工程陶瓷除在(zai)機(ji)械、化工、冶金(jin)等(deng)傳(chuan)統產(chan)業中作為耐(nai)(nai)高溫(wen)、耐(nai)(nai)磨(mo)、耐(nai)(nai)腐蝕材料(liao)應用(yong)外(wai),在(zai)戰(zhan)略性新興產(chan)業領(ling)(ling)(ling)域如航天航空領(ling)(ling)(ling)域、電子(zi)信息領(ling)(ling)(ling)域、新能源領(ling)(ling)(ling)域、節(jie)能環保領(ling)(ling)(ling)域也正(zheng)獲得(de)越來越廣泛的應用(yong)。
一、陶瓷材料在航天航空領域的應用
航天航空(kong)領域用(yong)材料(liao)(liao)大多在超高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)真(zhen)空(kong)、強輻照等極端苛刻(ke)環境中使用(yong),要(yao)求材料(liao)(liao)具(ju)有高(gao)(gao)比(bi)強、高(gao)(gao)比(bi)模(mo)、耐(nai)高(gao)(gao)溫、抗燒蝕(shi)等特性。雖然航天航空(kong)領域的(de)市場規模(mo)有限,但其(qi)對材料(liao)(liao)性能的(de)高(gao)(gao)要(yao)求有力推(tui)動了工程(cheng)陶瓷研制水平的(de)提高(gao)(gao)和(he)技(ji)術進步。
1、陶瓷基復合材料用于航天器外殼。碳纖維或碳化硅等陶瓷纖維增強陶瓷基復合材料已成為制造航天器外殼和火箭噴嘴(推力室)等不可或缺的材料。
陶瓷材料在(zai)極端條(tiao)件(jian)下應用優(you)勢特別明顯(xian)
2、HfB2、ZrB2、ZrC等用于(yu)超(chao)高(gao)(gao)溫(wen)陶(tao)瓷涂(tu)層。隨著超(chao)高(gao)(gao)聲速飛行器的(de)發展,對其表(biao)面抗(kang)燒蝕和(he)抗(kang)大氣沖刷的(de)要(yao)求也越來越高(gao)(gao),HfB2、ZrB2、ZrC等超(chao)高(gao)(gao)溫(wen)陶(tao)瓷作(zuo)為高(gao)(gao)溫(wen)涂(tu)層材料對提升(sheng)飛行器表(biao)面的(de)抗(kang)燒蝕和(he)抗(kang)沖刷能力有著不可替代的(de)作(zuo)用。
3、氮化物復合材料用于高溫透波材料。氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷具有耐高溫、介電常數和介電損耗低、抗蠕變和抗氧化等優異性能,可用作新一代透波材料,但很難在超高音速飛行器天線罩工作的苛刻環境下使用,因此氮化物復合材料將成為高溫透波材料的發展方向。六方氮化硼陶瓷的導熱性好、微波穿透能力強,可用作雷達窗口材料,同時其密度較小,可用作飛行器的高溫結構材料。
二、陶瓷材料在電子信息領域的應用
1、陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)電路基板陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)材料。工程陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)對電子信息領(ling)域的(de)技(ji)術進步起著至關重要的(de)作用(yong),氮化(hua)鋁、氧化(hua)鋁、藍寶石基片在高集成度的(de)電路板上應用(yong)越來越廣泛。
2、寬禁帶半導體材料陶瓷材料。碳化硅等寬禁帶半導體材料的發展可大幅提高原有硅集成電路的性能,對大功率和高密度用集成電路芯片的發展至關重要。
3、光釬及其連接器上的陶瓷材料。作為網絡信息傳輸的光纖及其連接器分別由高純石英玻璃纖維和氧化鋯陶瓷制造。
4、激光發光晶體。固體激光器的發光晶體材料主要是紅寶石或釔鋁石榴石;
5、相機上的壓電陶瓷。照相機的自動對焦系統少不了壓電陶瓷;
6、電子產品外殼材料。智能手機和手表的外殼也越來越多地選用表面光潔且耐磨性好的氧化鋯陶瓷。
氧化(hua)鋯表盤用于高端手表表盤
三、陶瓷材料在新能源領域的應用
1、鋰電池(chi)正負極材(cai)(cai)料。工程(cheng)陶瓷在新(xin)能源領域的(de)(de)應用范(fan)圍更是(shi)廣闊(kuo)。人們所熟悉的(de)(de)鋰離子電池(chi),其(qi)正極材(cai)(cai)料都(dou)是(shi)LiCoO2、LiMnO2、Li(Co,Ni,Mn)O2、LiFePO4等陶瓷材(cai)(cai)料,而(er)作為(wei)負極材(cai)(cai)料的(de)(de)碳材(cai)(cai)料也(ye)有被(bei)陶瓷取代的(de)(de)趨勢(shi)。
2、高溫燃料電池的隔膜材料為氧化鋯陶瓷;
3、集熱式太陽能熱發電的光吸收和熱傳導材料為碳化硅陶瓷;
4、核能發電用反應堆的中子吸收劑為碳化硼等含硼陶瓷;
5、碳化物涂層及氮化物和碳化物復合涂層可用做核聚變堆中的抗氚涂層;
6、風力發電的電機軸承也采用高可靠免維護的氮化硅陶瓷軸承;
7、氮化硼晶體經摻雜后可實現紫外發光,能用于制備紫外半導體激光器,而硅基氮化硼薄膜具有光電效應,可用于制備光電池。
隨著新能源技術的進一步發展,工程陶瓷在該領域的應用也將進一步拓展。
四、陶瓷材料節能環保領域的應用
工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)陶(tao)瓷在(zai)節能環保領域的應用非常廣泛,這也是工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)陶(tao)瓷產業發展的重點方向。
1、高氣孔率陶瓷材料用于隔熱保溫材料
具(ju)有(you)高閉口氣孔率(lv)(lv)的(de)(de)輕質(zhi)隔熱保溫(wen)材料(如氧化(hua)鋁空心球(qiu)、泡(pao)沫陶瓷(ci)制品等(deng))和耐高溫(wen)的(de)(de)氧化(hua)鋁纖維或莫來石(shi)多晶棉等(deng)可作為隔熱保溫(wen)材料在1000~1700℃的(de)(de)高溫(wen)下使(shi)用,有(you)效(xiao)節(jie)約了(le)能源。此外(wai),陶瓷(ci)材料通常具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)輻(fu)射(she)系數,作為工業爐(lu)的(de)(de)內襯材料可促進輻(fu)射(she)傳熱,升溫(wen)速率(lv)(lv)更快并使(shi)爐(lu)內溫(wen)度均勻;氮化(hua)鈦薄膜(mo)具(ju)有(you)低輻(fu)射(she)性能,在可見光(guang)區具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)透射(she)率(lv)(lv),在近紅外(wai)光(guang)區具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)反射(she)性,是一(yi)種高效(xiao)的(de)(de)節(jie)能薄膜(mo)。
2、高開口氣孔率的陶瓷膜用于煙氣分離及廢水處理
具(ju)有高開(kai)口氣(qi)(qi)孔率的(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)可實(shi)現高溫(wen)(wen)煙氣(qi)(qi)和工業(ye)含塵氣(qi)(qi)體的(de)氣(qi)(qi)-固分離,能有效(xiao)去除粒(li)徑小(xiao)于(yu)等于(yu)2.5μm的(de)顆粒(li)物及更(geng)細小(xiao)的(de)粉塵,且反沖再生效(xiao)果好;陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)使(shi)用(yong)溫(wen)(wen)度可達(da)1400℃以上(shang),能耐各種酸堿和腐蝕性(xing)氣(qi)(qi)體的(de)侵蝕,使(shi)用(yong)壽命長(chang)。在(zai)工業(ye)廢水和城鎮飲用(yong)水處理方面,陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)也因具(ju)有耐腐蝕、可再生和使(shi)用(yong)壽命長(chang)等更(geng)優異的(de)性(xing)能,正(zheng)逐步取代高分子膜(mo)材料而獲(huo)得越來越廣闊的(de)應用(yong)。
平板陶瓷膜