先进陶瓷材料概述

精密陶瓷材料按用途不同可分为结构陶瓷、工具陶瓷和功能陶瓷。接下来，我们将从每个类别中讨论先进的陶瓷材料。

结构陶瓷

结构陶瓷具有优良的强度、硬度、绝缘性、导热性、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨、高温强度等特性。它可以在非常恶劣的环境或工程应用条件下表现出高稳定性和优异的机械性能。结构陶瓷的主要材料有氧化铝陶瓷（Al2O3）、氮化硅陶瓷（Si3N4）、碳化硅陶瓷（SiC）、六方氮化硼陶瓷（BN）。

氧化铝陶瓷的主要成分是Al2O3，一般含量在45%以上。氧化铝陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、高强度等多种优良性能，是普通陶瓷的2~3倍。然而，氧化铝陶瓷的缺点是易碎，不能接受环境温度的突然变化。氧化铝陶瓷广泛用于坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封圈等。

氮化硅陶瓷的主要成分Si3N4，是一种高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、自润滑的高温陶瓷。氮化硅的线膨胀系数是所有陶瓷中最小的，具有优良的电绝缘性和耐辐射性。具有优良的耐腐蚀性能，能耐除氢氟酸以外的各种酸的腐蚀，也能耐碱、各种金属的腐蚀。氮化硅陶瓷可用作高温轴承、腐蚀介质中使用的密封圈、热电偶套管、金属切削工具等。

碳化硅陶瓷主要成分为SiC，是一种高强度、高硬度的高温陶瓷。在1200℃～1400℃的高温下使用时，碳化硅陶瓷仍能保持较高的抗弯强度。此外，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和较高的冲击韧性。是优良的高温结构材料，可用于火箭尾喷管、热电偶套管、炉管等高温部件。

六方氮化硼陶瓷的主要成分为BN，晶体结构为六方晶系。六方氮化硼陶瓷的结构和性能与石墨相似，故有“白石墨”之称。六方氮化硼陶瓷硬度低，可加工具有自润滑性能，还可制成自润滑高温轴承和玻璃成型模具。

工具陶瓷

工具陶瓷的主要材料有硬质合金、天然金刚石（金刚石）、立方氮化硼（CBN）等。

硬质合金：碳化物主要由碳化物和结合剂组成。碳化物主要有WC、TiC、TaC、NBC、VC等，结合剂主要是钴（Co）。与工具钢相比，硬质合金具有较高的硬度（87～91 HRA）、良好的红硬性（1000℃）和优良的耐磨性。用作刀具时，其切削速度比高速钢高4~7倍，使用寿命高5~8倍。但其缺点是硬度高、脆、难加工，故常制成刀片焊接在刀杆上使用。硬质合金主要用于加工工具；各种模具，包括拉深模、拉深模、冷镦模；采矿工具、地质、石油使用各种钻头等。

天然钻石（钻石）是一种珍贵的装饰品，而合成钻石则在工业上被广泛使用。金刚石是自然界中最硬的材料，具有很高的弹性模量，金刚石的热导率是已知材料中最高的。此外，金刚石具有良好的绝缘性，可用作钻头、刀具、磨具、拉模、修整工具。但金刚石刀具的热稳定性较差，与铁族元素的亲和力大，不能用于加工铁、镍基合金，而主要用于加工非铁金属和非金属，广泛用于陶瓷、玻璃、石材、混凝土、宝石、玛瑙等加工。

立方氮化硼（CBN）具有立方晶体结构，其硬度仅次于金刚石。立方氮化硼的热稳定性和化学稳定性优于金刚石，可用于切削淬硬钢、耐磨铸铁、热喷涂材料、镍等难加工材料。

功能陶瓷

功能陶瓷通常具有特殊的物理性能，涉及的领域很多，常见的功能陶瓷的特点和应用如下。

介电陶瓷：性能：绝缘、热电、压电、强电介质；材料成分：Al2O3、Mg2SiO4、BaTiO3、PbTiO3、LiNbO3；应用：集成电路基板、热敏电阻、振荡器、电容器。

光学陶瓷：性能：荧光、发光、红外透过率、高透明度、电致变色效果；材料成分：Al2O3CrNd玻璃、CaAs、CdTe、SiO2、WO3；应用：激光、红外窗口、光纤、显示器。

磁性陶瓷：性能：软磁和硬磁；材料成分：ZnFe2O、SrO、y-Fe2O3；应用：磁带、各种高频磁芯、电声器件、仪器和磁芯控制装置。

半导体陶瓷：性能：光电效应、电阻温度变化效应、热电子发射效应；材料成分：CdS、Ca2Sx、VO2、NiO、LaB6、BaO；应用：太阳能电池、温度传感器、热阴极。

先进陶瓷材料是新材料的重要组成部分，广泛应用于通讯、电子、航空、航天、军工等高新技术领域，在信息通信技术领域具有重要应用。大多数功能陶瓷用于电子工业，也就是人们常说的电子陶瓷材料。例如，用于芯片制造的陶瓷绝缘材料、陶瓷基板材料、陶瓷封装材料，以及用于电子器件制造的电容器陶瓷、压电陶瓷、铁氧体磁性材料。目前，先进陶瓷已形成庞大的高科技产业。先进陶瓷的全球销售额超过 300 亿美元，并以每年 10% 以上的速度增长，其中美国和日本处于领先地位。先进陶瓷材料以其优异的高温力学性能和独特的光、声、电、磁、热、或功能。