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精密陶瓷是什么東西?發展前景如何?

日期: 2022-05-07
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先進工業精密陶瓷材料的背景需求:

隨著現代科學技術的高速發展,迫切要求研制與發展具有特殊性能的新一代陶瓷材料,這是因為由離子鍵和共價鍵結合的先進陶瓷材料,有著金屬材料和其他高分子材料所不具備的高模量,高硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗侵蝕、良好的生物相容性以及優異的電學,光學、磁電、壓電、熱電等特性。從而在航空航天,國防軍工、機械化工、生物醫療、信息電子、核電與新能源等眾多領域得到越來越多的應用,已經成為國家某些重大工程和尖端技術中不可或缺的關鍵材料,因此具有重要的科學價值和國家戰略意義。


近二十年來,在國家重大工程和尖端技術中對陶瓷材料及其制備技術也提出了更高的要求,例如:航天工業火箭發射中液氫液氧渦輪泵用的氮化硅陶瓷軸承在低溫條件下,無滑狀態下高速運轉,要求陶瓷軸承強度高,耐磨損,韌性好、表面可加工精度高。激光武器需使用大功率大尺寸Nd-YAG激光透明陶瓷,導彈天線罩需使用高透波高強度陶瓷材料,核電站主泵用的大尺寸陶瓷密封環需要長壽命,可靠性高。

<b>精密陶瓷是什么東西?發展前景如何?</b>

特別是地球衛星拍攝地面目標的對地監測使用的碳化硅陶瓷反射鏡,除了高彈性模量,低熱膨脹系數和小比重,要求高精度、表面如鏡面和大尺寸(直徑:1米至幾米),這對大尺寸結構陶瓷材料的成型技術、燒結技術、加工技術都是一個挑戰。又如在微電子工業中使用的微型陶瓷劈刀,其內孔只有20-30微米,而光通訊中的光纖連接器陶瓷插芯,其內孔為125微米,并且要求極高的表面光潔度與尺寸精度和同心度。


此外,超高溫結構陶瓷(如ZrB2、HfB2)及陶瓷復合材料(Cf/SiC、SiCf/SiC)快速發展,使航天飛機能在進入太空后重返地球。B4C陶瓷成為反應堆中不可缺少的吸收中子的控制棒。高硬度陶瓷刀具比傳統刀具加工效率更高(3~10倍)。Si3N4、SiC陶瓷作為發動機和燃氣輪機的高溫關鍵部件,可使渦輪進口溫度提高到1370℃,從而可以大幅度提高熱效率從而節省燃料,耐熱隔熱的陶瓷涂層在航空發動機和重型燃氣輪機中應用越來越多。高鐵和電動汽車中,IGBT功率控制模塊封裝對高性能的AIN陶瓷基板,高強度高韌性高導熱Si3N4陶瓷基板需求日益迫切。汽車柴油車需要性能更佳的蜂窩陶瓷及催化劑載體,從而大大減少汽車尾氣排放對環境的污染。


這些例子充分顯示了先進陶瓷材料對現代科學和工程技術發展至關重要。特別是近十年來,由于各種高純氧化物陶瓷(AI2O3、ZrO2、SiO2、MgQ、Y2O3、MgAI204),氮化物陶瓷(Si3N4、BN AIN、AION)等,碳化物陶瓷(SiC、B4C)等,硼化物陶瓷(TiB2、ZrB2、HfB2)等陶瓷材料的制備技術和納米陶瓷復合材料技術的發展,新一代陶瓷材料的各種力學性能、熱學性能、透光透波性能大幅提高,應用領域更加廣闊,令人矚目。


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