高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的研究與發(fā)展

摘要：本文介紹了高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的耐高溫、耐腐蝕、耐磨、抗氧化等優(yōu)點，以及它可以冶金，在機械制造方面，生物，或是能源方面，甚至航天領(lǐng)域的發(fā)展方面的用途。本文著重介紹了高溫陶瓷的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展所存在的問題。

關(guān)鍵詞：高溫結(jié)構(gòu);陶瓷材料;發(fā)展趨勢

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨、抗氧化等優(yōu)點，它不僅可以用來冶金，機械或汽車，生物上，或是能源上的，還可以為航天領(lǐng)域的發(fā)展做出很大的貢獻。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷在生活中的普遍應(yīng)用，越來越受人們的喜愛。和電子陶瓷、功能陶瓷相比，盡管高溫陶瓷市場規(guī)模較小，但是它的總銷售卻在不斷的增長。不僅國內(nèi)，國外在陶瓷領(lǐng)域里也作了很多研究工作。

一、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的性質(zhì)

傳統(tǒng)陶瓷是以粘土為主要原料的，而結(jié)構(gòu)陶瓷在傳統(tǒng)陶瓷的基礎(chǔ)上，吸收了相鄰學科的先進技術(shù)，以氧化物，氮化物等化合物為主要材料，所以高溫陶瓷不僅能在高溫下生存，還可以在惡劣環(huán)境中抗氧化，又由于它是由化合物制成，所以它具有很高的硬度。

在其他方面，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷還具有摩擦系數(shù)低，可防靜電，另外它還具有高彈性。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷膨脹系數(shù)小，因為它是無機非金屬材料制成，可以避免陶瓷碰到熱水后導致陶瓷熱脹冷縮炸裂。因為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷是用粘土等無機非金屬礦物（硅酸鹽礦物）為原料制成的人工工業(yè)產(chǎn)品所以它的絕緣性要高。

另外由于高溫陶瓷的結(jié)構(gòu)，所以他的熱導性和高電阻可以同時并存。另外它對電磁輻射的透明性強的特點。

二、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的現(xiàn)狀與發(fā)展狀況

主要利用力學機械，熱或者是其他的化學功能的先進高科技陶瓷產(chǎn)品，我們叫做結(jié)構(gòu)陶瓷，如果結(jié)構(gòu)陶瓷能在高溫下應(yīng)用，那么我們就顧名思義把他們叫做高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷包括工程陶瓷和工程陶瓷。工程結(jié)構(gòu)陶瓷在高溫下依然具有高強度、大硬度、不易被氧化、不易被腐蝕、不易被磨損、不易被燒蝕等優(yōu)點，在技術(shù)上有很大的應(yīng)用，在很多領(lǐng)域都是重要的材料，例如空間技術(shù)、軍事技術(shù)領(lǐng)域。工程陶瓷有許多種類，他們中所包含的材料也有很多，但是氮化硅、碳化硅和增韌氧化物是被認為最有發(fā)展前途的也是世界上研究最多的。結(jié)構(gòu)陶瓷在工業(yè)上也有很多的廣泛應(yīng)用，例如陶瓷管套，鋰電池陶瓷泵，軍工陶瓷等行業(yè)。

2.1氮化硅陶瓷材料

五十年代中期，氮化硅從國外引來并發(fā)展起來，它是一種高溫下的非氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷。因為氮化硅在力學熱學性方面的性質(zhì)明顯強于一般氧化物陶瓷，所以它在社會上受有很大的關(guān)注，各國陶瓷科學家對這種新型陶瓷材料不約而同的展開了研究。在二十多年的努力下，氯化硅陶瓷在性能有了很大的提高，在工藝方面也有了新的突破，目前氯化硅陶瓷已成為制作新型耐熱部件的主要材料。

2.2碳化硅陶瓷材料

近年來碳化硅陶瓷材料的這種化合物以它的耐熱性、不易被腐蝕、不易被磨損而被廣泛的開發(fā)研究。與其他材料相比，碳化硅耐熱性強，以及他的耐腐蝕性高，所以碳化硅是一種可以長期在1200攝氏度高溫下使用，所以在1400攝氏度下，碳化硅是一種及其具有競爭力的高溫材料。盡管它的耐熱性好，但它的熱導率高，斷裂韌性小，所以對于燃氣輪機熱流通道的部件比較適合，尤其是在需要有良好導熱性的加熱交換器等。

2.3增韌氧化物陶瓷

近十年來，增韌氧化物是國外研制成可以達到更好的絕熱效果。因此增韌氧化物陶瓷比碳化硅的發(fā)展更迅速。因為增韌氧化物陶瓷中含有一些細分散相變物質(zhì)，所以當它受到外力作用時，這些細分散物質(zhì)會發(fā)生相應(yīng)的改變而吸收能量，使裂紋擴展減慢或中止.從而會大幅度提高材料的韌性。

從原則上講，許多種氧化物或者是其他的非氧化物陶瓷都有相應(yīng)可以增加韌性的化合物，他們可以讓陶瓷性能更加堅韌、穩(wěn)定。

三、高溫陶瓷結(jié)構(gòu)需要注意的問題

3.1陶瓷原料粉末的制備

要想有性能優(yōu)異的陶登材料必須要有具有顆粒度分布合適、組成均勻的超細陶瓷粉末。但是如果是需要少量的超細陶瓷粉末在試驗里就可以得到，但是我們要有大量的，可以用作工業(yè)生產(chǎn)的不太容易。所以我們要是想廣泛生產(chǎn)結(jié)構(gòu)陶瓷首先解決超細粉末的制備問題。

為了解決超細粉末的制備問題，還要防止環(huán)境帶來的污染。各國在處理超細粉末問題上，除了在工藝技術(shù)上面進行了提高，其他方面也采取了一系列措施，例如西德將整個陶瓷研制生產(chǎn)的場地置于每立方米空氣中塵粒不超1000個的高度清潔的環(huán)境中。日本名古屋工業(yè)試驗研究所把制陶瓷原料粉末的制粉、成形、燒結(jié)一整套設(shè)備都在密閉的條件下。美國諾頓公司則在每個車間都裝上了四組空氣凈化系統(tǒng)來凈化空氣。由各國在空氣細節(jié)上的嚴密控制，我們應(yīng)該就可以知道制備高技術(shù)陶瓷材料，從粉末成形到燒結(jié)加工，它是一個必須有機的串聯(lián)起來并在嚴加控制條件下的系統(tǒng)工程。

3.2陶瓷材料的超可塑性研究

陶瓷材料因為它的脆性，所以導致它在許多工程應(yīng)用中受到限制，但是從日本名古屋工業(yè)試驗研究所首次發(fā)現(xiàn)陶瓷材料也具備和金屬材料一樣的性質(zhì)，即延伸現(xiàn)象、它又叫做超可塑性現(xiàn)象。在這個不可多的的性質(zhì)出現(xiàn)以后，世界各國陶瓷科學家對這個甚少見的性質(zhì)極為感興趣。

陶瓷材料具有的可塑性，對整個陶瓷行業(yè)的人來說，無疑是一個重大創(chuàng)新，它的可塑性讓他如同金屬材料一樣能夠沖壓鍛造和拉伸加工，在很多的工程上都可以使用的到。陶瓷材料的可塑性研究為今后它的廣泛應(yīng)用開辟了條嶄新的途徑。

我們可以對陶瓷材料的超可塑性機理進行研究，還可以探討陶瓷材料可塑性存在的條件。甚至陶瓷的可塑性發(fā)展可使用的新的應(yīng)用領(lǐng)域。

3.3陶瓷耐磨材料及其磨損機理的研究

磨損是日常生活中，甚至整個工業(yè)領(lǐng)域中常見的現(xiàn)象、也是材料和能源損失產(chǎn)生的一個重要原因，因此磨損在整個工業(yè)中越來越重視。目前科學家對磨損的研究主要集中在金屬上，陶瓷磨損上研究的不多，但伴隨科學技術(shù)的發(fā)展以及高技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)方面對磨損過程中使用的材料要求越來越高。傳統(tǒng)的金屬和聚合物材料已經(jīng)不能夠滿足我們的需要。因為陶瓷材料具有優(yōu)良的抗熱性、耐磨損性和耐化學腐蝕性，而且在強度上和硬度上也得到了很大的改善。對此，金屬材料的磨損已有很長的時間了，但是，陶瓷磨損的研究才剛開始，還缺乏系統(tǒng)的研究。

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作者簡介：趙田帥（1989.10.10），男，河南省安陽市人，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市昆都侖區(qū)內(nèi)蒙古科技大學材料與冶金學院，材料化學專業(yè)，本科生。