【会议报告】高技术陶瓷:现代科技不可或缺的材料


来源:中国粉体网   空青

[导读]  高技术陶瓷是指以精制的高纯、超细人工合成的无机化合物为原料,采用精密控制的制备工艺烧结,具有远胜过以往传统陶瓷性能的新一代陶瓷。

中国粉体网讯  高技术陶瓷是指以精制的高纯、超细人工合成的无机化合物为原料,采用精密控制的制备工艺烧结,具有远胜过以往传统陶瓷性能的新一代陶瓷,又称为先进陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷或高性能陶瓷。


高科技陶瓷值得关注的有哪些?


先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分,成为许多高技术领域发展的重要关键材料,备受各工业发达国家的关注,其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。先进陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。



信息时代对电子陶瓷需求不断攀升


与传统材料相比,电子陶瓷具有传统材料不可比拟的优势,其应用领域不断扩大,市场需求持续增长。如对计算机、笔记本电脑、平板电脑等领域产品的性能提升,电子陶瓷取代部分金属与塑料部件成为必然。在信息技术的时代背景下,电子工业前景必须是得被看好的。信息化、电子消费产业的快速发展,对电子陶瓷的需求巨大,全球市场容量超400亿美元。


电子陶瓷是先进陶瓷中最成熟的技术产品,占先进陶瓷市场份额的65%。主要用于芯片、电容、集成电路封装、传感器、绝缘体、铁磁体、压电陶瓷、半导体、超导等。主要材料有钛酸钡、氧化锌、钛锆酸铅、铌酸锂、氮化铝、二氧化锆和氧化铝等。


生物陶瓷材料与3D打印技术结合成为创新热点


生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料,即直接作用于人体或者与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。目前,以羟基磷灰石、B-酸三和生物活性玻璃为代表的生物陶瓷材料应用最广泛。由于生物陶瓷材料具有良好的生物活性,同时与生物体组织结构和化学组成之间相似,使其在生物医学工程领域具有巨大发展潜力。


近年来,随着3D打印技术的研究,在医学领域展开了全面发展,3D打印可以实现针对患者的解决方案,包括可吸收和永久性植入物、牙科植入物、牙冠和牙桥、医疗设备部件和手术工具等。骨骼本身可以被认为是高级的陶瓷基复合材料,原则上可以通过3D打印制造。实验表明,这种3D打印的人工骨具有高度的骨再生能力,甚至可以作为液体生物制剂的载体。


纳米陶瓷是现代高科技产业的必然趋势


由于尺寸的纳米化大大提升了晶界数量,使材料的超塑性和力学性能大为提高,极为有效地克服了传统陶瓷的弊端。同时,材料性质主要由原子的短程序性决定,可望通过原子排列的变化而使材料具有新的性能。纳米颗粒与光子、电子或位错的相互作用,能导致产生不寻常且有用的光学、电子及磁、力学等性能。这些,都为陶瓷产业带来了更为广阔的应用未来。


目前纳米陶瓷制备方法有三大类:物理制备法、气相法、湿化学法。制备的纳米陶瓷粉体有:Al2O3、ZrO2、SiO2、Si3N4、SiC、BaTiO3、TiO2等。纳米陶瓷的研制,带动了一些新的快速烧结设备的开发,如真空烧结工艺、微波烧结工艺和等离子烧结技术(SPS)等。


高温结构陶瓷材料成为航空航天行业“宠儿”


高温结构陶瓷材料具有金属等其他材料所不具备的优点,具有耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低热膨胀系数和质轻等特点,正在被广泛应用于冶金、建筑、电力和航空航天等行业。目前在航空航天中的应用研究主要集中在火箭喷嘴的耐热材料,太空飞船的隔热瓦,复合工程陶瓷材料以及宇宙飞船的观察窗涂层等,尤其是对具有轻质耐热、耐烧蚀、高熔点高强度的陶瓷纤维的研发极为关注。


陶瓷材料助力新能源领域快速发展


在能源匮乏和环境恶化日益严重的情况下,先进、高效节能环保技术得以实现的节能蓄热式热力垃圾焚烧炉(RTO)和冶炼行业节能蓄热室用蜂窝陶瓷、热气体净化领域和水处理领域用的陶瓷膜及装备、特高压交流输电技术与装备用的系列超/特高压悬式瓷绝缘子、蓄热换热用的碳化硅陶瓷部件、光伏产业用系列陶瓷制品都将会获得难得的发展契机。此外,随着污水、尾气污染的排放管控更加严格,多孔陶瓷材料也备受关注。                                                                                    

纵观人类发展史,每个时代的发展都是与新材料的发展密切相关,每一代材料的发展都推动着新时代的到来,未来是人类永生的生物材料时代还是半人半机的信息材料时代,现在还是未知数,但是可以明确知道的是,在新材料时代,先进陶瓷是当下最为重要的支柱产业之一。中国工程院发布的《面向2035的新材料强国战略研究》中指出,几乎每一个领域对于新材料的需求中都涉及到先进陶瓷,这足以体现先进陶瓷在当今社会的战略地位。


在此背景下,中国粉体网将于2023年12月20-21日湖北宜昌举办“第六届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”,届时,清华大学潘伟教授将带来题为《高技术陶瓷-现代科技不可或缺的材料》的报告,讲述能“上天入地”的高科技陶瓷在现代科技中的重要作用。



来源:

谢志鹏等:国内先进陶瓷状况与发展机遇和挑战

郑四华等:高技术陶瓷产业发展评价及战略研究

3D打印参考:生物医疗领域使用陶瓷3D打印面临的挑战

国瓷材料产业技术研究院报告、中国粉体网、百度词条


(中国粉体网编辑整理/空青)

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作者:空青

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