特種陶瓷市場(chǎng)基本特點(diǎn)
我國(guó)功能陶瓷占整個(gè)特種陶瓷銷售量的80%,而且每年以20%的速度增長(zhǎng)著,。在功能陶瓷中,,電磁功能陶瓷有占到80%的比例。即特種陶瓷市場(chǎng)中60%以上是電磁功能陶瓷,。功能陶瓷已在能源開(kāi)發(fā),、空間技術(shù)、電子技術(shù),、傳感技術(shù),、激光技術(shù),、光電子技術(shù)、紅外技術(shù),、生物技術(shù),、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著宇航,、航空,、原子能和先進(jìn)能源等近代科技大發(fā)展,對(duì)高溫,、高強(qiáng)度材料提出越來(lái)越苛刻的要求,,金屬基高溫合金往往難以完全滿足。結(jié)構(gòu)陶瓷材料的熔點(diǎn)和硬度比金屬材料高得多,,加上它還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,、抗氧化性和其它好的性能,所以結(jié)構(gòu)陶瓷在高溫技術(shù)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。特別是在傳統(tǒng)陶瓷窯爐領(lǐng)域使用氧化鋁,、碳化硅輥棒、火嘴磚,、莫來(lái)石板陶瓷纖維等高承重,、耐高溫傳動(dòng)、燒成配件,,以及隔熱耐火材料,,中國(guó)具有全球最大的生產(chǎn)能力和性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
特種陶瓷發(fā)展現(xiàn)狀及前景
我國(guó)特種陶瓷的研究和生產(chǎn)在改革開(kāi)放的30多年得到很大發(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(guó)家相差甚遠(yuǎn)。預(yù)計(jì),,到2010年和2015年,,我國(guó)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(guó)從事特種陶瓷開(kāi)發(fā)研制的高校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)已超過(guò)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(guó)科學(xué)院,、上海硅酸鹽研究所,、清華大學(xué)等對(duì)我國(guó)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,。
進(jìn)入21世紀(jì),,新一代技術(shù)革命領(lǐng)域——生物工程、新能源,、信息工程,、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋開(kāi)發(fā)——急需大量的新材料,。作為基礎(chǔ)的材料無(wú)疑要在這些技術(shù)革命中發(fā)揮重要的作用,。在材料的發(fā)展過(guò)程中,盡管陶瓷出現(xiàn)得最早,,但歷來(lái)是以金屬材料和有機(jī)高分子為主的,,所以它們研究得比較透徹、應(yīng)用得比較廣泛,。正因?yàn)槿绱�,,相�?duì)來(lái)說(shuō)潛力也挖掘得比較充分。特種陶瓷發(fā)展的歷史較短,,研究的深度和廣度遠(yuǎn)不如金屬和聚合物,,而且特種陶瓷具有許多獨(dú)特的性能,潛力巨大,。因此,,發(fā)現(xiàn)新材料的幾率是很高的。
2009年度重點(diǎn)研究的部分特種陶瓷項(xiàng)目
2009年以來(lái),,我國(guó)特種陶瓷形成較大規(guī)模發(fā)展的項(xiàng)目的主要有汽車陶瓷剎車片,、氧化鋯固體電解質(zhì)研究、納米陶瓷成形,、鈷酸鈣系熱電材料研究,、二氧化鈦光催化技術(shù)的應(yīng)用、生物功能陶瓷等,。這些領(lǐng)域均取得突破性的發(fā)展,,必將成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新途徑。
一,、汽車剎車片應(yīng)用項(xiàng)目
汽車高速化要求越來(lái)越高,,目前國(guó)內(nèi)已應(yīng)用的摩擦材料中,無(wú)一能全面綜合滿足新的要求,這一現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了汽車的制動(dòng)性能乃至我國(guó)汽車業(yè)的高速發(fā)展,。
陶瓷剎車片相比于半金屬摩擦材料和無(wú)石棉摩擦材料剎車片,,具有比重小、熔點(diǎn)高,、硬度大,、化學(xué)性能好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛地使用在摩擦材料上,。因此,,開(kāi)發(fā)摩擦性能穩(wěn)定、磨損率低,、使用壽命長(zhǎng),、無(wú)噪音和振動(dòng)的新型陶瓷摩擦材料已成為現(xiàn)在摩擦材料研究的一個(gè)熱門領(lǐng)域。
二,、氧化鋯基固體電解質(zhì)項(xiàng)目
固體氧化物燃料電池(SOFC)是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型綠色能源,。固體電解質(zhì)是SOFC的核心部件,SOFC要求電解質(zhì)具有高的離子電導(dǎo)率,,低的電子遷移數(shù),,與電極材料、氧化燃?xì)獗3只瘜W(xué)穩(wěn)定,,在一個(gè)較寬的溫度和氧化壓范圍內(nèi)保持熱力學(xué)穩(wěn)定,,與其它電池組件在熱膨脹系數(shù)上匹配,具有良好的氣密性以及適宜的力學(xué)性能等,。
氧化鋯陶瓷因其擁有較高的離子電導(dǎo)率,,良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,成為研究最多,、應(yīng)用最為廣泛的一類電解質(zhì)材料,。通過(guò)對(duì)氧化鋯基電解質(zhì)薄膜制備工藝的改進(jìn),降低此類材料的操作溫度和制備成本,,力爭(zhēng)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化也是未來(lái)研究的重要方向,。
三、納米陶瓷成形
和普通陶瓷的成形一樣,,納米陶瓷的成形方法也可分為干法成形和濕法成形兩大類,。但對(duì)于普通陶瓷的粗顆粒粉體,納米粉體的成形往往要困難得多,,這是因?yàn)榧{米粉體顆粒很小,,單位體積中顆粒間的接觸點(diǎn)大大多于普通粉體,每個(gè)接觸點(diǎn)都可能因摩擦力的作用而阻礙顆粒間的滑移和重排,,從而影響到素坯密度的提高和組織的均勻化,。更重要的是,,納米顆粒之間很容易因范德華力的作用而形成團(tuán)聚,,致使素坯中的顆粒堆積的不均勻性增加,,同時(shí)坯體的密度降低。而且,,如果這些團(tuán)聚體不在成形階段壓碎或除去,,極易在燒結(jié)時(shí)形成差分燒結(jié),其結(jié)果就是導(dǎo)致燒結(jié)溫度的提高和晶粒的生產(chǎn),,這對(duì)于制備納米陶瓷極其不利,。此外,納米顆粒表面很容易吸附雜質(zhì),,也可能會(huì)對(duì)成形甚至后續(xù)的燒結(jié)及材料的性能造成影響,。因此,尋找合適的技術(shù)工藝,,獲得團(tuán)聚少或無(wú)團(tuán)聚,、相對(duì)密度高且結(jié)構(gòu)均勻的素坯,是納米陶瓷制備中的一項(xiàng)重要任務(wù),。
四,、鈷酸鈣系熱電材料研究
由于熱電材料制備的設(shè)備具有無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲,、體積小,、重量輕、對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染等優(yōu)點(diǎn),,因此熱電材料在溫差發(fā)電和制冷領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景,。
鉆酸鈣系氧化物是一種新型的熱電材料,該氧化物具有不易潮解,、化學(xué)穩(wěn)定性好以及較好的熱電性能等優(yōu)點(diǎn),。隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出,鈷酸鈣系基熱電材料由于其在工業(yè)廢熱等低品位能源的利用及環(huán)境保護(hù)方面的特殊功能,,將成為綠色能源研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn),。但目前鈷酸鈣系基熱電材料還不能替代傳統(tǒng)的制冷和發(fā)電技術(shù),實(shí)現(xiàn)其在工業(yè)上的應(yīng)用,,需進(jìn)行以下研究:繼續(xù)研究摻雜對(duì)材料熱電性能的影響,,進(jìn)行納米復(fù)合的研究,加強(qiáng)器件的制作工藝研究,,以加快熱電材料的實(shí)用化進(jìn)程,。
五、二氧化鈦光催化技術(shù)的應(yīng)用
二氧化鈦光催化技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代,。納米二氧化鈦在結(jié)構(gòu),、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面均有許多優(yōu)異性能,能夠把光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能,使其在通常情況下難于實(shí)現(xiàn)或不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)能夠在溫和的條件下順利的進(jìn)行,。特別是二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┚哂袩o(wú)毒,、廉價(jià)、理化性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn),,光激發(fā)產(chǎn)生的空穴以及進(jìn)一步形成的羥基自由基可以無(wú)選擇的氧化有機(jī)污染物,,并徹底礦化,沒(méi)有二次污染而備受青睞,。隨著光催化技術(shù)的發(fā)展和納米Ti02催化活性的提高,,其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
當(dāng)前,,在我國(guó)沿海發(fā)達(dá)地區(qū)已開(kāi)始采用“光觸媒”作為醫(yī)院,、公共設(shè)施甚至出租車的空氣凈化手段。一些汽車生產(chǎn)廠家針對(duì)新車出產(chǎn)前采用光催化技術(shù)進(jìn)行處理,,推出健康汽車,。但是Ti02的分離、反應(yīng)器模型,、催化劑的固載化以及提高可見(jiàn)光利用效率等問(wèn)題仍需進(jìn)一步研究,。
六、生物功能陶瓷
生物功能材料的基本要求就是對(duì)健康無(wú)危害,,又不被生化作用所破壞,。即要求材料物理、化學(xué)和生理學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,,對(duì)生物組織無(wú)刺激,,不被生物組織腐蝕、吸收,、具有良好的相容性,。同時(shí),人體骨骼必須承受較大的應(yīng)力,,大約需要200MPa的強(qiáng)度,。
許多陶瓷材料具備上述各種要求,所以近30年來(lái),,它正在逐步取代傳統(tǒng)的生物硬組織材料,,如不銹鋼、鈦合金和其它金屬材料,。傳統(tǒng)的金屬生物材料易在生物體內(nèi)溶析,、腐蝕。有機(jī)非金屬生物材料強(qiáng)度低,。而陶瓷的表面結(jié)構(gòu)呈親水性,,與生物組織有優(yōu)異的親和力,,同時(shí)具有重量輕、強(qiáng)度高和剛度大等優(yōu)點(diǎn),。
生物功能陶瓷按用途可分為七個(gè)方面,。第一、人工骨或人造關(guān)節(jié),;第二、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的人工臟器材料,;第三,、形態(tài)修復(fù)和整形外科材料;第四,、人造牙根和假牙,;第五、人工肝臟內(nèi)的吸附材料(活性炭),;第六,、固定酶載體(多孔玻璃);第七,、診斷檢測(cè)儀器的溫度,、氣體、離子傳感器等各種傳感器材料,。生物功能陶瓷對(duì)保障人體健康,、美容等發(fā)揮發(fā)揮了不可替代的作用。