試論我國(guó)精細(xì)陶瓷發(fā)展趨勢(shì)

劉成功

遼寧大學(xué)輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院，遼寧沈陽 110036

精細(xì)陶瓷是指以精制的高純度人工合成的無機(jī)化合物為原料，采用精密控制工藝燒結(jié)的高性能陶瓷，因此，又稱先進(jìn)陶瓷或精細(xì)陶瓷。精陶材料將成為名副其實(shí)的耐高溫的高強(qiáng)度材料，從而可用作包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各種熱機(jī)材料、燃料電池發(fā)電部件材料、核聚變反應(yīng)堆護(hù)壁材料、無公害的外燃式發(fā)動(dòng)機(jī)材料等。

1 精細(xì)陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的主要區(qū)別

在原料上，突破了傳統(tǒng)陶瓷以粘土為主要原料的界限，精細(xì)陶瓷一般以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等為主要原料。在成分上，傳統(tǒng)陶瓷的組成由粘土的成分決定，所以不同產(chǎn)地和爐窯的陶瓷有不同的質(zhì)地。由于精細(xì)陶瓷的原料是純化合物，因此，成分由人工配比決定，其性質(zhì)的優(yōu)劣由原料的純度和工藝，而不是由產(chǎn)地決定。在制備工藝上，突破了傳統(tǒng)陶瓷以爐窯為主要生產(chǎn)手段的界限，廣泛采用真空燒結(jié)，保護(hù)氣氛燒結(jié)、熱壓、熱靜壓等手段。在性能上，精細(xì)陶瓷具有不同的特殊性質(zhì)和功能，如高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣以及在磁、電、光、聲、生物工程各方面具有的特殊功能，從而使其在高溫、機(jī)械、電子、宇航、醫(yī)學(xué)工程各方面得到廣泛的應(yīng)用。

2 精細(xì)陶瓷的制作工藝

2.1 成形方法與結(jié)合劑的選擇

精細(xì)陶瓷成形方法有很多種，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)制品的形狀選擇成形方法，而不同的成形方法需選用的結(jié)合劑不同。常見陶瓷成形方法、結(jié)合劑種類。

結(jié)合劑可分為潤(rùn)滑劑、增塑劑、分散劑、表面活性劑（具有分散劑和潤(rùn)滑功能）等，為滿足成形需要，通常采用多種有機(jī)材料的組合。結(jié)合劑的分子量大小要適中。要想充分潤(rùn)濕，希望分子量小，但內(nèi)聚力弱。隨著分子量增大，結(jié)合能力增強(qiáng)。但當(dāng)分子量過大時(shí)，圍內(nèi)聚力過大而不易被潤(rùn)濕，且易使坯體產(chǎn)生變形。為了幫助分子內(nèi)的鏈段運(yùn)動(dòng)，此時(shí)要適當(dāng)加入增塑劑，在其容易潤(rùn)濕的同時(shí)，使結(jié)合劑更加柔軟，便于成形。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，還需要防止從結(jié)合劑、原材料和配制工序混入雜質(zhì)，使產(chǎn)品產(chǎn)生有害的缺陷。

2.2 陶瓷注射成形和成形用結(jié)合劑

氮化硅等精細(xì)陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高耐磨性、低密度（輕量化）、耐熱性、耐腐蝕性等優(yōu)良性能，適用于制造渦輪加料機(jī)葉輪、搖臂式燒嘴、輔助燃燒室等汽車用陶瓷部件。這些部件要求復(fù)雜的形狀、高精度尺寸和高可靠性。不允許有內(nèi)在缺陷（裂紋、氣孔、異物等）和表面缺陷。能滿足這些質(zhì)量要求的成形技術(shù)之一，就是陶瓷注射成形法。陶瓷注射成型技術(shù)來源于高分子材料的注塑成型，借助高分子聚合物在高溫下熔融、低溫下凝固的特性來進(jìn)行成型的，成型之后再把高聚物脫除。比傳統(tǒng)的陶瓷加工工藝要簡(jiǎn)單的多，能制造出各種復(fù)雜形狀的高精度陶瓷零部件，且易于規(guī)模化和自動(dòng)化生產(chǎn)。

2.3 陶瓷擠壓成形和成形用結(jié)合劑

堇青石由于具有耐熱性、耐腐蝕性、多孔質(zhì)性、低熱膨脹性等優(yōu)良材料特性，所以廣泛用作汽車尾氣凈化催化劑用載體。堇青石蜂窩狀物利用原料粒子的取向，產(chǎn)生出蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的低熱膨脹，可用擠壓成形法來制造。

原料粉末、結(jié)合劑、助劑（潤(rùn)滑劑、界面活性劑等）及水經(jīng)機(jī)械混練后，用螺桿擠壓機(jī)連續(xù)式擠壓或用油壓柱塞式擠壓機(jī)擠壓成形。一般來說，擠壓成形使用的結(jié)合劑只要用低濃度水溶液，便可顯示出高粘性的結(jié)合性能。常用的有甲基纖維素（MC）、羧甲基纖維素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羥乙基纖維素（HEC）等。MC能很好溶于水中，當(dāng)加熱時(shí)很快膠化。CMC能很好溶于水中，分散性、穩(wěn)定性也高。PVA 廣泛地用于各種成形。潤(rùn)滑劑可減少粉體間的摩擦，界面活性劑可提高原料粉末與水的潤(rùn)濕性。有機(jī)材料是精細(xì)陶瓷的主要結(jié)合劑，合理選用這些有機(jī)材料是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)粉料的特性、制品的形狀、成形方法綜合進(jìn)行選擇。

3 精密陶瓷發(fā)展趨勢(shì)

3.1 精細(xì)陶瓷的發(fā)展方向主要集中在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷方面

目前，在航天科技、汽車、航空器、軍工、核工程、醫(yī)療設(shè)備及機(jī)械動(dòng)力等方面，已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模與大范圍使用階段。美國(guó)的氮化硅、碳化硅、氧化鋯陶瓷為主的精密陶瓷材料研究與推廣生產(chǎn)，已取得快速發(fā)展，產(chǎn)品的產(chǎn)量已占到世界總產(chǎn)量的60%以上。陶瓷軸承工作溫度高達(dá)1 300oC以上，其工作強(qiáng)度為普通金屬材料5倍以上。耐熱氧化鋯陶瓷瓦可以忍耐高達(dá)6 000oC的航天高溫摩擦，被大量用作航天飛機(jī)的盔甲。其研制的生物陶瓷產(chǎn)品已經(jīng)被應(yīng)用于骨骼修復(fù)、瓷牙修補(bǔ)等方面。陶瓷活塞蓋、排氣管內(nèi)襯、渦輪增壓轉(zhuǎn)子及燃?xì)廨嗈D(zhuǎn)子等研究工作正在有條不紊地進(jìn)行。

3.2 精細(xì)陶瓷制品傾向于精密陶瓷敏感元件

精密陶瓷敏感元件，已占據(jù)國(guó)際市場(chǎng)主要份額。包括熱敏、壓敏、磁敏、光敏、氣敏材料在內(nèi)的各種精密陶瓷產(chǎn)品，壟斷了很大部分的國(guó)際市場(chǎng)。如采用了大量精密陶瓷材料的新型數(shù)碼相機(jī)與新一代的高清晰電視機(jī)等產(chǎn)品中，均使用了大量的敏感陶瓷元器件。此外，目前，正在試驗(yàn)的高性能陶瓷電池，以固態(tài)材料替代液態(tài)酸溶液，要比傳統(tǒng)的電池重量輕2/3，且對(duì)環(huán)境污染小，尤其適應(yīng)于電動(dòng)汽車及航天器使用。此外，眾所周知，開發(fā)研制的陶瓷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，已經(jīng)部分得到了應(yīng)用。我國(guó)作為傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)大國(guó)，目前也正在將發(fā)展目標(biāo)緊盯在高科技的特殊陶瓷與精密陶瓷研制與創(chuàng)新方面。首先，我國(guó)載人航天神舟飛船工程中，大量采用了高溫陶瓷材料及精密敏感陶瓷產(chǎn)品。這些極具各種優(yōu)越、特殊功能的陶瓷材料與敏感元器件，支撐著航天事業(yè)的快速進(jìn)展。另外，在傳統(tǒng)的機(jī)械加工方面，已經(jīng)先后推廣使用了新一代的金屬切削工具如陶瓷刀具；作為世界上最大的日用家電產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)，許多家電產(chǎn)品中的各類敏感元件的使用范圍更廣，數(shù)量更多，熱敏、磁敏、光敏陶瓷材料等方面的生產(chǎn)正在蓬勃興起。這樣對(duì)國(guó)內(nèi)精細(xì)陶瓷產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)，提出了更多的要求。

精細(xì)陶瓷是新型材料中特別值得注意的一種，它有廣闊的發(fā)展前途。這種具有優(yōu)良性能的精細(xì)陶瓷，有可能在很大的范圍內(nèi)代替鋼鐵以及其他金屬而得到廣泛應(yīng)用，達(dá)到節(jié)約能源、提高效率、降低成本的目的；精細(xì)陶瓷和高分子合成材料相結(jié)合，可以使交通運(yùn)輸工具輕量化、小型化和高效化。

[1]王祖德.建材無機(jī)非金屬新材料的開發(fā)與發(fā)展[J].新材料產(chǎn)業(yè),2009(10):19-23.

[2]付志偉.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)(理論),2009(11):239-241.

[3]趙春雷.對(duì)現(xiàn)代陶瓷設(shè)計(jì)教育的思考[J].江蘇陶瓷,2009(6):25-26.