1、先進陶瓷材料Advanced ceramic materials飛霧流飛霧流雪雪20180528陶瓷陶瓷傳統上，陶瓷的概念是指以粘土及傳統上，陶瓷的概念是指以粘土及其天然礦物為原料，經過粉碎混合、其天然礦物為原料，經過粉碎混合、成型、焙燒等工藝過程所制得的各種成型、焙燒等工藝過程所制得的各種制品。亦稱為制品。亦稱為“普通陶瓷普通陶瓷”或或傳統陶傳統陶瓷瓷。 先進陶瓷先進陶瓷是是“采用高度精選或合成采用高度精選或合成的原料，具有精確控制的化學組成，按的原料，具有精確控制的化學組成，按照便于控制的制造技術加工、便于進行照便于控制的制造技術加工、便于進行結構設計，并且有優異特性的陶瓷。結構設計，并且

2、有優異特性的陶瓷。”l 功能陶瓷功能陶瓷：功能陶瓷是具有電、磁、：功能陶瓷是具有電、磁、光、熱、化學、生物等特性，且具有相光、熱、化學、生物等特性，且具有相互轉化功能的一類陶瓷。功能陶瓷在先互轉化功能的一類陶瓷。功能陶瓷在先進陶瓷中約占進陶瓷中約占70%70%的市場份額，其余為的市場份額，其余為結構陶瓷。結構陶瓷。l 結構陶瓷結構陶瓷：是指能作為工程結構材料是指能作為工程結構材料使用的陶瓷。它具有高強度、高硬使用的陶瓷。它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震等特性。耐腐蝕、抗氧化、抗熱震等特性。先進陶瓷先進陶瓷按照性能和應用按照

3、性能和應用可分為可分為結構陶瓷結構陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷兩大類。兩大類。（1）高熔點氧化物，如）高熔點氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，它們的熔點一般等，它們的熔點一般都在都在2000攝氏度以上；攝氏度以上；（2) 碳化物，如碳化物，如SiC、WC、TiC、B4C、ZrC等；等；（3）氮化物，如）氮化物，如Si3N4、BN、AlN、TiN等，氮化物常具有很高的硬度；等，氮化物常具有很高的硬度；（4）硼化物，如）硼化物，如ZrB2等，硼化物具有很強的抗氧化能力；等，硼化物具有很強的抗氧化能力；（5）硅化物，如）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高溫使用中具有很強的抗氧化能力。

4、等，在高溫使用中具有很強的抗氧化能力。2003年2月1日美國“哥倫比亞”號航天飛機外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷，是造成整起事故的禍首。“哥倫比亞”號航天飛機事故調查委員會去年公布的調查報告稱，外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中航天飛機熱保護系統，是導致事故發生的主要原因。8功能陶瓷功能陶瓷電功能陶瓷：絕緣陶瓷、介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體陶瓷、快離子導體陶瓷、高溫超導陶瓷磁功能陶瓷：軟磁鐵氧體、硬磁鐵氧體、記憶用鐵電體光功能陶瓷：透明陶瓷、透明鐵電陶瓷敏感陶瓷：熱敏陶瓷、氣敏陶瓷、濕敏陶瓷、壓敏陶瓷、光敏陶瓷生物及化學功能陶瓷：載體用陶瓷、催化用陶瓷、生物陶瓷種 類性

5、能應 用結構陶瓷高溫陶瓷800以上長期使用，超高溫短期使用窯爐器件、柴油機等發動機、航空航天、空間技術等高強陶瓷高韌性、高強度、良好的抗沖擊性機床主軸軸承、密封環、模具等超硬陶瓷熱穩定性、化學穩定性、彈性模量優良高速磨削道具、防彈裝備等耐腐蝕陶瓷優良的化學穩定性和耐沖刷性能化工設備、艦船潛艇密封、金屬液體防護、過濾陶瓷等功能陶瓷電子陶瓷壓電、光電、熱釋電、鐵電、絕緣性電子元器件、超高壓絕緣子等超導陶瓷超導特性、耐低溫超導光纜、空間、電子、生物等光學陶瓷透波性能、透明性、熒光性基板、天線罩、發光器、陶瓷傳感器、激光器件等生物陶瓷與血液、器官良好的生物相容性陶瓷關節、骨骼、牙齒等磁性陶瓷磁導率、矯

6、頑力大、硬度高微波器件、量子無線電等儲能陶瓷能量轉換與存儲特性熱、電、光、氫儲能等力學性能力學性能物理、化學性能物理、化學性能先先 進進 陶陶 瓷瓷 應應 用用 性性 能能 分分 析析美國美國日本日本歐盟歐盟l 全球第二大先進陶瓷材料生產全球第二大先進陶瓷材料生產基地；基地；l 國家航空和宇航局對結構陶瓷的大規模國家航空和宇航局對結構陶瓷的大規模研究與開發研究與開發；l 業內業內知名企業：格魯曼、杜邦、賽瑞丹知名企業：格魯曼、杜邦、賽瑞丹l 全球最大先進陶瓷材料生產全球最大先進陶瓷材料生產基地；基地；l 功能陶瓷領域壟斷國際市場功能陶瓷領域壟斷國際市場；l 業內知名企業：京瓷、東芝、旭硝業內知

7、名企業：京瓷、東芝、旭硝子、住友、村田、東陶子、住友、村田、東陶l 市場份額僅次于日本和美國；市場份額僅次于日本和美國；l 德國、法國在結構陶瓷領域重點研發德國、法國在結構陶瓷領域重點研發；國內外國內外研究發展情況研究發展情況中國中國l 市場市場份額穩步增長；份額穩步增長； 1） 技術及新產品工程轉化極度匱乏技術及新產品工程轉化極度匱乏雖然我國同樣能制備出性能良好的陶瓷材料，但絕大部分仍停留在實雖然我國同樣能制備出性能良好的陶瓷材料，但絕大部分仍停留在實驗室樣品上，有的產品由于成本高及可靠性等問題，市場還不能接受，所驗室樣品上，有的產品由于成本高及可靠性等問題，市場還不能接受，所以產品的銷售額

8、與發達國家相比相差甚遠。以產品的銷售額與發達國家相比相差甚遠。 2）高端粉體制備及分散技術遠遠落后高端粉體制備及分散技術遠遠落后我國對陶瓷粉料的制備仍未引起足夠的重視，多種陶瓷粉料尚無專業我國對陶瓷粉料的制備仍未引起足夠的重視，多種陶瓷粉料尚無專業化生產企業，許多企業不得不化生產企業，許多企業不得不“自產自銷自產自銷”。受部分發達國家限制，國內。受部分發達國家限制，國內企業在粉料質量上仍存在較大的波動；同時，粉體的高效分散技術也存在企業在粉料質量上仍存在較大的波動；同時，粉體的高效分散技術也存在較大差距。較大差距。 3）分析測試儀器及制造裝備加工技術落后）分析測試儀器及制造裝備加工技術落后雖然

9、我國引進了國外先進的工藝裝備，像氣壓燒結爐、熱等靜壓、注雖然我國引進了國外先進的工藝裝備，像氣壓燒結爐、熱等靜壓、注射成型機、流延機等來提高我國的技術裝備水平，但因投資大，在經濟上射成型機、流延機等來提高我國的技術裝備水平，但因投資大，在經濟上給企業造成了很大壓力，從而限制了先進陶瓷的發展。而國內仿制設備因給企業造成了很大壓力，從而限制了先進陶瓷的發展。而國內仿制設備因加工水平差距，可靠性和穩定性暫時無法與國外產品相比。加工水平差距，可靠性和穩定性暫時無法與國外產品相比。我國先進陶瓷產業現狀我國先進陶瓷產業現狀坯體成型坯體燒結精密加工粉體制備先進陶瓷制備工藝及分析表征先進陶瓷制備工藝及分析表征

10、分析測試液相法液相法氣相法氣相法固相法固相法電電 阻阻 加加 熱熱 法法化化 學學 火火 焰焰 法法等等 離離 子子 法法激激 光光 法法溶溶 液液 法法乳乳 液液 法法溶膠溶膠-凝膠法凝膠法熔鹽合成法熔鹽合成法噴霧干燥法噴霧干燥法熱熱 分分 解解 法法燒燒 結結 法法還原還原-化合法化合法機械化學法機械化學法機械粉碎法機械粉碎法粉體制備活性高 純度高粒徑小坯體成型成型技術成型技術干法壓制成型干法壓制成型塑性成型塑性成型干壓成型干壓成型冷等靜壓成型冷等靜壓成型擠壓成型擠壓成型注射成型注射成型熱蠟鑄成型熱蠟鑄成型扎膜成型扎膜成型漿料成型漿料成型固體無模成型固體無模成型注漿成型注漿成型流延成型流延

11、成型凝膠注模成型凝膠注模成型原位凝固成型原位凝固成型熔融沉積成型熔融沉積成型三維打印成型三維打印成型分層實體成型分層實體成型立體光刻成型立體光刻成型激光選取燒結成型激光選取燒結成型坯體燒結坯體燒結坯體燒結 是指把成型坯體轉變為致密體的工藝過程。燒結狀態燒結狀態燒結壓力燒結壓力特殊加熱原理特殊加熱原理固態燒結固態燒結液相燒結液相燒結常壓燒結常壓燒結無壓燒結無壓燒結真空燒結真空燒結熱壓燒結熱壓燒結熱等靜壓燒結熱等靜壓燒結氣氛燒結氣氛燒結微波燒結微波燒結放電等離子燒結放電等離子燒結自蔓延燒結自蔓延燒結坯坯 體體 燒燒 結結 技技 術術精密加工陶瓷球閥磨削加工陶瓷球閥磨削加工激光切割機激光切割機 激光

12、打孔機激光打孔機 超聲波打孔機超聲波打孔機分析測試常用儀器常用儀器激光粒度儀差示掃描熱分析（DSC）同步熱分析（TGA/DSC）比表面積分析儀（BET）X射線熒光光譜（XRF）X射線衍射儀 （XRD）3D激光顯微鏡 掃描電鏡(SEM)原子力顯微鏡(AFM)透射電鏡（TEM）X射線光電子能譜（XPS）拉曼光譜紅外光譜儀多孔碳化硅陶瓷制備流程簡圖多孔碳化硅陶瓷制備流程簡圖舉例碳化硅、層析氧化鋁、石墨原料的微觀結構碳化硅、層析氧化鋁、石墨原料的微觀結構 碳化硅和石墨的碳化硅和石墨的TGA-DSC 曲線（曲線（10C/min,空氣氣氛中）空氣氣氛中） 不同燒結溫度（不同燒結溫度（1300-1500C）

13、相同保溫時間（）相同保溫時間（3h3h）制得的）制得的樣品樣品XRD圖譜（圖譜（A A代表氧化鋁，代表氧化鋁，C C代表方石英，代表方石英，M M代表莫來石，代表莫來石，S S代表碳化硅）代表碳化硅） 在空氣氣氛中燒成溫度為在空氣氣氛中燒成溫度為1450（3h）制得的二氧化硅結合碳化硅多孔陶瓷）制得的二氧化硅結合碳化硅多孔陶瓷（a）和莫來石結合碳化硅多孔陶瓷的場發射電子顯微鏡圖；（）和莫來石結合碳化硅多孔陶瓷的場發射電子顯微鏡圖；（a）、（）、（b）的）的內置圖分別為他們的頸部的能譜圖內置圖分別為他們的頸部的能譜圖 石墨的含量對在空氣氣氛中燒成溫度為石墨的含量對在空氣氣氛中燒成溫度為1450（3h）制得的莫）制得的莫來石結合碳化硅多孔陶瓷氣孔率和抗彎強度的影響來石結合碳化硅多孔陶瓷氣孔率和抗彎強度的影響 粒徑及氧化鋁對粒徑及氧化鋁對