什么是先进陶瓷?
在原料、工艺方面有别于传统陶瓷,通常采用高纯、超细原料,通过组成和结构设计并采用精确的化学计量和新型制备技术制成性能优异的陶瓷材料。
陶瓷分为四种类别:材料科学技术(一级学科),无机非金属材料(二级学科),陶瓷(三级学科),先进陶瓷(四级学科)。
新兴行业的发展对材料提出了更高的要求,先进陶瓷作为新材料的一个重要组成部分,其在国民经济中发挥着越来越重要的作用。
一、先进陶瓷简介
陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料,它和金属材料、高分子材料并列为当代“三大固体材料”。按原料将陶瓷分为传统陶瓷和先进陶瓷。
1、传统陶瓷以天然矿物为原料,主要是天然硅酸盐矿物。
2、先进陶瓷是采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料,具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计,并具有优异特性的陶瓷。
先进陶瓷的生产主要分为:粉体制备、坯体成型、坯体烧结、精加工。
陶瓷粉体的制备技术:固相反应法、液相反应法、气相反应法。
先进陶瓷的成型技术:干法压制成型、塑性成型、浆料成型、固体无模成型。
先进陶瓷的烧结技术:常压烧结、无压烧结、热等静压烧结、气氛烧结、真空烧结以及热压烧结。
二、先进陶瓷分类
1、 按化学成分分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷。
2、 按性能和用途分为:功结构陶瓷和功能陶瓷。
A 结构陶瓷
结构陶瓷的定义:以强度、刚性、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能为特征的材料。
结构陶瓷的种类:高温高强陶瓷、模具陶瓷、耐磨陶瓷、特种耐火陶瓷等。
结构陶瓷的用途:发动机、热交换器、密封件、切削刀具、防弹装甲等。
结构陶瓷的特性:优良的力学性能,热学性能、化学能。
B 功能陶瓷
功能陶瓷的定义:以声、光、电、磁、热等物理性能为特征。
功能陶瓷的种类:电子陶瓷、敏感陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷等。
功能陶瓷的用途:微电子、信息、自动控制和智能机械、生物功能。
功能陶瓷的特性:具备特殊性能并行使特殊功能。
三、国外先进陶瓷发展
鉴于先进陶瓷在工业发展中的特殊地位,欧美日等发达国家均投入巨资制订研究计划来促进其发展。目前世界先进陶瓷发展处于领先地位的有美国、日本、欧盟、俄罗斯等。
美国
发展重点:高温结构陶瓷
(1)资助纳米陶瓷涂层、生物医学陶瓷和光电陶瓷的研究、产业化。
(2)在航空航天、核能等领域的应用处于领先地位。
(3)2000年,实施为期20年的美国先进陶瓷发展计划,到2020年,先进陶瓷成为一种经济适用的首选材料,应用于节能环保、新一代信息技术、生物医药、高端装备制造、新能源和新能源汽车等战略性新兴产业中。
日本
发展重点:功能陶瓷
(1)在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、陶瓷部件、高性能陶瓷电池、陶瓷发动机等研发上处于领先地位。
(2)占世界先进陶瓷约一半的市场份额。
(3)在先进陶瓷材料的制备、产业化、民用领域方面占据领先地位。
(4)近年来,日本将先进陶瓷作为战略性产业,将先进陶瓷看作是决定未来国际竟争力的高科技产业,不断加大投资力度。
欧盟
发展重点:功能陶瓷、高温结构陶瓷
(1)在部分细分应用领域和机械装备领域处于领先地位。
(2)目前研究的重点为发电设备中应用的新型材料技术,如陶瓷活塞盖、排气管里衬、涡轮增压转子及燃气轮转子等。
俄罗斯、乌克兰
(1)俄罗斯、乌克兰在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面实力雄厚。
(2)在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面,不但在实验室研制成功,而且已开发成有明确应用目的的制品,相当一 部分已投入商业生产。
四、国内先进陶瓷发展
20世纪50年代开始先进陶瓷的研究。
70年代后重视先进陶瓷材料研究,取得一系列创意性成果:研制出纤维补强复相陶瓷。
在纳米陶瓷粉体的制备与团聚方面的研究,以及纳米陶瓷固相烧结理论等方面均有国际一流的创新成果。
1995年后进入高速发展时期,2015年总产值超450亿元,其中70%来自功能陶瓷。
如丁鼎陶瓷等等企业在先进陶瓷行业中占据主流地位,其业务涵盖陶瓷劈刀、5G介质滤波器、陶瓷喷嘴、氧化锆、氧化铝、钨合金等材料系统,适用于5G基站、工业零配件、核心配件、精密结构件、手表表环、饰品、雾化芯、转轴、陶瓷散件、套管、针规、纺织工业结构件等诸多领域。大型企业如微软、华为、苹果、中国移动等都成为了丁鼎陶瓷的合作伙伴,可谓用途广泛。陶瓷因其质地温润圆滑、硬度大、可塑性强、绝缘、可配磁性等等特质,成为工业精密结构件的重要选择。
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近几年,我国对于先进陶瓷的研究也是不断地注入财力和物力,但是其总体水平和发达国家,尤其是美日欧等还存在着一定的差距。主要表现在:技术及新产品工程转化极度匮乏;高端粉体制备及分散技术远远落后;制造装备加工技术落后。
根据世界先进陶瓷发展趋势和应用领域的发展情况,预计未来几年高端陶瓷粉体、电子陶瓷、生物陶瓷、节能环保、新能源领域用陶瓷和航空航天用陶瓷等几个方向发展增速较快。
国内在研发与产能和良品率均达到一定级别的企业可谓凤毛麟角,极高的行业门槛和工艺追求,确保了该行业精英企业的绝对优势,在工艺与技术越来越精良的情况下,随着技术的不断堆磊,国内多数大型企业采购订单如今倾向于国内化,这也是进一步刺激国内市场经济,助推国内陶瓷产业企业追求甚至超越国外陶瓷先进企业的水平,为国家振兴与经济发展提供了巨大的推力,是我国大型企业应有的价值典范标杆。
以丁鼎陶瓷打头的国内先进陶瓷制造者们,作为此次5G基站兴建行业滤波器的制造商,以及行业先进陶瓷的生产研发机构,既是社会的生产建设者,也是振兴中华的首批重要工业担当。
先进的陶瓷又叫做精细陶瓷、高技术陶瓷等等。先进的陶瓷和传统的陶瓷不一样,先进的陶瓷是以人工合成的高纯度超细粉末作为原料的,按照精选的成分来配合,在十分严格的工艺条件下通过成型、烧结和其他处理制造的。大多属于多晶烧结体,另外也有单晶薄膜、纤维和非晶陶瓷等各种形式。
传统陶瓷的缺点就是强度高,可是脆性却大、可靠性很差、机械加工以及焊接非常困难。先进的陶瓷强度很高、耐磨损、重量轻、耐高温、抗腐蚀,并且具有声、电、光、热和磁等许多方面的特殊性能。因此先进的陶瓷用途很广,从集成电路基板、电容器、变压器、传感器直到磁流体发电机电极;从人造牙齿到生物反应器,它遍布于现代科技的各个领域,所应用范围之广是任何材料都不能比拟的,因此又有“万能材料”的美称。
作为结构材料使用的先进陶瓷,现在国内外开发的大多为氮化硅、碳化硅、氧化锆和氧化铝陶瓷等等。
氮化硅陶瓷具有耐高温强度很高、抗热震性能优良、高温蠕变较小、十分耐磨、耐腐蚀以及低比重等卓越性能,是最有希望应用于热机的高温材料。
碳化硅陶瓷材料是一种超硬材料,不但在常温下性能卓越,最重要的就是其高温力学性能是现在陶瓷材料里最优秀的,从室温至1000℃的高温强度能够维持大致不变。这种材料是非氧化物陶瓷材料里最稳定的,抗氧化性能十分优越,耐各种酸、碱的腐蚀,用途非常广。
氧化铝陶瓷一般指的是含量超过70%的氧化铝陶瓷,有的又称做刚玉。它不但是传统的耐火材料、工程陶瓷,还是应用广泛的电子陶瓷,同时还是生物陶瓷。
氧化铝陶瓷非常容易烧结,容易达到理论上的密度,烧结制品呈现半透明状,对于可见光以及红外光有非常高的透光率。而且原料丰富,价格较低,已经具有十分成熟的制备工艺了。陶瓷透明以后,就可以在光学方面具有很多用途。半透明氧化铝陶瓷具有良好的透光性能,再加上可以耐高温及化学腐蚀,可以承受热冲击以及具有很高的绝缘性,替第三代光源——高压钠灯的制造提供了灯管材料。还可用于战斗机以及导弹头部的透过红外光的窗口材料等。氧化铝透明陶瓷一旦研制成功,利用类似的工艺还可研制氧化镁、氧化钇等各种透明的陶瓷。
传统陶瓷和现代陶瓷的区别,技术不同,风格、花色,都有所不同。现代陶瓷是传统陶瓷的延续,现代陶瓷加入很多现代的元素,使得制作工艺有很大的提升!但传统陶瓷也有自身的精华所在!
1、起源方面:
传统陶瓷绝大多数的制品都是具有实用价值的日用生活用器,实用决定着传统陶瓷造型结构的基本形态。它们的创作者即是手工业者又是农民,每年都要从事制陶和耕作,他们所接触的都是以传统文化为中心的民间乡土文化,耳濡目染的是地方戏剧、民间年画、剪纸、刺绣等,形成的文化修养是典型传统的。
现代陶艺,既不是宫廷艺术、文人艺术,也不是现代工业设计。它是用现代艺术观念来表现一种纯精神和情感的、个性化很强的纯手工原作陶艺。
2、情感方面:
中国传统陶瓷表现出的淳朴的手工意趣,把冷漠无序的黏土融入人的智慧和感情而变成有形、有用、有情的器物。
现代陶艺的出现,是国际性的普遍现象;是工业化、机械化产品大量泛滥后,失去人情味,而追求回归自然,日常生活归真的情感需要。
3、观赏方面:
传统陶艺以实用和装饰为主,作品的外在形式蕴含着传统文化的意蕴,在造型上以同心圆为主,含蓄而内敛;现代陶艺则主要以传达陶艺家的现代观念为主,作品的外在形式表现出强烈个性,自由奔放,同时,强调陶艺家的对泥和釉的实验性探索。
现代陶艺是交叉的综合性的学科,科学中有技艺,技艺中有科技,科技需要艺术,艺术需要科技,科技为陶艺的发展开僻了前景,陶艺的发展又体现了科技。
扩展资料:
在华夏五千年灿烂文明的历史长河中,令人叹为观止的陶瓷艺术发展演进至二十世纪,逐渐汇入现代艺术大潮而开辟了一条自由地探讨泥与水、火交融所蕴含的更为宽广、更为深远;强调人的主体意识、热情地表达感性领悟与理性思辨的创作路向,是为"现代陶艺"。
它以崭新的面貌给予我们所熟悉、所赞美的传统陶瓷艺术又一个全新的表现形式。从而开拓了陶瓷艺术研究与创作的新领域。
瓷器总体上分为两大类,即单色釉瓷和彩绘瓷。单色釉瓷又分为素瓷和色釉瓷,二者均俗称为“一道釉”。中国明代以前是素瓷时代,明代以后才有了彩瓷的蓬勃发展。
素瓷是指无论釉上和釉下都没有色彩的瓷器,没有绘制的花纹。素瓷是在通风状态下烧制而成的,由于釉中所含氧化铁的含量不同而导致不同的釉色。包括青瓷、黑瓷、白瓷、青白瓷四种。
*青瓷:也叫绿瓷。釉中含有氧化铁,是最早出现的瓷器,发展到宋代时最著名的是龙泉窑。
*黑瓷:也叫天目瓷。是在青瓷基础上增加了铁的含量烧制而成的。著名的有建窑和德清窑。
*白瓷:由于含铁量低而形成透明釉。最著名的有定窑和邢窑。白瓷的出现使得在瓷器上作画成为可能,因此为彩瓷的发展奠定了基础。
*青白瓷:也叫影青、隐青、映青、罩青等。釉色介于青和白之间,青中泛白、白中闪青,类冰类玉。
色釉瓷是指带有颜色的一道釉瓷器,是在密闭状态下烧制而成的,由于氧化铁、氧化铜等含量不同以及烧制温度不同,而呈现不同颜色的釉色。色釉瓷包括红釉、酱釉、蓝釉、黄釉、绿釉、紫釉等等。
彩绘瓷就不是以釉色取胜了,而是以器型、绘画和彩来取胜的瓷器。彩绘瓷的发展由青花开始,即在釉上或者釉下开始出现纹饰,随着发展,分别出现了青花、两彩、三彩、五彩、斗彩、粉彩、古铜彩、金彩等等。其中青花一般为釉下彩,三彩和五彩一般为釉上彩,而斗彩则是釉下青花而釉上五彩。
先进陶瓷与传统的陶瓷主要区别是具有优良的电,磁,声,光,热等各种特性和功能。像利用压电陶瓷的压电效应制成点火器,超声波传感器,加速度传感器等,利用陶瓷的介电性制成的滤波器,电容器等,利用电磁声光热制成的各种敏感原件,热敏,压敏,光敏器件等。另外除了这些功能陶瓷还有结构陶瓷,结构陶瓷主要是耐高温,耐腐蚀,硬度高,耐磨削的陶瓷,像氮系,氧化物系陶瓷之类的,主要做一些机械加工用的刀具。
按化学成分划分
主要分为两类:一类是纯氧化物陶瓷,如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一类是非氧化物系陶瓷,如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。
按性能与特征划分
可分为:高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进,新型陶瓷层出不穷。
新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面,有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等;在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能;在生物方面,具有一定生物相容性能,可作为生物结构材料等。但也有它的缺点,如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。
新型陶瓷材料与传统陶瓷材料的区别
属于新型材料的一种,传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料,在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能,其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的,这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。
按化学成分划分
主要分为两类:一类是纯氧化物陶瓷,如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一类是非氧化物系陶瓷,如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。
按性能与特征划分
可分为:高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进,新型陶瓷层出不穷。
新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面,有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等;在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能;在生物方面,具有一定生物相容性能,可作为生物结构材料等。但也有它的缺点,如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。
新型陶瓷材料与传统陶瓷材料的区别
属于新型材料的一种,传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料,在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能,其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的,这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。
按性能与特征划分
可分为:高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进,新型陶瓷层出不穷。
按化学成分划分
主要分为两类:一类是纯氧化物陶瓷,如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一类是非氧化物系陶瓷,如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。