新型陶瓷材料有哪些需要解决的科学技术问题

随着生活水平的提高，家用汽车数量越来越多。大家还记得曾经每每走到车水马龙的大街上，就会看到一股股浅蓝色的烟气从一辆辆汽车车尾部喷出，这种尾气不仅严重影响了环境，而且让人头昏眼花、恶心，对人体健康产生了极大的危害。后来，为了净化汽车尾气，一种科技横空出世，那就是蜂窝陶瓷工艺，是一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。

汽车尾部装上一个蜂窝陶瓷，那么排放到空气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等有害气体就可以大大减少。蜂窝陶瓷工艺从最早使用在小型汽车尾气净化到今天已经广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。

蜂窝陶瓷的制作工艺大体上分为挤压、热压铸、注浆及注凝成型。其中挤压和热压铸方法生活量更大、使用更广泛。目前我们公司生产的是挤压成型出品。

挤压成型

挤压成型是通过模具将可塑性料挤压成型，微波干燥并烧制成多孔陶瓷的方法。形成的孔通常是2-6mm大，小至微米级，常见的孔型有四边形、六边形、三角形等。

制作工艺流程主要包括六步骤，分别是原料合成、混合练泥、陈腐、挤压成型、干燥、烧成。

制作蜂窝陶瓷的原料主要有堇青石(致密堇青石)、莫来石、堇青石-莫来石、刚玉、刚玉莫来石、高铝、碳化硅、氮化硅等。中源瓷业目前制作较多的是前六种。

热压铸成型

热压铸成型，则是在陶瓷泥浆中加入石蜡、油酸、硬脂酸和蜂蜡等表面活性剂的方法，在一定温度下流体化配料，再用压缩空气将料浆压入模具中，在室温下有机物硬化后成型(有机物在高温烧结时被烧掉。目前比较常用、生产效率较高、质量较好的生产方法。工艺流程稍微复杂一些，包括无机混合料、混合球磨、有机物融化、高温混合搅拌、降温、热压铸成型、烧成、吹风清理、拣选加工、成品。烧成过程采用慢升温，特别是在低温排蜡除去有机物阶段，窑内温度要均匀，以减少因有机物的大量迅速排除及温度不均匀产生开裂等缺陷。烧成设备可用电热隧道窑及燃油燃气梭式窑。烧成时应注意码坯方法，才能保证成品率及烧成质量。

蜂窝陶瓷工艺作为一种功能性材料越来越受到人们的青睐，在这小编想说，因为人们受不了汽车的尾气污染，从而发现并推广运用了蜂窝陶瓷技术，正是人民大众的需求，推动了科技的不断进步。相信在不久的将来，更多类似蜂窝陶瓷这样的技术会被大量运用到我们的生活中，解决我们当前面临的问题，改善我们的生活环境，提高我们的生活水平。

新型陶瓷，必须克服普通陶瓷脆性这一漏洞。许多科学家经过不懈努力，使人们找到了克服陶瓷脆性的药方。

首先，从改善内部结构着手。研究表明，在氧化锆陶瓷的原料中，添加少量的氧化钇、氧化镁、氧化钙等粉末，经高温烧制成氧化锆陶瓷后，其中的氧化锆便生成两种晶体，它们被称为立方晶体和四方晶体。当陶瓷受到外力作用时，四方晶体便变成一种单斜晶体，体积迅速“膨胀”。由于晶体的体积急速增大，可阻止陶瓷中原先存在的细微裂纹的扩展。这样，陶瓷就不会破裂了。

其次，可在改善陶瓷的表面状态方面下工夫。通常情况下，陶瓷的断裂大都从表面的缺陷开始，所以，改善陶瓷的表面状态，犹如为防止陶瓷的破损设下了第一道屏障。改善的具体方法为：通过化学或机械抛光技术消除陶瓷的表面缺陷；对氮化硅、碳化硅等非氧化物，只要通过控制表面氧化技术，便可消除表面缺陷或者使裂纹尖端变钝；要想达到表面强化和增韧的目的，也可以通过热加工来完成。

第三，将纤维均匀地分布于陶瓷原料之中，以提高陶瓷的强度和韧性。其原理与我们在石灰中加入纸筋相类似。这是因为，在陶瓷原料之中加入纤维，具有三大作用：①纤维不易拉断，在工作时可承担大部分外加负荷，从而减轻了陶瓷的负担，进而不易产生裂纹；②纤维与陶瓷体结合在一起以后、具有很大的摩擦力。于是，就可以加强陶瓷的韧性了；③即使陶瓷内出现了细微裂纹，纤维也能将它们紧紧拉住，不至于进一步扩展开来。

新颖陶瓷可以制作成陶瓷榔头、陶瓷菜刀、陶瓷剪刀等工业产品和生活用具。从外观上看，这些陶瓷制品与普通的钢铁制品并没有什么不同，只是毫无钢铁的成分。

“新型陶瓷”又称“韧性陶瓷”。韧性陶瓷除了不怕撞击不怕摔打的优点以外，还具有强度大、硬度高、不怕化学腐蚀等优点。它除了可以制作榔头和刀、剪以外，还可以制造开瓶器、螺丝刀、斧头、锯子等器具。

用韧性陶瓷制作的这些新产品的长处是显而易见的：用陶瓷菜刀切食物，不会在食物上留下令人讨厌的铁腥味，它特别适合于切生吃的食物和熟食；陶瓷剪刀的锋利程度不亚于钢制剪刀，还可以用来裁剪纸张、绸布等；由于它不会带磁性，因此特别适宜于剪接录音磁带和录像磁带。

韧性陶瓷还可以用来制作手表壳，制造加工金属用的切削工具、防弹盔甲、人造骨骼和关节等。不过，材料科学家对韧性陶瓷最感兴趣的是利用它代替金属材料制造发动机。

新型陶瓷又称为工业陶瓷，即工业生产用及工业产品用陶瓷。是精细陶瓷中的一类，这类陶瓷在应用中能发挥机械、热、化学等功能。由于工业陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲刷等一系列优越性，可替代金属材料和有机高分子材料用于苛刻的工作环境，已成为传统工业改造、新兴产业和高新技术中必不可少的一种重要材料，在能源、航天航空、机械、汽车、电子、化工等领域具有十分广阔的应用前景。利用耐腐蚀、与生物酶接触化学稳定性好的陶瓷来生产冶炼金属用坩锅、热交换器、生物材料如牙人工漆关节等，利用特有的俘获和吸收中子的陶瓷来生产各种核反堆结构材料等。

新型陶瓷分类：

1、氧化铝陶瓷

该陶瓷是以AL2O3为主要成分的陶瓷（AL2O3质量分数分成>45%).根据瓷坯中主晶相的不同，可分为刚玉瓷、刚玉一莫来石瓷和莫来石瓷等；也可按AL2O3的质量分数分成75瓷、95瓷和99瓷等。

应用：氧化铝瓷熔点高、硬度高、强度高、且具有良好的抗化学腐蚀能力和介质介电性能。但脆性大、抗冲击性能和抗热震性差，不能承受环境温度的剧烈变化。可用于制造高温炉的炉管、炉衬、内燃机的火花塞等，还可制造高硬度的切削刀具，又是制造热电偶绝缘套管的良好材料。

2、碳化硅陶瓷

碳化硅陶瓷的最大特点是高温强度大，具有很高的热传导能力，耐磨、耐蚀、抗蠕变性能高，常被用做国防、宇航等科技领域中的高温烧结材料，即用于制造火箭尾喷管的喷嘴、浇注金属用的喉嘴及热电偶套管、炉管等高温零件。

应用：由于热传导能力高，还可用于制造气轮机的叶片、轴承等高温强度零件，以及用做高温热交换器的材料、核燃料的包封材料等。

3、氮化硅陶瓷

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。