未来的材料基石——先进陶瓷

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陶瓷是以粘土为主要原料，并与其他天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品，是陶器和瓷器的总称。

陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼、 成形、煅烧而制成的各种制品。陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，因此它与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属于“硅酸盐工业”的范畴。 

广义上的陶瓷材料指的是除有机和金属材料以外的其他所有材料，即无机非金属材料。陶瓷制品的品种繁多，它们之间的化学成分、矿物组成、物理性质，以及制 造方法，常常互相接近交错，无明显的界限，而在应用上却有很大的区别。因此，很 难硬性地把它们归纳为几个系统，详细的分类法也说法不一，到现在国际上还没有 一个统一的分类方法。

按陶瓷的制备技术和应用领域分类，可分为传统陶瓷材料和先进陶瓷材料。

传统陶瓷：传统意义上的陶瓷是指以粘土及其天然矿物为原料，经过粉碎 混合、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品，通常会被称为"普通陶瓷 "或传统陶瓷，例如日用陶瓷、建筑卫生陶瓷。

先进陶瓷：按化学成分可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化 物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途可分为功 能陶瓷和结构陶瓷两大类。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能，具有电气 性能、磁性、生物特性、热敏性和光学特性等特点，主要包括绝缘和介质陶 瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体及其敏感陶瓷等；结构陶瓷主要基于材料 的力学和结构用途，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点， 主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。

鉴于先进陶瓷在工业发展中的特殊地位 ，欧美日等发达国家均将先进陶瓷的发展提到战略高度来认识 ，并投入巨资制订了专门的研究计划来促进其发展 ，以保持其在先进陶瓷领域的全球领先地位 。比较著名的有日 本通产省精细陶瓷研究与开发的“阳光计划” 、“通用技术计划”等 ；美国的“脆性材料设计” 、“先进材料与材料设备”等材料研发计划等。

目前国外先进陶瓷发展处于领先地位的主要有美国、日本、欧盟、俄罗斯等 。其中 ，美国对先进陶瓷在航空航天、核能等领域的应用处于领先地位 ；日本在先进陶瓷材料的产业化、民用领域方面占据领先地位，并占有世界先进陶瓷约一半的市场份额；欧盟在先进陶瓷部分细分应用领域和机械装备领域处于领先地位；俄罗斯、乌克兰在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面实力雄厚。

从2000年开始，美国国家能源部与美国陶瓷协会联合资助并实施了为期20年的美国先进陶瓷发展计划。这个计划将基础研究、技术开发和产品应用几个环节有机地结合起来，共同推进先进陶瓷材料的制备技术发展，其中包括用于国防方面的激光透明陶瓷材料和导弹引导用透波陶瓷材料的制备技术。此外，由于宇航技术发展的需要，美国国家航空和宇航局(NASA) 在高温结构陶瓷的开发和制备技术方面正在实施大规模的研究与发展计划，将高温陶瓷基复合材料制备技术作为研究重点，其目标是将发动机热端部件的使用温度提高到1650"C或者更高。

欧盟第六次框架计划支持广泛的多领域课题研究，其中一些专门针对高性能陶瓷及其复合材料的先进制备技术，特别是法国、英国、德国以航空航天应用背景加强陶瓷基复合材料和超高温陶瓷材料的制备技术研究，例如德国已开发出可以连续烧结大型致密的高温陶瓷部件的脉冲电流烧结装备。

在先进陶瓷制备技术具有优势的日本更是加大力度发展新技术新工艺，包括国立研究机构、大学及一些世界500强企业(如日本京瓷公司)。研究内容之一是 下一代耐热结构陶瓷材料制备技术，要求将在1500°C高温下也能承受1400 MPa压力的特点，应用于飞机和汽车耐热部件。

美国已将新型陶瓷材料如纳米陶瓷技术、陶瓷装甲、环保陶瓷、核电用陶瓷、透光透波陶瓷等制备技术作为优先发展方向，且已取得重大进展。欧洲从事陶瓷材料研究和开发的主要国家(如德国、法国、英国、意大利)在航天航空所需的耐高温抗烧蚀陶瓷基复合材料(如Cf /SiC、SiCf/ SiC)、超高温陶瓷(ZrB2-SiC、 HfB,-SiC) 占有优势。日本在陶瓷粉末(如ZrO2、Si,N、 AION、 Nd: YAG、BaTiO,) 合成、半导体芯片封装陶瓷基板、电子陶瓷、纳米/微米复合陶瓷材料技术方面继续发挥引领作用。同时在积极开发高强度和高韧性的陶瓷及其复合材料，例如1500°C抗弯强度达1400 MPa的氮化硅陶瓷。此外，随着高技术陶瓷在各种尖端技术和重大工程中应用的渗入，极端环境下(超高温、超低温、超高腐蚀、超高辐射、超强磁场)使用的陶瓷材料及服役行为也得到重要发展。

先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术领域发展的重要 关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工 业的发展和进步。由于先进陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐 高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等 一系列优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物 医学等国民经济的各个领域。

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