陶瓷轴承的性能在哪些方面是优于钢轴承的
陶瓷轴承的外圈和内圈都是由氮化硅制成的,滚动条是由氧化锆陶瓷制成的,从而组成了陶瓷轴承。其实我们可以看出,陶瓷轴承还是优于钢轴承的,主要表现为以下方面:
陶瓷的重量比钢轻,在运行的时候它的运转离心力会有相应的减少,所以如果是在相同精度的条件下,极限转速也会有所提高。也是由于质量的原因,陶瓷轴承的滚道负载会降低;而且由于陶瓷摩擦系数比钢小,因此能够降低运转温升,延长滚道的使用寿命。据了解,陶瓷轴承的使用寿命高可比钢轴承延长五倍。
由于陶瓷材料的特性,在高温下能稳定保持其机械性能,因此它的应用领域将更加广阔。可以用于高温领域。较小的膨胀系数也是陶瓷轴承可以减小变形,提高抗咬合能力的原因。陶瓷独特的自润滑特性,可以有助于介质的润滑,并能防止润滑油脂造成的污染。陶瓷不像钢一样,它是不具有磁性的,所以可以有效的防止磁性异物或磨粒的粘黏,可减少磨粒磨损。
氮酸硅隔热吗?隔热。氮化硅是一种无机物,化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料,硬度大,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅可以提高柴油机质量,节省燃料,而且能够提高热效率。中国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。
中文名
氮化硅
外文名
Silicon nitride
化学式
Si3N4
分子量
140.28
水溶性
不溶于水
快速
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晶体结构和特性合成方法特点应用更多信息材料性能技术发展
历史
亨利·爱丁·圣克莱尔·德维尔和弗里德里希·维勒在1857年首次报道了氮化硅的合成方法。在他们报道的合成方法中,为减少氧气的渗入而把另一个盛有硅的坩埚埋于一个装满碳的坩埚中加热。他们报道了一种他们称之为硅的氮化物的产物,但他们未能弄清它的化学成分。1879年Paul Schuetzenberger通过将硅与衬料(一种可作为坩埚衬里的糊状物,由木炭、煤块或焦炭与粘土混合得到)混合后在高炉中加热得到的产物,并把它报道为成分是Si3N4的化合物。1910年路德维希·魏斯和特奥多尔·恩格尔哈特在纯的氮气下加热硅单质得到了Si3N4。1925年Friederich和Sittig利用碳热还原法在氮气气氛下将二氧化硅和碳加热至1250-1300℃合成氮化硅。
在后来的数十年中直到应用氮化硅的商业用途出现前,氮化硅未受到重视和研究。从1948年至1952年期间,艾奇逊开办在纽约州尼亚加拉大瀑布附近的金刚砂公司为氮化硅的制造和使用注册了几项专利。1958年联合碳化物公司生产的氮化硅被用于制造热电偶管、火箭喷嘴和熔化金属所使用的坩埚。英国对氮化硅的研究工作始于1953年,目的是为了制造燃气涡轮机的高温零件。由此使得键合氮化硅和热压氮化硅得到发展。1971年美国国防部下属的国防高等研究计划署与福特和西屋公司签订一千七百万美元的合同研制两种陶瓷燃气轮机。
虽然氮化硅的特性已经早已广为人知,但在地球自然界中存在的氮化硅(大小约为2×5µm)还是在二十世纪90年代才在陨石中被发现。为纪念质谱研究的先驱阿尔弗雷德·奥托·卡尔·尼尔将自然界中发现的此类氮化硅矿石冠名为“nierite”。不过有证据显示可能在更早之前就在前苏联境内的阿塞拜疆发现过这种存在于陨石中的氮化硅矿石。含有氮化硅矿物的陨石也曾在中国贵州省境内发现过。除存在于地球上的陨石中以外,氮化硅也分布于外层空间的宇宙尘埃中。
氮化硅陶瓷球是在非氧化气氛中高温烧结的精密陶瓷,具有高强度,高耐磨性,耐高温,耐腐蚀,耐酸、碱、可在海水中长期使用,并具有绝电绝磁的良好性能。在800℃时,强度、硬度几乎不变,其密度为3.20g/cm3,几乎是轴承钢的1/3.重量,旋转时离心力小.可以实现高速运转。
还具有自润滑性,它可以使用到无润滑介质高污染的环境中。成为陶瓷轴承,混合陶瓷球轴承的首选材质。氧化锆陶瓷球,在常温下具有高的强度和高韧性、耐磨性好、耐高温耐腐蚀、刚度高、不导磁、电绝缘。氧化锆陶瓷球在600℃时,强度、硬度几乎不变其密度为6.00g/cm3, 热膨胀率接近金属若膨胀率,可与金属接合使用。
高纯度的ZrO2原色为白色,含有杂质时呈现出黄色或灰色,氧化锆密度5.6g/cm3,熔点2715C。ZrO2资深具有良好的耐热性、绝缘性、耐腐蚀性。
通常应用的氧化锆结构陶瓷材料是TZP。材料中加入的Y2O3抑制了晶粒的长大和稳定了氧化锆的晶型转变,是所有的PSZ 或者说所有的多晶陶瓷中韧性较高的。
氧化锆陶瓷每立方厘米的密度高达5.95-6.05g/cm3之间,在四种常用于制作陶瓷球体材料(SigN4, SiC, Al2O3, ZrO2)中,氧化锆陶瓷的韧性度较高,8MPam 12以上,热膨胀系数10.5x10*/C,接近于金属的热膨胀系数,能满足与金属良好的贴合需求,但是尺寸稳定
性随温度变化较大,滚动疲劳接触失效形式为破坏性碎裂,在一些关键场合不如氮化硅材料稳定。
氧化锆陶瓷具有自润滑性,可以解决润滑介质造成的污染和添加不便耐腐蚀好,在中等酸、中等碱、海水等介质中亦可使用耐高温,氧化锆陶瓷在600C时,强度、硬度几乎不变不导磁、绝缘性,磁场中亦可使用、不导电。
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(1)高速角接触球轴承:
单列、双列圆柱滚子轴承在高速性能方面均劣于角接触球轴承。角接触轴承是具有接触角的轴承,可以看出圆锥滚子轴承。接触角越大轴向刚度越好,但因为球与滚道之间的陀螺滑动和自旋滑动也大,因此发热也会增加。为了提高速度性能,方法是减小球的大小(或质量)改变沟道的曲率系数,以减小球的离心力,降低高速运转时产生的内部载荷,同时增加球的数量以提高刚性。
(2)陶瓷球角接触球轴承:
推出了仅滚动体系用氮化硅(Si3N4)陶瓷的混合型陶瓷球轴承,为了减少球质量以提高速度。其性能比较
作为高速主轴轴承材料,陶瓷(Si3N4)有以下优点:高速旋转时滚动体产生的离心力小,重量轻。由于密度比轴承钢小。旋转力矩可以减小,因此可以降低温升,提高寿命。良好的导热性使陶瓷材料的滚动体在高速运转时不易与金属产生粘着。润滑条件较好的情况下耐烧伤,出现烧伤。热膨胀小,滚动体与内圈接触时不易发生预紧力增加而导致游隙减小。轴承的变形小,由于硬度高、刚性好。主轴的刚性也得到提高。综上所述,因此,采用陶瓷资料(Si3N4)作为滚动体,与轴承钢滚动体相比速度可提高约25%35%寿命可提高约3倍。
(3)新型混合角接触球轴承:
内圈由于离心力而产生膨胀,高速旋转时。与滚动体接触应力变大,使内部预载荷增加、游隙变小、发热增加。针对此问题,最近开发出内圈为不锈钢的新型混合陶瓷球轴承。由于不锈钢的线膨胀系数比轴承钢小20%因而能进一步控制轴承在高速旋转时因内圈膨胀而造成的预载荷增加。润滑条件充沛,固定预载荷下dmN值可提高1.2倍。
(4)内圈为陶瓷的混合角接触球轴承:
定位预载紧的情况下,近来有资料介绍。内圈也使用陶瓷材料的混合型角接触球轴承。因为内圈也使用陶瓷材料,轴承内径或滚道离心膨胀小,预紧的增加也较小,加之刚性好,球和滚道的接触面积小,所以发热和膨胀也较小,可以比仅球为陶瓷的轴承达到更高转速。但是正是由于高速旋转时离心和膨胀小,与金属制主轴之间的配合应力如果过大就可能产生破坏甚至碎裂。
简介
陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件,由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能,抗高温、超强度等在新材料世界独领风骚。近十多年来,在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦等特殊工况下工作,陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。随着加工技术的不断进步,工艺水平的日益提高,陶瓷轴承的成本不断下降,已经从过去只在一些高、精、尖领域小范围内应用,逐步推广到国民经济各个工业领域,产品市场价格也逐渐接近实用化,达到用户可接受的程度,陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来!
优点
第一,由于陶瓷几乎不怕腐蚀,所以,陶瓷滚动轴承适宜于在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业。第二,由于陶瓷滚动小球的密度比钢低,重量更要轻得多,因此转动时对外圈的离心作用可降低40%,进而使用寿命大大延长。第三,陶瓷受热胀冷缩的影响比钢小,因而在轴承的间隙一定时,可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作。第四,由于陶瓷的弹性模量比钢高,受力时不易变形,因此有利于提高工作速度,并达到较高的精度。
主要用途
陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性。可用于极度恶劣的环境及特殊工况,可广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备,冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域,是新材料应用的高科技产品。陶瓷轴承的套圈及滚动体采用全陶瓷材料,有氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(Sic)三种。保持器采用聚四氟乙烯、尼龙66,聚醚酰亚氨,氧化锆、 氮化硅,不锈钢或特种航空铝制造,从而扩了陶瓷轴承的应用面。
应用领域
医疗器械、低温工程、光学仪器、高速机床、高速电机、印刷机械、食品加工机械。
编辑本段按用途分类
(1)高速轴承:具有耐寒性、受力弹性小、抗压力大、导热性能差、自重轻、摩擦系数小等优点,可应用在12000转/分-75000转/分的高速主轴及其它高精度设备中; (2)、耐高温轴承:材料本身具有耐高温度1200℃,且自润滑好,使用温度在100℃-800℃间不产生因温差造成的膨胀。可应用在炉窑,制塑、制钢等高温设备中; (3)、耐腐蚀轴承:材料本身具有耐腐蚀的特性,可应用在强酸、强碱、无机、有机盐、海水等领域,如:电镀设备,电子设备,化工机械、船舶制造、医疗器械等。 (4)、防磁轴承:因无磁不吸粉尘,可减少轴承提前剥落、噪声大等。可用在退磁设备。精密仪器等领域。 (5)、电绝缘轴承:因电阻力高,可免电弧损伤轴承,可用在各种要求绝缘的电力设备中。 (6)、真空轴承:因陶瓷材料独具的无油自润滑特性,在超高真空环境中,可克服普通轴承无法实现润滑之难题。 注:以上五种类别轴承,同一套轴承可应用到高温、高速、酸碱、磁场、非绝缘中,但因材料性能有所不同(请参阅稀土陶瓷材料性能表)故请客户选择产品时,根据自己所应用的场合,来挑选材料最适合的陶瓷轴承。
按材料分类
氧化锆全陶瓷轴承
全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨耐腐蚀、无油自润滑、耐高温耐高寒等特点
, 可用于极度恶劣环境及特殊工况。套圈及滚动体采用氧化锆(ZrO2)陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,一般也可使用玻璃纤维增强的尼龙66(RPA66-25),特种工程塑料(PEEK,PI),不锈钢(AISISUS316),黄铜(Cu)等。
氮化硅全陶瓷轴承
氮化硅全陶瓷轴承套圈及滚动体采用氮化硅(Si3N4)陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为
标准配置,一般也可使用RPA66-25,PEEK,PI,以及酚醛夹布胶木管等。SiN4制全陶瓷轴承相比较ZrO2材料可适用于更高转速及负荷能力,以及适用于更高的环境温度。同时可提供用于高速高精度高刚性主轴的精密陶瓷轴承,最高制造精度达P4至UP级。
满装球全陶瓷轴承
满装球型全陶瓷轴承一面带添球缺口,因采用无保持架结构设计,可以比标准结构的轴承装入多的陶瓷
球,从而提高其负荷能力,另外还可避免因保持架材料的限制,可达到陶瓷保持架型全陶瓷轴承耐腐蚀及耐温效果。该系列轴承不适宜较高转速,安装时应注意将缺口面装于不承受轴向负荷的一端。
混合陶瓷球轴承
陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数,耐磨、自润滑及刚性好等特点,特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体(内外圈为金属)。一
般内外圈采用轴承钢(GCr15)或不锈钢(AISI440C),陶瓷球可选用ZrO2,Si3N4,或SiC材料。
按技术等级分类
(1)、深沟球轴承
(技术等级为:P4、P5、P6、P0) 深沟球轴承,最具代表性的滚动轴承,用途广泛,可承受径向负荷与双向轴向负荷。适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合或钢质轴承所不能应用的高温、高寒、腐蚀、磁场、非绝缘等领域。
(2)、调心球轴承
调心球轴承
的外圈滚道呈球面,自动调心,可补充不同心度和轴挠度造成的误差。用于产生轴与外壳的不同心或轴挠曲部位及高温、低寒、腐蚀、磁场非绝缘等要求的调心部位。注:倾斜度不能超过3度。
(3)、单列角接触球轴承
(技术等级为:P4、P5、P6、P0) 角接触轴承适用于高速及高精度旋转,在高温、磁场、水中等不影响其精度,并可承受合成负荷。标准的接触角为15°、30°和40°,接触角越大轴向负荷能力越大,接触角越小轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷。一般采取成对安装。请在选购时加以注意。
(4)、单向推力球轴承
单向推力球轴承,是由带有球滚动滚道的垫圈形套圈和组装着球的保持架组成。可以承受轴向负荷,但不能承受径向负荷。
(1)、高速轴承:
陶瓷轴承具有耐寒性、受力弹性小、抗压力大、导热性能差、自重轻、摩擦系数小等优点,可应用在12000转/分-75000转/分的高速主轴及其它高精度设备中;
(2)、耐高温轴承:材料本身具有耐高温度1200℃,且自润滑好,使用温度在100℃-800℃间不产生因温差造成的膨胀。可应用在炉窑,制塑、制钢等高温设备中;
(3)、耐腐蚀轴承:材料本身具有耐腐蚀的特性,可应用在强酸、强碱、无机、有机盐、海水等领域,如:电镀设备,电子设备,化工机械、船舶制造、医疗器械等。
(4)、防磁轴承:因无磁不吸粉尘,可减少轴承提前剥落、噪声大等。可用在退磁设备。精密仪器等领域。
(5)、电绝缘轴承:因电阻力高,可免电弧损伤轴承,可用在各种要求绝缘的电力设备中。
(6)、真空轴承:因陶瓷材料独具的无油自润滑特性,在超高真空环境中,可克服普通轴承无法实现润滑之难题。 注:以上五种类别轴承,同一套轴承可应用到高温、高速、酸碱、磁场、非绝缘中,但因材料性能有所不同(请参阅稀土陶瓷材料性能表)故请客户选择产品时,根据自己所应用的场合,来挑选材料最适合的陶瓷轴承。
2、按材料分:氧化锆全陶瓷轴承
全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨耐腐蚀、无油自润滑、耐高温耐高寒等特点, 可用于极度恶劣环境及特殊工况。套圈及滚动体采用氧化锆(ZrO2)陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,一般也可使用玻璃纤维增强的尼龙66(RPA66-25),特种工程塑料(PEEK,PI),不锈钢(AISISUS316),黄铜(Cu)等。
氮化硅全陶瓷轴承
氮化硅全陶瓷轴承套圈及滚动体采用氮化硅(Si3N4)陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,一般也可使用RPA66-25,PEEK,PI,以及酚醛夹布胶木管等。SiN4制全陶瓷轴承相比较ZrO2材料可适用于更高转速及负荷能力,以及适用于更高的环境温度。同时可提供用于高速高精度高刚性主轴的精密陶瓷轴承,最高制造精度达P4至UP级。
满装球全陶瓷轴承
满装球型全陶瓷轴承一面带添球缺口,因采用无保持架结构设计,可以比标准结构的轴承装入多的陶瓷球,从而提高其负荷能力,另外还可避免因保持架材料的限制,可达到陶瓷保持架型全陶瓷轴承耐腐蚀及耐温效果。该系列轴承不适宜较高转速,安装时应注意将缺口面装于不承受轴向负荷的一端。
陶瓷保持架全陶瓷轴承
陶瓷制保持架具有耐磨损,高强度,耐腐蚀及自润滑的优点,采用陶瓷保持架制造的全陶瓷轴承可使用于极强腐蚀,超高低温及高真空等苛刻环境.常用陶瓷材料为ZrO2,Si3N4或SiC。
混合陶瓷球轴承
陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数,耐磨、自润滑及刚性好等特点,特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体(内外圈为金属)。一般内外圈采用轴承钢(GCr15)或不锈钢(AISI440C),陶瓷球可选用ZrO2,Si3N4,或SiC材料。
3、按技术等级分:
(1)、深沟球轴 陶瓷轴承
陶瓷轴承图册
承(技术等级为:P4、P5、P6、P0) 深沟球轴承,最具代表性的滚动轴承,用途广泛,可承受径向负荷与双向轴向负荷。适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合或钢质轴承所不能应用的高温、高寒、腐蚀、磁场、非绝缘等领域。
(2)、调心球轴承 调心球轴承的外圈滚道呈球面,自动调心,可补充不同心度和轴挠度造成的误差。用于产生轴与外壳的不同心或轴挠曲部位及高温、低寒、腐蚀、磁场非绝缘等要求的调心部位。注:倾斜度不能超过3度。
(3)、单列角接触球轴承(技术等级为:P4、P5、P6、P0) 角接触轴承适用于高速及高精度旋转,在高温、磁场、水中等不影响其精度,并可承受合成负荷。标准的接触角为15°、30°和40°,接触角越大轴向负荷能力越大,接触角越小轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷。一般采取成对安装。请在选购时加以注意。
(4)、单向推力球轴承 单向推力球轴承,是由带有球滚动滚道的垫圈形套圈和组装着球的保持架组成。可以承受轴向负荷,但不能承受径向负荷。
陶瓷轴承的优缺点:
一、优点:
1、由于陶瓷几乎不怕腐蚀,所以,陶瓷滚动轴承适宜于在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业。
2、由于陶瓷滚动小球的密度比钢低,重量更要轻得多,因此转动时对外圈的离心作用可降低40%,进而使用寿命大大延长。
二、缺点:加工困难,成本高。
塑料轴承的优缺点:
一、优点:
1、塑料轴承整体均是润滑材料,使用寿命长;
2、塑料轴承使用中不会发生生锈现象且耐腐蚀,而金属类轴承易生锈不能用于化工液中;
3、塑料轴承质量比金属轻,这更适合现代化的轻量型设计趋势;
二、缺点:塑料轴承不耐高温。
扩展资料
塑料滑动轴承一般工作面均具有自润滑功能;塑料滑动轴承一般都是采用性能比较好的工程塑料制成;比较专业的厂家一般均具有工程塑料自润滑改性技术,通过纤维、特种润滑剂、玻璃珠等等对工程塑料进行自润滑增强改性使之达到一定的性能,然后再用改性塑料通过注塑加工成自润滑的塑料轴承。
塑料滑动轴承有以下特点:
1、塑料轴承整体均是润滑材料,使用寿命长;
2、塑料轴承使用中不会发生生锈现象且耐腐蚀,而金属类轴承易生锈不能用于化工液中;
3、塑料轴承质量比金属轻,这更适合现代化的轻量型设计趋势;
4、塑料轴承制造成本较金属类要低;塑料轴承采用的是注塑成型加工而成比较适合大批量生产;
5、塑料轴承在运行中没有任何噪音,具有一定的吸振功能;
6、塑料滑动轴承适合高低温工作-200~+250度。
参考资料来源:百度百科-塑料轴承
参考资料来源:百度百科-陶瓷轴承
因为陶瓷球本身具有自润滑性能,所以润滑可以按使用要求,可以有润滑脂也可以不加润滑脂。密封件也是可以按使用要求,决定陶瓷球轴承是否带密封件。保持器也是可以按使用要求是否采用。那么套圈、滚动体是轴承两个不可缺少的要素,当这两个要素不是同一种材料时,就有了混合轴承(Hybrid construction bearing)的说法。当滚动体采用陶瓷材料时就定义为混合陶瓷球轴承(Hybrid construction ceramic ball bearing)。常用的陶瓷球材料有氧化锆(ZRO2)和氮化硅(SI3N4);常用的套圈材料有轴承钢(GCR15)和不锈铁(440、440C)及不锈钢(304、316、316L)。
按照使用环境、转速、负荷、温度,及使用时的要求,陶瓷球轴承的套圈和滚动体可以由以上材料互相组合,并起到不同的使用效果。
陶瓷球轴承的代号:
HY +套圈材料+轴承型号+密封型式——球的材料 ——保持器材料 ——润滑脂
套圈材料:S表示不锈铁 SS表示不锈钢 具体用什么材料可以用挂号标注说明
氮化硅陶瓷,是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。氮化硅的强度很高,尤其是热压氮化硅,是世界上最坚硬的物质之一。具有高强度、低密度、耐高温等性质。Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物,基本结构单元为[ SiN4 ]四面体,硅原子位于四面体的中心,在其周围有四个氮原子,分别位于四面体的四个顶点,然后以每三个四面体共用一个原子的形式,在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。
利用Si3N4 重量轻和刚度大的特点,可用来制造滚珠轴承、它比金属轴承具有更高的精度,产生热量少,而且能在较高的温度和腐蚀性介质中操作。用Si3N4 陶瓷制造的蒸汽喷嘴具有耐磨、耐热等特性,用于650℃锅炉几个月后无明显损坏,而其它耐热耐蚀合金钢喷嘴在同样条件下只能使用1 - 2个月。
随着Si3N4 粉末生产、成型、烧结及加工技术的改进,其性能和可靠性将不断提高,氮化硅陶瓷将获得更加广泛的应用。由于Si3N4 原料纯度的提高,Si3N4 粉末的成型技术和烧结技术的迅速发展,以及应用领域的不断扩大,Si3N4 正在作为工程结构陶瓷,在工业中占据越来越重要的地位。