陶瓷材料的应用前景

陶瓷材料的应用前景

应用现状

陶瓷是人类生活和生产中不可缺少的一种材料。陶瓷产品的应用范围遍及国民经济各个领域。它的发展经历了从简单列复杂、从粗糙到精细、从无油到施釉、从低温到高温的过程。随着生产力的发展和技术水平的提高．各个历史阶段赋予陶瓷的涵义和范围也随之发生变化。

纳米陶瓷具有高强度、硬度的同时具有好的塑性、韧性, 应用前景广阔, 但由于烧结和团聚等难题的困扰, 目前制备纳米结构的块体材料还存在一定的技术困难, 制备纳米陶瓷涂层可使物体表面具有比常规大尺寸晶粒涂层优越得多的性质( 高硬性、耐磨性等) , 是一个将纳米陶瓷材料应用于工程实际的重要途径。而在众多纳米涂层的制备方法中, 最有可能在短时间内产生市场效益的是热喷涂技术。

陶瓷发纳米陶瓷具有高强度、硬度的同时具有好的塑性、韧性, 应用前景广阔, 但由于烧结和团聚等难题的困扰, 目前制备纳米结构的块体材料还存在一定的技术困难, 制备纳米陶瓷涂层可使物体表面具有比常规大尺寸晶粒涂层优越得多的性质( 高硬性、耐磨性等) , 是一个将纳米陶瓷材料应用于工程实际的重要途径。而在众多纳米涂层的制备方法中, 最有

纳米结构热喷涂层喂料的制备

纳米结构涂层的喂料大致分为2 种, 一种是采用完全的纳米粉末, 另一种是掺杂部分纳米结构粒子的喂料。由于纳米粉体颗粒非常细小( 小于100nm) , 而热喷涂工艺的温度很高, 所以, 在喷涂过程中粉末汽化现象比较严重, 此外, 纳米粉体颗粒难以形成集中的束流, 从而严重影响涂层的致密度和涂层的化学成分, 甚至根本得不到涂层。因此, 通常的纳米粉体一般不能直接用来热喷涂, 必须进行造粒处理, 使其形成微米尺度的喂料, 才能用于热喷涂。目前, 制备热喷涂纳米结构喂料主要采用液相分散喷雾法和机械研磨合成法。液相分散喷雾法工艺稳定性好, 能够批量生

可能在短时间内产生市场效益的是热喷涂技术展趋势分析

、

（1）纳米陶瓷：它是指晶粒尺寸，晶界宽度，第二相分布，缺陷尺寸均在

100nm以下,并具有纳米材料固有特征的陶瓷材料。必须指出，即使采用纳米粉

料，坯体在烧成过程中往往发生晶体迅速成长，甚至出现二次重结晶等问题，

结果导致产品已不是纳米陶瓷，而是微米陶瓷，因而失去了纳米材料的固有特性，也就不能称为纳米陶瓷.另一方面近来许多报道表明，一旦获得纳米陶瓷，将可望克服陶瓷材料的脆性，而且有显著的超塑性和高强度。

（2）陶瓷分离膜：它是一种固态膜，主要有两部份构成，即膜支撑体及多孔膜。支撑体广泛采用含铝量高的氧化铝陶瓷。多孔膜主要由AL2O3，ZrO2，TiO2和SiO2等为主体构成。一般分离膜孔径为：2~50nm，有时达微米级，其品种，规

格日趋多样化。分离膜通常具有化学稳定性好，能耐酸，耐碱，耐有机溶剂，

机械强度高，耐磨性好，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布范

围窄，分离效率高等特点。目前许多产品已在废水处理、果汁生产、固液分离

等方面获得应用，可望在环境工程，石油化工，生物工程，冶金工业及纳米粉

料制备等众多领域获得广泛应用，市场前景颇好，社会经济效益显著。当前陶

瓷膜分离技术发展迅速，正向着介孔膜及气气分离膜方向发展。

（3）仿生复相陶瓷：为克服陶瓷材料的脆性，提高其韧性，国内外许多科学家们从对天然生物材料如竹，贝壳等的结构特征所进行的判析中得到启示，从而

进一步对结构陶瓷的材料设计，制备工艺等多方面进行了研究。果然，获得了

某些仿生复相陶瓷。主要技术措施有纤维、晶须补强，颗粒弥散，自补强（原

位生长），多相补强以及表面改性等。例如，YTZP陶瓷材料，室温强度已达2000mpa以上，KIC已超过15，达到了可与某些金属材料比较的强度。又如，SiC陶瓷通N2形成Si3N4表面层，使强度和断裂韧性均有明显提高。总之复相

特种陶瓷材料所具有的高强度，高耐磨性等特点，在高科技领域中的应用已取

得显著效果，已成为结构陶瓷研究热点之一。

（4）基板材料

目前国内外主要采用Al2O3陶瓷作为集成电路基板材料，然而随着电子元器件

向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向发展，迫切希望采用高导热

系数陶瓷基板，理论上最适宜的候选材料有金刚石（C）、立方氮化硼（BN）、氧化铍（BeO）、碳化硅（SiC）和氮化铝（AlN）等。由于AlN导热系数高达

250W·m-1·K-1，虽比SiC及BeO略低，但比Al2O3略高8~10倍，其体积电阻率，击穿强度，介电损耗等电气性能可与Al2O3瓷媲美，且介电常数较低，机

械强度也较高，热膨胀系数为4.4ppm/℃，接近于Si可进行多层布线。可以认

为是最佳候选材料之一。目前日本德山曹达、东芝及美国一些公司已开始相当

规模的应用，AlN陶瓷年总产量已逾千吨。国内目前AlN基板尚处于起步阶段，主要基本指标导热率大都在130~180 W·m-1·K-1。一些研究单位科技攻关产

品性能已接近国际水平，但高性能、批量化、产品一致性和低成本化等方面的

问题尚有待进一步解决。

（5）电阻基体材料

电阻是电路的基本元件，应用面广，需求量大。一般碳膜、金属膜电阻技术含

量较低，产品价值不高，单件产品为微利，由于原材料、劳动力、能源等因素，目前国际市场有一定销路，但国内市场，价格竞争激烈。另一方面，高性能、

超小型、大功率、高稳定性新型片式、无感电阻国内外市场广阔，具有良好的

社会经济效益，由于技术和装备方面的问题，目前我国尚处于起步阶段。

（6）电容器陶瓷介质材料

近年来主要发展趋势是寻求大容量、小尺寸、高可靠、低价格的陶瓷电容器。

与传统BaTiO3基介质材料相比，为提高介电常数和改善性能，出现了复合钙钛