低碳经济驱动新型陶瓷材料行业的未来＊

肖九梅

（湖北武汉蓝天化学建材公司 武汉 430055）

低碳经济驱动新型陶瓷材料行业的未来＊

肖九梅

（湖北武汉蓝天化学建材公司 武汉 430055）

新型陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特性。近些年来，在开发新能源和有效利用石油能源的呼声中，发达国家相继掀起了新型陶瓷材料研究开发的热潮。针对新型陶瓷材料的独特性能，综述了工程陶瓷材料用途广泛和功能陶瓷材料的应用前景，以及陶瓷基复合材料的发展趋势；介绍了广泛应用于工程领域的陶瓷阀门材料和切削性能优良的新型陶瓷刀具，同时指出了陶瓷材料产业的应用开发趋势。

低碳经济 陶瓷材料 应用开发

Abstract：The new ceramic materials with high strength，high hardness，corrosion resistance，high temperature and other characteristics.In recent years，the development of new energy and energy efficient use of the voice of the oil，the developed countries have set off a new wave of research and development of ceramic materials.For the unique properties of new ceramic materials were reviewed widely used engineering ceramics and ceramic materials with special performance features extensive prospect；and ceramic matrix composites have a wide range of development trends；introduced the widely used engineering materials and ceramic valves excellent new ceramic cutting tools；also pointed out that the application of ceramic materials industry development trends.

Key words：Low－carbon economy；Ceramic materials；Application development

当代科技文明都与新材料的发明及应用分不开。同时工业技术的发展又不断向材料研究工作者提出新的课题，不断需求性能超越现有材料的新材料。与金属材料和高分子材料相比，新型陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特性。近些年来，在开发新能源和有效利用石油能源的呼声中，发达国家相继掀起了新型陶瓷材料研究开发的热潮。

1 新型陶瓷材料性能独特

新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热性能和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等特点；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等特点；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但其也有缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。

新型陶瓷材料属于新型材料的一种。最常用的氮化物陶瓷为氮化硅和氰化硼。氮化硅陶瓷具有很高的硬度，有自润滑作用，摩擦系数小，耐磨性好，抗氧化能力强，抗热振性大大高于其他陶瓷。它具有精良的化学稳定性，能耐除氢氟酸以外的其他酸和碱性溶液的腐化，以及抗熔融有色金属的侵蚀，它还具有精良的绝缘性能及低的热膨胀性。其中，由热压烧结法制成的氮化硅陶瓷的强度、韧性都高，主要用于制作形状简单、精度要求不高的零部件，如切削刀具、高温轴承等。由反应烧结法制成的氮化硅陶瓷工艺性好，硬度较低，用于制作形状复杂、精度要求高的零件以及用于要求耐磨、耐蚀、耐热、绝缘性能等场合，如泵密封环、热电偶掩护套、高温轴承、增压器转子、缸套、活塞环、电磁泵管道和阀门等。氮化硅陶瓷还是制作新型陶瓷发动机的重要材料。

2 工程陶瓷材料用途广泛

陶瓷有着古老的历史，早在公元前10世纪，人类就开始利用它做生活用具。近年来，由于精度的不断提高和制造工艺的日臻完善，陶瓷又成为具有电磁功能、光学功能、热功能、机械功能及生物化学功能的新型材料，在各个领域中得到广泛的应用。

普通的陶瓷制品中往往存在许多微细裂纹，当受到外力作用时，微细裂纹会不断扩展，并汇集成粗大裂纹，以至碎裂，从而形成了陶瓷的脆性，给陶瓷更广泛地使用带来了困难。针对陶瓷的这一弊端，科学家们研究出了防止微细裂纹扩展的有效方法，并进而制成了难以打碎的“韧性”陶瓷。经过特殊工艺处理制成的韧性陶瓷，除了可以去掉脆性之外，还具有强度大、硬度高、耐化学腐蚀等优点，因此，应用范围更加广泛。现在，韧性陶瓷已经广泛用来制作切菜刀、剪刀、螺丝刀、榔头、锯、斧头等日常工具，其坚硬程度可以与钢铁制品相媲美。而且，还不会带铁锈味和磁性，更适宜切生吃食物和熟食，以及用于剪接磁带等带有磁性物质的制品。与此同时，韧性陶瓷还可以用来制作切削刀具、防弹盔甲、人造骨骼、人造关节、手表外壳等。日、美、德等一些技术发达国家还采用韧性陶瓷代替金属材料来制造发动机，这种发动机的体积小、重量轻、热效率高，用同样的燃料可以使汽车多跑30%的路程，是一种有效的节能型发动机。

在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，可以耐1 980℃的高温，是空间技术、军事技术、原子能及化工等领域中的重要材料。工程陶瓷目前有氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC），硅化钨（WSi2）、氧化锆（ZrO2）、氧化铝（Al2O3）等。这些材料具有耐热、高硬度、耐磨、耐腐蚀、相对密度小等特点。若能用于燃气轮机，可使工作温度从目前的1 100℃提高到1 370℃，而热效率从60%提高到80%，应是理想的发动机材料。但其致命缺点是脆性。近期研究表明：用不同配比的各种原料和陶瓷复合材料制成的纳米级原材料经烧结可提高韧性，这一发现吸引了许多研究者，成为国际上研究的热点。预期合成陶瓷研究将使全陶瓷内燃机尽快成为现实，这是21世纪的新挑战，将使汽车发动机、喷气发动机、刀具、模具等方面面貌一新。

工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氮化硅、碳化硅和增韧氧化物3类材料。氮化硅高强度陶瓷以强度高著称，可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。氮化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。精密陶瓷氮化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又可代替如镍、铬、钠等重要金属材料，所以，被人们认为是对发动机的一场革命。

中国磷复肥工业协会副秘书长徐晓君分析当前磷复肥市场走势。她指出，在传统化肥产能过剩、效益低迷的背景下，在农业现代化绿色化发展的总体形势下，发展高效环保的新型肥料成为化肥行业新的焦点，也成为企业利润增长的关键。随着氮磷钾化肥的大量使用，单位面积土壤上作物产量不断提升，但土壤中的中微量元素养分却没有得到补给，且范围越来越广，氮、磷、钾是作物不可或缺的大量营养元素，但钙、镁、硫、铁、锌、硼、钢、钼等中微量元素作用也不可小视，营养均衡全面对作物优质高产非常重要。

3 特殊性能的功能陶瓷材料应用前景广阔

氧化铝陶瓷同传统的白炽灯泡相比，同等功率的卤素等离子灯发出的光线更清晰更明亮。如果能增长其内部压力的话，那么它们的效率会更高，寿命也会更长。然而这一点却由于用来制作电子射线管和灯泡的材料的耐高温性受到限制。通常应用的石英玻璃和陶瓷材料质地太软，不能适应灯泡内部的高压，甚至会使灯管产生爆炸。有一种材料能经受如此的高温，那就是氧化铝，亦称矾土或金刚砂。纯的金刚砂同它自然形状的蓝宝石和红宝石一样，在2 000℃以下不会融化，然而粉末状的金刚砂很难用传统的玻璃制作工艺进行融化，并将它吹制及浇铸成要求的形状，因为当熔融液凝固时会形成晶体。所以，目前的生产工艺是让温度把它在低于熔点2 000℃，在这个温度下小颗粒产生烧结，并在表面上混杂在一起，同时速度增大。它们之间的小微粒和孔隙就能流传光线。这些被广泛应用的高效陶瓷材料为乳白色，同乳白玻璃一样。

目前开发出的新型氧化铝几乎是透明的，而且硬度是以前的2倍。科学家们成功地将氧化铝陶瓷制成各种形状，除了可用于制作中空灯泡外，它还可用作扫描仪上的抗划盘或特别光学仪器的窗口。获得透明度的主要因素是使原材料的粒度小于1／3μm，在成品中，颗粒的粒度也不能超过1／2μm，因此它们几乎不扩散任何光线。新的制作工艺比传统工艺的温度低600℃。此外，陶瓷材料的形成和烧结工艺同时也影响颗粒的大小和孔隙率。该材料正在被进一步完善，最后的成品几乎没有任何孔隙，强度很高，可用于制作新型灯具。

超硬陶瓷材料金刚石是一种天然“陶瓷”，人造金刚石已进入工业生产，因为金刚石以碳结构为主，其高温抗氧化性能较差。现已研制出氮化硼材料，硬度仅次于金刚石，但高温抗氧化性能好，金刚石在800℃开始氧化，而立方氮化硼在1 200℃才开始氧化，这使它在耐高温超硬陶瓷材料方面有良好应用前景。

半导体热敏陶瓷（PTC）具有正的温度系数，当温度上升到相变温度时，电阻急剧增大，可用于各种温控元件，如电热器、电饭堡、烤箱、干燥器等。热敏元件ZnO—Li2O—Cr2O3—V2O5，其相对湿度为90%，电阻4.24Ω，可用于空调机。

压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，就像声波震动产生的微小压力也能够使其发生形变，从而使陶瓷表面带电。压电陶瓷是一种具有能量转换功能的陶瓷，在机械力的作用下发生形变时，会引起表面带电。带电强度的大小，可以和施加电场的强度成正比，也可以成反比。因此，能够在各个领域中得到广泛应用。在制造生产压电陶瓷过程中，对原材料有着很严格的要求，在晶体结构上应当是不具有对称中心的晶体。经过选择，氧化铅、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化镁、氧化锌以及碳酸钡等金属化合物最为适合。将这些原料在高温下致密烧结，然后，在直流高压电场下进行极化处理，就可以得到各种具有能量转换、传感、驱动和频率控制功能的压电陶瓷制品。生物医学工程是压电陶瓷应用的重要领域，可以用来制作探测人体信息的压电传感器和进行压电超声治疗。当压电陶瓷发出的超声波在人体内传输时，体内各种不同组织对超声波有不同的发射和透射作用，反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号并显示在屏幕上，据此就可以检查内脏组织的情况，判断是否发生病变。进入人体的超声波达到一定强度时，能使组织发热并轻微震动，这种作用可以对一些疾病起到治疗作用。

利用压电陶瓷制造的电子振荡器和电子滤波器，频率稳定性好、精度高、使用寿命长，特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性。目前，已经在电子设备和通信领域大显身手，用来取代电磁振荡器和电磁滤波器。由于压电陶瓷在交变电场的作用下会产生伸缩振动，在水中可以发出很强的声波并传至上百公里，用来制成探鱼仪，可以有效地探测鱼群的分布情况、规模、种类以及其他有关的资料，便于捕捞作业的顺利进行。此外，在人们的生活中压电陶瓷还可以用来制成压电打火机，用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机，能够连续打火几万次，使用方便，安全可靠，使用寿命长，是一种新型的高档打火机。

电气陶瓷以氧化铝为主体，经1 500～1 900℃烧结而成。具有压电陶瓷性能，就可实现机械能与电能的相互转变，用于压电振子、电波滤波器、压电变换器、通话器、声纳探伤器、点火器、毛发乾燥器等。透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。透明陶瓷不但能透过光线，还具有很高的机械强度和硬度。透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料，还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件等，甚至可以代替不锈钢。

功能陶瓷是利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的，具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功效等的介质材料。功效陶瓷材料种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等各种电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。包含铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功效各异的新型陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技巧和国防军工等现代高新科技领域的重要基础材料。功效陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的加强具有重要的战略意义。电子信息的集成化和微型化的发展趋向，推动电子产品日益向微型、轻量、薄型、多功效和高可靠的方向发展。功效陶瓷元器件多层化、片式化、集成化、模块化和多功效化以及高性能、低成本是其发展总趋向。

多层片式陶瓷电容器（MLCC）是一种量大面广的重要电子元器件，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。大容量、薄层化、低成本、高可靠等是MLCC发展的重要方向。MLCC是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精致制备工艺相联合的高科技产品。陶瓷介质材料是影响MLCC诸多性能的主要因素，钛酸钡铁电陶瓷是MLCC的主流材料。

新型陶瓷材料发展较快，超导材料实际上也是一种新型陶瓷，当然由于陶瓷材料的特殊性能，在研究和开发其应用前景时，需要不同学科交叉，共同来研究和探索出新的功能材料。总之，新型陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。

4 陶瓷基复合材料的发展趋势

陶瓷材料的最大缺点是韧性低，使用时会产生不可预测的突然性断裂，陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类：氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末（如氧化铝、氮化硅）混合后制成的高韧性材料，其断裂韧性可以达到10Pa·以上，而一般陶瓷的韧性仅有3Pa·左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。

陶瓷基复合材料不是传统意义上的陶瓷，陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。它以陶瓷材料为基体，纤维、晶须、颗粒等为增强体组成的复合物，它的主要基体有玻璃陶瓷、氧化铝、氮化硅等。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、耐腐蚀性、膨胀系数低、隔热性好及低密度等优异性能，而且资源也比较丰富。但其致命的弱点是脆性，处于应力状态时会产生裂纹，甚至断裂，导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料，无论在抗机械冲击性，还是在抗热冲击性方面都有了很大的提高，在很大程度上克服了陶瓷的脆性，同时又保持了陶瓷原有的许多优异性能。

纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多，所以它对基体具有强化作用；同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力，从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料，例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Pa·以上，比烧结碳化硅的韧性提高10倍。但因为这类材料价格昂贵，目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体，其强度和模量接近材料的理论值，适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用，主要体系有碳化硅晶须－氧化铝－氧化锆、碳化硅晶须－氧化铝和碳化硅晶须－氮化硅。陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。由于陶瓷材料具有优良的机械性能和低密度特点，世界各国都在大力发展，努力改善其基本性能和工艺技术，以求降低成本，提高可靠性。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件。由于这种材料具有优异耐磨损性能，已取得满意的使用效果。这种打不破的陶瓷目前虽只是初露端倪，但将来肯定有着广阔的发展前景。

5 先进的陶瓷阀门材料广泛应用于工程领域

目前我国各行业生产中普遍使用的阀门为金属阀门，金属阀门的使用已有上百年的历史，其间虽然也经过结构及材料的改进，但受金属材料自身条件的限制，越来越不能适应高磨损、强腐蚀等恶劣工况的需要。主要体现在使用寿命短，泄露严重，大大影响了系统运行的稳定性。传统的金属阀门急需从材料、设计及制造工艺等方面进行彻底革新。先进陶瓷材料作为21世纪的新材料，已被越来越多的科学工作者所重视，把它应用于工业阀门是一项大胆和有益的创新。

陶瓷材料变形量很小，比金属具有高得多的结合强度，一般情况下组成陶瓷材料的晶体离子半径小，而且离子电价高，配位数大，这些性质决定了陶瓷材料的抗拉强度、抗压强度、弹性模量、硬度等都非常高。然而陶瓷本身的“脆”及 难加工限制了它的应用范围，近十几年来，由于马氏体相变增韧技术、复合材料技术及纳米陶瓷概念的发展及进步，已使陶瓷的“脆性”得到了大大改进，其韧性和强度得到了极大的提高，应用范围不断扩展。

近年来，新型陶瓷材料在石油、化工、机械等领域的应用非常活跃，利用陶瓷的耐磨性、耐腐性制作耐磨耐腐零部件代替金属材料，是近几年来高技术材料市场的重要发展方向之一。陶瓷应用过程中解决陶瓷脆性问题，提高陶瓷韧性；控制收缩率，提高陶瓷材料的烧制成品率；开发研制高温窑炉；研制陶瓷加工设备；实现陶瓷件与金属阀体的精密配合。陶瓷阀门在电力、冶金、化工等多个行业的厂家得到广泛的应用，具有巨大社会经济效益。

采用高技术新型陶瓷结构材料制作阀门的密封部件和易损部件，提高了阀门产品的耐磨性、防腐性及密封性，大大延长了阀门的使用寿命。陶瓷阀门的使用可以大大降低阀门的维修更换次数，提高配套设备运行系统的安全性、稳定性，减轻工人的劳动强度，节约设备维修费用。陶瓷阀门的使用能提高工业管路系统的密封性，同时能最大限度地杜绝泄露，对环境保护将起到积极的推进作用。制造陶瓷的原料广泛，成本低廉，用铝、碳、硅等普通元素就能制造出性能优越的陶瓷材料，可以节约大量金属材料和稀有的矿产资源。

耐磨陶瓷阀门主要应用于电力、石油、化工、冶金、采矿、污水处理等工业领域，尤其是面对高磨损、强腐蚀、高温、高压等恶劣工况，更显示出它卓越的性能，能满足高磨损、强腐蚀的使用环境，尤其突出的特点是超长的使用寿命，其性能价格比远远优于其它同类金属阀门。随着科学技术的不断发展和进步，陶瓷材料从配方、成形、加工及装配工艺等各方面的技术更加趋于成熟和完备，陶瓷阀门以其优异的性能越来越得到业内人士的认同。制造陶瓷阀门的成功经验还可以被推广应用于更广泛的工程领域。

6 新型陶瓷刀具优良的切削性能将处于工业生产领域主导地位

在切削过程中，判定刀具切削性能的优劣，往往从刀具切削部分的材料、几何形状和刀具结构方面进行分析，而刀具材料的分析则以传统的硬质合金为重要的研究对象。随着现代工业技术的不断发展，传统的硬质合金刀具很难胜任或根本无法实现对某些高强度、高硬度材料的加工，而陶瓷刀具由于具有很好的耐磨性、硬度，适于加工高硬材料。即使在1 200～1 350℃的高温下仍能持续切削，且与金属亲和力小，切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度值小。它还可以进行高速切削，减少换刀次数和由于刀具磨损而引起的尺寸误差，大大提高生产率和产品质量，因而受到人们的重视。由于陶瓷刀具具有耐用性、高硬度、化学稳性好的性能，因此，实用于干切削加工铸铁和淬火钢，以及适于现代高速切削工艺的要求。

近年来，特别是工业发达国家，非常重视干式切削，为了贯彻环保政策，更是大力研发和采用这种新型加工方法。长期以来，利用切削液一直是提高刀具寿命和加工质量的重要工艺因素，但也导致了生态环境的恶化，而且也增长了制作成本。根据美国企业的统计，在冷却加工系统中，切削液占总成本的14%～16%，刀具成本占2%～4%。因此，经济发达国家都非常重视干式加工的研究。据测，一般情形下，如减少切削液的应用可以节省10%～15%的加工成本。欧洲的工业界在大批量生产中，有10%～15%的切削加工已经采用了干式切削。因此，未来切削加工的发展方向是尽量少用切削液。干式切削刀具设计时，应当考虑刀具的几何角度、刀具材料、刀片涂层等，而陶瓷和金属陶瓷刀具具有耐热性、高温硬度、化学稳性好的特点，因此，适合于干式切削铸铁和淬硬钢。随着金属切削技巧的发展，零件的毛坯制作精度的提高，实现零件的少无切削加工已是现代制作技术的一种发展趋向。采用陶瓷刀具可以实现以车代磨，减少工序，缩短工艺路线，提高生产率，特别是对一些滚动轴承内外环的加工效果更好。

陶瓷刀具具有非常高的耐磨性，它比硬质合金有更好的化学稳固性，可在高速前提下切削加工并持续较长的时间，比用硬质合金刀具平均提高效率3～10倍。它可以实现以车代磨，提高零件加工表面质量。新型陶瓷刀具对切削加工高速、高效、高精度发展将产生很大推动作用，它的推广利用将给金属切削加工工艺带来变革，转变传统的刀具材料和切削技术，节省工时、电力、机床占用台数，节省贵重金属，从而带来很大的经济效益。

7 陶瓷材料产业的应用开发趋势

目前先进陶瓷产业的产品门类越来越多，高科技性能更加齐全，应用范围愈来愈广阔，成为当前国际上最具活力的陶瓷行业。先进陶瓷产品在微电子技术、自动化装置、汽车发动机、敏感传感器、新能源等方面被广泛采用，形成生产高潮与激烈的市场竞争局面。近年来一直将精细陶瓷看作是决定未来竞争力前途的高科技产业，不遗余力地不断加大投资力度，其生产的先进陶瓷敏感元件已占据国际市场部分份额。包括热敏、压敏、磁敏、气敏、光敏等在内的各种特陶产品垄断着一大部分市场。

日本在材料科学领域一直走在世界的前沿，特别是在新型陶瓷材料方面占有领先的地位。一般来看，日本和欧美乃至中国在陶瓷材料研究方面上水平相差并不大，但在新型陶瓷材料的产业方面日本在世界上占有绝对领先的优势。尽管日本近几年来经济停滞不前，新型陶瓷材料没有像预想的那样在汽车工业得到广泛的应用，但是近5年来陶瓷产业的平均递增率接近6%，日本陶瓷工业之所以能形成如此强大的优势，是与以下因素分不开：一是日本有很多从事材料的生产和研究的大公司，这些公司的中心研究所拥有先进的实验设备和一大批优秀的技术力量；二是日本的其他工业技术发达，国内新型陶瓷材料的需求市场较大；三是日本政府多年来启动了不少大型陶瓷应用开发科研项目来巩固其陶瓷产业的优势。

美国先进陶瓷发展的重点为高温结构陶瓷，目前在航天、汽车、核工程、医疗设备及机械动力等方面进入大范围使用阶段。以氮化硅、碳化硅、氧化锆陶瓷为主的精密材料陶瓷制品产量占世界总量的60%以上。美国生产的陶瓷轴承，工作温度高达1 300℃以上，其工作强度为普通金属轴承的5倍以上。目前美国特陶工业界还加紧军用先进陶瓷的研制开发，期待逐步加强在军事领域的应用。美国先进陶瓷协会实施了陶瓷发展计划，主要面向先进陶瓷工业界，旨在将基础研究、应用开发和产品使用环节有机地结合在一起，共同推动先进结构陶瓷材料的应用发展。目标是到2020年，先进陶瓷以其优越的高温性能、可靠性以及其他独特性能，成为一种经济适用的首选材料，并广泛应用于工业制造业、能源、航天、交通、军事以及消费品制造等领域。

欧盟各国在功能陶瓷与高温结构陶瓷两方面不断加大投资力度。目前研究的重点为发电设备中应用的新型材料技术，如陶瓷活塞盖、排气管内衬、蜗轮增压转子及燃气轮转子。由于在冷却部分采用陶瓷材料，大幅度降低了能源与热损耗。陶瓷热交换器则具备由锅炉或其它高温装置中回收余热的能力。陶瓷管可提高耐腐蚀的能力，增加热交换效率，对许多行业领域的节能发挥了重要的作用。目前先进陶瓷产品的年产值达数百亿美元，并以每年超过10%的速度增长，潜力巨大。

陶瓷材料作为材料行业的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。现阶段我国主要是采用工程陶瓷（又称结构陶瓷），因其具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点，得到了广泛应用。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。运用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是运用纳米粉体对现有陶瓷进行改性，通过在陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。它克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响，为代替工程陶瓷的应用开拓了新领域。纳米陶瓷作为一种高科技产品，其优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性，在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有了广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。

随着技术的不断发展，未来新型陶瓷材料的开发和不断的利用，在工业生产上以其优越的性能和低廉的价格在材料领域将会一直引领主导地位。先进陶瓷市场将继续增长并带来更大的经济效益和社会效益。高技术陶瓷的发展，前途无量，任重而道远。

1 张玉军，张伟儒.结构陶瓷材料及其应用.北京：化学工业出版社，2005

2 金志浩，高积强，乔冠军.工程陶瓷材料.西安：西安交通大学出版社，2000

3 何贤昶.陶瓷材料概论.上海：上海科学普及出版社，2005

4 陶晓文.组建绿色建筑卫生陶瓷产业技术创新联盟是实现产业由大变强的必由之路.全国性建材科技期刊——陶瓷，2010（6）：12～14

5 同继锋，苑克兴.我国建筑卫生陶瓷产业的发展和科技创新.全国建材性科技期刊——陶瓷，2010（11）：16～19

Low－Carbon Economy Drive the Future of New Ceramic Materials Industry

Xiao Jiumei（Wuhan Blue Sky Chemical Building Materials Company，Wuhan，430055）

TQ174

B

1002－2872（2011）02－0012－05

＊ 肖九梅（1958－），大学本科，工程师；主要从事建材技术工作。E－mail：scxjun＠sina.com.cn