特种陶瓷的成型与烧成新技术及其趋势
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陶瓷烧制技术的发展动态及前沿研究领域近年来,陶瓷烧制技术在材料科学领域取得了巨大的发展。
陶瓷作为一种古老而又重要的材料,具有优异的物理、化学和机械性能,被广泛应用于建筑、电子、航空航天等领域。
本文将探讨陶瓷烧制技术的发展动态以及当前的前沿研究领域。
一、传统陶瓷烧制技术的发展传统陶瓷烧制技术主要包括釉下彩、青花瓷、景德镇瓷等。
这些技术在中国古代的瓷器制作中起到了重要的作用。
然而,随着科学技术的进步,传统陶瓷烧制技术逐渐显露出一些局限性,例如烧制温度不易控制、成品质量不稳定等。
因此,人们开始寻求新的陶瓷烧制技术,以满足现代工业的需求。
二、现代陶瓷烧制技术的发展随着科学技术的不断进步,现代陶瓷烧制技术得到了长足的发展。
其中,最为重要的是高温陶瓷烧制技术。
高温陶瓷烧制技术具有烧结温度高、成品质量好、性能稳定等优点,被广泛应用于航空航天、电子器件等领域。
此外,还有一些新兴的陶瓷烧制技术,如微波烧结技术、等离子烧结技术等,这些技术在提高陶瓷烧结效率、改善陶瓷性能方面具有巨大的潜力。
三、陶瓷烧制技术的前沿研究领域1. 绿色陶瓷烧制技术随着环境保护意识的增强,绿色陶瓷烧制技术成为了当前的研究热点。
绿色陶瓷烧制技术主要包括低温烧结技术、无铅釉技术等。
这些技术在减少能源消耗、降低环境污染方面具有重要意义。
2. 纳米陶瓷烧制技术纳米陶瓷烧制技术是当前陶瓷研究领域的热点之一。
纳米陶瓷材料具有优异的力学性能、导电性能等特点,在电子、光电子器件等领域具有广阔的应用前景。
纳米陶瓷烧制技术的发展将进一步推动纳米材料的应用。
3. 3D打印陶瓷技术3D打印技术是近年来快速发展的一项技术,而在陶瓷领域的应用也日益受到关注。
3D打印陶瓷技术可以实现复杂形状的陶瓷制品的快速制造,具有很大的应用潜力。
目前,研究人员正在探索3D打印陶瓷技术的优化和改进,以提高打印精度和制品质量。
四、未来展望陶瓷烧制技术的发展为陶瓷材料的应用提供了更多可能性。
陶瓷制品的工艺创新与技术突破陶瓷制品作为一种古老而又重要的手工艺品,一直以来都扮演着重要的角色。
随着时代的进步和人们对生活品质的追求,陶瓷制品的工艺创新与技术突破变得尤为重要。
本文将探讨陶瓷制品的工艺创新与技术突破,分析其发展趋势及影响,以及现代科技对传统陶瓷工艺的影响。
一、陶瓷制品工艺创新的发展趋势随着消费者对个性化、可持续发展和环境友好的要求不断增加,陶瓷制品的工艺创新也在不断发展。
以下是一些陶瓷制品工艺创新的发展趋势:1. 利用数字化技术进行设计与制造随着计算机辅助设计(CAD)和三维打印技术的发展,数字化技术已经成为陶瓷制品设计与制造过程中不可或缺的一部分。
这些技术使得设计师可以更加灵活地创造出复杂、精美的陶瓷制品,并且大大缩短了产品开发的周期。
2. 注重环境友好和可持续发展在全球环境问题日益突出的背景下,陶瓷制品的工艺创新也越来越注重环境友好和可持续发展。
陶瓷制品的生产过程中,采用低碳材料和绿色能源,降低碳排放和资源消耗,已经成为业界的共识。
3. 结合传统与现代元素在陶瓷制品的设计与制作中,结合传统与现代元素已经成为一种流行趋势。
通过将传统的纹饰、工艺、材料与现代的设计理念相结合,可以创造出独一无二的陶瓷制品,满足消费者对个性化的需求。
二、陶瓷制品技术突破的影响陶瓷制品技术的突破不仅对产品质量和外观带来了革命性的改变,也对陶瓷行业的发展产生了深远的影响。
以下是一些陶瓷制品技术突破的影响:1. 提高产品质量和生产效率随着陶瓷制品技术的突破,产品的质量和生产效率得到了大幅提升。
通过引入自动化设备和先进的生产工艺,陶瓷制品的生产速度和精确度得到了显著提高,从而满足了市场对高品质陶瓷产品的需求。
2. 拓展产品应用领域陶瓷制品技术的突破为陶瓷产品的应用领域提供了更多可能性。
例如,通过使用新型材料和工艺,陶瓷制品可以具备更高的耐磨、耐高温等特性,从而拓展了陶瓷制品在工业、建筑和航天等领域的应用。
3. 提升品牌形象和市场竞争力陶瓷制品技术的突破也为企业提升品牌形象和市场竞争力提供了机会。
国外特种陶瓷的发展及新动向特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法,这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于一般陶瓷,故称为特种陶瓷或高技术陶瓷,在日本称为精细陶瓷。
特种陶瓷不同的化学组成和组织结构打算了它不同的特别性质和功能,如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。
由于性能特别,这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。
一些经济发达国家,特殊是日本、美国和西欧国家,为了加速新技术革命,为新型产业的进展奠定物质基础,投入大量人力、物力和财力讨论开发特种陶瓷,因此特种陶瓷的进展非常快速,在技术上也有很大突破。
特种陶瓷在现代工业技术,特殊是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。
本世纪初特种陶瓷的国际市场规模估计将达到500亿美元,因此很多科学家预言:特种陶瓷在二十一世纪的科学技术进展中,必定会占据非常重要的地位。
生产工艺技术方面的新进展(1)在粉末制备方面,目前最引人注目的是超高温技术。
利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷,还可廉价地研制新型玻璃,如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。
此外,利用超高温技术还可以研制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。
例如日本在4000—15000℃和一个大气压以下制造金钢石,其效率比现在普遍采纳的低温低压等离子体技术高一百二十倍。
超高温技术具有如下优点:能生产出用以往方法所不能生产的物质;能够获得纯度极高的物质:生产率会大幅度提高;可使作业程序简化、易行。
目前,在超高温技术方面居领先地位的是日本。
据统计,2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。
此外,溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。
特种陶瓷、先进陶瓷的16种成型工艺、应用简介及优缺点总结01特种陶瓷特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。
特种陶瓷分类及应用02特种陶瓷成型方法及特点陶瓷成型就是将陶瓷原料按照实际生产的要求制作成具有规定形状、尺寸及一定强度的生坯,成型过程取决于陶瓷原料的性能和成型工艺方法。
造就陶瓷制品形状的方法也是多种多样的,但总的来说,可以分为干法成型和湿法成型。
干法成型包括干压成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。
湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。
塑性成型也称湿压法,是指将已制成塑性的物料在刚性模具中压制成型的一种成型方法,包括挤压成型、注射成型、轧膜成型(压延成型)等几种。
胶态浇注成型是将具有流动性的浆料制成可自我支撑形状的一种成型方法。
该法利用浆料的流动性,使物料干燥并固化后得到一定形状的成型体。
主要包括注浆成型、注凝成型、流延成型、直接凝固成型、胶态振动注模成型等。
陶瓷材料及部件的主要成型工艺2.1干压成型干压成型就是在陶瓷粉料中加入一定量的有机添加剂(粘结剂、润滑剂、可塑剂、消泡剂、减水剂等),在外界压力的作用下,使其在模具中成型。
优点:易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。
缺点:在成型过程中,常会因为径向、轴向的压力分布不均而引起坯体的分层,开裂、密度不均等现象也会经常发生。
2.2等静压成型等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。
根据成型温度的不同,等静压成型又分为热等静压成型和冷等静压成型。
冷等静压是在常温下对工件进行成型的等静压法。
热等静压是在指在高温高压下对工件进行等压成型烧结的等静压法。
陶瓷球坯模压-等静压成型工艺过程陶瓷球坯直接等静压成型工艺过程优点:能压制具有凹形、空心、细长件以及其他复杂形状的零件;摩擦损耗小,成型压力低;压力从各个方面传递,压坯密度分布均匀、压坯强度高,模具制作方便,寿命长,成本较低。
第3章特种陶瓷成型与烧结方法特种陶瓷是一类具有特殊性能的陶瓷材料,通常用于高温、高压、高耐磨、高绝缘等领域。
特种陶瓷的成型与烧结方法对其最终性能起到决定性的影响。
本章将介绍特种陶瓷的常见成型方法和烧结方法。
特种陶瓷的成型方法主要有浇注成型、压制成型和注射成型。
浇注成型是将特种陶瓷浆料倒入模具中,通过自然沉降或震动使浆料填充到模具的各个角落。
浇注成型适用于形状复杂、尺寸大、精度要求不高的陶瓷制品。
压制成型是将特种陶瓷粉末加入模具中,然后通过机械压力使粉末充分密实,形成所需形状的瓷坯。
压制成型适用于制备形状简单、尺寸小、精度要求高的陶瓷制品。
常见的压制成型方法有干压成型和等静压成型。
干压成型是将特种陶瓷粉末加入模具中,然后通过机械压力进行压制,将粉末压制成所需形状的瓷坯。
干压成型适用于成型粘度较低的陶瓷粉末,常用于制备砖瓦、石材等制品。
等静压成型是将特种陶瓷粉末加入模具中,然后通过高压、高温等条件进行压制,使粉末充分结合,在模具中形成所需形状的瓷坯。
等静压成型适用于高度致密的特种陶瓷制品,如金刚石、硼氮、氧化锆等。
注射成型是将特种陶瓷浆料注入到模具中,然后通过压力使浆料填满整个模具,形成所需形状的瓷坯。
注射成型适用于形状复杂、尺寸小、精度要求高的特种陶瓷制品。
特种陶瓷的烧结方法主要有传统烧结、微波烧结和等离子烧结。
传统烧结是将特种陶瓷瓷坯置于高温炉中,在一定的温度范围内进行长时间的烧结。
传统烧结适用于大多数特种陶瓷材料,可以使陶瓷材料的结合力和致密度得到提高。
微波烧结是利用微波的加热效应,将特种陶瓷瓷坯置于微波场中进行加热和烧结。
微波烧结可以实现快速、均匀的烧结,可以提高特种陶瓷材料的性能。
等离子烧结是利用等离子体的高温、高能量特性,对特种陶瓷瓷坯进行加热和烧结。
等离子烧结可以在较短的时间内实现高温烧结,能够提高特种陶瓷材料的致密度和光滑度。
总之,特种陶瓷的成型与烧结方法对其最终性能起到重要的影响。
新型陶瓷的工艺技术发展摘要:陶瓷材料是无机非金属材料中重要的组成部分,具有耐高温,耐腐蚀,强度高等。
在工业或民间上有广泛的应用。
随着技术的发展,人们对陶瓷材料有更高的要求,这就使得对其的研究进一步加深。
这就需要用更加成熟的成分搭配和合理的新型加工方式,来达到人们期待的优越性能,制造出更好的先进陶瓷或特种陶瓷。
关键词:陶瓷先进陶瓷工艺制备发展方向正文:无机非金属材料一般可分为16类:非金属矿;水泥;胶凝材料及制品;玻璃;玻璃纤维;玻璃纤维增强塑料;搪瓷;铸石;陶瓷;砖瓦;耐火材料;高温及特种无机涂层;碳素材料;磨具和磨料;人工晶体;纳米陶瓷复合材料。
对于无机非金属来说,其远期目标是按照预定的要求设计并实现新材料,充分发挥某种材料的长处,避开短处,最大限度的挖掘其潜力。
而对于陶瓷,在我国的发展时间已经有一万多年,瓷器也有近两千年,一直到现代话的今天,依旧是一种非常有潜力的材料,现代社会中,陶瓷的作用越来越大,除了在普通生活场所中,陶瓷在航天空间,能源,计算机,生物医疗,电子等。
传统陶瓷主要指硅酸盐陶瓷材料,随着技术的发展,现在的先进陶瓷和特种陶瓷都在不断地进步。
一般来说,通常认为先进陶瓷是采用高度精选的原料、具有能精确控制的化学组成、按照便于控制的制造加工技术的,便于进行结构设计,并具有优异特性的陶瓷。
先进陶瓷一般包括结构陶瓷材料、功能陶瓷材料、以及半导体(敏感)陶瓷材料、陶瓷纤维和纤维强化陶瓷基复合材料等。
与传统陶瓷相比,先进陶瓷材料有高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有特殊功能。
在制备工艺上,突破了传统陶瓷以炉窑为主的生产手段的界限,广泛采用了真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段。
先进陶瓷的发展方向大体上有4种:结构陶瓷、功能陶瓷、陶瓷复合材料、纳米陶瓷。
为了改善陶瓷的力学性能,陶瓷又向新的复相(或多相)的方向发展。
所谓多相复合陶瓷是指在陶瓷基体中引入第二相材料,即使单体陶瓷获得补强、增韧的材料,又称为复相陶瓷。
特种陶瓷生产工艺
特种陶瓷是指具有特殊性能和特殊用途的陶瓷材料,其生产工艺相对于普通陶瓷要求更为精细和复杂。
首先,特种陶瓷的原料选取非常重要。
特种陶瓷一般采用高纯度、细粒度的原料,如氧化铝、氧化锆、碳化硅等。
在选料过程中,需要对原料进行分析和筛选,确保其成分和颗粒大小的均匀性,以免对成品陶瓷的性能产生不良影响。
其次,特种陶瓷的成型方法多样。
常见的成型方法包括注塑成型、压制成型、挤出成型等。
其中,注塑成型是一种较为常用的方法,它通过将粉末与有机增塑剂混合,并加热使其变得可塑,再通过注射机将其压入模具中,最后经过高温烘烤使之固化成型。
然后,特种陶瓷的烧结过程一般分为前烧和后烧。
前烧是将成型后的陶瓷坯体在一定温度下进行烘烤,以去除残留的有机物和气泡,并使陶瓷坯体的颗粒结合成坚固的整体。
后烧是在更高的温度下进行,使陶瓷坯体的颗粒进一步熔结,从而增强陶瓷的密度和硬度,提高其力学性能。
最后,特种陶瓷还需要进行后处理工艺。
后处理工艺可以进一步提升特种陶瓷的性能和质量。
常见的后处理工艺包括研磨、抛光、修补、激光加工等。
这些工艺可以使陶瓷表面更加光滑,去除杂质和缺陷,提高陶瓷的抗磨损能力和耐热性。
综上所述,特种陶瓷的生产工艺是一个复杂而精细的过程。
从
原料选取、成型、烧结到后处理,每个环节都需要严格控制和精确操作,以确保特种陶瓷的品质和性能。
只有在专业的工艺指导下,特种陶瓷才能发挥其独特的特性,满足各种特殊用途的需求。
国内先进陶瓷状况与发展机遇和挑战随着现代科学技术的高速发展,迫切要求研制与发展具有特殊性能的新一代先进陶瓷材料。
这是因为先进陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀以及优异的电学性能、光学性能、化学稳定性和生物相容性等优点,从而在航天航空、国防军工、机械化工、生物医疗、信息电子、核电与新能源等领域得到越来越多的应用,已成为国家某些重大工程和尖端技术中不可或缺的关键材料,因此具有重要的科学价值和国家战略意义。
近二十年来,在国家重大工程和尖端技术中对陶瓷材料及其制备技术也提出了更高的要求和挑战。
例如航天工业火箭发射中液氢液氧涡轮泵用的Si 3N 4陶瓷轴承在无润滑状态下高速运转、激光武器需使用大尺寸大功率Nd-YAG 激光透明陶瓷、地球卫星对地监测使用的SiC 陶瓷反射镜、大规模集成电路用高导热AlN 陶瓷基板、减少汽车尾气污染的蜂窝陶瓷催化剂载体、智能终端产品和油电混动车用小型化和高频化MLCC 等。
这些例子充分显示了新一代先进陶瓷材料对现代科学技术发展至关重要。
特别是近年来由于各种高纯氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷的快速发展,加快了国内对先进陶瓷的研发及量产步伐,尽量缩小与世界先进陶瓷发达国家的差距。
本文结合国内先进陶瓷发展现状,剖析了产业分布及产品应用状况,指出了国内先进陶瓷行业目前所面临的问题、机遇与挑战。
1、国内先进陶瓷研发与产业分布国内从事先进陶瓷研究与开发的高等院校和科研院所已达100多个单位,如清华大学、中科院上海硅酸盐研究所、哈尔滨工业大学、西北工业大学和武汉理工大学等,为企业发展在一定程度上提供了技术支撑。
这些单位研制的透明透波陶瓷、激光陶瓷、超高温陶瓷、陶瓷切削刀具、高温陶瓷基复合材料及其他功能陶瓷材料的性能都接近或达到国际先进水平,许多技术和产品已实现产业化。
国内先进陶瓷产业分布主要集中在广东、江苏、山东,以及江西、湖南、浙江、河南、河北等地,其中广东、江苏、山东三省的先进陶瓷产业集中度高,在技术和产品方面具有竞争力,图1为国内结构陶瓷代表性企业分布图。
陶瓷加工的趋势和特点
陶瓷加工的趋势和特点包括以下几个方面:
1. 自动化生产:随着科技的发展,现代陶瓷加工越来越趋向于自动化生产,通过使用先进的机械设备和自动化控制系统,可以提高生产效率并降低生产成本。
2. 创新材料:传统的陶瓷材料如瓷器、磁砖等在加工中仍然得到广泛应用,同时新型陶瓷材料如高温超导材料、透明陶瓷等也逐渐得到发展和应用。
3. 环保节能:陶瓷加工过程中产生的废料和废气对环境造成了一定的影响,因此在现代陶瓷加工中注重环保节能,采用清洁的生产工艺和环保材料。
4. 定制化生产:随着消费者对个性化产品的需求增加,陶瓷加工也越来越趋向于定制化生产,根据客户的需求来设计和制造独特的陶瓷产品。
5. 数字化技术:数字化技术如计算机辅助设计和3D打印等在陶瓷加工中得到广泛应用,可以提高设计和加工的精度和效率。
6. 轻量化:轻量化是当前陶瓷加工的一个重要趋势,通过减少材料的密度和厚度,可以降低产品的重量,并提高产品的耐用性和使用效果。
总之,现代陶瓷加工趋向于自动化、创新、环保、定制化、数字化和轻量化。
这
些趋势和特点使得陶瓷加工在各个领域都有广泛的应用,例如制陶业、建筑业、电子业等。
特种陶瓷的制备及应用特种陶瓷是指在一定条件下具有特殊功能和用途的陶瓷材料,具有高温、耐磨、耐腐蚀、导热性能优异的特点。
特种陶瓷的制备及应用在现代材料领域具有重要意义,广泛应用于航空航天、电子通讯、医疗器械、能源和环保等领域。
特种陶瓷的制备包括原料准备、成型、烧结和表面处理等工艺步骤。
首先是原料准备,通常是选择高纯度的氧化物粉末作为主要原料,根据需要添加其他成分。
然后是成型,成型工艺有多种方法,如注射成型、压制成型和模压成型等,以获得所需的形状和尺寸。
接下来是烧结,烧结是制备特种陶瓷的关键步骤,通过高温烧结将原料粉末结合成致密的块状陶瓷材料。
最后是表面处理,包括抛光、涂层和改性等工艺,以提高特种陶瓷的表面平整度和性能。
特种陶瓷的应用领域非常广泛。
在航空航天领域,特种陶瓷被广泛用于制造发动机零部件和导向系统,如涡轮叶片、燃烧室和航天器热保护系统等,因其具有优异的高温耐磨和耐腐蚀性能。
在电子通讯领域,特种陶瓷被用于制造电容器、电子陶瓷、热敏电阻和压敏电阻等元器件,因其具有优异的介电性能和导电性能。
在医疗器械领域,特种陶瓷被用于制造人工关节、牙科修复材料和医疗器械包装等,因其具有良好的生物相容性和耐磨性能。
在能源和环保领域,特种陶瓷被用于制造燃料电池、太阳能电池和环保过滤器等,因其具有良好的化学稳定性和能量转换效率。
特种陶瓷的制备及应用在提高材料性能和推动科技进步方面发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展,特种陶瓷的制备工艺和应用技术也在不断创新。
例如,利用纳米技术制备纳米陶瓷材料,可以显著提高陶瓷材料的机械性能和导热性能。
利用3D打印技术制造特种陶瓷制品,可以实现复杂形状和结构的定制化制造。
利用表面处理和改性技术提高特种陶瓷的表面硬度和耐磨性能,提高其在特定环境中的应用寿命。
总之,特种陶瓷作为现代材料领域的重要一员,具有独特的特性和广泛的应用前景。
通过不断创新制备工艺和应用技术,特种陶瓷在航空航天、电子通讯、医疗器械、能源和环保等领域的应用将会更加广泛,为推动科技进步和社会发展做出更大的贡献。
特种陶瓷概述摘要本文主要叙述了国内特种陶瓷市场发展和生产现状,讲述了相关的制备方法和最新的相关技术前沿工艺,最后展望了特种陶瓷未来的发展趋势。
关键词特种陶瓷;市场现状;制备工艺;发展规模前言特种陶瓷也称为先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷等,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的,具有独特和优异性能的陶瓷材料。
已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。
特种陶瓷于二十世纪发展起来,在近二、三十年内,新产品不断涌现,在现代工业技术,特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。
许多科学家预言:特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中,必将占据十分重要的地位。
特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能,可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。
一些经济发达国家,特别是日本、美国和西欧国家,为了加速新技术革命,为新型产业的发展奠定物质基础,投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷,因此,特种陶瓷的发展十分迅速,在技术上也有很大突破。
1.发展现状1.1市场情况:与20年前相比,目前我国特陶行业结构变化巨大,私营企业、外资企业的数量和比重迅猛增加,特别是外资企业增长势头迅猛,约占我国全部特陶企业的10%左右。
当前在电子陶瓷行业中,股份制和三资企业市场竞争力最强。
我国特陶市场的开放和市场规模的潜力,吸引许多国外企业纷纷进入,投资不断增加,规模逐步扩大,其投资模式已从最初的产品输入(经销产品)到生产输入(投资设厂),再到应用研究输入(设立实验室),对我国本土特陶企业带来巨大挑战。
1995年我国特种陶瓷产品销售额80亿元人民币(约合10亿美元),其中电子陶瓷约占70%,约56亿元;结构陶瓷占30%,约为24亿元。
相当于日本的1/9、美国的1/5,与欧洲的市场规模相当。
我国特种陶瓷行业发展现状我国特种陶瓷行业发展现状呈现出快速增长和技术进步的特点。
特种陶瓷,又称先进陶瓷、精密陶瓷、高性能陶瓷,是指具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。
它以无机非金属材料为基础原料,以特定比例混配其他化合物,经成型、烧结等工艺制备而成。
特种陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷,具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特性,适用于严苛的环境或工程应用条件。
在电子、超导、光学、生物、储能等领域有着广泛的应用。
一、我国特种陶瓷行业发展概况1. 产量和市场规模:近年来,我国特种陶瓷行业产量和市场规模呈现出稳步增长的趋势。
根据数据显示,我国特种陶瓷市场规模逐年扩大,产量也在不断增加,成为全球特种陶瓷生产和消费大国。
2. 产区分布:特种陶瓷产区覆盖了我国大部分地区,其中以广东、山东等地区最具代表性。
这些地区形成了独具特色的特种陶瓷集群,为我国特种陶瓷行业的发展提供了有力支撑。
3. 企业数量:随着特种陶瓷行业的快速发展,我国规模以上特种陶瓷企业数量逐年增加。
根据数据显示,我国规模以上特种陶瓷企业数量已达到一定规模,为行业的发展提供了有力保障。
二、我国特种陶瓷行业技术进步和创新1. 技术水平:我国特种陶瓷行业技术水平不断提高,已经取得了一大批具有国际领先水平的技术成果。
在结构陶瓷、功能陶瓷等领域,我国特种陶瓷行业已经形成了具有自主知识产权的核心技术。
2. 创新能力:我国特种陶瓷行业创新能力不断提高,拥有一批具有国际竞争力的企业和研究机构。
这些企业和研究机构通过不断研发新产品、新技术,推动我国特种陶瓷行业的技术进步。
三、我国特种陶瓷行业政策扶持1. 政策环境:我国政府对特种陶瓷行业给予了高度关注,出台了一系列政策措施扶持行业发展。
如《新材料产业发展规划(2016-2020年)》明确提出要大力发展特种陶瓷等新材料产业。
2. 资金支持:我国政府加大对特种陶瓷行业的资金支持力度,通过设立专项基金、扶持重点企业等方式,推动特种陶瓷行业的技术研发和产业化发展。
无机非金属新材料-特种陶瓷的发展及建议摘要:特种陶瓷品种繁多,应用领域广泛。
无论从产量方面还是技术方面我国与发达国家都存在差距。
本文将从特种陶瓷的制备技术和原料配方,还有管理角度进行分析我们国特种陶瓷的发展现状,并提出关于我国特别陶瓷发展的科学合理建议。
关键:特种陶瓷;发展战略;战略分析;无机非金属新材料1.特种陶瓷的定义、分类与主要用途1.1 特种陶瓷的定义特种陶瓷(Special Ceramics)又称为精细陶瓷(Fine ceramics),先进陶瓷(Advanced Ceramics),高技术陶瓷(High-tech. ceramics),工程陶瓷(Enginerring Ceramics),新型陶瓷(New Ceramics),近代陶瓷(Mordern Ceramics)。
1.2特种陶瓷的分类与用途特种陶瓷依据化学成分可以分为:氮化特种陶瓷、氧化特种陶瓷、碳化物特种陶瓷、硅化物特种陶瓷、硼化物特种陶瓷、氟化物特种陶瓷、硫化特种陶瓷等。
特种陶瓷按性能与用途可以分为:特种机构陶瓷和特种功能陶瓷两大类。
2特种陶瓷发展现状2.1特种陶瓷的需求特种陶瓷的应用领域非常的广阔,下面我们通过图表分析国际上对特种陶瓷的需求量,分别如表1-1,表1-2,所示。
表1-1国际特种陶瓷需求量材料国际特种陶瓷需求量/百万美元国际特种陶瓷年增长率/%1994 2000 2000/1994电子陶瓷11.886(70.8%)17.580(69.3%) 6.7结构陶瓷 3.968(23.6%) 6.610(26.1%)8.9陶瓷涂层700(4.2%)900(3.5%) 4.3陶瓷复合材料200(1.2%)280(1.1%) 5.8合计16.800(100%)25.370(100%)7.2表1-2国际特种陶瓷需求量材料国际特种陶瓷需求量/百万美元国际特种陶瓷年增长率/% 1985 1994 2000 1994/1985 2000/1994氧化铝 2.32(39.8%)6.019(35.9%)8.820(34.8%)11.2 6.6铁酸盐560(9.6%)1.642(8.6%)2.190(8.6%)11.0 7.3钛酸盐 1.289(022.1%)3.642(21.7%)5.24(20.7%)12.2 6.3氧化锆312(5.4%)1.164(6.9%)2.080(8.6%)15.5 10.2 碳化硅309(5.3%)1.095(6.5%)1.46515.1 5.0(5.8%)董青石245(4.2%)57(3.4%)780(3.1%)9.8 5.4 氮化硅20(0.3%)120(0.7%)200(0.8%)22.0 8.9 氧化钹76(1.3%)140(0.8%)150(0.6%)7.0 1.2其他700(12%) 2.570(11.153%)4.4445(17.5%)15.5 9.6合计 5.31(100%)15.754(100%)25.370(100%)12.4 7.22.2美国特种陶瓷发展现状美国特种陶瓷以生产高温结构陶瓷为主。
探索陶瓷烧制中的创新技术与趋势陶瓷作为一种古老而又充满魅力的艺术形式,一直以来都在不断地发展和创新。
在现代科技的推动下,陶瓷烧制技术也得到了极大的提升和改进。
本文将探索陶瓷烧制中的创新技术与趋势,从材料、工艺和设计等多个方面进行分析和讨论。
首先,我们来看看陶瓷烧制中的材料创新。
传统的陶瓷烧制主要使用的是陶土,但随着科技的进步,人们发现了更多适合烧制的材料。
例如,高温陶瓷的烧制可以使用氧化铝、硅碳化物等材料,这些材料具有更高的熔点和耐高温性能,可以制作出更耐用和耐热的陶瓷制品。
此外,还有一些新型材料如陶瓷纳米颗粒、陶瓷纤维等也被应用于陶瓷烧制中,为陶瓷制品的性能和质量提供了更多的可能性。
其次,陶瓷烧制中的工艺创新也是不可忽视的。
传统的陶瓷烧制工艺主要包括制胎、施釉、装饰和烧制等步骤。
然而,随着科技的进步,人们开发出了更多高效、精确的工艺技术。
例如,3D打印技术的应用使得陶瓷制品的制作更加简便和灵活,可以实现更多复杂的设计和形状。
此外,还有一些新型的烧制技术如微波烧结、等离子烧结等被引入到陶瓷烧制中,提高了烧制效率和产品质量。
除了材料和工艺的创新,陶瓷烧制中的设计也是不可或缺的一环。
传统的陶瓷设计主要注重于形式和装饰,但现代陶瓷设计更加注重于功能和创意。
例如,一些陶瓷制品可以结合智能科技,实现温度控制、声音感应等功能,为用户提供更好的使用体验。
此外,一些设计师也开始尝试将陶瓷与其他材料结合,创造出更多样化和多功能的陶瓷制品。
这些设计的创新不仅提高了陶瓷制品的实用性,也增加了其艺术性和观赏性。
在未来,陶瓷烧制技术的创新和发展将会继续推动陶瓷艺术的进步。
随着人工智能、物联网等新兴技术的不断发展,陶瓷制品将会更加智能化和个性化。
例如,可以通过智能传感器实现对陶瓷制品的温度、湿度等参数的监测和控制,提高产品的品质和稳定性。
此外,虚拟现实和增强现实技术的应用也将为陶瓷设计师提供更多创作的可能性,使得陶瓷制品更加丰富多样。
特种陶瓷热处理特种陶瓷是一种新型的工程陶瓷材料,具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等优异性能,广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域。
然而,特种陶瓷的制备过程中存在着一些问题,如热应力、气孔、晶界等缺陷的产生,这些缺陷会降低其强度和韧性,影响其使用寿命和安全性。
因此,特种陶瓷的热处理技术显得尤为重要。
一、特种陶瓷的热处理方法特种陶瓷的热处理方法主要包括热处理、氧化、还原、热压等。
其中,热处理是最常用的一种方法,其目的是通过控制热处理参数,使陶瓷材料的晶界结构、气孔结构等得到改善,提高其力学性能。
1.热处理热处理是指将特种陶瓷材料在一定温度下持续加热一段时间,使其发生晶粒长大、气孔减少、晶界结构改善等微观结构变化的过程。
热处理的温度、时间、冷却速度等参数都会影响陶瓷材料的性能。
以氧化铝陶瓷为例,其热处理温度通常在1500℃以上,时间在2-3小时左右,冷却速度较慢。
通过热处理,可以使氧化铝陶瓷的晶界得到改善,气孔减少,从而提高其强度和韧性。
2.氧化氧化是指将陶瓷材料在氧气气氛中进行高温加热,使其表面形成一层氧化膜的过程。
氧化膜的厚度和质量会影响陶瓷材料的性能。
以氧化铝陶瓷为例,其氧化温度通常在1000℃以上,氧气气氛的浓度要控制在一定范围内。
通过氧化,可以使氧化铝陶瓷的表面形成一层致密的氧化膜,提高其耐腐蚀性能和表面硬度。
3.还原还原是指将陶瓷材料在还原气氛中进行高温加热,使其表面还原成金属或金属化合物的过程。
还原可以改善陶瓷材料的导电性能、热导率等性能。
以氧化铝陶瓷为例,其还原温度通常在1200℃以上,还原气氛的浓度要控制在一定范围内。
通过还原,可以使氧化铝陶瓷的表面还原成金属铝或铝合金,提高其导电性能和热导率。
4.热压热压是指将陶瓷粉末在高温高压下进行热压成型的过程。
热压可以使陶瓷材料的致密度和力学性能得到提高。
以氧化锆陶瓷为例,其热压温度通常在1400℃以上,压力在100MPa以上。
通过热压,可以使氧化锆陶瓷的致密度得到提高,气孔减少,从而提高其强度和韧性。
一、特种陶瓷的成型新技术及其趋势
1.热压铸成型
热压铸成形也是注浆成形的一种,是在坯料中混入石蜡,利用石蜡的热流特性,使用金属模具在压力下进行成形,冷凝后获得坯体的方法。
热压铸成形的工作原理:先将定量石蜡熔化为蜡液,与烘干的陶瓷粉混合凝固后制成蜡板,再将蜡板置于热压铸机筒内,加热熔化成浆料,通过吸铸口压入模腔,保压、去压、冷却成形,然后脱模取出坯体,热压铸形成的坯体在烧结之前须经排蜡处理。
该工艺适合形状复杂、精度要求高的中小型产品的生产,其设备简单、操作方便、劳动强度小、生产效率高。
在特种陶瓷生产中经常被采用。
但该工艺工序比较复杂、耗能大、工期长,对于大而长的薄壁制品,由于其不易充满模具型腔而不太适宜。
2.挤压成型
将粉料、粘结剂、润滑剂等与水均匀混合,然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状坯体。
其缺点是物料强度低容易变形,并可能产生表面凹坑和起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。
挤压成形用的物料以粘结剂和水做塑性载体,尤其需用粘土以提高物料相容性,故其广泛应用于传统耐火材料,如炉管以及一些电子材料的成形。
3.凝胶注膜成型
凝胶注模成形是一种胶态成形工艺,它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来,将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中,通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体,并加入引发剂和催化剂,然后将浓悬浮体(浆料)注入非多孔模具中,通过引发剂和催化剂的作用使有机物聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶,并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。
凝胶注模成形作为新型的胶态成形方法, 可净尺寸成形形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体,烧结成瓷的部件较干压成形的陶瓷部件有更好的电性能,已广泛应用于电子、光学、汽车等领域。
4.粉末注射成型
金属、陶瓷粉末注射成形(PIM)是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术。
它是将聚合物注射成形技术引入粉末冶金领域而生成的一种全新零部件加工技术。
该技术应用塑料工业中注射成形的原理,将金属、陶瓷末和聚合物粘结剂混炼成均匀的具有粘塑性的流体,经注射机注入模具成形,再脱除粘结剂后烧结全致密化而制得各种零部件。
PIM 作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术,具有比常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。
PIM能制造许多具有复杂形状特征的零件:如各种外部切槽、外螺纹、锥形外表面、交叉通孔、盲孔、凹台与键销、加强筋板、表面滚花等,这些零件都是无法用常规粉末冶金方法制得。
由于通过PIM制造的零件几乎不需要再进行机加工, 所以减少了材料的消耗,使材料获得预期的显微结构, 赋予材料各种性能。
生产的复杂形状零件数量高于一定值时,PIM 比机加工方法更经济。
PIM 工艺的优势为:能一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零部件。
产品成本低、光洁度好、精度高(0.3%~0.1%),一般无需后续加工。
产品强度、硬度、延伸率等力学性能高、耐磨性好、耐疲劳、组织均匀。
原材料利用率高,生产自动化程度高,工序简单,可连续大批量生产,无污染,生产过程为清洁工艺生产。
二、特种陶瓷的烧成新技术及其趋势
1.微波烧结技术
(1)原理:微波烧结工艺采用微波技术对陶瓷坯体进行整体加热,用微波辐射冲击陶瓷坯体,使坯体结构粒子随微波频率快速均匀振动,粒子间相互碰撞产生热量,使整体温度快速上升,坯体的显微结构烧制均匀。
(2)研究进展:微波烧结过程中,高频电磁波对材料进行辐射,微波可穿过材料并与材料发生相互作用将能量传递到材料中,交变电场引起分子能级的跃迁和偶极子的偏转,粒子的高速运动及相互的摩擦碰撞产生大量的热能,从而出现烧结过程。
但是关于微波促进烧结的机理还没有统一的认识,大多集中在降低活化能和为粒子提供扩散动力两方面。
由于微波的作用,粒子的动能和扩散速度都得到了提高,因此有助于陶瓷的致密化烧结。
此外,据文献对微波烧结动力学机理的探究,微波烧结所获得的材料收缩率与烧结时间成2/3次方,而常规烧结收缩率与烧结时间成2/5次方,因此微波烧结可以显著缩短烧结时间。
(3)特点:微波烧结最大的特点就是对材料的整体加热及选择性加热,微波加热的选择性主要由粉体中各种物质的介电常数决定。
在相同的微波条件下,介质的加热情况与其本身的性质有着密切的关系,对于不吸收微波的材料来说,合理使用微波介质材料才能实现微波烧结的目的。
微波烧结技术能大大节省烧制时间,提高烧制效率,烧制陶瓷产品成品率高。
但微波烧结工艺存在烧结设备投入大、维修费用高等不足之处,一定程度上限制了微波烧结技术的发展。
2.放电等离子体烧结(spark plasma sintering,SPS)
(1)原理:放电等离子体烧结过程中,脉冲电流通过模具及其中的样品,其中一部分电流贯穿样品与模具间隙,通过样品间隙的电流激活晶粒表面,击穿孔隙内残余气体,产生局部放电,甚至有一定的等离子体出现,促进晶粒间的局部结合,通过模具的电流同时会加热模具,给样品提供一个外在加热源。
所以,放电等离子体烧结是对样品的内外同时加热,并且可以有很高的升温速率。
关于放电等离子体烧结的机理,通常认为除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外,还存在粉体间放电产生的高温作用,高温可以迅速地传递到颗粒的表面使之熔化蒸发,产生液相,进而促进晶粒晶界的扩散,加速烧结致密化过程。
(2)特点及现状:SPS技术是利用脉冲电流通过模具及导电样品,实现样品的快速加热与冷却,因此能够有效抑制升温过程中晶粒的生长,保留所需的高温结构与物相成分,实现对材料微观结构的灵活调控。
其升温速率在100~3000℃/min之间,通常保温时间不超过10 min。
与传统的烧结技术相比,SPS具有更高的热效率,能够在更低的温度实现材料的快速密实化。
而在SPS技术的基础上发展的一系列快速烧结新技术(SPS Plus)为特种陶瓷制备提供了很多可能性。
3.高温自蔓延烧结(self-propagating high-temperature synthesis,SHS)
(1)研究表明,在SPS烧结过程中,通过石墨模具给陶瓷坯体施加轴向压力可以在不影响晶粒生长的同时促进陶瓷的致密化。
因而压力是一种理想的驱动力。
(2)机理分析:对于加压烧结,特别是在烧结初期,当颗粒接触点出现高应力时,类塑性变形是一种重要的致密化方式。
实际上,在压力辅助烧结过程中多种烧结机制会同时起作用。
但是相比于无压烧结中占主要地位的晶格和晶界扩散,类塑性变形和蠕变机制会在压力辅助烧结中起到更大作用。
在加压烧结的初始阶段。
陶瓷颗粒之间的接触面积相对于颗粒尺寸来说很小,仅为一个接触点。
所以颈部的接触应力是非常大的。
当施加压力增大时,接触应力也随之增大。
在极大的接触应力下,接触面发生屈服,导致陶瓷颗粒之间的接触由点接触变为面接触。
同时颗粒接触面之间的切向应力也会导致晶界滑移.这两种类塑性变形使
得陶瓷颗粒中心之间的距离变小,因而促进了陶瓷坯体的快速收缩致密化。
接触面增大造成的应力减小以及变形导致的加工硬化使得类塑性变形的作用逐渐减小,当晶界应力不足以导致类塑性变形时。
压力辅助条件下的蠕变和扩散机制也会使得致密化较快进行,直至完全致密。
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