高温结构陶瓷的研究与发展

摘要：本文介绍了高温结构陶瓷的耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗氧化等优点，以及它可以冶金，在机械制造方面，生物，或是能源方面，甚至航天领域的发展方面的用途。本文着重介绍了高温陶瓷的现状以及未来发展所存在的问题。

关键词：高温结构;陶瓷材料;发展趋势

高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗氧化等优点，它不仅可以用来冶金，机械或汽车，生物上，或是能源上的，还可以为航天领域的发展做出很大的贡献。高温结构陶瓷在生活中的普遍应用，越来越受人们的喜爱。和电子陶瓷、功能陶瓷相比，尽管高温陶瓷市场规模较小，但是它的总销售却在不断的增长。不仅国内，国外在陶瓷领域里也作了很多研究工作。

一、高温结构陶瓷的性质

传统陶瓷是以粘土为主要原料的，而结构陶瓷在传统陶瓷的基础上，吸收了相邻学科的先进技术，以氧化物，氮化物等化合物为主要材料，所以高温陶瓷不仅能在高温下生存，还可以在恶劣环境中抗氧化，又由于它是由化合物制成，所以它具有很高的硬度。

在其他方面，高温结构陶瓷还具有摩擦系数低，可防静电，另外它还具有高弹性。高温结构陶瓷膨胀系数小，因为它是无机非金属材料制成，可以避免陶瓷碰到热水后导致陶瓷热胀冷缩炸裂。因为高温结构陶瓷是用粘土等无机非金属矿物（硅酸盐矿物）为原料制成的人工工业产品所以它的绝缘性要高。

另外由于高温陶瓷的结构，所以他的热导性和高电阻可以同时并存。另外它对电磁辐射的透明性强的特点。

二、高温结构陶瓷的现状与发展状况

主要利用力学机械，热或者是其他的化学功能的先进高科技陶瓷产品，我们叫做结构陶瓷，如果结构陶瓷能在高温下应用，那么我们就顾名思义把他们叫做高温结构陶瓷。高温结构陶瓷包括工程陶瓷和工程陶瓷。工程结构陶瓷在高温下依然具有高强度、大硬度、不易被氧化、不易被腐蚀、不易被磨损、不易被烧蚀等优点，在技术上有很大的应用，在很多领域都是重要的材料，例如空间技术、军事技术领域。工程陶瓷有许多种类，他们中所包含的材料也有很多，但是氮化硅、碳化硅和增韧氧化物是被认为最有发展前途的也是世界上研究最多的。结构陶瓷在工业上也有很多的广泛应用，例如陶瓷管套，锂电池陶瓷泵，军工陶瓷等行业。

2.1氮化硅陶瓷材料

五十年代中期，氮化硅从国外引来并发展起来，它是一种高温下的非氧化物结构陶瓷。因为氮化硅在力学热学性方面的性质明显强于一般氧化物陶瓷，所以它在社会上受有很大的关注，各国陶瓷科学家对这种新型陶瓷材料不约而同的展开了研究。在二十多年的努力下，氯化硅陶瓷在性能有了很大的提高，在工艺方面也有了新的突破，目前氯化硅陶瓷已成为制作新型耐热部件的主要材料。

2.2碳化硅陶瓷材料

近年来碳化硅陶瓷材料的这种化合物以它的耐热性、不易被腐蚀、不易被磨损而被广泛的开发研究。与其他材料相比，碳化硅耐热性强，以及他的耐腐蚀性高，所以碳化硅是一种可以长期在1200摄氏度高温下使用，所以在1400摄氏度下，碳化硅是一种及其具有竞争力的高温材料。尽管它的耐热性好，但它的热导率高，断裂韧性小，所以对于燃气轮机热流通道的部件比较适合，尤其是在需要有良好导热性的加热交换器等。

2.3增韧氧化物陶瓷

近十年来，增韧氧化物是国外研制成可以达到更好的绝热效果。因此增韧氧化物陶瓷比碳化硅的发展更迅速。因为增韧氧化物陶瓷中含有一些细分散相变物质，所以当它受到外力作用时，这些细分散物质会发生相应的改变而吸收能量，使裂纹扩展减慢或中止.从而会大幅度提高材料的韧性。

从原则上讲，许多种氧化物或者是其他的非氧化物陶瓷都有相应可以增加韧性的化合物，他们可以让陶瓷性能更加坚韧、稳定。

三、高温陶瓷结构需要注意的问题

3.1陶瓷原料粉末的制备

要想有性能优异的陶登材料必须要有具有颗粒度分布合适、组成均匀的超细陶瓷粉末。但是如果是需要少量的超细陶瓷粉末在试验里就可以得到，但是我们要有大量的，可以用作工业生产的不太容易。所以我们要是想广泛生产结构陶瓷首先解决超细粉末的制备问题。

为了解决超细粉末的制备问题，还要防止环境带来的污染。各国在处理超细粉末问题上，除了在工艺技术上面进行了提高，其他方面也采取了一系列措施，例如西德将整个陶瓷研制生产的场地置于每立方米空气中尘粒不超1000个的高度清洁的环境中。日本名古屋工业试验研究所把制陶瓷原料粉末的制粉、成形、烧结一整套设备都在密闭的条件下。美国诺顿公司则在每个车间都装上了四组空气净化系统来净化空气。由各国在空气细节上的严密控制，我们应该就可以知道制备高技术陶瓷材料，从粉末成形到烧结加工，它是一个必须有机的串联起来并在严加控制条件下的系统工程。

3.2陶瓷材料的超可塑性研究

陶瓷材料因为它的脆性，所以导致它在许多工程应用中受到限制，但是从日本名古屋工业试验研究所首次发现陶瓷材料也具备和金属材料一样的性质，即延伸现象、它又叫做超可塑性现象。在这个不可多的的性质出现以后，世界各国陶瓷科学家对这个甚少见的性质极为感兴趣。

陶瓷材料具有的可塑性，对整个陶瓷行业的人来说，无疑是一个重大创新，它的可塑性让他如同金属材料一样能够冲压锻造和拉伸加工，在很多的工程上都可以使用的到。陶瓷材料的可塑性研究为今后它的广泛应用开辟了条崭新的途径。

我们可以对陶瓷材料的超可塑性机理进行研究，还可以探讨陶瓷材料可塑性存在的条件。甚至陶瓷的可塑性发展可使用的新的应用领域。

3.3陶瓷耐磨材料及其磨损机理的研究

磨损是日常生活中，甚至整个工业领域中常见的现象、也是材料和能源损失产生的一个重要原因，因此磨损在整个工业中越来越重視。目前科学家对磨损的研究主要集中在金属上，陶瓷磨损上研究的不多，但伴随科学技术的发展以及高技术的广泛应用，工业方面对磨损过程中使用的材料要求越来越高。传统的金属和聚合物材料已经不能够满足我们的需要。因为陶瓷材料具有优良的抗热性、耐磨损性和耐化学腐蚀性，而且在强度上和硬度上也得到了很大的改善。对此，金属材料的磨损已有很长的时间了，但是，陶瓷磨损的研究才刚开始，还缺乏系统的研究。

参考文献

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作者简介：赵田帅（1989.10.10），男，河南省安阳市人，内蒙古自治区包头市昆都仑区内蒙古科技大学材料与冶金学院，材料化学专业，本科生。