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摘要:本文主要介绍了目前国内外先进陶瓷的市场现状以及目前先进陶瓷的制备技术,并根据现在的先进陶瓷发展情况分析未来先进陶瓷的发展方向。
关键词:先进陶瓷;非金属材料;现状研究;发展趋势研究
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:(2020)-08-343
随着先进陶瓷的出现,先进陶瓷以其耐磨、耐高温、抗腐蚀、弯曲强度高、韧性较强等方面的优势被广泛应用于机械设备、零件制造、航空航天、医疗等领域,成为了一种新材料,对于国家工业和经济的发展具有重要作用,因此各国都非常重视先进陶瓷制造技术的掌握和先进陶瓷的使用,而随先进着陶瓷更多功能的开发,如今先进陶瓷开始被应用于微电子、自动化控制等前沿性行业中。
一、国内外先进陶瓷研发现状
(一)国外先进陶瓷市场现状
由于道先进陶瓷的诸多特性及其对现代化工业的重要作用,先进陶瓷的研发、制造和使用在全球发达国家中备受重视。在先进陶瓷行业中,美国和日本处于世界领先地位。美国尤其注重先进陶瓷技术在航空航天领域中的应用,除此之外对于陶瓷技术在隔热涂料以及生物医疗方面的应用也比较重视,为了推动美国先进陶瓷领域的发展,每年美国投入了20亿至25亿美元帮助相关科研机构和科研单位研发先进陶瓷技术,以提升美国陶瓷技术的进步,使其在国际上更具有竞争力。日本的先进陶瓷技术非常发达,先进陶瓷技术发展的种类非常的全面,且先进陶瓷技术水平比较高,在国际上具有很强的竞争力,特别是功 能陶瓷领域包括热敏、压敏、磁敏、气 敏、光敏等逐步垄断国际市场。为了促进陶瓷技术的进一步发展,日本实施了“月光计划”,以求保持其领先地位,除了日本和美国之外,德国和法国也非常重视先进陶瓷研发,特别是对结构陶瓷进行了深入研究,并将其应用于新能源材料以及发动机制造等领域,相应地位推动先进陶瓷的发展,欧洲国家也纷纷推行了类似“尤里卡计划”的措施。
(二)国内陶瓷市场情况
我国先进陶瓷技術研究的起步时间较晚,20世纪90年代,我国才开始了先进陶瓷研究,由于先进陶瓷在工业生产以及航空等领域的巨大作用,我国设立了多个国家级项目组对先进陶瓷技术进行研究,开始逐渐摆脱先进陶瓷依赖于进口的局面,如今我国对于包括纳米陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷在内的先进陶瓷均有研究,并实现了先进陶瓷国产,但与欧美国家相比,我国先进陶瓷技术还具有一定的差距。
首先,陶瓷技术转化率较低。尽管我国能够对大部分先进 陶瓷进行制造,然而其中部分陶瓷仅停留在实验阶段,受制造成本高和大批量生产稳定性不足等因素的限制,难以投入生产在市场上进行流通。
其次,高端粉体制备技术落后,我国对于先进陶瓷本身的研究比较注重,但忽视了对陶瓷制备过程中添加的粉体进行研发和提升,正是基于此,我国缺乏专业生产粉体的企业,难以生产出高端的粉体,这导致在进行部分先进陶瓷的制备过程中,有更高的温度要求。
最后,制造设备较为落后,本国的设备不能够满足市场生产的需要,而国外进口的设备价格昂贵,成本过高,企业资金压力大。
二、先进陶瓷制备技术的发展
(一)陶瓷粉体的制备技术
陶瓷粉体对于制作先进陶瓷的后续环节包括陶瓷的成型和烧结都有非常显著的影响,陶瓷粉体影响着陶瓷的微观结构和性能,一般来说,陶瓷粉体越细、活性越高、纯度越高则烧制出的陶瓷的质量更加优良。
(二)陶瓷成型技术
一是等静压成型,通过将粉体放入具有柔性的模具中按压成型,由于这种方式非常简单,因此在简单的陶瓷制造中经常使用这一技术,然而这一成型技术也具有显而易见的缺陷,难以精准地制作陶瓷的尺寸,而且在制作结构相对复杂的陶瓷时,这一成型技术实施的难度也比较大。
二是注射成型是将高分子聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。通过这一技术能够制作尺寸比较小且结构复杂的陶瓷。
三是凝胶注模成型,注凝成型是借助料浆中有机单体聚合交联将陶瓷料 浆固化成型,可制备出大尺寸薄壁陶 瓷或形状复杂的产品。通过这一方式生产的陶瓷具有较好的韧性,能够进行机械加工,因此通过这种方式进行生产的陶瓷在工业生产中比较常见
四是无模成型技术,通过3D打印技术将将要成型的陶瓷粉体快速形成实际像素单元,然后将这些元素进行叠加最终形成所需要的立体陶瓷模型,尽管这一技术当前还存在制作设备成本较高,产出的陶瓷产品质量不佳等问题,但无模成型技术在仍是未来先进陶瓷技术的一大发展方向。
(三)陶瓷烧结技术
首先是热压烧结技术,为了使得陶瓷更加紧密使用热压烧结技术在陶瓷烧制加热的过程中,给与陶瓷一个外力,使得一些共价键难以烧制的材料受到压力,使得整个陶瓷更加紧致,然而这样的方式制造成本较高
其次是气压烧结技术,气压烧结技术是指在陶瓷烧制的过程中进行通过气体施加一定的压力,进而使得陶瓷更加紧密的一种方式,。
最后是放电等离子体烧结是利用等离子体所特有的高温快速烧成特点的一种 新型材料制备工艺方法,这一烧结技术由于其烧结时间短,且陶瓷的质量好,烧结条件相对简单,如今这一烧结技术的应用范围非常广泛,包括纳米技术、纤维增强陶瓷等新型陶瓷材料均使用之一烧结方式。
(四)陶瓷加工技术
由于陶瓷在加工的过程中非常容易破碎,而对陶瓷加工又具有一定的市场,因此陶瓷精细加工技术成为了一大研究的热点,并成功研制了使用超声波、激光等方式进行陶瓷抛光、研磨。
三、未来发展展望
随着先进陶瓷技术的发展和在工业中的普遍应用,虽然我国在先进陶瓷研究方面起步较晚,但如今也取得了一定的成就缩小与欧美国家之间的差距,为了推动我国先进陶瓷朝着更高水平发展,在今后的研究中要加强对陶瓷基础理论的研究,加强粉体的专门研究、提升陶瓷的韧性、降低先进陶瓷的生产成本,从而使我国陶瓷技术更具有国际竞争力。
参考文献
[1]赵亚娟. 国际先进陶瓷材料研究现状[J]. 新材料产业,2006(08):55-62.
[2]于思远,林滨,林彬. 国内外先进陶瓷材料加工技术的进展[J]. 金刚石与磨料磨具工程,2001(04):36-39+3.
[3]韩亚苓. 先进陶瓷材料的研究重点及产业化展望[J]. 辽宁建材,2008(11):31-34.
关键词:先进陶瓷;非金属材料;现状研究;发展趋势研究
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:(2020)-08-343
随着先进陶瓷的出现,先进陶瓷以其耐磨、耐高温、抗腐蚀、弯曲强度高、韧性较强等方面的优势被广泛应用于机械设备、零件制造、航空航天、医疗等领域,成为了一种新材料,对于国家工业和经济的发展具有重要作用,因此各国都非常重视先进陶瓷制造技术的掌握和先进陶瓷的使用,而随先进着陶瓷更多功能的开发,如今先进陶瓷开始被应用于微电子、自动化控制等前沿性行业中。
一、国内外先进陶瓷研发现状
(一)国外先进陶瓷市场现状
由于道先进陶瓷的诸多特性及其对现代化工业的重要作用,先进陶瓷的研发、制造和使用在全球发达国家中备受重视。在先进陶瓷行业中,美国和日本处于世界领先地位。美国尤其注重先进陶瓷技术在航空航天领域中的应用,除此之外对于陶瓷技术在隔热涂料以及生物医疗方面的应用也比较重视,为了推动美国先进陶瓷领域的发展,每年美国投入了20亿至25亿美元帮助相关科研机构和科研单位研发先进陶瓷技术,以提升美国陶瓷技术的进步,使其在国际上更具有竞争力。日本的先进陶瓷技术非常发达,先进陶瓷技术发展的种类非常的全面,且先进陶瓷技术水平比较高,在国际上具有很强的竞争力,特别是功 能陶瓷领域包括热敏、压敏、磁敏、气 敏、光敏等逐步垄断国际市场。为了促进陶瓷技术的进一步发展,日本实施了“月光计划”,以求保持其领先地位,除了日本和美国之外,德国和法国也非常重视先进陶瓷研发,特别是对结构陶瓷进行了深入研究,并将其应用于新能源材料以及发动机制造等领域,相应地位推动先进陶瓷的发展,欧洲国家也纷纷推行了类似“尤里卡计划”的措施。
(二)国内陶瓷市场情况
我国先进陶瓷技術研究的起步时间较晚,20世纪90年代,我国才开始了先进陶瓷研究,由于先进陶瓷在工业生产以及航空等领域的巨大作用,我国设立了多个国家级项目组对先进陶瓷技术进行研究,开始逐渐摆脱先进陶瓷依赖于进口的局面,如今我国对于包括纳米陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷在内的先进陶瓷均有研究,并实现了先进陶瓷国产,但与欧美国家相比,我国先进陶瓷技术还具有一定的差距。
首先,陶瓷技术转化率较低。尽管我国能够对大部分先进 陶瓷进行制造,然而其中部分陶瓷仅停留在实验阶段,受制造成本高和大批量生产稳定性不足等因素的限制,难以投入生产在市场上进行流通。
其次,高端粉体制备技术落后,我国对于先进陶瓷本身的研究比较注重,但忽视了对陶瓷制备过程中添加的粉体进行研发和提升,正是基于此,我国缺乏专业生产粉体的企业,难以生产出高端的粉体,这导致在进行部分先进陶瓷的制备过程中,有更高的温度要求。
最后,制造设备较为落后,本国的设备不能够满足市场生产的需要,而国外进口的设备价格昂贵,成本过高,企业资金压力大。
二、先进陶瓷制备技术的发展
(一)陶瓷粉体的制备技术
陶瓷粉体对于制作先进陶瓷的后续环节包括陶瓷的成型和烧结都有非常显著的影响,陶瓷粉体影响着陶瓷的微观结构和性能,一般来说,陶瓷粉体越细、活性越高、纯度越高则烧制出的陶瓷的质量更加优良。
(二)陶瓷成型技术
一是等静压成型,通过将粉体放入具有柔性的模具中按压成型,由于这种方式非常简单,因此在简单的陶瓷制造中经常使用这一技术,然而这一成型技术也具有显而易见的缺陷,难以精准地制作陶瓷的尺寸,而且在制作结构相对复杂的陶瓷时,这一成型技术实施的难度也比较大。
二是注射成型是将高分子聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。通过这一技术能够制作尺寸比较小且结构复杂的陶瓷。
三是凝胶注模成型,注凝成型是借助料浆中有机单体聚合交联将陶瓷料 浆固化成型,可制备出大尺寸薄壁陶 瓷或形状复杂的产品。通过这一方式生产的陶瓷具有较好的韧性,能够进行机械加工,因此通过这种方式进行生产的陶瓷在工业生产中比较常见
四是无模成型技术,通过3D打印技术将将要成型的陶瓷粉体快速形成实际像素单元,然后将这些元素进行叠加最终形成所需要的立体陶瓷模型,尽管这一技术当前还存在制作设备成本较高,产出的陶瓷产品质量不佳等问题,但无模成型技术在仍是未来先进陶瓷技术的一大发展方向。
(三)陶瓷烧结技术
首先是热压烧结技术,为了使得陶瓷更加紧密使用热压烧结技术在陶瓷烧制加热的过程中,给与陶瓷一个外力,使得一些共价键难以烧制的材料受到压力,使得整个陶瓷更加紧致,然而这样的方式制造成本较高
其次是气压烧结技术,气压烧结技术是指在陶瓷烧制的过程中进行通过气体施加一定的压力,进而使得陶瓷更加紧密的一种方式,。
最后是放电等离子体烧结是利用等离子体所特有的高温快速烧成特点的一种 新型材料制备工艺方法,这一烧结技术由于其烧结时间短,且陶瓷的质量好,烧结条件相对简单,如今这一烧结技术的应用范围非常广泛,包括纳米技术、纤维增强陶瓷等新型陶瓷材料均使用之一烧结方式。
(四)陶瓷加工技术
由于陶瓷在加工的过程中非常容易破碎,而对陶瓷加工又具有一定的市场,因此陶瓷精细加工技术成为了一大研究的热点,并成功研制了使用超声波、激光等方式进行陶瓷抛光、研磨。
三、未来发展展望
随着先进陶瓷技术的发展和在工业中的普遍应用,虽然我国在先进陶瓷研究方面起步较晚,但如今也取得了一定的成就缩小与欧美国家之间的差距,为了推动我国先进陶瓷朝着更高水平发展,在今后的研究中要加强对陶瓷基础理论的研究,加强粉体的专门研究、提升陶瓷的韧性、降低先进陶瓷的生产成本,从而使我国陶瓷技术更具有国际竞争力。
参考文献
[1]赵亚娟. 国际先进陶瓷材料研究现状[J]. 新材料产业,2006(08):55-62.
[2]于思远,林滨,林彬. 国内外先进陶瓷材料加工技术的进展[J]. 金刚石与磨料磨具工程,2001(04):36-39+3.
[3]韩亚苓. 先进陶瓷材料的研究重点及产业化展望[J]. 辽宁建材,2008(11):31-34.