陶瓷通常指的是采用高純度、超細人工合成或精選的無(wú)機化合物為原料，具有準確的化學(xué)組成，精密的制造加工技術(shù)和結構設計，并具有優(yōu)異特性的陶瓷。**陶瓷按種類(lèi)可分為具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點(diǎn)的結構陶瓷，以及具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學(xué)特性等特點(diǎn)的功能陶瓷。**陶瓷廣泛應用于高溫、腐蝕，電子、光學(xué)領(lǐng)域，作為一種新興材料 受到人們的高度重視，在未來(lái)的社會(huì )中將發(fā)揮重要的作用。

一、結構陶瓷        

結構陶瓷主要有：切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發(fā)動(dòng)機部件、熱交換器和裝甲等。主要材料有氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、碳化硼(B4C)、二硼化鈦(TiB2)、氧化鋁(A12O3)和賽隆(Sialon)等。

（1）Si3N4基陶瓷材料

C纖維增強Si3N4基陶瓷材料，用ZrO2的變相效應防止由于纖維與基體的熱膨脹系數上的不匹配而產(chǎn)生的裂紋，所獲得的復合材料的斷裂韌性提高5倍。氮化硅陶瓷以其優(yōu)異的綜合性能和豐富的資源成為高性能陶瓷中有應用潛力的一種切削工具，每年約有140噸氮化硅粉末用于刀具制造，價(jià)值約3億美元。

（2）碳化硅基陶瓷

用熱壓工藝制得的碳化硅陶瓷，其密度可以接近理論密度，彎曲強度即使在1400℃左右的高溫仍可達到500～600MPa。用CVI法制得的C纖維補強的碳化硅復合材料，強度為520MPa，而斷裂韌性達到16.5MPa·m。加入25vol％TiB的碳化硅復相陶瓷，如果嚴格控制起始的顆粒尺寸，可使強度達到888MPa，斷裂強度達到8.8MPa·m?？梢哉f(shuō)碳化硅是高溫空氣中強度高的材料，其熱導率僅次于氧化鈹陶瓷材料。中國有很多企業(yè)生產(chǎn)碳化硅粉 ，其中很大一部分出口，但是主要都是低品味的用于制造耐火磚用的碳化硅粉。東歐有15萬(wàn)噸／年的生產(chǎn)能力，北美的生產(chǎn)量為10萬(wàn)噸／年。高純、高活性的碳化硅微細粉價(jià)格很高，為14-40美元／公斤，年需求額約1500萬(wàn)美元，這種粉末用于制造高性能的碳化硅陶瓷。

（3）氧化鋯增韌陶瓷

氧化鋯增韌陶瓷在結構陶瓷研究中取得了重大的進(jìn)展，經(jīng)過(guò)增韌的陶瓷品種也很多，目前已經(jīng)知道的可使氧化鋯穩定的添加物有：氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化釔、氧化鈰等單一的氧化物或它們的復合氧化物。被增韌的材料，除了穩定的氧化鋯以外，還有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來(lái)石等氧化物陶瓷。在氧化鋁中添加16vol％的氧化鋯增韌處理，得到材料的強度為1200MPa，斷裂韌性為15.0MPa.m。氧化鋯增韌陶瓷材料在室溫下具有高的強度和斷裂韌性，今后將著(zhù)重提高其高溫的性能。

二、功能陶瓷        

功能陶瓷是知識和技術(shù)密集型產(chǎn)品。人們先后發(fā)現了氧化物導體，固體電解質(zhì)，壓電、非線(xiàn)性光學(xué)材料，鐵氧體、記憶材料，太陽(yáng)能電池，高溫氧化物超導體等。隨著(zhù)電子產(chǎn)品向輕薄短小、多功能、高密度表面、高集成化的發(fā)展，功能材料也有著(zhù)不斷的發(fā)展。

功能陶瓷的品種繁多，這類(lèi)材料具有微波介電性能、氣敏性能、超導性能、電阻梯度性能、鐵電性能及其相變行為、多層驅動(dòng)性、弛豫性能等多種優(yōu)良的功能，應用十分廣泛。

（1）電子絕緣材料

目前常用的電子絕緣材料是Al2O3。近年來(lái)出現的新型電子絕緣材料，如AlN陶瓷，具有高強度、高絕緣性、低介電常數、高的熱導率等優(yōu)良的性能，且其熱膨脹系數能夠與單晶硅相匹配，主要應用是作為大規模集成電路和電力模塊電路的散熱基板。

（2）電介質(zhì)材料

用于調諧電路、保護邏輯及記憶單元的陶瓷電容器介質(zhì)材料多數為BaTiO3基材料，此外還有高介的復合鈣鈦礦材料，以研制出頻率為105Hz時(shí)，介電常數高達105的高介材料目前晶界層電容器的出現，使常規瓷介電容器的介電常數提高數倍甚至數十倍。

（3）壓電陶瓷材料

常用的壓電元件：傳感器、氣體點(diǎn)火器、報警器、音響設備、醫療診斷設備及通訊等。通常的壓電材料是PZT，新型的壓電陶瓷材料主要有：高靈敏、高穩定壓電陶瓷材料、電致伸縮陶瓷材料，熱釋電陶瓷材料等。

（4）磁性陶瓷材料

磁性陶瓷材料可分為硬磁性和軟磁性材料兩類(lèi)，前者不易磁化，也不易失去磁性。代表性硬磁材料為鐵氧體磁鐵和稀土磁體，主要用于磁鐵和磁存儲元件。軟磁性材料易磁化及去磁，磁場(chǎng)方向可以改變，主要用于交變磁場(chǎng)響應的電子部件。

（5）超導陶瓷材料

從二十世紀80年代對超導陶瓷的研究以來(lái)，對高溫超導陶瓷材料的研究及應用就倍受關(guān)注。近十幾年以來(lái)，我國在這方面的研究一直處于世界**水平。目前高溫超導材料的應用正朝著(zhù)大電流應用、電子學(xué)應用、抗磁性等方面發(fā)展。

（6）抗殺菌陶瓷材料

抗殺菌陶瓷材料是隨著(zhù)科學(xué)的發(fā)展及社會(huì )的文明而產(chǎn)生的新一代功能材料。無(wú)機抗殺菌劑按作用于微生物的機理可分為三類(lèi)：一類(lèi)是主要通過(guò)物理吸附或離子交換將銀 、 銅 、鋅等具有抗殺菌作用的金屬或其離子固定在沸石、磷灰石、硅膠、玻璃等無(wú)機材料載體上而制成；第二類(lèi)是二氧化鈦粒子光催化抗殺菌劑，二氧化鈦在光照下能使氧分子變成活性氧，使水產(chǎn)生活性氧自由基而發(fā)揮抗菌殺菌的作用；第三類(lèi)是具有遠紅外輻射功能的抗殺菌材料，遠紅外線(xiàn)的抗殺菌功能效果有限，因此這種材料須與前兩種材料配合使用，才能有更好的應用價(jià)值。

三、**陶瓷材料在汽車(chē)上的應用        

對于汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，使用材料打造汽車(chē)并不是什么新鮮事了，早就有廠(chǎng)商使用過(guò)碳纖維、鋁鎂等材料來(lái)裝點(diǎn)前衛時(shí)尚的高性能轎車(chē)。但是陶瓷不是用來(lái)做精細瓷器和衛浴產(chǎn)品的么？

這輛陶瓷版布加迪威龍白金跑車(chē)是法國跑車(chē)制造商布加迪與柏林**瓷器建造廠(chǎng)去年聯(lián)合推出的。它采用陶瓷材質(zhì)進(jìn)行整車(chē)制造，油箱蓋、車(chē)標和輪蓋部位由材料制成。它由一個(gè)8升W16引擎提供動(dòng)力，可產(chǎn)生1000馬力，由于動(dòng)力十足，時(shí)速從0加速到62英里(約100公里)僅需2.5秒，至大時(shí)速可達253英里(約407公里)，出廠(chǎng)售價(jià)為160萬(wàn)英鎊。強迫癥的我真擔心聽(tīng)到“嘩啦”一聲，這下再也不用擔心別人是不是來(lái)碰瓷的了.......

陶瓷在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上的應用

新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等無(wú)機非金屬燒結而成，是氧化鋁陶瓷強度的三倍以上，能耐1000℃以上高溫。要將柴油機的燃耗費降低30%以上， 現在汽油機中，燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的，柴油機熱效率為33%，與汽油機相比已十分優(yōu)越，然而仍有60%以上的熱能量損失掉。

因此，為減少這部分損失，用隔熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進(jìn)行隔熱，進(jìn)而用廢氣渦輪增壓器和動(dòng)力渦輪來(lái)回收排氣能量，有試驗證明，這樣可把熱效率提高到48%。同時(shí)由于新型陶瓷的使用，柴油機瞬間快速起動(dòng)將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器，它比當今超耐熱合金具有更優(yōu)越的耐熱性，而比重卻只有金屬渦輪的約三分之一。因此，新型陶瓷渦輪可以補償金屬渦輪動(dòng)態(tài)響應低的缺點(diǎn)。

特種敏感陶瓷在汽車(chē)傳感器上應用

對汽車(chē)用傳感器的要求是能長(cháng)久適用于汽車(chē)惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動(dòng)、加速、潮濕、噪聲、廢氣)，并應當具有小型輕量，重復使用性好，輸出范圍廣等特點(diǎn)。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學(xué)機能，近年來(lái)隨著(zhù)制造技術(shù)的進(jìn)步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的傳感器完全能夠滿(mǎn)足上述要求。

陶瓷在汽車(chē)制動(dòng)器上的應用

陶瓷制動(dòng)器是在碳纖維制動(dòng)器的基礎上制造而成的。一塊碳纖維制動(dòng)碟由碳纖維和樹(shù)脂構成，它被機器壓制成形，之后經(jīng)過(guò)加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動(dòng)器，陶瓷制動(dòng)器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內的碳纖維結構使它堅固耐沖擊，耐腐蝕，讓碟片極為耐磨。目前此類(lèi)技術(shù)除了在F1賽車(chē)中應用，在民用跑車(chē)中也有涉及。

陶瓷在汽車(chē)減振器上的應用

轎車(chē)的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應研制成功的智能減振器。由于采用高靈敏度陶瓷元件，這種減振器具有識別路面且能做自我調節的功能，可以將轎車(chē)因粗糙路面引起的振動(dòng)降到至低限度。

陶瓷材料在汽車(chē)噴涂技術(shù)上的應用

近年來(lái)，在航天技術(shù)中廣泛應用的陶瓷薄膜噴涂技術(shù)開(kāi)始應用于汽車(chē)上。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質(zhì)量穩定。為達到低散熱的目標，可對發(fā)動(dòng)機燃燒室部件進(jìn)行陶瓷噴涂，如活塞頂噴的氧化鋯，缸套噴的氧化鋯。經(jīng)過(guò)這種處理的發(fā)動(dòng)機可以降低散熱損失、減輕發(fā)動(dòng)機自身質(zhì)量、減小發(fā)動(dòng)機尺寸、減少燃油消耗量。

總之，特種陶瓷是一種正在不斷開(kāi)發(fā)中的陶瓷材料產(chǎn)品，但原料的制取、材料的評價(jià)和利用技術(shù)等許多方面都有尚待解決的課題。目前，特種陶瓷在汽車(chē)的應用并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復雜、要求高；因特種陶瓷對原材料要求比較嚴格、工藝難以掌握，使得各批制品的性能難以保持均勻一致；成本較高，可加工性差、脆性大、使用差。不過(guò)，人們有充分理由相信，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在未來(lái)的汽車(chē)制造業(yè)中將會(huì )有更多的特種陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車(chē)上，而且 會(huì )在汽車(chē)生產(chǎn)中得到廣泛的應用。

四、陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀        

1905年，德國人率先開(kāi)始了氧化鋁刀具的研究，1912年，1款氧化鋁陶瓷刀具率先由英國人發(fā)明，20世紀20年代后期，**陶瓷材料逐步走進(jìn)研究人員的研究視線(xiàn)。從開(kāi)始的主要用于軍事領(lǐng)域的結構陶瓷發(fā)展到軍事、民用結構陶瓷、功能陶瓷的研究；從開(kāi)始偏重與陶瓷材料的制備發(fā)展到對陶瓷粉體、顯微結構的系統分析， 。20世紀60年代美國材料顧問(wèn)委員會(huì )對材料制備領(lǐng)域進(jìn)行了調研得出的重要結論是：“為了實(shí)現材料均勻的、可重復的無(wú)缺陷顯微結構，提高材料性能，陶瓷制備科學(xué)研究十分必要”。20世紀70年代以陶瓷發(fā)動(dòng)機為背景，各國競相加大了對陶瓷材料研究與開(kāi)發(fā)的投入，對**陶瓷材料的研究取得了長(cháng)足的進(jìn)步。從技術(shù)上講，陶瓷材料已經(jīng)能夠基本滿(mǎn)足各種苛刻條件下（包括陶瓷發(fā)動(dòng)機部件在內）使用的要求， 陶瓷材料的研究轉向材料性能穩定性、結構與功能性一體化、低成本制備工藝等方面，各國仍在繼續增加對陶瓷材料的研究與投入。進(jìn)入21世紀以來(lái)，各國競相開(kāi)發(fā)不同陶瓷材料在不同領(lǐng)域的應用，隨著(zhù)裝備水平的提高，通過(guò)不斷地實(shí)驗、研究和質(zhì)量控制等成功實(shí)現了陶瓷材料產(chǎn)品的批量化穩定生產(chǎn)與制備。        

美國        

近50年來(lái)，美國在**陶瓷領(lǐng)域的研究工作取得了一系列 ，推動(dòng)了陶瓷技術(shù)的快速發(fā)展，對經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展也產(chǎn)生了深遠的影響。1994 年克林頓執政時(shí)期在陶瓷研究方面增加了15%的科研預算，旨在強化競爭能力、保護環(huán)境、開(kāi)發(fā)新型輸送機構。1998年美國**陶瓷市場(chǎng)總份額接近75億美元。從20世紀90年代后期一直到2000年，美國**陶瓷市場(chǎng)銷(xiāo)售額穩步發(fā)展，年平均增長(cháng)率達到8%。進(jìn)入2001年，隨著(zhù)美國經(jīng)濟進(jìn)入衰退，**陶瓷的市場(chǎng)需求大大縮水。2003-2007年，隨著(zhù)美國經(jīng)濟的復蘇，**陶瓷材料產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)需求出現反彈，年增長(cháng)率達到7%，**陶瓷市場(chǎng)銷(xiāo)售額超過(guò)110億美元。2012年，**陶瓷產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)銷(xiāo)售額 126億美元。        

美國**陶瓷發(fā)展的重點(diǎn)為高溫結構陶瓷，結構陶瓷產(chǎn)量的增速至快，每年增加13.5 % 。 目前在航天技術(shù)、汽車(chē)、航空器、核工程、醫療設備及機械動(dòng)力等方面進(jìn)入大范圍使用階段。以氮化硅，碳化硅，氧化鋯陶瓷為主的精密材料陶瓷制品產(chǎn)量占世界總量的60%以上 。美國生產(chǎn)的陶瓷軸承工作溫度高達1 300℃，其工作強度為普通金屬軸承的5倍以上 。 美國研制的生物陶瓷產(chǎn)品也已大量用于骨骼修復，瓷牙修補的臨床應用。目前美國**陶瓷工業(yè)界還加緊軍用**陶瓷的研制開(kāi)發(fā)，逐步加強在軍事領(lǐng)域的應用。                

陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀        

我國從20世紀50年代初從研究氧化鋁陶瓷刀具為切入點(diǎn)，開(kāi)始從事**陶瓷材料的研究 。 20世紀60年代開(kāi)始研究從事碳化硅陶瓷及、壓電陶瓷與鐵電陶瓷的研究；20世紀60年代中期開(kāi)始氮化硅和碳化硅陶瓷的研究，為我國**耐火材料的研究奠定了良好的基礎；20世紀70年代隨著(zhù)陶瓷跨越式的發(fā)展，諸多高校和科研院所開(kāi)始重視**陶瓷材料研究，取得了一系列創(chuàng )新性成果。20世紀末，我國**性地將纖維補強陶瓷基復合材料應用于戰略導彈和各類(lèi)衛星天線(xiàn)窗的保護框上，這是纖維補強陶瓷基復合材料的1次實(shí)際應用。        

我國在所有**陶瓷材料領(lǐng)域進(jìn)行著(zhù)研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，自上世紀80年代，以發(fā)動(dòng)機用陶瓷零部件的研制為契機，研制成功了一系列新的陶瓷材料，并在**陶瓷的應用方面也取得了令人矚目的成績(jì)。普通電子陶瓷和結構陶瓷如IC基板、電容、電阻、電感、磁性材料 、蜂鳴、濾波器等壓電陶瓷無(wú)線(xiàn)電頻率元件，中鋁瓷，高鋁瓷，電真空瓷，紡織瓷件 ， 電熔石英、電熔剛玉等，在我國已能大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，并占領(lǐng)一定的市場(chǎng) 。 但大部分產(chǎn)品仍以?xún)r(jià)格優(yōu)勢提升競爭力，有待進(jìn)一步提升產(chǎn)品的技術(shù)附加值。1990年我國研制成功的無(wú)水冷陶瓷發(fā)動(dòng)機裝在大客車(chē)中完成了上海到北京往返3 500km的道路試車(chē) 。 以高溫超導陶瓷為代表的諸多技術(shù)在高技術(shù)陶瓷的理論研究和實(shí)驗水平處于世界**行列。   雖然我國**陶瓷材料開(kāi)發(fā)上取得了長(cháng)足的進(jìn)步，與陶瓷領(lǐng)域靠前的地區距離進(jìn)一步縮小，但仍缺乏批量化、低成本。我國陶瓷材料的開(kāi)發(fā)大都是結合國民經(jīng)濟上的需要，具有獨立的技術(shù)特色。然而，縱觀(guān)我國**陶瓷領(lǐng)域的發(fā)展現狀，陶瓷材料在各領(lǐng)域內的應用總的來(lái)說(shuō)還與發(fā)達地區相比還有明顯的差距，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面，滿(mǎn)足不了國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的要求。在數百億美元的**陶瓷年銷(xiāo)售額中，中國銷(xiāo)售額僅占1～2%。