jī)能發(fā)揮出更佳的效果，從而可望實(shí)現(xiàn)車輛的輕量化，大功率化以及低油耗。

蜂窩過濾器 汽車上應(yīng)用特種陶瓷材料制成的元件有車用催化凈化器的陶瓷載體、尾氣凈化蜂窩陶瓷材料載體、柴油排氣凈化陶瓷蜂窩過濾器、陶瓷汽車制動(dòng)器、剎車片、車用陶瓷軸承、熱敏陶瓷傳感器、渦輪充電機(jī)、陶瓷復(fù)合排氣管等零部件。

航空航天領(lǐng)域：

航天航空領(lǐng)域用材料大多在超高溫、強(qiáng)輻照等極端苛刻環(huán)境中使用，要求材料具有高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、抗燒蝕等特性。雖然航天航空領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模有限，但其對(duì)材料性能的高要求有力推動(dòng)了工程陶瓷研制水平的提高和技術(shù)進(jìn)步。

陶瓷材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用主要有：

陶瓷基復(fù)合材料用于航天器外殼。碳纖維或碳化硅等陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料已成為制造航天器外殼和火箭噴嘴等不可或缺的材料。

HfB2、ZrB2、ZrC等用于超高溫陶瓷涂層。隨著超高聲速飛行器的發(fā)展，對(duì)其表面抗燒蝕和抗大氣沖刷的要求也越來越高。

氮化物復(fù)合材料用于高溫透波材料。氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷具有耐高溫、介電常數(shù)和介電損耗低、抗蠕變和抗氧化等優(yōu)異性能，可用作新一代透波材料；六方氮化硼陶瓷的導(dǎo)熱性好、微波穿透能力強(qiáng)，可用作雷達(dá)窗口材料；同時(shí)其密度較小，可用作飛行器的高溫結(jié)構(gòu)材料。

光學(xué)陶瓷制品：

所謂透明陶瓷就是能透過光線的陶瓷。透明陶瓷不僅有良好的透明性和光學(xué)特性，同時(shí)又保持結(jié)構(gòu)陶瓷的高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、電絕緣好、熱導(dǎo)率高及良好的介電性能，因此在新型照明技術(shù)、高溫高壓及腐蝕環(huán)境下的觀測(cè)窗口、紅外探測(cè)用窗、導(dǎo)彈用防護(hù)整流罩、軍事用透明裝甲等領(lǐng)域得到愈來愈多的應(yīng)用。

生物醫(yī)療領(lǐng)域：

生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體直接相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。因其具有良好的生物相容性和穩(wěn)定的物化性質(zhì)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于骨科、牙科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼外科等方面。

化工領(lǐng)域：

陶瓷材料具有優(yōu)導(dǎo)的化學(xué)穩(wěn)定性，除氫氟酸及高濃度堿外，幾乎對(duì)所有濃度的無機(jī)酸、鹽類以及有機(jī)介質(zhì)具有優(yōu)異的耐蝕性能。隨著結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料的問世，其性能不斷提高，降低了脆性，提高了強(qiáng)度，陶瓷材料被廣泛使用于石油化工、化肥、制藥、食品、造紙、治煉、化纖等工業(yè)。比如設(shè)備用的耐酸襯里，耐酸地坪，用于生產(chǎn)儲(chǔ)存、輸送腐蝕性介質(zhì)的塔器、容器和管道以及陶瓷泵、閥等耐腐蝕設(shè)備，也可以用作填料。

紡織工業(yè)領(lǐng)域：

陶瓷材料在紡織工業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：一是陶瓷紡織零件；二是陶瓷紡織織物。陶瓷紡織零件具有耐磨性高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，被安裝在紡織機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵部位上，大幅度提高合成纖維和紗的速度和質(zhì)量，比如摩擦盤、切線器具和導(dǎo)絲器。另外，研究人員采用特殊工藝將陶瓷粉末與紡織品相結(jié)合，制備了具備各種功能的織物，進(jìn)一步促進(jìn)陶瓷材料在紡織工業(yè)中的應(yīng)用。

軍事領(lǐng)域：

軍事應(yīng)用中的特種陶瓷主要指的是氧化鋁和碳化硼。在現(xiàn)代軍事中，無論是海陸空或其他兵種的現(xiàn)代武器中，都有用特種陶瓷制成的部件。如B4C陶瓷可作為飛機(jī)、車輛和人員的防彈裝甲；用纖維和B4C復(fù)合材料制成的0.6cm厚的B4C內(nèi)襯可阻擋小口徑裝甲彈的穿透。另外，宇宙飛船外壁的陶瓷隔熱瓦是玻璃纖維復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、耐熱、耐沖擊、低熱導(dǎo)等優(yōu)良性能，是理想的軍用隔熱材料。特種陶瓷在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中也有用途，在雷達(dá)天線上加裝一個(gè)氣動(dòng)天線罩，可協(xié)調(diào)機(jī)械、熱力、電氣系統(tǒng)的功能，保證導(dǎo)彈正常運(yùn)行；還有火箭上需要的特殊高溫材料，很多也是用金屬陶瓷制成的。

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