国外特种陶瓷的发展及新动向.pdfVIP

专辑 人工晶体学报 第35卷 国外特种陶瓷的发展及新动向 1 前 言 特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法，这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能 不同于普通陶瓷，故称为特种陶瓷或高技术陶瓷，在日本称为精细陶瓷。特种陶瓷不同的化学组成和组织结 构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及 压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电 子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为 了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此特 种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域 中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元，因此许多科学家预言：特种 陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必定会占据十分重要的地位。 2 生产工艺技术方面的新进展 (1)在粉末制备方面，目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷， 还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和 齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚 的低温低压等离子体技术高120倍。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质：生产率 会大幅度提高；可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计，2000年 日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制 备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几 种方法中，绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。 (2)在成型及烧结方面，热等静压法最为引人注目。该法与热压法相比能使物料受到各向同性的压力， 因而其瓷质均匀，此外由于热压静法可以施加几千个大气压的高压，这样就使得要烧结的材料能在极低的温 气压。 (3)在特种陶瓷的精密加工方面，真空扩散焊接法是一种最有前途的方法。采用真空扩散焊接法不仅 可获得高强度、高致密度、高几何尺寸精度的金属陶瓷制品(泄漏率不大于5×10。11m3Pa／s)，而且无需使 用贵重的稀有焊料，可用于制作各种形状、各种尺寸，特别是大规格的金属陶瓷制品。 另外，采用刀具加工陶瓷也引起了人们的极大兴趣。目前，这方面的工作仅处于研究实验阶段，由于用 超高精度的车床和金刚石单晶车刀进行加工，以微米数量级的微小吃刀深度和微小的走刀量，能获得0．1Ixm 左右的加工精度，因而许多国家把这种加工技术作为超精密加工的一个方面而加以开发研究。 3 应用方面的新发展 特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。 (1)耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等。 (2)隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反 应堆等。 ·84· 专辑 人工晶体学报 第35卷 (3)导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散 ‘ 热片。 (4)耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面。 (5)高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃 烧喷嘴等。目前，这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力，试 图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等。 (6)具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，目前国外正在加紧研究。 (7)生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的 应用引起人们极大关注。 4 今后研究与开