陶瓷材料的研究进展

论文

题目：陶瓷材料的研究进展

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专业：化学工程与工艺

学号：

日期：2009-6-21

陶瓷材料的研究进展

摘要：近年来，随着科学的进步，陶瓷材料越来越多的进入我们的生产和生活，并且在性能和作用上体现出出乎意料的优越性。就我所知，陶瓷材料大体上可以分为四个类型：传统工艺陶瓷，结构陶瓷，功能陶瓷和生物陶瓷。本文仅对后三种新型陶瓷材料的研究进展做一个简单综述。

关键词：结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷纳米技术Abstract: In recent years, along with the science progress, the ceramic material more and more entered our production and the life, and manifested the superiority unexpectedly in the performance and the function. I know, the ceramic material may divide into four types on the whole: Traditional process ceramics, structure ceramics, functional ceramic and biological ceramics. This article only makes a simple summary to the latter three kind of new ceramic material's research development.

Key word: Structure ceramics，functional ceramic，biology ceramics ，nanotechnology

（一）结构陶瓷

1：熔融石英陶瓷

在冶金、建材、化工、航空航天等许多领域，有很多部件都要承受高温、热冲击、腐蚀等恶劣的环境，采用金属和有机材料都是难以适应的。例如金属带材热处理炉的辊道，以往用石墨制作，由于不耐磨而且易高温氧化，只能在还原气氛950℃温度以下工作，寿命也只有2～4个月。山东工业陶瓷研究设计院采用具有很好抗热震性和耐腐蚀性的熔融石英陶瓷，研制成功了金属带材热处理炉的熔融石英陶瓷空心辊道，可以在氧化、还原或中性气氛1100℃温度下使用，寿命一年以上。他们还在国内独家生产玻璃水平钢化炉用的熔融石英陶瓷辊棒，打破了进口石英陶瓷辊棒在国内的垄断地位，成为世界上第3个能生产该产品的国家。这种熔融石英陶瓷还用于浮法玻璃窑的多种制品、太阳能多晶硅熔炼用的坩埚、导弹天线罩等。目前已形成年产几千吨的规模。

2：氧化锆陶瓷

高压泥浆泵是石油钻井工作台的～心脏”，由于工作条件十分恶劣(高压15～35 MPa，强碱．口H值10～12，含沙量O．4％～2％)，金属缸套只有约250 h的寿命，频繁更换带来的经济损失很大。天津大学在国家支持下，经过长期努力，研制成功氧化锆陶瓷缸套。其抗弯强度crf=750～900 MPa，断裂韧性Klc=15～17 MPa．m¨2，寿命

可达2500 h以上，是金属缸套的10倍，并已投入生产。产品已在新疆吐哈、库尔勒、青海、河南、冀东、大港等多家油田应用。“十五”期间，天津大学、清华大学和山东淄博华光陶瓷公司，共同承担并完成了高温腐蚀工况下稠油开采用抽油泵的大尺寸氧化锆陶瓷柱塞的研制(“863”项目)，使用寿命超过6个月，是常规泵寿命的3倍，提高了采收效率，为油田带来可观的经济效益。

“十五”期间，氧化锆粉末和陶瓷的技术日趋成熟，如广东华旺、东方锆业、九江泛美亚等生产的氧化锆粉达到国际先进水平并大量出口。氧化锆陶瓷部件，如陶瓷缸套、柱塞、球阀、光纤接插件、磨球、水果刀、剪刀、理发推子等得到越来越多的应用。

3：低成本高耐磨性氮化硅陶瓷

磨损是装备失效的主要原因之一。陶瓷比金属材料耐磨，但陶瓷成本高，同时不能作为受力很大的部件，因此清华大学和中科院上硅所提出低成本高耐磨性陶瓷，并将它贴在低成本的金属受力部件上的设想。该设想获“十五”“863”计划资助。他们采用自蔓延合成的低成本Si，N4粉作为原料，采用合理的组成设计，使烧结温度降低至1650℃，获得玻璃相含量较高、一硬度相对较低的低成本p—Si3N4陶瓷，由于陶瓷冲蚀磨损以晶界疲劳导致微裂纹扩展引起晶粒脱落为主，因此，长柱状、细晶粒、适量晶界玻璃相含量有利于抵抗冲蚀磨损。这种材料冲蚀磨损性能比高铬铸铁Crl5M03提高16～20倍，与热压Si3N4陶瓷约略相当，而成本约为其l／5。在宝钢铁矿砂原料

输送带溜槽板部位以及筛板防护板衬陶瓷片，寿命提高16～20倍；在重介质选煤的旋流器上内衬陶瓷片，寿命提高lO倍以上；采用高铬铸铁潜水碴浆泵在黄河入海口治理工作中抽砂浆，抽砂8×104 m3，潜水泵已经毁坏，但在普通铸铁泵上贴陶瓷片，抽砂9×104m3仍完好无损。由于采用普通铸铁替代高铬铸铁，泵的成本还降低。低成本的陶瓷片与低价格的普通铸铁结合在一起，各尽所能，扬长避短，产生了高价值的效果。

4：陶瓷轴承

“十五”期间陶瓷轴承列入“863”计划，．由上海材料所和上硅所承担。他们采用近净尺寸成型技术解决了素坯密度要求高、尺寸变化范围大(直径从≯0．8 mm到砂50．8 mm)的轴承球成型工艺问题：采用气压烧结及热等静压后处理工艺，使材料密度达到理论密度的99．8％；采用纳米复合陶瓷技术以及优选助烧剂进行晶界改性，及烧结过程缺陷控制技术，使氮化硅陶瓷轴承球材料的韦伯模数达到19．33。并在国内最先开发出氮化硅全陶瓷轴承、直径小于2 mm的陶瓷轴承球以及碳化硅轴承球。经疲劳寿命试验，氮化硅混合陶瓷轴承寿命为钢轴承的10倍。陶瓷轴承已投入生产，作为牙钻轴承、电机轴承、高速轴承、耐腐蚀轴承，成功用于医疗、电机、高速机床、军用飞机、潜艇和制导导弹中。陶瓷轴承的研制成功与生产应用对我国制造业产生深远的影响。

（二）功能陶瓷