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| 陶瓷材料解析【新型陶瓷的特性与应用】 | |||||||||||||||||||||
| 来源：本网整理 发布时间：2018/6/8 16:12:13 点击：886 | |||||||||||||||||||||
新型陶瓷，由于不同的化学组分和显微结构而决定其具有不同的特殊性质和功能，如高强、高硬、耐温、耐腐、绝缘、导电和各种电、磁、光及生物相容性等，陶瓷材料的这些性能，可以广泛应用于机械、电子、宇航、医学工程等各个方面，成为近代科学技术的重要组成部分。根据现代科学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现，表1列出了目前已被人们所掌握和利用的新型陶瓷材料的主要特性。
陶瓷材料的应用领域 1、航空航天材料
当前,耐高温材料已经成为航天材料中的优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展，气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，固体火箭的工作环境十分恶劣，加上燃烧室喷管、喉衬、涡轮叶片、导向叶片等部件都需用高温材料，均已超过金属和超合金的耐热极限而必须采用冷却系统，这势必降低了发动机的热效率。对固体火箭发动机喷管喉部和其它热端部件提高效率的追求，已经对未来高温材料提出了更高、更迫切的要求，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、质量轻等优异性能，是有希望替代金属材料而用于热机部件的候选材料。为此，世界各国竞相开展对陶瓷发动机的研究工作，美、欧、日等越来越多的气体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。
当前对高温结构陶瓷的研究主要集中于碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氧化铝（Al2O3）和氧化锆（ZrO2）等，尤其以氮化硅（Si3N4）高温结构陶瓷引人注目。这类陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适于制作航天发动机涡轮转子叶片等高温受力部件。目前，国外已把氮化硅（Si3N4）陶瓷材料作为高温结构的陶瓷材料，在军用和民用领域进行广泛、重点的研究与开发。
2、陶瓷轴承 陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于具有金属轴承所无法比拟的优异性能，近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。在航空航天、核工业、石油工业、化学工业、轻纺工业、食品工业、高速机床等高温、高速、耐腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦的特殊环境下，陶瓷轴承的作用正在被人们逐渐地认识。
随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去只在一些高、尖领域小范围内应用，逐步推广到可以接受的程度，陶瓷轴承全面应用的时代已经到来。陶瓷轴承突出的效果是较大幅度地提高了轴承的使用寿命和极限转速，为发展高速和超高速、高精密机床提供了基础零部件。除此以外，在高温、腐蚀、绝缘、真空等行业的应用也已取得了良好效果，可在高温、强酸、强碱等一些高腐蚀性介质中长期稳定地工作。近来，与半导体制造装置和计算机的CD-ROM及其硬盘等与信息工业相关的陶瓷轴承需求量不断增加.当今世界上的轴承企业无一不在开发、生产陶瓷轴承，而产品质量的高低，已成为衡量其企业实力的一个重要标志。
3、汽车零部件 为满足汽车功能多样化的要求，人们把更多的目光寄希望于特种陶瓷。发动机设计师一直在寻找降低成本和排放并提高燃油经济性和性能的替代方法。改进汽车设计的一种方法是通过材料的替换。陶瓷可以作为未来发动机中许多关键部件的使用技术，因为它们具有独特的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性，重量轻以及电绝缘和隔热性能。
陶瓷从一开始就在汽车中起到了重要作用，主要用于火花塞绝缘体和玻璃窗上。现代汽车中几乎多有的催化转化器都具有用于催化剂的陶瓷蜂窝状载体，这在减少汽车废气排放方面是非常有用的。大多数现代汽车还使用陶瓷氧传感器与计算机控制一起优化燃烧和减少废气排放。
计算机控制和汽车中的其它电子设备使用大量的陶瓷衬底，并对器件的性能至关重要的部件。此外，在现代汽车中使用许多电动机来自动调节座椅窗户等，在许多这些电动机中都使用了陶瓷磁体。陶瓷部件也被引入到重型柴油发动机的燃料系统和阀系中。
未来的汽车可能在内部发动机结构部件中使用陶瓷，在燃料系统的耐磨应用中，阀系中的附件部件，例如阀和阀座。未来还可以使用陶瓷燃料电池用于无人驾驶汽车上。
4、军事应用 各种陶瓷材料正在进入军用车辆和其他技术领域。其发动机部件，导弹雷达罩和个人/车辆装甲只是其中的几个应用。在过去的半个世纪，陶瓷已被用于人员和轻型车辆保护，防止小武器和机枪威胁。无论是在国内还是在国外，陶瓷都是这项使命的关键推动者。
陶瓷的独特特性，包括重量轻、能承受极高温度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性高，低摩擦和特殊的电气性能，提供了优于传统材料如塑料和金属的主要优点。因此，陶瓷材料是用于中小口径保护的轻，耐用的身体护甲材料。热压碳化硼和碳化硅陶瓷与优化的复合结构集成，以生产坚固的抗击打的盔甲板。
另外，宇宙飞船外壁的陶瓷隔热瓦即为玻璃纤维复合材料，具有轻质、耐热、耐冲击、低热导等优良性能，是理想的军用隔热材料。特种陶瓷在导弹控制系统中也很有用途，在雷达天线上加装一个气动天线罩，可协调机械、热力、电气系统的功能，保证导弹正常运行。
未来的陆军直升机将能够飞得更远，携带更多的有效载荷感应陶瓷。由于其高温性能，可以通过使用陶瓷基复合材料和陶瓷热障涂层来提高涡轮发动机的操作效率。陶瓷具有在1100℃以上的温度下以小或无冷却操作的潜力。复合材料也比目前使用的金属合金轻30至50％。当复合材料燃烧器衬套和涡轮叶片应用陶瓷涂覆时，操作温度增加到1650℃，并且保护组件免受燃烧环境的影响。基于氧化铪的多组分陶瓷涂层在1650℃下能经受300小时试验。
5、医学应用 陶瓷和玻璃材料被广泛的用于生物医学应用，从骨植入到生物医学泵。牙科也已经推进了陶瓷牙齿，其可以与患者的自然牙齿匹配以及用于改善患者微笑窘境的其他应用。在未来，陶瓷将在基因工程和组织工程中找到应用。
在过去二十年中，用于植入装置的陶瓷材料的使用已经相当大的增加。具有强度和韧性以及生物惰性和低磨损率的优异组合，称为氧化锆的特殊类型的氧化物现在在诸如用于全髋关节置换的股骨头的应用中取代氧化铝。氧化锆显示出相当于氧化铝两倍的强度，因此在股骨头的直径可以减少到<26mm，致使髋关节置换手术期间患者的创伤减少。可受益于氧化锆植入物的其它应用包括膝关节、肩、趾关节和脊柱植入物，该材料还用于内窥镜部件和起搏器盖。
陶瓷材料还广泛的应用于电子设备、光学、体育等各个方面，陶瓷材料的发展随着人类的发展不停的进行着，尤其是在近几年，陶瓷材料对社会的各个方面都有着深远的影响。陶瓷材料的潜力是巨大的，相信陶瓷材料在未来会给我们带来更多的惊喜。 | |||||||||||||||||||||
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