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| 陶瓷材料解析【新型陶瓷的特性與應用】 | |||||||||||||||||||||
| 來源：本網整理 發布時間：2018/6/8 16:12:13 點擊：1116 | |||||||||||||||||||||
新型陶瓷，由于不同的化學組分和顯微結構而決定其具有不同的特殊性質和功能，如高強、高硬、耐溫、耐腐、絕緣、導電和各種電、磁、光及生物相容性等，陶瓷材料的這些性能，可以廣泛應用于機械、電子、宇航、醫學工程等各個方面，成為近代科學技術的重要組成部分。根據現代科學技術發展的需要，通過對材料結構性能的設計，新型陶瓷材料的各種特性得到了充分的體現，表1列出了目前已被人們所掌握和利用的新型陶瓷材料的主要特性。
陶瓷材料的應用領域 1、航空航天材料
當前,耐高溫材料已經成為航天材料中的優先發展方向，材料在高溫下的應用對航天技術特別是固體火箭等領域具有極其重要的推動作用。隨著航空技術的發展，氣體渦輪機燃燒室中燃氣的溫度要求越來越高，固體火箭的工作環境十分惡劣，加上燃燒室噴管、喉襯、渦輪葉片、導向葉片等部件都需用高溫材料，均已超過金屬和超合金的耐熱極限而必須采用冷卻系統，這勢必降低了發動機的熱效率。對固體火箭發動機噴管喉部和其它熱端部件提高效率的追求，已經對未來高溫材料提出了更高、更迫切的要求，并更緊密地依賴于高溫材料的研究開發，而陶瓷及其陶瓷基復合材料具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、質量輕等優異性能，是有希望替代金屬材料而用于熱機部件的候選材料。為此，世界各國競相開展對陶瓷發動機的研究工作，美、歐、日等越來越多的氣體渦輪機設計者們開始用陶瓷基復合材料來制作旋轉件和固定件。
當前對高溫結構陶瓷的研究主要集中于碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氧化鋁（Al2O3）和氧化鋯（ZrO2）等，尤其以氮化硅（Si3N4）高溫結構陶瓷引人注目。這類陶瓷的綜合性能較突出，它們有良好的高溫強度，已經在航空渦輪發動機等方面得到了應用，非常適于制作航天發動機渦輪轉子葉片等高溫受力部件。目前，國外已把氮化硅（Si3N4）陶瓷材料作為高溫結構的陶瓷材料，在軍用和民用領域進行廣泛、重點的研究與開發。
2、陶瓷軸承 陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎件，由于具有金屬軸承所無法比擬的優異性能，近十多年來，在國計民生的各個領域中得到了日益廣泛的應用。在航空航天、核工業、石油工業、化學工業、輕紡工業、食品工業、高速機床等高溫、高速、耐腐蝕、真空、電絕緣、無磁、干摩擦的特殊環境下，陶瓷軸承的作用正在被人們逐漸地認識。
隨著加工技術的不斷進步，工藝水平的日益提高，陶瓷軸承的成本不斷下降，已經從過去只在一些高、尖領域小范圍內應用，逐步推廣到可以接受的程度，陶瓷軸承全面應用的時代已經到來。陶瓷軸承突出的效果是較大幅度地提高了軸承的使用壽命和極限轉速，為發展高速和超高速、高精密機床提供了基礎零部件。除此以外，在高溫、腐蝕、絕緣、真空等行業的應用也已取得了良好效果，可在高溫、強酸、強堿等一些高腐蝕性介質中長期穩定地工作。近來，與半導體制造裝置和計算機的CD-ROM及其硬盤等與信息工業相關的陶瓷軸承需求量不斷增加.當今世界上的軸承企業無一不在開發、生產陶瓷軸承，而產品質量的高低，已成為衡量其企業實力的一個重要標志。
3、汽車零部件 為滿足汽車功能多樣化的要求，人們把更多的目光寄希望于特種陶瓷。發動機設計師一直在尋找降低成本和排放并提高燃油經濟性和性能的替代方法。改進汽車設計的一種方法是通過材料的替換。陶瓷可以作為未來發動機中許多關鍵部件的使用技術，因為它們具有獨特的耐熱性、耐磨性和耐腐蝕性，重量輕以及電絕緣和隔熱性能。
陶瓷從一開始就在汽車中起到了重要作用，主要用于火花塞絕緣體和玻璃窗上?，F代汽車中幾乎多有的催化轉化器都具有用于催化劑的陶瓷蜂窩狀載體，這在減少汽車廢氣排放方面是非常有用的。大多數現代汽車還使用陶瓷氧傳感器與計算機控制一起優化燃燒和減少廢氣排放。
計算機控制和汽車中的其它電子設備使用大量的陶瓷襯底，并對器件的性能至關重要的部件。此外，在現代汽車中使用許多電動機來自動調節座椅窗戶等，在許多這些電動機中都使用了陶瓷磁體。陶瓷部件也被引入到重型柴油發動機的燃料系統和閥系中。
未來的汽車可能在內部發動機結構部件中使用陶瓷，在燃料系統的耐磨應用中，閥系中的附件部件，例如閥和閥座。未來還可以使用陶瓷燃料電池用于無人駕駛汽車上。
4、軍事應用 各種陶瓷材料正在進入軍用車輛和其他技術領域。其發動機部件，導彈雷達罩和個人/車輛裝甲只是其中的幾個應用。在過去的半個世紀，陶瓷已被用于人員和輕型車輛保護，防止小武器和機槍威脅。無論是在國內還是在國外，陶瓷都是這項使命的關鍵推動者。
陶瓷的獨特特性，包括重量輕、能承受極高溫度、硬度、耐磨性和抗腐蝕性高，低摩擦和特殊的電氣性能，提供了優于傳統材料如塑料和金屬的主要優點。因此，陶瓷材料是用于中小口徑保護的輕，耐用的身體護甲材料。熱壓碳化硼和碳化硅陶瓷與優化的復合結構集成，以生產堅固的抗擊打的盔甲板。
另外，宇宙飛船外壁的陶瓷隔熱瓦即為玻璃纖維復合材料，具有輕質、耐熱、耐沖擊、低熱導等優良性能，是理想的軍用隔熱材料。特種陶瓷在導彈控制系統中也很有用途，在雷達天線上加裝一個氣動天線罩，可協調機械、熱力、電氣系統的功能，保證導彈正常運行。
未來的陸軍直升機將能夠飛得更遠，攜帶更多的有效載荷感應陶瓷。由于其高溫性能，可以通過使用陶瓷基復合材料和陶瓷熱障涂層來提高渦輪發動機的操作效率。陶瓷具有在1100℃以上的溫度下以小或無冷卻操作的潛力。復合材料也比目前使用的金屬合金輕30至50％。當復合材料燃燒器襯套和渦輪葉片應用陶瓷涂覆時，操作溫度增加到1650℃，并且保護組件免受燃燒環境的影響。基于氧化鉿的多組分陶瓷涂層在1650℃下能經受300小時試驗。
5、醫學應用 陶瓷和玻璃材料被廣泛的用于生物醫學應用，從骨植入到生物醫學泵。牙科也已經推進了陶瓷牙齒，其可以與患者的自然牙齒匹配以及用于改善患者微笑窘境的其他應用。在未來，陶瓷將在基因工程和組織工程中找到應用。
在過去二十年中，用于植入裝置的陶瓷材料的使用已經相當大的增加。具有強度和韌性以及生物惰性和低磨損率的優異組合，稱為氧化鋯的特殊類型的氧化物現在在諸如用于全髖關節置換的股骨頭的應用中取代氧化鋁。氧化鋯顯示出相當于氧化鋁兩倍的強度，因此在股骨頭的直徑可以減少到<26mm，致使髖關節置換手術期間患者的創傷減少?？墒芤嬗谘趸喼踩胛锏钠渌鼞冒ㄏリP節、肩、趾關節和脊柱植入物，該材料還用于內窺鏡部件和起搏器蓋。
陶瓷材料還廣泛的應用于電子設備、光學、體育等各個方面，陶瓷材料的發展隨著人類的發展不停的進行著，尤其是在近幾年，陶瓷材料對社會的各個方面都有著深遠的影響。陶瓷材料的潛力是巨大的，相信陶瓷材料在未來會給我們帶來更多的驚喜。 | |||||||||||||||||||||
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