先进陶瓷材料及进展》第一章概述

图1溶胶-凝胶法制备BGs 的工艺流程图1前言先进陶瓷具有精细的结构，其化学键为离子键和共价键，键合能大，因而具有金属和高分子材料所不具备的高模量、高硬度、耐腐蚀等性能以及光、声、电等优异功能特性。

先进陶瓷优良的综合特性促使其广泛应用于电子、机械、计算机、医学工程、化工等各个领域。

近年来，先进陶瓷广泛受到材料科学工作者的关注。

随着先进陶瓷各种功能的开发，其市场规模将不断扩大，早在几年前先进陶瓷材料及其产品的销售总额就已超过500亿美元，年增长率达8%[1]。

随着高新科技的不断发展，先进陶瓷在某些高技术领域已成为关键材料和瓶颈材料，因而传统的经验技术已不能满足先进陶瓷的制备要求。

国内外学者对先进陶瓷材料的制备技术进行了大量研究[2-3]。

目前，先进陶瓷材料的制备不再是沿用传统的方法，而是采用与现代科技相结合的高新技术。

与传统的经验技术相比，高新技术制备的先进陶瓷尺寸精度高、结构均匀、致密度高、机加工量少，由此取代传统技术成为目前先进陶瓷材料制备的主流技术。

鉴于此，有必要对该材料的先进制备方法进行归纳分析，以期为先进陶瓷的制备、研究和生产提供参考。

2先进陶瓷素坯的制备技术事实上，与传统固相反应法相比，溶胶-凝胶工艺的反应温度低，粉体高度均匀，纯度可达化学纯[4-5]，并且可在溶液中对陶瓷薄膜或纤维的形状进行修饰[6-7]，具有优越的控制能力。

采用溶胶-凝胶法制备氧化铝陶瓷晶粒,可以缩短反应时间，并使各晶面产生各向异性，有效控制晶粒的形状。

按照工序，将氧化铝粉体配制成具有流动性的液态流体，在装有透射式X 射线测厚仪的流延机上进行流延成型，可制得厚度仅为10um，误差不超过1um 的高质量超薄型氧化铝陶瓷基片。

BGs 是一种多孔陶瓷材料，能够与骨等软硬组织结合，对宿主的伤害小[8-11]。

Eshsan Vafa 等[12]从苹果当中提取自制醋为催化剂，用溶胶-凝胶法合成了BGs，其流程如图1所示。

以往的研究表明，商业BGs 颗粒的粗糙度、孔隙率和均匀度都小于用溶胶-凝胶法制备的BGs 颗粒[13-14]。

先进陶瓷材料先进陶瓷材料是指具有优异性能和广泛应用前景的陶瓷材料，它们在材料科学领域发挥着重要作用。

与传统陶瓷材料相比，先进陶瓷材料具有更高的强度、硬度、耐磨性、耐高温性、化学稳定性和绝缘性。

它们被广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械、能源等领域，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。

先进陶瓷材料主要包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。

这些材料具有优异的高温性能和耐磨性，因此在航空航天领域得到广泛应用。

例如，氮化硅陶瓷被用作航空发动机零部件的高温结构材料，氧化锆陶瓷被用作航天器热结构材料，氧化铝陶瓷被用作航空航天器的绝缘材料。

在汽车制造领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

碳化硅陶瓷被用作汽车发动机零部件的高温结构材料，氧化铝陶瓷被用作汽车刹车片的耐磨材料，氮化硅陶瓷被用作汽车发动机气门的耐磨材料。

这些材料的应用大大提高了汽车的性能和可靠性。

在电子领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

氧化铝陶瓷被用作集成电路基板的绝缘材料，氮化硅陶瓷被用作电子封装材料，碳化硅陶瓷被用作电子散热材料。

这些材料的应用使电子产品具有更高的性能和可靠性。

在医疗器械领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

氧化锆陶瓷被用作人工关节的材料，氮化硅陶瓷被用作牙科修复材料，碳化硅陶瓷被用作医疗器械的耐磨材料。

这些材料的应用使医疗器械具有更好的生物相容性和耐用性。

在能源领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。

氮化硅陶瓷被用作核能领域的结构材料，氧化铝陶瓷被用作火电厂的绝缘材料，碳化硅陶瓷被用作太阳能电池的基板材料。

这些材料的应用使能源设备具有更高的安全性和稳定性。

总的来说，先进陶瓷材料以其优异的性能和广泛的应用前景，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。

随着科学技术的不断进步，先进陶瓷材料将会有更广泛的应用领域和更多的创新发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。

先进陶瓷材料的应用和发展先进陶瓷材料是近年来发展迅速的一种新型材料。

它是指具有特殊性能的陶瓷材料，包括高强度、高硬度、高温稳定性、防腐蚀、高绝缘性等。

先进陶瓷材料在现代工业生产中的应用越来越广泛，已经成为提高产业现代化、技术水平不可或缺的一种材料。

1、先进陶瓷材料的种类先进陶瓷材料按其用途可以分为结构陶瓷、复合陶瓷、功能（特种）陶瓷和生物陶瓷。

结构陶瓷包括氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等制成的异种陶瓷；复合陶瓷包括碳纤维增强复合材料、氧化铝纤维增强复合材料等；功能陶瓷包括玻璃陶瓷、无机非金属性材料等；生物陶瓷包括生物活性玻璃、生物活性陶瓷等。

2、先进陶瓷材料的应用先进陶瓷材料在现代工业生产中应用极为广泛。

（1）电子电气领域：众所周知，无机非金属材料，如氮化硼和氧化硅，是制造半导体器件和集成电路芯片的重要材料。

先进陶瓷也被大量应用于各种电子元器件和电子材料中。

例如：氮化硅陶瓷在集成电路封装中使用，定向晶化氧化锆陶瓷用作多层电路板绝缘材料等。

（2）化学工业领域：先进陶瓷的高温稳定性、耐腐蚀性及防磨性等优良性能，在某些领域中得到了广泛的应用。

例如：工业催化剂中使用的氧化物纳米晶陶瓷材料，在高温和酸碱性环境下稳定性能非常优秀；而碳化硅陶瓷等材料在石油化工和化学制品生产过程中具有出色的耐磨性和耐腐蚀性能，是理想的储罐和管道内衬材料。

（3）机械工业领域: 先进陶瓷材料的高硬度、高强度、防磨性强等特点，使其成为机械制造领域的理想材料。

例如：高纯氧化锆、碳化硅等陶瓷材料制成的轴承环，能承受高速旋转下的高温高压环境，耐磨性优越，寿命长；而碳纤维增强的陶瓷复合材料在制造航空航天和汽车制动系统等高强度机械零部件中应用广泛。

3、先进陶瓷材料的发展趋势随着科技进步和人们对优质高端材料需求的提高，先进陶瓷材料的应用领域和种类也将不断扩大和丰富。

（1）材料的微晶化：微晶化是制备先进陶瓷材料的一种新技术，通过微观结构的优化，可以提高材料的性能，使其更具强度、硬度、韧性等特性，也有助于抑制材料的晶粒长大和裂纹扩展。

先进陶瓷应用引言在千姿百态的物质界，大自然所恩赐的天然材料（如矿物、岩石、木材、丝棉等）虽数量大，品种多，但就其品种远不能满足社会发展的需求。

现代科技和人类生存所应用的材料，绝大多数品种是以自然资源和传统材料为基础，经加工改造而成的人工合成材料。

正是这些人工材料，支撑着整个社会的科技与文明。

故而，对自然资源的开发、传统材料的改造和新型材料的研制，已成为当今人们获取新材料的系统工程。

材料工程技术将为科技进步不断开发出形形色色的具有特殊功能的新型材料和先进材料。

功能奇异的先进陶瓷便是新材料技术发展的典范。

陶瓷是用无机化合物粉料经高温烧结而成的、以多晶聚集体为基本结构的固体物质。

传统陶瓷是以天然硅酸盐矿物（瓷石、粘土、长石、石英砂等）为原料，经粉碎、磨细、调和、塑形、干燥、锻烧等传统工艺制作而成。

实际上瓷是在陶的基础上发展而成的比陶白净、细腻、质地致密且性能更为优良的硅酸盐材料。

先进陶瓷与传统陶瓷区别在于：先进陶瓷是以高纯、超细的人工合成的无机化合物（可含或不含硅化物）为原料，采用精密控制的先进工艺烧结而成的、比传统陶瓷结构更加精细、性能更加优异的新一代陶瓷。

先进陶瓷又称为精细陶瓷或高性能陶瓷。

先进陶瓷按使用性能可分为先进结构陶瓷（其使用性能主要指强度、刚度、硬度、弹性、韧性等力学性能）和先进功能陶瓷（其使用性能主要指光、电、磁、热、声等功能性能）两大类；按其化学成分又可分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、铝酸盐陶瓷等。

先进结构陶瓷是指以其优异的力学性能而用于各种机械结构部件的新型陶瓷。

应用领域如陶瓷质密封套管、轴承、缸套、活塞及切削刀具等；先进功能陶瓷则是指利用材料的电、磁、光、声、热等直接的性能或其耦合效应来实现某种使用性能的新型陶瓷。

如电容器陶瓷以其极高的抗电击穿性能用来制作高容抗陶瓷电容器；压电陶瓷以其能利用机械撞击或机械振荡产生电效应来制作压电点火装置的发火元件或传感器元件；热敏陶瓷可感知微小的温度变化，用于测温、控温；气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有害气体进行监测、控制和实现自动报警；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，自动曝光和自动记数；磁性陶瓷是重要的信息记录材料，在计算机中完成记忆功能。

先进陶瓷材料的制备先进陶瓷材料是指在传统陶瓷材料基础上进行调整和改进，以提高其性能和功能的一类陶瓷材料。

先进陶瓷材料具有优良的化学稳定性、高温稳定性、机械强度、抗磨损性、阻氧性、导热性、导电性等特点，在航空航天、能源、环境、医疗等领域具有广泛的应用价值。

其制备方法主要包括溶胶-凝胶、热剂法、高温固相反应和电化学制备等。

以下将从先进陶瓷材料的种类、制备方法及应用领域等方面对先进陶瓷材料的制备做详细介绍。

先进陶瓷材料的种类非常丰富，常见的种类有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和复合陶瓷。

氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化锆、氧化硼等，具有优异的化学稳定性和抗磨损性。

氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝和氮化硼等，具有优异的高温稳定性和机械性能。

碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化硼等，具有优异的导热性和耐磨性。

复合陶瓷将不同种类的陶瓷材料进行复合，可以获得更好的综合性能。

先进陶瓷材料的制备方法多种多样，其中比较常用的有溶胶-凝胶法、热剂法、高温固相反应法和电化学制备法。

溶胶-凝胶法是利用溶胶凝胶转化的过程，通过溶胶的形成、凝胶的制备和热处理等步骤，可以得到精细的纳米陶瓷粉体。

热剂法是利用高温燃烧反应制备陶瓷材料，通过调控反应条件可得到不同组分和形态的陶瓷材料。

高温固相反应法是利用高温下发生的固相反应制备陶瓷材料，可以得到具有高纯度和良好晶体结构的陶瓷材料。

电化学制备法是利用电化学原理，通过电解、溶液沉积和热处理等步骤，可以制备出具有良好结构和性能的陶瓷材料。

先进陶瓷材料具有广泛的应用领域。

在航空航天领域，先进陶瓷材料被用于制造发动机涡轮叶片、燃烧室内衬、导向叶片等部件，以提高其耐高温性能和抗磨损性能。

在能源领域，先进陶瓷材料被用于制造固体氧化物燃料电池、太阳能电池、热电材料等，以提高能源转化效率和利用率。

在环境领域，先进陶瓷材料被用于制造催化剂、过滤器、传感器等，以提高其反应活性和选择性。

在医疗领域，先进陶瓷材料被用于制造人工关节、牙科修复材料、生物膜材料等，以提高其生物相容性和稳定性。

先进结构陶瓷材料的研究进展作者：路学成任莹来源：《佛山陶瓷》2009年第01期摘要先进陶瓷材料因其具有高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优良特性, 在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地位。

本文综述了先进结构陶瓷材料的研究应用现状和发展趋势。

关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展1前言20世纪60年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用[1～4]，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域[4，5]。

先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。

先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等[1]。

先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。

通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。

先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。

结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。

功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。

先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。

本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。

2先进结构陶瓷及其应用先进结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为：（1）机械陶瓷；（2）热机陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。