编号：TCHY00023

篇名：先进陶瓷材料跻身高技术领域

作者： 施剑林

关键词： 陶瓷材料

机构： 上海硅酸盐研究所

原文： 先进陶瓷材料指用精制高纯人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结而制成的高性能陶瓷，与金属或高分子材料相比，先进陶瓷材料更具备众多独特的性能，如结构陶瓷优异的高温力学性能，功能陶瓷特有的光、声、电、磁、热、弹性等性能或功能耦合效应是其他材料难以具备的。目前，现代无机非金属材料已经在很多领域，特别是诸多高技术领域获得关键性的应用。 ———无机材料是现代信息与通讯技术的基础。大型集成电路中的各类陶瓷基片和衬底材料，光纤通讯中的石英光纤等是整个信息产业中最为关键的材料。另外，光通讯中有源光源器件中的激光工作物质、无源器件中光纤连接器用的氧化锆陶瓷材料等都是现代光通讯领域内必不可少的关键材料。 ———国防军工领域中，陶瓷材料发挥了关键作用。战略导弹、军事卫星和导弹防御系统是满足现代和未来的国家安全需要的杀手锏。战略导弹上的防热端头帽、各类卫星星体和箭体用防热温控涂层材料、火箭喷管碳／陶瓷梯度复合材料和导弹防御系统中的微波介质材料等等，均是先进陶瓷材料。 ———无机材料在环境保护中做出了贡献。废气的处理是环保的重要方面，将废气转化为无害的气体需要多孔或蜂窝状的陶瓷作为转化器的载体材料或催化／载体一体化材料。其他各种高温吸附、分离和催化材料等也是先进陶瓷材料。清洁能源如太阳能、核能、燃料电池等，均离不开无机非金属材料。 ———无机材料为人类健康造福。疾病早期诊断用先进的医疗设备（如高分辨B超仪、高速CT和正电子断层扫描成像仪PET等）中最关键的探测材料，如超声波激发与探测材料、高能射线探测材料是陶瓷或晶体材料。人工关节、齿科材料等则是具有生物活性的结构陶瓷材料。 无机材料在传统产业改造中的作用越来越大。各类高档耐磨耐腐蚀密封材料、陶瓷轴承、钢筋轧制用复合陶瓷材料不仅提高了相关传统行业的效率，节约了成本，减轻了劳动强度，还对环境保护大有裨益。高性能的发热体材料是现代材料、半导体行业用加热设备的不可缺少的关键材料。 国际上从20世纪60年代开始重视研究先进陶瓷材料。90年代中后期，世界各国对陶瓷材料的研究转向材料性能稳定性、结构与功能性能一体化、低成本制备工艺等方面。目前全球各类先进陶瓷材料及其产品的市场销售总额每年达数百亿美元，年增长率达8％，结构陶瓷占销售额的30％左右。 我国在先进陶瓷材料研究领域结合国防和国民经济发展需要也取得了一系列成果，，拥有自己的技术特色。纤维补强陶瓷基复合材料在我国独创性地应用于战略导弹上，被列入为定型产品，并应用于各类卫星天线窗的保护框上，这是国际上纤维补强陶瓷基复合材料的首次实际应用。近十年来，我国以发动机用陶瓷零部件的研制为契机，研制成功一系列新型陶瓷材料及相关应用。目前氮化硅与碳化硅基陶瓷材料已应用于机械密封、金属加工切削和金属冶炼工业中；氧化铝、氧化锆基增韧陶瓷部件也应用于集成电路基片、光纤连接器关键部件、汽车工业和石油工业等许多领域。 然而就我国先进陶瓷材料在各领域内的总体应用状况而言，目前还仅仅是一个开始。与发达国家相比，我国在研究、技术和产业化水平等方面都存在明显差距，例如在全球数百亿美元的先进陶瓷年销售额中，我国的销售额仅占1％～2％。因此，在先进陶瓷的基础理论、中试技术平台构建、低成本产业化等方面还需加大投入，迎头赶上，努力使我国的先进材料科学得到更快速的发展，促进先进无机材料的产业发展。 为满足国家发展战略需求，许多国家的政府加大了对先进陶瓷研究的投入。从科学发展的角度看，先进陶瓷材料研究应兼顾国家战略需求和市场应用需求，既要满足更高使用性能要求开发新材料，又要在成本和价格上为市场所接受。要获得高性能、低成本材料，必须对结构设计和制备过程中的基础理论问题进行深入研究。因此，结构设计与制备科学成为当前先进陶瓷材料各主要研究方向上的共同热点。抓住材料的结构设计和制备科学这两个关键的科学问题，不仅可以解决先进陶瓷材料目前面临的很多难题，而且对深入理解材料制备过程中的科学问题，对先进陶瓷材料学科和产业的发展都将起到关键作用。 我国先进陶瓷的发展具有一定优势，随着我国经济的快速发展，必将为无机材料的发展和应用提供越来越多的机会。同时由于我国资源比较匮乏，未来的发展将更加依赖于高新技术，而先进材料是整个高新技术产业中一个不可或缺的基础，同时也是高新技术产业不断发展的源泉。此外，无机材料产业在具有高技术含量的同时，也往往需要较多的劳动力，具有技术密集和劳动密集的特征，十分适合我国的国情。如果我们把握机会，加大对材料基础理论研究，加强先进无机材料高技术的开发与应用，必将加快我国先进无机材料的高技术产业的发展，为国民经济作出更大贡献。如果我们能抓住当前国家经济发展和国外产业转移的机会，积极开拓政府与民间的投资渠道，针对关键问题进行集中攻关和科技创新，整个先进陶瓷的高技术研究与产业化将迎来前所未有的兴旺时期。 施剑林，国家杰出青年基金获得者。男，1963年生，1989年于上海硅酸盐研究所获博士学位。从事先进陶瓷材料制备科学，烧结理论，结构陶瓷高温可靠性评价，无机纳米材料，介孔材料与主客体材料等研究。现任中国科学院上海硅酸盐研究所所长，高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室主任、上海硅酸盐研究所无机纳米材料实验室主任和上海市硅酸盐学会理事长等职。

出处： 中国化工报