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特种陶瓷将争夺中国高端产业市场
发布时间： 2013年08月24日 浏览次数： 1735
“特种陶瓷”是指以高纯人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结而制成的高性能陶瓷。按照性能及材质等特点分类，特种陶瓷大致分为结构陶瓷、功能陶瓷、半导体陶瓷、陶瓷纤维强化陶瓷基复合材料和金属陶瓷五大类。在实际研发和应用上，主要以结构陶瓷和功能陶瓷为主。特种陶瓷产业是应用高新技术发展的低碳产业。
特种陶瓷市场基本特点
我国功能陶瓷占整个特种陶瓷销售量的80%，而且每年以20%的速度增长着。在功能陶瓷中，电磁功能陶瓷有占到80%的比例。即特种陶瓷市场中60%以上是电磁功能陶瓷。功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛的应用。随着宇航、航空、原子能和先进能源等近代科技大发展，对高温、高强度材料提出越来越苛刻的要求，金属基高温合金往往难以完全满足。结构陶瓷材料的熔点和硬度比金属材料高得多，加上它还具有良好的化学稳定性、抗氧化性和其它好的性能，所以结构陶瓷在高温技术中得到越来越广泛的应用。特别是在传统陶瓷窑炉领域使用氧化铝、碳化硅辊棒、火嘴砖、莫来石板陶瓷纤维等高承重、耐高温传动、烧成配件，以及隔热耐火材料，中国具有全球最大的生产能力和性价比优势。
特种陶瓷发展现状及前景
我国特种陶瓷的研究和生产在改革开放的30多年得到很大发展，但在实际应用、生产水平和工业化程度上仍然与发达国家相差甚远。预计，到2010年和2015年，我国特种陶瓷产值将分别达到300亿元和450亿元，市场需求巨大。我国从事特种陶瓷开发研制的高校、科研院所和生产企业已超过300家，其中研发生产功能陶瓷的单位占63.6%，研发生产结构陶瓷的单位占36.4%。中国科学院、上海硅酸盐研究所、清华大学等对我国特种材料研究起到了重要的推动作用。
特种陶瓷广泛应用于工业机械设备、燃气具行业、汽车（摩托车）行业、纺织工业、机电行业、医疗器械等领域。随着经济的发展，高科技陶瓷的应用范围也不断扩大。
进入21世纪，新一代技术革命领域——生物工程、新能源、信息工程、宇宙开发、海洋开发——急需大量的新材料。作为基础的材料无疑要在这些技术革命中发挥重要的作用。在材料的发展过程中，尽管陶瓷出现得最早，但历来是以金属材料和有机高分子为主的，所以它们研究得比较透彻、应用得比较广泛。正因为如此，相对来说潜力也挖掘得比较充分。特种陶瓷发展的历史较短，研究的深度和广度远不如金属和聚合物，而且特种陶瓷具有许多独特的性能，潜力巨大。因此，发现新材料的几率是很高的。
2009年度重点研究的部分特种陶瓷项目
2009年以来，我国特种陶瓷形成较大规模发展的项目的主要有汽车陶瓷刹车片、氧化锆固体电解质研究、纳米陶瓷成形、钴酸钙系热电材料研究、二氧化钛光催化技术的应用、生物功能陶瓷等。这些领域均取得突破性的发展，必将成为产业化发展的新途径。
一、汽车刹车片应用项目
汽车高速化要求越来越高，目前国内已应用的摩擦材料中，无一能全面综合满足新的要求，这一现状严重制约了汽车的制动性能乃至我国汽车业的高速发展。
陶瓷刹车片相比于半金属摩擦材料和无石棉摩擦材料刹车片，具有比重小、熔点高、硬度大、化学性能好和耐腐蚀等优点，已被广泛地使用在摩擦材料上。因此，开发摩擦性能稳定、磨损率低、使用寿命长、无噪音和振动的新型陶瓷摩擦材料已成为现在摩擦材料研究的一个热门领域。
二、氧化锆基固体电解质项目
固体氧化物燃料电池（SOFC）是20世纪80年代迅速发展起来的新型绿色能源。固体电解质是SOFC的核心部件，SOFC要求电解质具有高的离子电导率，低的电子迁移数，与电极材料、氧化燃气保持化学稳定，在一个较宽的温度和氧化压范围内保持热力学稳定，与其它电池组件在热膨胀系数上匹配，具有良好的气密性以及适宜的力学性能等。
氧化锆陶瓷因其拥有较高的离子电导率，良好的化学稳定性和结构稳定性，成为研究最多、应用最为广泛的一类电解质材料。通过对氧化锆基电解质薄膜制备工艺的改进，降低此类材料的操作温度和制备成本，力争可以实现产业化也是未来研究的重要方向。
三、纳米陶瓷成形
和普通陶瓷的成形一样，纳米陶瓷的成形方法也可分为干法成形和湿法成形两大类。但对于普通陶瓷的粗颗粒粉体，纳米粉体的成形往往要困难得多，这是因为纳米粉体颗粒很小，单位体积中颗粒间的接触点大大多于普通粉体，每个接触点都可能因摩擦力的作用而阻碍颗粒间的滑移和重排，从而影响到素坯密度的提高和组织的均匀化。更重要的是，纳米颗粒之间很容易因范德华力的作用而形成团聚，致使素坯中的颗粒堆积的不均匀性增加，同时坯体的密度降低。而且，如果这些团聚体不在成形阶段压碎或除去，极易在烧结时形成差分烧结，其结果就是导致烧结温度的提高和晶粒的生产，这对于制备纳米陶瓷极其不利。此外，纳米颗粒表面很容易吸附杂质，也可能会对成形甚至后续的烧结及材料的性能造成影响。因此，寻找合适的技术工艺，获得团聚少或无团聚、相对密度高且结构均匀的素坯，是纳米陶瓷制备中的一项重要任务。
四、钴酸钙系热电材料研究
由于热电材料制备的设备具有无振动、无噪声、体积小、重量轻、对环境无任何污染等优点，因此热电材料在温差发电和制冷领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。
钻酸钙系氧化物是一种新型的热电材料，该氧化物具有不易潮解、化学稳定性好以及较好的热电性能等优点。随着能源和环境问题的日益突出，钴酸钙系基热电材料由于其在工业废热等低品位能源的利用及环境保护方面的特殊功能，将成为绿色能源研究领域的新热点。但目前钴酸钙系基热电材料还不能替代传统的制冷和发电技术，实现其在工业上的应用，需进行以下研究：继续研究掺杂对材料热电性能的影响，进行纳米复合的研究，加强器件的制作工艺研究，以加快热电材料的实用化进程。
五、二氧化钛光催化技术的应用
二氧化钛光催化技术起源于20世纪70年代。纳米二氧化钛在结构、光电和化学性质等方面均有许多优异性能，能够把光能转化为电能和化学能，使其在通常情况下难于实现或不能实现的反应能够在温和的条件下顺利的进行。特别是二氧化钛作为光催化剂具有无毒、廉价、理化性质稳定等特点，光激发产生的空穴以及进一步形成的羟基自由基可以无选择的氧化有机污染物，并彻底矿化，没有二次污染而备受青睐。随着光催化技术的发展和纳米Ti02催化活性的提高，其应用领域更加广泛。
当前，在我国沿海发达地区已开始采用“光触媒”作为医院、公共设施甚至出租车的空气净化手段。一些汽车生产厂家针对新车出产前采用光催化技术进行处理，推出健康汽车。但是Ti02的分离、反应器模型、催化剂的固载化以及提高可见光利用效率等问题仍需进一步研究。
六、生物功能陶瓷
生物功能材料的基本要求就是对健康无危害，又不被生化作用所破坏。即要求材料物理、化学和生理学性质稳定，对生物组织无刺激，不被生物组织腐蚀、吸收、具有良好的相容性。同时，人体骨骼必须承受较大的应力，大约需要200MPa的强度。
许多陶瓷材料具备上述各种要求，所以近30年来，它正在逐步取代传统的生物硬组织材料，如不锈钢、钛合金和其它金属材料。传统的金属生物材料易在生物体内溶析、腐蚀。有机非金属生物材料强度低。而陶瓷的表面结构呈亲水性，与生物组织有优异的亲和力，同时具有重量轻、强度高和刚度大等优点。
生物功能陶瓷按用途可分为七个方面。第一、人工骨或人造关节;第二、运动系统的人工脏器材料;第三、形态修复和整形外科材料;第四、人造牙根和假牙;第五、人工肝脏内的吸附材料（活性炭）;第六、固定酶载体（多孔玻璃）;第七、诊断检测仪器的温度、气体、离子传感器等各种传感器材料。生物功能陶瓷对保障人体健康、美容等发挥发挥了不可替代的作用。