1、前言
特種陶瓷有熱壓鑄、熱壓、靜壓及氣相沉積等多種成型方法，這些陶瓷由于其化學(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)及性能不同于普通陶瓷，故稱為特種陶瓷或高技術(shù)陶瓷，在日本稱為精細(xì)陶瓷。特種陶瓷不同的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)決定了它不同的特殊性質(zhì)和功能，如高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、光電、電光、聲光、磁光等。由于性能特殊，這類陶瓷可作為工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、冶煉、能源、醫(yī)學(xué)、激光、核反應(yīng)、宇航等方面。一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是日本、美國(guó)和西歐國(guó)家，為了加速新技術(shù)革命，為新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，投入大量人力、物力和財(cái)力研究開發(fā)特種陶瓷，因此特種陶瓷的發(fā)展十分迅速，在技術(shù)上也有很大突破。特種陶瓷在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，特別是在高技術(shù)、新技術(shù)領(lǐng)域中的地位日趨重要。本世紀(jì)初特種陶瓷的國(guó)際市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到500億美元，因此許多科學(xué)家預(yù)言：特種陶瓷在二十一世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，必定會(huì)占據(jù)十分重要的地位。
2、生產(chǎn)工藝技術(shù)方面的新進(jìn)展
�。�1）在粉末制備方面，目前最引人注目的是超高溫技術(shù)。利用超高溫技術(shù)不但可廉價(jià)地研制特種陶瓷，還可廉價(jià)地研制新型玻璃，如光纖維、磁性玻璃、混合集成電路板、零膨脹結(jié)晶玻璃、高強(qiáng)度玻璃、人造骨頭和齒棍等。此外，利用超高溫技術(shù)還可以研制出象鉭、鉬、鎢、釩鐵合金和鈦等能夠應(yīng)用于太空飛行、海洋、核聚變等尖端領(lǐng)域的材料。例如日本在4000—15000℃和一個(gè)大氣壓以下制造金鋼石，其效率比現(xiàn)在普遍采用的低溫低壓等離子體技術(shù)高一百二十倍。
超高溫技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：能生產(chǎn)出用以往方法所不能生產(chǎn)的物質(zhì)；能夠獲得純度極高的物質(zhì)：生產(chǎn)率會(huì)大幅度提高；可使作業(yè)程序簡(jiǎn)化、易行。目前，在超高溫技術(shù)方面居領(lǐng)先地位的是日本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年日本超高溫技術(shù)的特種陶瓷市場(chǎng)規(guī)模也將會(huì)超過20萬億日元。此外，溶解法制備粉末、化學(xué)氣相沉積法制備陶瓷粉末、溶膠K凝膠法生產(chǎn)莫來石超細(xì)粉末以及等離子體氣相反應(yīng)法等也引起了人們的關(guān)注。在這幾種方法中，絕大部分是近年開發(fā)研究出來的或是在近期得以完善的。
(2)在成型及燒結(jié)方面，熱等靜壓法最為引人注目。該法與熱壓法相比能使物料受到各向同性的壓力，因而其瓷質(zhì)均勻，此外由于熱壓靜法可以施加幾千個(gè)大氣壓的高壓，這樣就使得要燒結(jié)的材料能在極低的溫度下得以燒結(jié)。目前，市場(chǎng)上出售的熱等靜壓法設(shè)備的最高使用溫度及最高壓力通常為2000℃，2000個(gè)大氣壓。
(3)在特種陶瓷的精密加工方面，真空擴(kuò)散焊接法是一種最有前途的方法。采用真空擴(kuò)散焊接法不僅可獲得高強(qiáng)度、高致密度、高幾何尺寸精度的金屬陶瓷制品(泄漏率不大于5×10ˉ11立方米·帕/秒)，而且無需使用貴重的稀有焊料，可用于制作各種形狀、各種尺寸，特別是大規(guī)格的金屬陶瓷制品。
另外，采用刀具加工陶瓷也引起了人們的極大興趣。目前，這方面的工作僅處于研究實(shí)驗(yàn)階段，由于用超高精度的車床和金剛石單晶車刀進(jìn)行加工，以微米數(shù)量級(jí)的微小吃刀深度和微小的走刀量，能獲得0.1微米左右的加工精度，因而許多國(guó)家把這種加工技術(shù)作為超精密加工的一個(gè)方面而加以開發(fā)研究。
3 應(yīng)用方面的新發(fā)展
特種陶瓷由于擁有眾多優(yōu)異性能，因而用途廣泛。現(xiàn)按材料的性能及種類簡(jiǎn)要說明。
�。�1）、耐熱性能優(yōu)良的特種陶瓷可望作為超高溫材料用于原子能有關(guān)的高溫結(jié)構(gòu)材料、高溫電極材料等。
(2)、隔熱性優(yōu)良的特種陶瓷可作為新的高溫隔熱材料，用于高溫加熱爐、熱處理爐、高溫反應(yīng)容器、核反應(yīng)堆等。
(3)、導(dǎo)熱性優(yōu)良的特種陶瓷極有希望用作內(nèi)部裝有大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路電子器件的散熱片。
(4)、耐磨性優(yōu)良的硬質(zhì)特種陶瓷用途廣泛，目前的工作主要是集中在軸承、切削刀具方面。
(5)、高強(qiáng)度的陶瓷可用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器、葉片、渦輪、套管等；在加工機(jī)械上可用于機(jī)床身、軸承、燃燒噴嘴等。目前，這方面的工作開展得較多，許多國(guó)家如美國(guó)、日本、德國(guó)等都投入了大量的人力和物力，試圖取得領(lǐng)先地位。這類陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化鋁、氧化鋯等。
(6)、具有潤(rùn)滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼極為引人注目，目前國(guó)外正在加緊研究。
(7)、生物陶瓷方面目前正在進(jìn)行將氧化鋁、磷石炭等用作人工牙齒、人工骨、人工關(guān)節(jié)等研究，這方面的應(yīng)用引起人們極大關(guān)注。
4今后研究與開發(fā)的重點(diǎn)
(1)、特種陶瓷基礎(chǔ)技術(shù)的研究，例如燒結(jié)機(jī)理、檢測(cè)技術(shù)和粉末制備技術(shù)等；
(2)、超導(dǎo)陶瓷的研究；
(3)、特種陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而許多國(guó)家都把它作為一項(xiàng)主要內(nèi)容而加以研究；
(4)、陶瓷的纖維化是研制隔熱材料、復(fù)合增強(qiáng)材料等的重要基礎(chǔ)，目前國(guó)外，尤其是日本對(duì)陶瓷纖維及晶須增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料的研究極為重視，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；
�。�5）、多孔陶瓷由于具有特殊結(jié)構(gòu)，所以引起了各界的重視；
(6)、陶瓷與陶瓷或陶瓷與其它材料復(fù)合(陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷，陶瓷纖維增強(qiáng)金屬)問題也是現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)。
(7)、在非氮化物陶瓷中，目前國(guó)外研究最多的是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓熱交挽器及陶瓷刀具等；
(8)、隨著生物化學(xué)，生物醫(yī)學(xué)這些新興學(xué)科的發(fā)展，生物陶瓷的開發(fā)研究也變得越來越重要。
特種陶瓷有熱壓鑄、熱壓、靜壓及氣相沉積等多種成型方法，這些陶瓷由于其化學(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)及性能不同于普通陶瓷，故稱為特種陶瓷或高技術(shù)陶瓷，在日本稱為精細(xì)陶瓷。特種陶瓷不同的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)決定了它不同的特殊性質(zhì)和功能，如高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、光電、電光、聲光、磁光等。由于性能特殊，這類陶瓷可作為工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、冶煉、能源、醫(yī)學(xué)、激光、核反應(yīng)、宇航等方面。一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是日本、美國(guó)和西歐國(guó)家，為了加速新技術(shù)革命，為新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，投入大量人力、物力和財(cái)力研究開發(fā)特種陶瓷，因此特種陶瓷的發(fā)展十分迅速，在技術(shù)上也有很大突破。特種陶瓷在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，特別是在高技術(shù)、新技術(shù)領(lǐng)域中的地位日趨重要。本世紀(jì)初特種陶瓷的國(guó)際市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到500億美元，因此許多科學(xué)家預(yù)言：特種陶瓷在二十一世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，必定會(huì)占據(jù)十分重要的地位。
2、生產(chǎn)工藝技術(shù)方面的新進(jìn)展
�。�1）在粉末制備方面，目前最引人注目的是超高溫技術(shù)。利用超高溫技術(shù)不但可廉價(jià)地研制特種陶瓷，還可廉價(jià)地研制新型玻璃，如光纖維、磁性玻璃、混合集成電路板、零膨脹結(jié)晶玻璃、高強(qiáng)度玻璃、人造骨頭和齒棍等。此外，利用超高溫技術(shù)還可以研制出象鉭、鉬、鎢、釩鐵合金和鈦等能夠應(yīng)用于太空飛行、海洋、核聚變等尖端領(lǐng)域的材料。例如日本在4000—15000℃和一個(gè)大氣壓以下制造金鋼石，其效率比現(xiàn)在普遍采用的低溫低壓等離子體技術(shù)高一百二十倍。
超高溫技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：能生產(chǎn)出用以往方法所不能生產(chǎn)的物質(zhì)；能夠獲得純度極高的物質(zhì)：生產(chǎn)率會(huì)大幅度提高；可使作業(yè)程序簡(jiǎn)化、易行。目前，在超高溫技術(shù)方面居領(lǐng)先地位的是日本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年日本超高溫技術(shù)的特種陶瓷市場(chǎng)規(guī)模也將會(huì)超過20萬億日元。此外，溶解法制備粉末、化學(xué)氣相沉積法制備陶瓷粉末、溶膠K凝膠法生產(chǎn)莫來石超細(xì)粉末以及等離子體氣相反應(yīng)法等也引起了人們的關(guān)注。在這幾種方法中，絕大部分是近年開發(fā)研究出來的或是在近期得以完善的。
(2)在成型及燒結(jié)方面，熱等靜壓法最為引人注目。該法與熱壓法相比能使物料受到各向同性的壓力，因而其瓷質(zhì)均勻，此外由于熱壓靜法可以施加幾千個(gè)大氣壓的高壓，這樣就使得要燒結(jié)的材料能在極低的溫度下得以燒結(jié)。目前，市場(chǎng)上出售的熱等靜壓法設(shè)備的最高使用溫度及最高壓力通常為2000℃，2000個(gè)大氣壓。
(3)在特種陶瓷的精密加工方面，真空擴(kuò)散焊接法是一種最有前途的方法。采用真空擴(kuò)散焊接法不僅可獲得高強(qiáng)度、高致密度、高幾何尺寸精度的金屬陶瓷制品(泄漏率不大于5×10ˉ11立方米·帕/秒)，而且無需使用貴重的稀有焊料，可用于制作各種形狀、各種尺寸，特別是大規(guī)格的金屬陶瓷制品。
另外，采用刀具加工陶瓷也引起了人們的極大興趣。目前，這方面的工作僅處于研究實(shí)驗(yàn)階段，由于用超高精度的車床和金剛石單晶車刀進(jìn)行加工，以微米數(shù)量級(jí)的微小吃刀深度和微小的走刀量，能獲得0.1微米左右的加工精度，因而許多國(guó)家把這種加工技術(shù)作為超精密加工的一個(gè)方面而加以開發(fā)研究。
3 應(yīng)用方面的新發(fā)展
特種陶瓷由于擁有眾多優(yōu)異性能，因而用途廣泛。現(xiàn)按材料的性能及種類簡(jiǎn)要說明。
�。�1）、耐熱性能優(yōu)良的特種陶瓷可望作為超高溫材料用于原子能有關(guān)的高溫結(jié)構(gòu)材料、高溫電極材料等。
(2)、隔熱性優(yōu)良的特種陶瓷可作為新的高溫隔熱材料，用于高溫加熱爐、熱處理爐、高溫反應(yīng)容器、核反應(yīng)堆等。
(3)、導(dǎo)熱性優(yōu)良的特種陶瓷極有希望用作內(nèi)部裝有大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路電子器件的散熱片。
(4)、耐磨性優(yōu)良的硬質(zhì)特種陶瓷用途廣泛，目前的工作主要是集中在軸承、切削刀具方面。
(5)、高強(qiáng)度的陶瓷可用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器、葉片、渦輪、套管等；在加工機(jī)械上可用于機(jī)床身、軸承、燃燒噴嘴等。目前，這方面的工作開展得較多，許多國(guó)家如美國(guó)、日本、德國(guó)等都投入了大量的人力和物力，試圖取得領(lǐng)先地位。這類陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化鋁、氧化鋯等。
(6)、具有潤(rùn)滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼極為引人注目，目前國(guó)外正在加緊研究。
(7)、生物陶瓷方面目前正在進(jìn)行將氧化鋁、磷石炭等用作人工牙齒、人工骨、人工關(guān)節(jié)等研究，這方面的應(yīng)用引起人們極大關(guān)注。
4今后研究與開發(fā)的重點(diǎn)
(1)、特種陶瓷基礎(chǔ)技術(shù)的研究，例如燒結(jié)機(jī)理、檢測(cè)技術(shù)和粉末制備技術(shù)等；
(2)、超導(dǎo)陶瓷的研究；
(3)、特種陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而許多國(guó)家都把它作為一項(xiàng)主要內(nèi)容而加以研究；
(4)、陶瓷的纖維化是研制隔熱材料、復(fù)合增強(qiáng)材料等的重要基礎(chǔ)，目前國(guó)外，尤其是日本對(duì)陶瓷纖維及晶須增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料的研究極為重視，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；
�。�5）、多孔陶瓷由于具有特殊結(jié)構(gòu)，所以引起了各界的重視；
(6)、陶瓷與陶瓷或陶瓷與其它材料復(fù)合(陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷，陶瓷纖維增強(qiáng)金屬)問題也是現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)。
(7)、在非氮化物陶瓷中，目前國(guó)外研究最多的是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓熱交挽器及陶瓷刀具等；
(8)、隨著生物化學(xué)，生物醫(yī)學(xué)這些新興學(xué)科的發(fā)展，生物陶瓷的開發(fā)研究也變得越來越重要。
