先进的超级陶瓷材料

陶瓷是一种古老的制品，它是由粘土或粘土加入石英和长石等的混合物经成型、干燥和焙烧而成。在遥远的石器时代，原始人就在篝火上烧制出第一批陶器。

灿烂的中华文明和陶瓷关系密切。六千多年前的西安半坡村人普遍使用尖底汲水陶罐；五千多年前的仰韶文化时期出现了陶制纺轮和彩陶；四千多年前的龙山文化时期已采用了快轮制陶技术，制成了闻名中外的黑陶。有的黑陶表面光亮，厚度仅 1～2 毫米，称为蛋壳陶。秦始皇陵出土的大批陶兵马俑，制作之精美，气派之宏伟，被认为举世无双。唐代的“唐三彩”陶瓷至今还为人们所喜爱。五代时期我国的陶瓷技术已登峰造极了，这时生产的陶器被誉为“青如天，明如镜，薄如纸，声如磬”。以后的历代名窖产品数不胜数，在一些国家词汇中，中国和陶瓷是一个词“China”。中国的陶瓷于九世纪传至非洲东部和阿拉伯，13 世纪传至日本，15 世纪传至欧洲，对世界文化有很大的影响。

陶瓷的基本成分是铝硅酸盐，由于天然原料带有杂质，使陶瓷的一些性质受到损害。后来科学家用不含硅酸的天然原料，成功研制了性能更优越的陶瓷，从而出现了不含硅的崭新一代陶瓷，也叫现代陶瓷。常见的品种有二氧化物、氮化物、碳化物陶瓷及硼化物陶瓷等等。为了改善陶瓷的脆性和增加强度，人们又在陶瓷基体中添加金属纤维和无机纤维，组成复合材料，其中有的强度每平方厘米可承受一万公斤的力，成为陶瓷材料的佼佼者。

碳化硅和氮化硅又被作为精细陶瓷材料，它们克服了一般陶瓷的致命弱点——脆性，有很高的韧性、塑性和耐磨性，并在高温下具有较高的耐性， 经几百次骤冷骤热试验不会产生破裂，抗冲击能力也比一般氧化物陶瓷强。

目前，精陶瓷材料主要使用在尖端工业上，如微电子、核反应堆、航天、地热和磁流体发电、人工骨、人工关节等方面 由于工作环境原因对其质量要求很严。精陶瓷材料应满足以下三方面的要求：精选的原料——为了充分发挥功能，要选用高纯度的原料，颗粒要尽可能细；严格控制的化学成分—

—在制造时注意防止杂质混入和成分本身挥发。对烧结件的颗粒粒度、界面、气孔等要严格控制，以达到质量稳定和具有再现性；精确的形状和尺寸—— 精陶瓷制件一般不经加工，直接使用，特别是陶瓷电子器件要求精度更高。例如：1982 年，日本进行了民办首次陶瓷柴油机的汽车试验，效果很好。采用精细陶瓷材料制造汽车发动机，可提高效率 45％，节油 30％。

把陶瓷粉与金属粉末混匀，经高温烧结，就得到了金属陶瓷，它兼有金属和陶瓷的特点，韧而不脆，硬而耐热。例如含 20％钴粉的金属陶瓷是制造火箭喷口的材料。在高温中，陶瓷中的金属首先蒸发掉，热量被带走，温度随着降低，因而能在高温环境里工作。例如，美国“哥伦比亚”号航天飞机的外壳，便是由 31000 块金属陶瓷瓦片铺砌而成，经受了返回大气时所产生的白热化高温的严竣考验。

高铝陶瓷是有名的“硬骨头”，用它作机器上的磨器件，其耐磨性能比金属高 2～3 倍。至于刚玉瓷，氮化硼陶瓷制成的瓷刀，更能“削铁如泥”。

类似的例子还很多，无怪乎专家们预言：人类将“重返”石器时代，不

过这是一个全新的“石器时代”。在本世纪最后十年和下世纪初，陶瓷科学将实现从先进陶瓷到纳米陶瓷（晶体颗粒大小为 10～100nm）的飞跃。近些年来陶瓷科学的飞速发展为这一突破打下了良好的基础，而现代技术的发展则为这一突破提供了强有力的支持。电子显微镜，包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜的推广应用，特别是近年来高分辨电镜和分析电镜技术的发展，使人们有可能进入到纳米量级线度上来研究材料的组成和结构。现在人们能直接观察到晶粒以及晶粒中的缺陷，从而为纳米结构的形成和控制研究提供了保证。