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    我國特種陶瓷發展依然任重道遠
    發布日期:2012-11-23 21:45:05
    關鍵詞: 陶瓷片 氧化鋁陶瓷片
    談到特種陶瓷,華南理工大學材料學院的饒平根教授絕對是一個夠資格的專業人士。他自1988年參加工作起就一直從事高性能陶瓷及超細粉體等方面的研究和開發工作,作為主要成員先后參與并完成了國家重大攻關項目、國家863項目、國家基金及省部級項目共20余項,并主持完成了多個省級科技項目、產學研項目。

      特種陶瓷作為一種新材料,近十幾年來得到了迅速的發展,現代科學技術和社會生產力的發展,迫切要求研制與發展高溫、高強、高韌、耐磨并具有特殊性能的新材料,使得特種陶瓷在高技術、新技術領域中的地位日趨重要。

      日前,記者一行人懷揣著關于特種陶瓷發展狀況的一些問題,來到華南理工大學拜訪饒教授。拜訪之時,饒教授剛忙完一個關于清潔生產項目的鑒定驗收,為了接待記者一行,饒教授匆匆趕回辦公室,稍稍喘了口氣,就滔滔不絕地向我們講述目前特種陶瓷的發展情況。

      現狀:三大瓶頸制約特種陶瓷發展

      饒教授介紹,目前在中國,生產特種陶瓷的企業比較多,分布散,不像建陶企業集中度那么高,特陶沒有形成一個個生產基地。雖然如此,我國對特種陶瓷的需求仍然比較大,其主要應用于現代冶金、機械工程、信息技術、航天航空、動力工程、核能技術、生物醫學、環境保護、軍事工程等技術領域,這就要求材料有更長的工作壽命,更高的使用溫度,更能承受各種殘酷的環境。

      然而,當前國內特種陶瓷遇到了一些發展上的瓶頸,一是原料,饒教授告訴記者,目前各種高端原料都在日本,特種陶瓷的原料不像建筑陶瓷那樣,在周邊地區就可以采集,特種陶瓷對于原料的純度和燒結活性要求高,因為這會影響特陶質量的穩定性;另一個發展瓶頸是技術,原料可以依靠國外進口,但最主要的還是技術,我國的特陶生產技術水平及總體實力與美國、日本相比,差距比較大,特別在實際應用、生產水平和工業化程度上仍然與發達國家相差甚遠;還有一個發展瓶頸是設備問題,氧化物陶瓷對燒結設備的要求不是很高,但非氧化物如碳化物、硼化物、硅化物等材料對燒結設備要求很高,使用的設備大都依靠國外進口,而且燒結設備非常昂貴。饒教授補充道,國產設備一直都在發展之中,但是高端設備只能從國外進口。

      “我給你看樣東西,你就知道我們和國外的技術水平相差有多少!闭f完,饒教授便從書里拿出一個“寶盒”,里面裝著各類特陶樣板,他在其中挑出一塊氧化鋁小圓板向記者介紹,“不要小看這塊氧化鋁,這是我1998年剛到日本的時候,我的日本老板告訴我,現在日本有家公司生產的氧化鋁粉的純度可高達99.99%,但燒結溫度只需1300℃。當時我感到十分驚訝!隨后幾天就用該氧化鋁粉壓制和燒結了幾個小圓板,燒結性能果然如此。一般來說,氧化鋁純度越高,燒結溫度就越高,而我國生產的氧化鋁純度僅為99.5%,但燒結溫度還需要1600~1700℃。與此同時,該日本氧化鋁,其抗彎強度、斷裂韌性、維氏硬度、沖蝕磨損率均比國產氧化鋁的要好得多。目前世界上能生產出這樣的氧化鋁粉的企業,就只有日本這一家公司!

      目前,由于國家陸續出臺促進產業轉型升級的政策,一些財力雄厚的建陶企業也產生向特種陶瓷這些新材料轉型的想法,饒教授表示:“這些企業并不缺錢,但如果要將特種陶瓷產業化,我們的技術力量還是比較薄弱,特種陶瓷不像建筑陶瓷一樣,買了設備也就有了技術,特種陶瓷對技術要求比較高,像金剛的輥棒,從80年代開始,經過這么多年的研發,才做到如今的‘世界老大’!边@也說明,特種陶瓷與建筑陶瓷、日用陶瓷不同的是,其進入門檻高,體現在技術要求高、資金需求多,與此同時,它的附加值也會比較高。

    前景:克服陶瓷脆性,擴大特陶應用范圍

      雖然特種陶瓷有高彈性模量、高硬度、高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等優點,但其斷裂韌性低,屬于脆性材料,所以特種陶瓷在應用上的主要障礙是脆性、可靠性和加工成本。

      饒教授解釋,脆性是陶瓷的特征,也是陶瓷的致命弱點,它間接地反映在陶瓷較低的抗機械沖擊強度和較差的抗溫度驟變性,直觀地表現在一旦受到臨界的外加負荷,陶瓷的斷裂則具有爆發性的特征和災難性的后果。而斷裂韌性是衡量材料脆性的指標,是材料固有的性能,是材料阻止宏觀裂紋失穩擴展能力的度量。

      “作為最常用的工程材料之一的氧化鋁陶瓷,其斷裂韌性只有一般的鑄鐵材料的1/6左右,抗彎強度也僅僅為350MPa左右,因此,克服陶瓷材料的脆性,提高陶瓷材料的強度,達到材料的強化和韌化是進一步擴大其應用范圍的關鍵!

      那么如何克服陶瓷材料斷裂韌性低這一固有的性能呢?饒教授介紹:“目前可以通過氧化鋯相變增韌、纖維(或晶須)增強增韌、第二相顆粒彌散強化等途徑來增韌和強化陶瓷,像日本Tosho公司的氧化鋯復合氧化鋁陶瓷,其抗彎強度可達2500MPa!迸c此同時,饒教授還向我們展示了一塊集金屬、高分子、陶瓷三大材料于一身的多層復合材料,“多層復合材料汲取了各種材料的優點,即陶瓷的耐磨、耐高溫、高分子較好的彈塑性和金屬良好的韌性,這也使得該材料在更高、更嚴酷的環境下仍可保持優良的綜合性能。然而,這塊多層復合材料并沒有根本解決陶瓷的脆性,只可以說,這塊復合材料的斷裂韌性和斷裂功比較高!

      饒教授認為,現在不管是建筑陶瓷還是日用陶瓷,都已經達到一種飽和的狀態,一些建陶企業想要加快轉型升級,考慮進軍特種陶瓷領域,但由于國內特種陶瓷的技術仍有待加強,這類企業如果想成功轉型,可通過加強產學研合作來實現!皣鴥雀咝Ec國外高校的特陶研究水平差距并不大,而且很多產學研項目都得到了國家的大力支持,尤其資金方面的支持力度比較大!

      每當談到我國特種陶瓷與國外水平上的差距,饒教授總有一股緊迫感,他認為,特種陶瓷目前還存在成本高的現狀,力學性能、可靠性和穩定性還需要進一步改善等問題,這也是制約特種陶瓷大規模產業化的重要瓶頸,高性能、低成本、高可靠性陶瓷材料的設計和制備方法的研究顯得尤為重要,任重道遠。

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