浅析Al2O3结构陶瓷及我国特种陶瓷发展概况
[摘要]高温结构陶瓷是特种陶瓷的一个重要的分支，高温结构陶瓷材料具有金属等其它材料所不具备的优点，既具有耐高温、高硬度、耐磨损和质轻等优点。本文通过介绍 陶瓷以希望大家了解氧化物结构陶瓷，并介绍我国目前特种陶瓷发展的概况。
[关键词]高温结构陶瓷氧化物概况
中图分类号：O611.62 文献标识码：O 文章编号：1009―914X（2013）28―0566―01
一、引言
随着科学技术的发展，对材料的使用提出了近乎苛刻的要求，如需要耐高温、耐磨损、质轻、韧性高等。传统的金属材料、高分子材料和无机非金属材料都无法满足这样的工作环境。高温结构陶瓷应运而生，自出现后尤其是近20年得到飞速发展。由此可见，高温结构陶瓷越来越重要。高温结构陶开始指氧化物系统陶瓷，后逐渐发展出非氧化物系统陶瓷和氧化物和非氧化物复合系统陶瓷。本文主要介绍 陶瓷和我国目前特种陶瓷发展的概况。
二、 陶瓷
陶瓷是一种以 — 为主晶的陶瓷材料。其 含量一般在75%—99.9%之间。通常习惯以配料中氧化铝的含量来分类。氧化铝含量在75%左右的为“75瓷”，含量在85%左右的为“85瓷”，含量在95%左右的为“95瓷”，含量在99%左右的为“99瓷”。 陶瓷具有很多优良的性能，因而在世界各国得到了广泛的应用。 陶瓷莫氏硬度为9，密度大约为3.9g/ 左右，机械强度约为150MPa，膨胀系数与金属相当，此外它还具有良好的化学稳定性。
2.1 陶瓷的制备
目前 陶瓷的制备主要生产工艺流程是原料煅烧、磨细、配方、加粘结剂、成型、素烧、修坯、表面处理。对 陶瓷生产就两个主要的生产工序和大家做以讨论。
a.磨细：对于煅烧过的 需要进行磨细处理，氧化铝的细度对产品性能均有很大的影响，一般采用球磨工艺，通常有两种方法，既湿磨和干磨。湿磨效率较高，对于干磨需要加入外加剂，如油酸等，一般含量为1%—3%，可以防止粘结，提高球磨效率。极细微粉的球磨制造在我国还是非常困难的。
b.烧结：烧结这一工序在制造特种氧化铝陶瓷的生产工艺中至关重要，对于 陶瓷的密度、结构、性能、使用寿命都有很大影响。烧成制度对 性能影响最大。分为传统烧结制度和控制升温速率烧成制度。经相关研究表明，控制升温速度的烧成制度比较理想，在1445摄氏度可以得到相对密度为99.3%的坯体，晶粒尺寸为1—1.5um，原因是控制升温速率不会使早期致密化的速率过快，也不会过早的封闭气孔，造成气体不能完全排出。烧成气氛对其性能也有影响。对于烧结来说，氧的气压越低越有利于烧结，以氩气最好但对于晶粒长大的作用来说，以氨气最为显着。因此对于 的烧结最好的是在氩气和空气中进行。
2.2 陶瓷的增韧
增强陶瓷的韧性是相关科研人员一直从事的工作。陶瓷的脆性是制约陶瓷使用范围和领域拓宽的一个很大的瓶颈。 陶瓷的增韧主要包括以下几种增韧技术。纤维增韧：纤维的增韧机制主要是纤维的拔出与桥接作用，以及阻碍裂纹扩展并使其转向等。纤维增韧效果取决于其与 陶瓷的结合强度、排列方式、纤维的含量等。如果纤维线膨胀系数稍大于基体，烧结冷却后基体内的残余压应力阻止裂纹的扩展，提高增韧效果；自增韧：自增韧是通过引入添加剂或晶种来诱导 — 晶粒异向生长成为板状、棒状等形貌，从而产生类晶须或短纤维的增韧效果，其增韧机制主要为晶粒拔出、裂纹桥接、裂纹偏转等； 相变增韧： 从t相（正方相）向m相（单斜相）转变时会产生约5%的体积膨胀，以其作为 陶瓷的增韧相，将在基体内产生微裂纹和残余应力等，并产生韧化效果；复合增韧：复合增韧既是指采用不同方法协同增韧氧化铝陶瓷，常见的复合方式有延性颗粒与 相变、异相颗粒、 相变与晶须等。
2.3 陶瓷的应用
不同 — 含量的 陶瓷具有不同的性能，不同性能的产品可以运用的领域各有差异。利用其强度和硬度较大的性能，可以运用其制造磨料磨具、纺织瓷器等。近年来发展研究的透明氧化铝陶瓷具有原有材料的耐高温、耐腐蚀、高强度、高绝缘等特性，又具有玻璃的光学性能，广泛应用于钠光灯管、红外检测材料等。利用其化学稳定性较好和强度大等特点，可以制造人工骨、磁流体和航空发电材料等。随着科学技术的不断进步，新品种 陶瓷以及复合氧化铝陶瓷的发展，必将在现代化工业和科学技术得到越来越广泛的应用。
三、我国目前特种陶瓷发展概况
我国特种陶瓷的生产和加工在过去的25年间，已经取得了巨大的进步和发展，但是国际先进水平和工业化程度还存在很大的差距。曾在某次陶瓷国际博览会上，专家预计到2013年我国特种陶瓷行业的产值将达到450亿元。我国特陶资源丰富，截止目前已经有几百家企业单位从事特种陶瓷的生产和加工。在科研机构中，中国科学院上海硅酸盐研究所、清华大学精细陶瓷国家重点实验室、天津大学等都对我国特种陶瓷的发展和进步起到了巨大的推动作用。目前在中国，生产特种陶瓷的企业还是比较多的，但是比较分散，不像建筑陶瓷生产那样产业具有集群作用进而带动一条产业链的发展。我国特种陶瓷工业的发展目前主要有以下三方面的发展瓶颈：1、特种陶瓷原料粉体的性能，原料粉体的细度、烧结活性都很大程度的影响产品的强度、韧性和质量的稳定性。2、生产技术水准整体比较落后，我国目前的特陶生产技术水准还是比较落后的，与欧美等发达国家比还存在很大的差距。3、设备制造技术落后，普通氧化物结构陶瓷对于烧结设备的要求相对较小，但是氮化物、碳化物等高温结构陶瓷的生产加工对设备的要求极高，使用的设备依赖于国外进口。国内生产的设备在性能、使用寿命和加工工艺上都和国外设备有差距。
同时特种陶瓷的发展还需要克服韧性的问题，特种陶瓷以后的发展方向会朝着纳米技术的应用、特种陶瓷与其它材料的复合、降低生产成本、无损检测和生产标准化方向发展。
四、结语
我国特种陶瓷的发展还严重不足， 结构陶瓷的研究还不够彻底。这都需要研究人员不断地去探索。
参考文献
[1]陶瓷复合材料的研究进展陈维平、韩孟岩、杨少峰材料工程2011年第3期
[2] 陶瓷动态力学性能的实验研究张晓晴等北京理工大学学报2004年2月第2期第24卷
[3] 无机非金属新材料—特种陶瓷的发展及建议舒凯征 科技创新与应用2011年12月下
作者简介
周玉才，（1992—），安徽省芜湖市人，郑州大学材料科学与工程学院2010级本科生，专业：建筑结构与功能材料。