“特種陶瓷”是指以高純?nèi)斯ず铣傻臒o機(jī)化合物為原料，采用精密控制工藝燒結(jié)而制成的高性能陶瓷 。按照性能及材質(zhì)等特點(diǎn)分類，特種陶瓷 大致分為結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、陶瓷纖維強(qiáng)化陶瓷基復(fù)合材料和金屬陶瓷五大類。在實(shí)際研發(fā)和應(yīng)用上，主要以結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷為主。特種陶瓷產(chǎn)業(yè)是應(yīng)用高新技術(shù)發(fā)展的低碳產(chǎn)業(yè)。
特種陶瓷市場基本特點(diǎn)
我國功能陶瓷占整個(gè)特種陶瓷銷售量的80%，而且每年以20%的速度增長著。在功能陶瓷中，電磁功能陶瓷有占到80%的比例。即特種陶瓷市場中60%以上是電磁功能陶瓷。功能陶瓷已在能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著宇航、航空、原子能和先進(jìn)能源等近代科技大發(fā)展，對高溫、高強(qiáng)度材料提出越來越苛刻的要求，金屬基高溫合金往往難以完全滿足。結(jié)構(gòu)陶瓷材料的熔點(diǎn)和硬度比金屬材料高得多，加上它還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性和其它好的性能，所以結(jié)構(gòu)陶瓷在高溫技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在傳統(tǒng)陶瓷窯爐領(lǐng)域使用氧化鋁、碳化硅輥棒、火嘴磚、莫來石板陶瓷纖維等高承重、耐高溫傳動(dòng)、燒成配件，以及隔熱耐火材料，中國具有全球最大的生產(chǎn)能力和性價(jià)比優(yōu)勢。
特種陶瓷發(fā)展現(xiàn)狀及前景
我國特種陶瓷的研究和生產(chǎn)在改革開放的30多年得到很大發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)水平和工業(yè)化程度上仍然與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)。預(yù)計(jì)，到2010年和2015年，我國特種陶瓷產(chǎn)值將分別達(dá)到300億元和450億元，市場需求巨大。我國從事特種陶瓷開發(fā)研制的高校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)已超過300家，其中研發(fā)生產(chǎn)功能陶瓷的單位占63.6%，研發(fā)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)陶瓷的單位占36.4%。中國科學(xué)院、上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)等對我國特種材料研究起到了重要的推動(dòng)作用。
特種陶瓷廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械設(shè)備、燃?xì)饩咝袠I(yè)、汽車（摩托車）行業(yè)、紡織工業(yè)、機(jī)電行業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高科技陶瓷的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
進(jìn)入21世紀(jì)，新一代技術(shù)革命領(lǐng)域——生物工程、新能源、信息工程、宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)——急需大量的新材料。作為基礎(chǔ)的材料無疑要在這些技術(shù)革命中發(fā)揮重要的作用。在材料的發(fā)展過程中，盡管陶瓷出現(xiàn)得最早，但歷來是以金屬材料和有機(jī)高分子為主的，所以它們研究得比較透徹、應(yīng)用得比較廣泛。正因?yàn)槿绱�，相對來說潛力也挖掘得比較充分。特種陶瓷發(fā)展的歷史較短，研究的深度和廣度遠(yuǎn)不如金屬和聚合物，而且特種陶瓷具有許多獨(dú)特的性能，潛力巨大。因此，發(fā)現(xiàn)新材料的幾率是很高的。
2009年度重點(diǎn)研究的部分特種陶瓷項(xiàng)目
2009年以來，我國特種陶瓷形成較大規(guī)模發(fā)展的項(xiàng)目的主要有汽車陶瓷剎車片、氧化鋯固體電解質(zhì)研究、納米陶瓷成形、鈷酸鈣系熱電材料研究、二氧化鈦光催化技術(shù)的應(yīng)用、生物功能陶瓷等。這些領(lǐng)域均取得突破性的發(fā)展，必將成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新途徑。
一、汽車剎車片應(yīng)用項(xiàng)目
汽車高速化要求越來越高，目前國內(nèi)已應(yīng)用的摩擦材料中，無一能全面綜合滿足新的要求，這一現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了汽車的制動(dòng)性能乃至我國汽車業(yè)的高速發(fā)展。
陶瓷剎車片相比于半金屬摩擦材料和無石棉摩擦材料剎車片，具有比重小、熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性能好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地使用在摩擦材料上。因此，開發(fā)摩擦性能穩(wěn)定、磨損率低、使用壽命長、無噪音和振動(dòng)的新型陶瓷摩擦材料已成為現(xiàn)在摩擦材料研究的一個(gè)熱門領(lǐng)域。
二、氧化鋯基固體電解質(zhì)項(xiàng)目
固體氧化物燃料電池（SOFC）是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的新型綠色能源。固體電解質(zhì)是SOFC的核心部件，SOFC要求電解質(zhì)具有高的離子電導(dǎo)率，低的電子遷移數(shù)，與電極材料、氧化燃?xì)獗３只瘜W(xué)穩(wěn)定，在一個(gè)較寬的溫度和氧化壓范圍內(nèi)保持熱力學(xué)穩(wěn)定，與其它電池組件在熱膨脹系數(shù)上匹配，具有良好的氣密性以及適宜的力學(xué)性能等。
氧化鋯陶瓷因其擁有較高的離子電導(dǎo)率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，成為研究最多、應(yīng)用最為廣泛的一類電解質(zhì)材料。通過對氧化鋯基電解質(zhì)薄膜制備工藝的改進(jìn)，降低此類材料的操作溫度和制備成本，力爭可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化也是未來研究的重要方向。
三、納米陶瓷成形
和普通陶瓷的成形一樣，納米陶瓷的成形方法也可分為干法成形和濕法成形兩大類。但對于普通陶瓷的粗顆粒粉體，納米粉體的成形往往要困難得多，這是因?yàn)榧{米粉體顆粒很小，單位體積中顆粒間的接觸點(diǎn)大大多于普通粉體，每個(gè)接觸點(diǎn)都可能因摩擦力的作用而阻礙顆粒間的滑移和重排，從而影響到素坯密度的提高和組織的均勻化。更重要的是，納米顆粒之間很容易因范德華力的作用而形成團(tuán)聚，致使素坯中的顆粒堆積的不均勻性增加，同時(shí)坯體的密度降低。而且，如果這些團(tuán)聚體不在成形階段壓碎或除去，極易在燒結(jié)時(shí)形成差分燒結(jié)，其結(jié)果就是導(dǎo)致燒結(jié)溫度的提高和晶粒的生產(chǎn)，這對于制備納米陶瓷極其不利。此外，納米顆粒表面很容易吸附雜質(zhì)，也可能會(huì)對成形甚至后續(xù)的燒結(jié)及材料的性能造成影響。因此，尋找合適的技術(shù)工藝，獲得團(tuán)聚少或無團(tuán)聚、相對密度高且結(jié)構(gòu)均勻的素坯，是納米陶瓷制備中的一項(xiàng)重要任務(wù)。
四、鈷酸鈣系熱電材料研究
由于熱電材料制備的設(shè)備具有無振動(dòng)、無噪聲、體積小、重量輕、對環(huán)境無任何污染等優(yōu)點(diǎn)，因此熱電材料在溫差發(fā)電和制冷領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。
鉆酸鈣系氧化物是一種新型的熱電材料，該氧化物具有不易潮解、化學(xué)穩(wěn)定性好以及較好的熱電性能等優(yōu)點(diǎn)。隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，鈷酸鈣系基熱電材料由于其在工業(yè)廢熱等低品位能源的利用及環(huán)境保護(hù)方面的特殊功能，將成為綠色能源研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。但目前鈷酸鈣系基熱電材料還不能替代傳統(tǒng)的制冷和發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其在工業(yè)上的應(yīng)用，需進(jìn)行以下研究：繼續(xù)研究摻雜對材料熱電性能的影響，進(jìn)行納米復(fù)合的研究，加強(qiáng)器件的制作工藝研究，以加快熱電材料的實(shí)用化進(jìn)程。
五、二氧化鈦光催化技術(shù)的應(yīng)用
二氧化鈦光催化技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代。納米二氧化鈦在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面均有許多優(yōu)異性能，能夠把光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能，使其在通常情況下難于實(shí)現(xiàn)或不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)能夠在溫和的條件下順利的進(jìn)行。特別是二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┚哂袩o毒、廉價(jià)、理化性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，光激發(fā)產(chǎn)生的空穴以及進(jìn)一步形成的羥基自由基可以無選擇的氧化有機(jī)污染物，并徹底礦化，沒有二次污染而備受青睞。隨著光催化技術(shù)的發(fā)展和納米Ti02催化活性的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
當(dāng)前，在我國沿海發(fā)達(dá)地區(qū)已開始采用“光觸媒”作為醫(yī)院、公共設(shè)施甚至出租車的空氣凈化手段。一些汽車生產(chǎn)廠家針對新車出產(chǎn)前采用光催化技術(shù)進(jìn)行處理，推出健康汽車。但是Ti02的分離、反應(yīng)器模型、催化劑的固載化以及提高可見光利用效率等問題仍需進(jìn)一步研究。
六、生物功能陶瓷
生物功能材料的基本要求就是對健康無危害，又不被生化作用所破壞。即要求材料物理、化學(xué)和生理學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對生物組織無刺激，不被生物組織腐蝕、吸收、具有良好的相容性。同時(shí)，人體骨骼必須承受較大的應(yīng)力，大約需要200MPa的強(qiáng)度。
許多陶瓷材料具備上述各種要求，所以近30年來，它正在逐步取代傳統(tǒng)的生物硬組織材料，如不銹鋼、鈦合金和其它金屬材料。傳統(tǒng)的金屬生物材料易在生物體內(nèi)溶析、腐蝕。有機(jī)非金屬生物材料強(qiáng)度低。而陶瓷的表面結(jié)構(gòu)呈親水性，與生物組織有優(yōu)異的親和力，同時(shí)具有重量輕、強(qiáng)度高和剛度大等優(yōu)點(diǎn)。
生物功能陶瓷按用途可分為七個(gè)方面。第一、人工骨或人造關(guān)節(jié)；第二、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的人工臟器材料；第三、形態(tài)修復(fù)和整形外科材料；第四、人造牙根和假牙；第五、人工肝臟內(nèi)的吸附材料（活性炭）；第六、固定酶載體（多孔玻璃）；第七、診斷檢測儀器的溫度、氣體、離子傳感器等各種傳感器材料。生物功能陶瓷對保障人體健康、美容等發(fā)揮發(fā)揮了不可替代的作用。
特種陶瓷市場基本特點(diǎn)
我國功能陶瓷占整個(gè)特種陶瓷銷售量的80%，而且每年以20%的速度增長著。在功能陶瓷中，電磁功能陶瓷有占到80%的比例。即特種陶瓷市場中60%以上是電磁功能陶瓷。功能陶瓷已在能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著宇航、航空、原子能和先進(jìn)能源等近代科技大發(fā)展，對高溫、高強(qiáng)度材料提出越來越苛刻的要求，金屬基高溫合金往往難以完全滿足。結(jié)構(gòu)陶瓷材料的熔點(diǎn)和硬度比金屬材料高得多，加上它還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性和其它好的性能，所以結(jié)構(gòu)陶瓷在高溫技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在傳統(tǒng)陶瓷窯爐領(lǐng)域使用氧化鋁、碳化硅輥棒、火嘴磚、莫來石板陶瓷纖維等高承重、耐高溫傳動(dòng)、燒成配件，以及隔熱耐火材料，中國具有全球最大的生產(chǎn)能力和性價(jià)比優(yōu)勢。
特種陶瓷發(fā)展現(xiàn)狀及前景
我國特種陶瓷的研究和生產(chǎn)在改革開放的30多年得到很大發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)水平和工業(yè)化程度上仍然與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)。預(yù)計(jì)，到2010年和2015年，我國特種陶瓷產(chǎn)值將分別達(dá)到300億元和450億元，市場需求巨大。我國從事特種陶瓷開發(fā)研制的高校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)已超過300家，其中研發(fā)生產(chǎn)功能陶瓷的單位占63.6%，研發(fā)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)陶瓷的單位占36.4%。中國科學(xué)院、上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)等對我國特種材料研究起到了重要的推動(dòng)作用。
特種陶瓷廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械設(shè)備、燃?xì)饩咝袠I(yè)、汽車（摩托車）行業(yè)、紡織工業(yè)、機(jī)電行業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高科技陶瓷的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
進(jìn)入21世紀(jì)，新一代技術(shù)革命領(lǐng)域——生物工程、新能源、信息工程、宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)——急需大量的新材料。作為基礎(chǔ)的材料無疑要在這些技術(shù)革命中發(fā)揮重要的作用。在材料的發(fā)展過程中，盡管陶瓷出現(xiàn)得最早，但歷來是以金屬材料和有機(jī)高分子為主的，所以它們研究得比較透徹、應(yīng)用得比較廣泛。正因?yàn)槿绱�，相對來說潛力也挖掘得比較充分。特種陶瓷發(fā)展的歷史較短，研究的深度和廣度遠(yuǎn)不如金屬和聚合物，而且特種陶瓷具有許多獨(dú)特的性能，潛力巨大。因此，發(fā)現(xiàn)新材料的幾率是很高的。
2009年度重點(diǎn)研究的部分特種陶瓷項(xiàng)目
2009年以來，我國特種陶瓷形成較大規(guī)模發(fā)展的項(xiàng)目的主要有汽車陶瓷剎車片、氧化鋯固體電解質(zhì)研究、納米陶瓷成形、鈷酸鈣系熱電材料研究、二氧化鈦光催化技術(shù)的應(yīng)用、生物功能陶瓷等。這些領(lǐng)域均取得突破性的發(fā)展，必將成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新途徑。
一、汽車剎車片應(yīng)用項(xiàng)目
汽車高速化要求越來越高，目前國內(nèi)已應(yīng)用的摩擦材料中，無一能全面綜合滿足新的要求，這一現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了汽車的制動(dòng)性能乃至我國汽車業(yè)的高速發(fā)展。
陶瓷剎車片相比于半金屬摩擦材料和無石棉摩擦材料剎車片，具有比重小、熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性能好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地使用在摩擦材料上。因此，開發(fā)摩擦性能穩(wěn)定、磨損率低、使用壽命長、無噪音和振動(dòng)的新型陶瓷摩擦材料已成為現(xiàn)在摩擦材料研究的一個(gè)熱門領(lǐng)域。
二、氧化鋯基固體電解質(zhì)項(xiàng)目
固體氧化物燃料電池（SOFC）是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的新型綠色能源。固體電解質(zhì)是SOFC的核心部件，SOFC要求電解質(zhì)具有高的離子電導(dǎo)率，低的電子遷移數(shù)，與電極材料、氧化燃?xì)獗３只瘜W(xué)穩(wěn)定，在一個(gè)較寬的溫度和氧化壓范圍內(nèi)保持熱力學(xué)穩(wěn)定，與其它電池組件在熱膨脹系數(shù)上匹配，具有良好的氣密性以及適宜的力學(xué)性能等。
氧化鋯陶瓷因其擁有較高的離子電導(dǎo)率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，成為研究最多、應(yīng)用最為廣泛的一類電解質(zhì)材料。通過對氧化鋯基電解質(zhì)薄膜制備工藝的改進(jìn)，降低此類材料的操作溫度和制備成本，力爭可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化也是未來研究的重要方向。
三、納米陶瓷成形
和普通陶瓷的成形一樣，納米陶瓷的成形方法也可分為干法成形和濕法成形兩大類。但對于普通陶瓷的粗顆粒粉體，納米粉體的成形往往要困難得多，這是因?yàn)榧{米粉體顆粒很小，單位體積中顆粒間的接觸點(diǎn)大大多于普通粉體，每個(gè)接觸點(diǎn)都可能因摩擦力的作用而阻礙顆粒間的滑移和重排，從而影響到素坯密度的提高和組織的均勻化。更重要的是，納米顆粒之間很容易因范德華力的作用而形成團(tuán)聚，致使素坯中的顆粒堆積的不均勻性增加，同時(shí)坯體的密度降低。而且，如果這些團(tuán)聚體不在成形階段壓碎或除去，極易在燒結(jié)時(shí)形成差分燒結(jié)，其結(jié)果就是導(dǎo)致燒結(jié)溫度的提高和晶粒的生產(chǎn)，這對于制備納米陶瓷極其不利。此外，納米顆粒表面很容易吸附雜質(zhì)，也可能會(huì)對成形甚至后續(xù)的燒結(jié)及材料的性能造成影響。因此，尋找合適的技術(shù)工藝，獲得團(tuán)聚少或無團(tuán)聚、相對密度高且結(jié)構(gòu)均勻的素坯，是納米陶瓷制備中的一項(xiàng)重要任務(wù)。
四、鈷酸鈣系熱電材料研究
由于熱電材料制備的設(shè)備具有無振動(dòng)、無噪聲、體積小、重量輕、對環(huán)境無任何污染等優(yōu)點(diǎn)，因此熱電材料在溫差發(fā)電和制冷領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。
鉆酸鈣系氧化物是一種新型的熱電材料，該氧化物具有不易潮解、化學(xué)穩(wěn)定性好以及較好的熱電性能等優(yōu)點(diǎn)。隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，鈷酸鈣系基熱電材料由于其在工業(yè)廢熱等低品位能源的利用及環(huán)境保護(hù)方面的特殊功能，將成為綠色能源研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。但目前鈷酸鈣系基熱電材料還不能替代傳統(tǒng)的制冷和發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其在工業(yè)上的應(yīng)用，需進(jìn)行以下研究：繼續(xù)研究摻雜對材料熱電性能的影響，進(jìn)行納米復(fù)合的研究，加強(qiáng)器件的制作工藝研究，以加快熱電材料的實(shí)用化進(jìn)程。
五、二氧化鈦光催化技術(shù)的應(yīng)用
二氧化鈦光催化技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代。納米二氧化鈦在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面均有許多優(yōu)異性能，能夠把光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能，使其在通常情況下難于實(shí)現(xiàn)或不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)能夠在溫和的條件下順利的進(jìn)行。特別是二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┚哂袩o毒、廉價(jià)、理化性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，光激發(fā)產(chǎn)生的空穴以及進(jìn)一步形成的羥基自由基可以無選擇的氧化有機(jī)污染物，并徹底礦化，沒有二次污染而備受青睞。隨著光催化技術(shù)的發(fā)展和納米Ti02催化活性的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
當(dāng)前，在我國沿海發(fā)達(dá)地區(qū)已開始采用“光觸媒”作為醫(yī)院、公共設(shè)施甚至出租車的空氣凈化手段。一些汽車生產(chǎn)廠家針對新車出產(chǎn)前采用光催化技術(shù)進(jìn)行處理，推出健康汽車。但是Ti02的分離、反應(yīng)器模型、催化劑的固載化以及提高可見光利用效率等問題仍需進(jìn)一步研究。
六、生物功能陶瓷
生物功能材料的基本要求就是對健康無危害，又不被生化作用所破壞。即要求材料物理、化學(xué)和生理學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對生物組織無刺激，不被生物組織腐蝕、吸收、具有良好的相容性。同時(shí)，人體骨骼必須承受較大的應(yīng)力，大約需要200MPa的強(qiáng)度。
許多陶瓷材料具備上述各種要求，所以近30年來，它正在逐步取代傳統(tǒng)的生物硬組織材料，如不銹鋼、鈦合金和其它金屬材料。傳統(tǒng)的金屬生物材料易在生物體內(nèi)溶析、腐蝕。有機(jī)非金屬生物材料強(qiáng)度低。而陶瓷的表面結(jié)構(gòu)呈親水性，與生物組織有優(yōu)異的親和力，同時(shí)具有重量輕、強(qiáng)度高和剛度大等優(yōu)點(diǎn)。
生物功能陶瓷按用途可分為七個(gè)方面。第一、人工骨或人造關(guān)節(jié)；第二、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的人工臟器材料；第三、形態(tài)修復(fù)和整形外科材料；第四、人造牙根和假牙；第五、人工肝臟內(nèi)的吸附材料（活性炭）；第六、固定酶載體（多孔玻璃）；第七、診斷檢測儀器的溫度、氣體、離子傳感器等各種傳感器材料。生物功能陶瓷對保障人體健康、美容等發(fā)揮發(fā)揮了不可替代的作用。
