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广义上的(de)陶瓷材(cai)料指的(de)是(shi)除有机(ji)和金(jin)(jin)属材(cai)料以外的(de)其他所有材(cai)料，即无机(ji)非金(jin)(jin)属材(cai)料。主要分为传统陶瓷材(cai)料和先(xian)进陶瓷材(cai)料（也是本文的主要描述(shu)对象）。

本文将(jiang)对大家(jia)比较关(guan)注的陶瓷材料(liao)及其应有做一个简单的整理(li)。

图(tu)表1

一、先进陶瓷材料特(te)征(zheng)

陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)通常由三种不(bu)同的相组成，分别是晶(jing)(jing)相、玻(bo)璃(li)相和(he)气相（气孔(kong)(kong)）。晶(jing)(jing)相是陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)中(zhong)最主要的组成相，它决定了陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)的物理(li)化学性质(zhi)；玻(bo)璃(li)相的作用是填(tian)充(chong)晶(jing)(jing)粒(li)简析、粘结晶(jing)(jing)粒(li)、提(ti)高(gao)材料(liao)致(zhi)密(mi)度(du)、降低烧结温度(du)和(he)控制晶(jing)(jing)粒(li)生(sheng)长；气相是在工(gong)艺过程中(zhong)形成并保(bao)留(liu)下来的，先进陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)中(zhong)的残留(liu)气孔(kong)(kong)往往难以避免。

图表2：先进陶瓷与传统陶瓷的对比

 

二、世界范围内的先(xian)进陶瓷实力对比

目(mu)前国外先(xian)(xian)进(jin)(jin)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)发展处于领(ling)(ling)先(xian)(xian)地(di)位的主要(yao)，有(you)美国、日本、欧盟、俄(e)罗斯(si)等(deng)。其中，美国对先(xian)(xian)进(jin)(jin)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)在(zai)(zai)航(hang)空航(hang)天、核能等(deng)领(ling)(ling)域(yu)(yu)的应(ying)用(yong)处于领(ling)(ling)先(xian)(xian)地(di)位，日本在(zai)(zai)先(xian)(xian)进(jin)(jin)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)的产业化、民(min)用(yong)领(ling)(ling)域(yu)(yu)方(fang)面(mian)占据领(ling)(ling)先(xian)(xian)地(di)位，并(bing)占有(you)世界先(xian)(xian)进(jin)(jin)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)约一半的市场份额；欧盟在(zai)(zai)先(xian)(xian)进(jin)(jin)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)部分细(xi)分应(ying)用(yong)领(ling)(ling)域(yu)(yu)和机械装(zhuang)备(bei)领(ling)(ling)域(yu)(yu)处于领(ling)(ling)先(xian)(xian)地(di)位；俄(e)罗斯(si)、乌克兰在(zai)(zai)结构陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)和陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基复合材料(liao)方(fang)面(mian)实(shi)力雄厚。

图(tu)表3：世界各区域先进陶瓷侧重点

目前国内先进陶瓷产业(ye)主(zhu)要集中(zhong)在山东、江(jiang)西、广东、江(jiang)苏、浙(zhe)江(jiang)、河北、福建(jian)等(deng)几(ji)个省(sheng)份，2015年这些省份产值比例约占全国产值的70%。其中，华东地区较大的先进陶瓷产业基地有山东淄博、江苏宜兴，华中地区较大的先进陶瓷产业基地有江西萍乡，华南地区较大的先进陶瓷产业基地有广东佛山。国内很多先进陶瓷产品在世界范围内已性格比高广受称赞，但还是很大一部分产品与国际巨头门存在较大差距，中低端基本能自给自足或出口海外，但众多高端领域还需加油努力屡起袖子干。

图(tu)表4：先进陶瓷"巨头"

三、先进(jin)陶瓷(ci)应用

先进(jin)陶(tao)瓷(ci)(ci)包含的材料范畴及(ji)应(ying)用(yong)领域(yu)极为广(guang)阔，下文将(jiang)以浅显易懂(dong)的先进(jin)陶(tao)瓷(ci)(ci)的应(ying)用(yong)特(te)性为线索，将(jiang)先进(jin)陶(tao)瓷(ci)(ci)分为：电(dian)子陶(tao)瓷(ci)(ci)、结构材料、涂层/薄膜、复合材料四大类，进行综述。

1、电子陶瓷

电(dian)子陶瓷(ci)是先(xian)进(jin)(jin)陶瓷(ci)中(zhong)最成熟的，占先(xian)进(jin)(jin)陶瓷(ci)市场份额(e)一般以上(shang)，电(dian)子陶瓷(ci)主(zhu)要用作芯片、电(dian)容、集成电(dian)路的封装(zhuang)，传感器，绝缘体，铁磁体，压(ya)电(dian)陶瓷(ci)，半导(dao)体，超导(dao)体等。

常见的材料有钛酸钡(bei)、氧化锌、钛锆(gao)酸铅(qian)、铌酸锂、氮化(hua)铝(lv)、氧(yang)化(hua)锆(gao)和氧(yang)化(hua)铝(lv)等(deng)。主要考虑的性能有：相对介电(dian)(dian)常数(shu)及(ji)磁导(dao)(dao)率、电(dian)(dian)导(dao)(dao)率和热导(dao)(dao)率；用于(yu)与金属(shu)封(feng)装(zhuang)的链接性能（热匹配性）也很重要。

 

图表(biao)5、氮化铝基板

2、结构陶瓷

结构陶瓷主(zhu)要(yao)有切削工具(ju)(ju)、模具(ju)(ju)、耐(nai)磨(mo)零件、泵和阀部件、发(fa)动机部件、热交(jiao)换器(qi)、生物(wu)部件和装甲等(deng)。主(zhu)要(yao)的材料有：氮化(hua)(hua)硅、碳化(hua)(hua)硅、氧(yang)化(hua)(hua)锆(gao)和碳化(hua)(hua)硼、二硼化(hua)(hua)钛、氧(yang)化(hua)(hua)铝和塞隆等(deng)，其(qi)典(dian)型的特(te)性(xing)有：高强度(du)、低密度(du)、耐(nai)高温、抗蠕变(bian)、耐(nai)磨(mo)损、耐(nai)腐(fu)蚀和化(hua)(hua)学稳定性(xing)好(hao)。

这其中氮(dan)(dan)化硅(gui)已优(you)异的(de)综合性能备受(shou)关注，目前商(shang)用(yong)的(de)氮(dan)(dan)化硅(gui)陶(tao)瓷主要用(yong)于(yu)切削(xue)工具，用(yong)于(yu)大功(gong)率风力发电轴承(cheng)材料也是氮(dan)(dan)化硅(gui)非(fei)常(chang)值得期待的(de)领域(yu)，除此之外(wai)，氮(dan)(dan)化硅(gui)基板也是一(yi)个备受(shou)关注的(de)应用(yong)应用(yong)方(fang)向(xiang)。

图(tu)表6、风力发电机氮化硅滚珠

对于(yu)结(jie)构陶(tao)瓷而言，一直面临高成本、低(di)可靠性(xing)和低(di)重现性(xing)等(deng)问题(ti)，高成本和制(zhi)造(zao)工艺和废品率高有关(guan)，可靠性(xing)与重现性(xing)低(di)于(yu)韧(ren)(ren)性(xing)有关(guan)，陶(tao)瓷作为典型的(de)(de)脆性(xing)材(cai)料，在(zai)低(di)温是不能通过形变来吸收(shou)能量，一旦裂纹尺寸达到临界数值(zhi)，破坏就(jiu)会发生，因此结(jie)构陶(tao)瓷的(de)(de)增(zeng)(zeng)韧(ren)(ren)手(shou)段一直以来都备受关(guan)注，目前增(zeng)(zeng)韧(ren)(ren)的(de)(de)方(fang)法有：颗粒增(zeng)(zeng)韧(ren)(ren)、晶须(xu)和纤维增(zeng)(zeng)韧(ren)(ren)及由应(ying)力诱导相变增(zeng)(zeng)韧(ren)(ren)等(deng)。

3、涂(tu)层/薄膜

涂(tu)层可充分(fen)利用不同(tong)材料的性能并显(xian)著降低成本，例如导电芯片(pian)上的绝缘涂(tu)层膜(mo)对集成电路是必不可少的，在(zai)发动机部件(jian)表面涂(tu)一层耐磨材料则可大(da)大(da)增加其使用寿命。

涂(tu)(tu)(tu)层中(zhong)最大的问题是(shi)涂(tu)(tu)(tu)层与计提(ti)的结合不牢，这(zhei)是(shi)由(you)于(yu)涂(tu)(tu)(tu)层与集体(ti)材料性能不饿匹配造(zao)成的（例如金属(shu)基(ji)(ji)体(ti)的热(re)(re)膨(peng)胀(zhang)(zhang)系(xi)(xi)数高、陶瓷涂(tu)(tu)(tu)层的热(re)(re)膨(peng)胀(zhang)(zhang)系(xi)(xi)数低(di)），涂(tu)(tu)(tu)层和基(ji)(ji)体(ti)间增加(jia)一梯度(du)材料使(shi)其(qi)热(re)(re)胀(zhang)(zhang)系(xi)(xi)数平缓过度(du)可缓解这(zhei)一矛盾(dun)，但更好的解决之道(dao)有待(dai)于(yu)对基(ji)(ji)体(ti)/涂层界面的化学结构与机械结构结合有更深入的理解。

图表7、耐刮防污汽车陶瓷涂层

4、复合(he)材料(liao)

复合材(cai)料是先进陶瓷中重要的组成，也是目前研究比较活跃的领域(yu)。纤(xian)维或晶须(xu)增强的结构陶瓷复合材(cai)料到的问题在过(guo)去数十年建发(fa)展迅速，出现了金属基复台材(cai)料(MMCs)和陶瓷基复台材科(CMCs)等。

陶瓷基复(fu)合(he)材(cai)料包(bao)括氧化物(wu)基、玻璃基、碳化物(wu)基和氮化物(wu)基陶瓷等(deng)，例如(ru)氧化铝(lv)填充由于抗热震性不好(hao)使其(qi)应用受到限制，加(jia)入了碳化硅(gui)晶须(xu)和碳化硅(gui)颗粒增强后，则(ze)有许多新用途，例如(ru)应用于刀具材(cai)料。加(jia)入30%体积增强的SiC/Al₂O₃复合材料，断裂韧性＞20MPa·m^1/2，强度可达14GPa。

金(jin)属基复合材料(liao)包(bao)括Al₂O₃、C、B、SiC纤维增强的轻金属如Al、Mg、Li等，增强剂也可是Al₂O₃、SiC、B₄C、TiC颗粒。与传统(tong)合金(jin)相比(bi)，金(jin)属(shu)基复合材料(liao)的密度(du)更(geng)小，强度(du)更(geng)高，抗蠕变和(he)耐(nai)磨性更(geng)好，在汽车(che)、电子、航空等行业有广(guang)泛的应用。

图表8、增强材料：碳化硅纤维

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