无机非金属专业导论 先进陶瓷材料发展动态

美国发展概况
美国在先进陶瓷方面的研发受到美国国防部、美国能 源部和国家自然科学基金会等机构的高度重视，在军 事、航空航天、环境等方面的研发和应用尤为活跃。 由于宇航技术发展的需要，美国国家航空和宇航局 (NASA)在结构陶瓷的开发应用和加工技术方面正在实 施大规模的研究与发展计划。
为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗，美国 制定了先进高温热机计划、先进涡轮技术应用计划、 国家宇航计划和国防关键技术计划，将高温结构陶瓷 基复合材料作为重点研究对象，其目标是将发动机热 端部件的使用温度提高到1650℃或者更高，从而提高 发动机涡轮进口温度，达到节能、减重和延长寿命的 目的，满足军事和民用热机的需要。
美国国防部
含有碳纳米管增强剂的高强度陶瓷材料研发
美国国防部2002 年5 月份宣布资助含有碳纳米管增强剂的高 强度陶瓷材料研发项目的研究。由材料与电化学研究公司和纳 米试验室有限公司共同完成。研发内容包括：开发陶瓷体的碳 纳米管和其他纳米管／纳米棒增强剂来增加军用和商业用陶瓷 ，如氧化铝、碳化硅、碳化硼等的强度和韧性，为军方提供各 种形状的高性能陶瓷样品以供检测；选择用于各种用途、能合 成高强度、高硬度的纳米陶瓷复合材料，研究通过碳纳米管和 其它纳米管和纳米棒颗粒对陶瓷进行补强增韧；研发即保持陶 瓷特性、同时又具有优异强度性能的陶瓷基纳米复合材料。
美国国防部
由美国国防部资助，从2005 年开始执行，为期4 年， 每年投资1500 万美元。目的是开发新的技术和创新点 来弥补特定的技术需求。计划分为检测（传感技术、 遥感与报警等）；模型与模拟战场；保护；自净化四 部分，其中与纳米陶瓷材料相关的内容是开发军用防 护服、防毒面具、净化系统和掩护材料系统。
发明轻质、可以进行化学武器、毒气、悬浮物质等防 护的材料，用于皮肤保护，减小生理压力。研究内容 包括采用高透性的纳米材料减小悬浮物质深透的衣料 （纳米纤维材料、高潮湿气体传输膜），能够随外界 环境打开或者关闭孔隙的智能膜材料，感知并显示生 命体存在，提高耐用性、触知性相关的纳米材料。
美国国防部
非医疗科学与技术、化学生物防御的解决方案项目。研究 的技术焦点是纳米吸附材料相关的技术在近地表环境检测 、活体检测以及污染区净化等方面的技术及应用。
无机非金属材料工程 专业导论
先进陶瓷材料国内外 发展动态
先进陶瓷发展概述
先进陶瓷最初在二次世界大战时引起人们关注，美国 在战舰上安装声纳装置，使用了压电水晶的原理，用 钛酸钡陶瓷做成超声波振动发射与接收的电子器件。
20世纪60年代，开始将耐高温的陶瓷材料部件使用于 高速飞行器件中的耐热瓦等关键部位。
先进陶瓷发展概述
90年代以后，由于移动通讯器材的强劲需求，耐高温 并且对于高频电磁波有很好响应的陶瓷材料，成为重 Baidu Nhomakorabea的移动通讯的电子元器件的主流材料，现在手机中 的许多微型元件都属于陶瓷材料的元件。
由于光通讯技术和太阳能高效率利用技术的发展，具 有特殊光学特性和光电特性的先进陶瓷材料在今后一 段时期将会得到关注与重视。
美国发展概况
美国格鲁曼公司正在研究大气层超音速飞机发动机的 陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件。
美国碳化硅公司用Si3N4／SiC制造导弹发动机燃起喷 管。杜邦公司也已研制出能承受1200～1300℃、使用 寿命2000h的陶瓷基复合材料发动机部件。美国麻省 理工学院、加州大学圣巴巴拉分校、宾州大学等相关 大学、能源部下属的实验室以及研发公司积极参与相 关研究。
在美国从事电子陶瓷的公司有300多家，从事陶瓷发 动机研究开发和生产的公司在30～40家之间。
美国把先进陶瓷作为新型工程材料来发展，目标是把 陶瓷的特性如高硬度、高耐磨性、耐高温性于抗腐蚀 性和钢的延展性结合起来。
美国发展概况
美国在纳米陶瓷领域的研发活动也非常活跃。
2004年1月，美国柯达公司的科学家用陶瓷纳米颗粒 和其他先进涂层技术制造了一个九层复合材料，具有 抗热、防潮、质量轻等特点。
美国发展概况
在2005年1月10-12日举行的医疗器械的设计与制造会 议上，美国Biophan技术公司展示了用于医疗和生命 科学中的陶瓷发动机。
2005年5月，美国Rensselaer工学院的研究人员利用陶 瓷模板产生分又的纳米线和纳米管。
美国加州伯克利大学化学系研究人员与美国劳伦斯国 家实验室的科学家合作，利用外延镀膜新技术，首次 成功地合成了具有单晶结构的氮化镓(GaN)纳米管， 这种新技术也可以应用于合成其他材料的单晶纳米管。
先进陶瓷发展概述
从目前情况看，先进陶瓷元件的研制与生产主要集中 在美国和日本这两个工业发达国家。美国的向于在基 础知识上的创新，日本专利专利则倾向于在现有技术 基础上的改进以期有更多的工程应用前景。
先进陶瓷的销售量逐年增加。据有关媒体报道的统计 资料显示：1980年美国特种陶瓷市场规模仅为5.56亿 美元，1990年达到了21.96亿美元，2000年高达51.25 美元。20年问增长了近10倍。日本的先进陶瓷市场同 样得到了飞速发展，1980年为6950亿日元，1990年达 到25263亿日元，2000年高达61261亿日元，20年间增 长了近9倍。美国和日本竞相把先进陶瓷作为新型工 程材料来发展，目标是把陶瓷的特性如高硬度、高耐 磨性、耐高温性于抗腐蚀性和钢的延展性结合起来。
70年代后期，目光转向了耐高温的陶瓷材料，试图用 陶瓷替代发动机内部高温部件甚至研制全陶瓷发动机。 陶瓷材料的强韧化和纤维复合化技术得到迅速发展。
80年代末，美国科学家将陶瓷材料的电阻降低到接近 于零，使陶瓷材料成为比金属导电性能还好的超导材 料，并获得诺贝尔奖，使人们对于陶瓷材料的电子学 的可控制性产生极大兴趣。
同年3月，美国能源部西北太平洋国家实验室的科学 家发明了一种智能纳米多孔陶瓷材料，具有很高的表 面积和合适的孔洞，能够将水银和其他有毒物质从火 力发电厂的废水中除去。
11月，普度大学的科学家研究表明，通过植入在相同 方向排列的碳纳米管和细丝，并仿照人工骨中陶瓷晶 体和胶原质纤维的排列方式，即可以提高人工关节的 性能。