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陶瓷材料论文:探求陶瓷材料在产品设计中的适用性
一、陶瓷产品的加工工艺方法概述
陶瓷产品的设计与生产是一个复杂而又完善的体系，它的构思、设计、制作、生产都区别于传统手工业生产的陶瓷制作。陶瓷产品是用泥类，经粉碎后和水混合成的可塑性很好的泥团，用这种泥团做成的器形，再放入窑中烧制后的产品称为陶瓷。在开发新产品的过程中选择陶瓷的成型方法是确定生产工艺路线中非常关键的一步。其中最根本的是对陶瓷产品的产量、品质要求、材料性能以及经济效益等因素的综合考虑。
一般情况下，结构简单的陶瓷产品可以采用的工艺成型方法为滚压法和旋压法。大件的或薄壁的陶瓷产品可采用注浆法，如果产品尺寸规格要求高就用压制法，产品尺寸规格要求不高时，用注浆法或手工刻塑成型就可以了，这种成型方法易于操作、条件好、便于前后程序的连动化。
一般在陶瓷产品的制作过程中最为常用的加工成型主要以注浆法为主。注浆法的基本过程大致分为三个阶段，首先，从泥浆注入石膏模直至形成薄泥层，这是及时阶段。接下来，在形成薄泥层后，泥层渐厚形成注件，这是第二阶段。雏培形成后至脱模为收尾阶段。这种方法对产品设计成型的使用度较高，是陶瓷产品制作过程中常用的一种方法。
二、陶瓷在未来的发展方向与应用价值
陶瓷材料具有原料丰富，色泽亮丽，成形方便，耐酸耐碱且容易洗涤的特点，他不但清洁卫生，还会经久不变。所以，基于以上特征陶瓷产品在功能上主要以日用陶瓷（茶具，餐具等）设计；卫生洁具设计；建筑陶瓷设计；艺术瓷设计（陈设器具等）为主。但是随着时代的发展陶瓷功能也得到进一步的扩大，例如：瑞士雷达表已选用超前的材料——精细陶瓷，其抗断力和拉伸力极高且具有完满无瑕的外表和舒服亲肤的特质。
碳玻璃陶瓷在制作高温化学反应堆、用于异常条件下的气体动力、轴承、有色金属铸罐的零件方面是不可替代的。还有如日本生产制造的陶瓷刀，用陶瓷菜刀切食物不会留下讨厌的铁腥味和铁锈，特别适宜于切生吃的食物和熟食；陶瓷剪刀由于不带磁性，特别适宜于剪接录音磁带和录像磁带，它的品质大大优于钢制剪刀，不生锈，十分锋利，被人们称赞为永不卷刃。除此之外，陶瓷还应用于太阳能电池、电容器、集成电路、催化剂载体、碳纤维和人体骨骼等方面对机械、能源、电子、信息、汽车、太空活动等领域做出巨大的贡献。
经过研究，先进的高科技陶瓷，不易磨损，轻巧耐磨，抗酸抗碱，并能忍受高温。陶瓷这种材料被时代赋予更多和含义，应用的范围日益广泛，同时也创造着更大的价值。另外，陶瓷产品的创新设计也应有更加深刻的理解，这种创新设计主要包括两个方面的内容：一是艺术设计上的创新，另一个则是制作工艺上的创新，即运用现有的制作工艺创作出有新意的产品。虽然陶瓷制品的用途不同，生产工艺不同，设计特点和装饰手法也有差异，但任何陶瓷产品都需要艺术设计的表现。然而陶瓷行业的模仿与跟风的现象却是影响创新设计的重要原因，这一原因同时造成了大量的产品同质化。
为了解决这样的问题，要求设计者在陶瓷设计在中体现“中国风”，将设计民族化、地域化，这一点十分重要了，如素来以温柔婉约为特质的青花瓷，如今被设计师们用来创作具有力量感的设计作品，中的手枪让作品不再带有那么冷冰冰的恐惧，且更具有趣味性。民族的才是世界的，中国陶瓷文明源远流长，陶瓷文化底蕴深厚，只要我们的企业愿意在挖掘民族特色上下功夫，我们的国际化，我们的国际竞争，将不仅仅只是融入国际大潮中，更会在国际上市场上占据一席之地，甚至引导国际潮流。这将是我国陶瓷产品设计、陶瓷产业的奋斗目标。
三、总结
由于它是物质产品，具有使用价值和经济价值，能给人以物质和精神的享受，因此创作陶瓷产品必须与实践相结合，方能为人类的物质生活和文化生活服务。我们在深入了解陶瓷加工工艺、艺术特点的基础上要创造出属于中国自己的现代陶瓷产品，让陶瓷产业在我国再续辉煌。
作者：曹国锋 赵爱丽 单位：黑龙江千江园林景观雕塑有限公司 黑龙江八一农垦大学
陶瓷材料论文:陶瓷材料在家具设计中的应用
一、陶瓷材料应用于现代家具设计中的意义
(一)继承和发扬中华民族传统文化中国陶瓷文化博大精深，是世代传承下来的特色文化体系。“china”本意是“瓷器”，同时又有“中国”的涵意。外国人最早就是通过瓷器来认识中国，来了解中国的文化习俗，人文风貌。陶瓷材料的制作工艺以及精美绝伦的图案并不单纯是一种艺术行为，它同时凝结了我国古代传统文化。陶瓷材料在现代家具中的应用，不仅可以提升居室文化品味，更能彰显我国陶瓷文化的魅力。
(二)有利于世界了解中国多年以来我们一直强调“只有民族的，才是世界的”，如何让世界了解中国，让中国的设计更有价值呢？只是将传统图案的陶瓷材料应用于现代家具当中，进行盲目的异质拼接，走的不过是低端复制的路子。建立烙有中华民族印记的现代陶瓷家具体系，通过不断的创新使其国际化，才能让中华民族文化走向世界，让更多人深刻地了解中国。
二、陶瓷材料在现代家具设计中的应用
(一)陶瓷材料在现代家具设计中的物质化应用诺曼提出的行为情感设计具备四个要素，即功能、易理解性、易用性和感受[1]。陶瓷家具并不是一个单独存在的个体，它与住宅空间里各个界面、其他家具、使用者及环境构成有机的整体。陶瓷家具首先必须具有实用功能，没有实用功能的陶瓷家具也就没有存在价值。正如奥地利著名建筑师卢斯在《装饰与罪恶》中所倡导的思想——“一切没有功能意义的装饰都是罪恶。”我们不能把陶瓷家具仅仅作为住宅空间里的装饰品，而应该较大化地实现其功能。不过，传统中式陶瓷家具在构件和造型上过于庄严、堆成、重礼数，而现代人则追求家具的舒适度。这就要求我们一方面保留中式陶瓷家具的文化特色，另一方面设计出更符合人体工程学原理的现代陶瓷家具，同时满足现代人的情感需求。单一的功能已经无法满足市场的多元化需要，对传统陶瓷家具的再设计，必须充分考虑现代人的情感需要，并实现其功能的多样化，一具多用才能站稳市场。为了让人们转变对传统陶瓷工艺是老旧古板的代名词的印象，设计者必须不断拓展和完善陶瓷家具，并研究其与人和空间之间的交互行为。当下的陶瓷家具新功能已经不仅仅局限于尺寸与造型的实用性，它已经涉及到社会、环境、性别等诸多领域。人们开始不断创新造型设计，力求在及时时间带给观者强烈的视觉冲击力，满足人们的审美需要。如提盒(见图1)这件作品，它的造型来源于中国传统的食物提盒，古色古香，历史悠久。图中传统提盒演变成一款多功能陶瓷家具。这款产品有5个大小收纳盒，可以解决收纳空间狭小的问题。收纳柜的数量也可以按照使用者的要求实时更替。这种多盒为一的方式，让使用者和产品进行自主交互。在使用的过程中自行组装与产品发生感情，认定其是一款自己亲手设计的作品。同时除了收纳的功能，它还是一款可调节方向的灯具。通过提盒上杆的旋转可以满足不同角度的照明要求。为了使光源照射出来的光线更加柔和，灯罩选用陶瓷艺术大师的薄胎青花瓷作品，满足功能的同时让艺术陶瓷融入生活，拉近艺术陶瓷与大众的距离，在生活中感受陶瓷艺术的熏陶。作品的实用功能、审美功能、情感功能在此得以统一。与此同时，传统图案、颜色和材质在陶瓷材料家具设计中的搭配必须协调一致。著名华人建筑室内设计师刘思维说过，一切带有民族色彩的图案在每一个你认为要流行起来的时间他都可能是流行的。当然仅仅依靠传统图案是不够的，需要消费者对其体验过后，从视觉和心理上都满意才能成为一件好的作品。陶瓷瓷板画一直是人们喜欢购买的艺术品，很多人都想通过瓷器艺术品来营造家宅的吉祥如意的氛围。如年年有余的象征图“锦鲤”，出淤泥而不染的“莲花”，以及象征健康长寿的图“松柏长青”这些吉祥图案的瓷板画都有着吉祥的寓意。但是瓷板画过于浓重的传统颜色、图案和现代简约的居室装修风格往往会格格不入。三寒矮柜(见图2)将瓷板画镶入矮柜里，让它与现代简约家具合为一体。瓷板画选用梅兰竹三君子为素材，展现陶瓷技艺。传统的陶瓷家具在造型上因为非常讲究均衡对称，大多给人中规中距、四平八稳的感觉；在颜色的选择上也偏向于朴素稳重的颜色，如果再选用木材，容易让人感觉很“闷”。因此三寒矮柜在材料上选择聚乙烯，颜色绚丽多彩起到“透气”的作用，使整个陶瓷家具充满生机，具有时尚感而又不失中式陶瓷家具的神韵。通过对功能、材料、结构及其工艺的结合，对传统的陶瓷家具给予再设计、提炼和创新，让观者产生一种全新的体验。
(二)陶瓷材料装饰图案在现代家具中的精神化应用陶瓷家具通过其形态、色彩、材质和功能符号等元素带给人们视觉、触觉和使用的感受，而人们通过对陶瓷家具的观察、触觉、使用和领悟来理解其功能、寓意和文化内涵。其中陶瓷家具中常常引入的大量的传统元素，如寓意吉祥的传统图案(寿桃寓意长寿；蝙蝠取谐音“福”，葡萄代表“多子”，牡丹象征“富贵吉祥”)，又如对家具的边、角、框等位置进行装饰的二方连续或四方连续的几何纹样(万字符、冰裂纹、回纹)，再如在古代就是中国陶瓷家具的装饰的字画类作品(无论是楷体还是草体的书法，还是中国画细腻的工笔和豪放的写意画)，都是祖先留给我们的宝贵精神财富。它们不但能够提高陶瓷家具的设计品位，而且非常符合中国人趋吉避凶的传统心态，是国人独有的情感诉求。图3中的高山流水椅，造型来源于官帽椅，它在官帽椅原有的基础上简化多余的结构以满足现代人的审美需求。材料上选择了楠竹和青花瓷，无论是2年成材的楠竹，还是青花瓷传统手工艺，都使作品更加环保且具有浓郁的中华民族风情，让使用者在本能情感上接受它。椅子靠背的高山图、座面的流水图营造出依山傍水的秀美风景，将人们对悠闲自在的山野生活的向往之情表现得淋漓尽致。它体现的是我国传统文化的艺术价值、人文意识、审美情趣，是传统工艺在居住空间中的精神化运用。
作者：冯晶雅 单位：广州大学服装学院
陶瓷材料论文:陶瓷材料在现代产品设计中运用
摘要：现代产品设计所使用的材料种类繁多，陶瓷材料以其特有的质感和魅力赋予产品丰富的内涵。以陶瓷为材料设计制作的现代产品不再是仅满足人们生活上的基本功能和实用价值，更是能创造出新的生活方式和新的美学体验。
关键词：陶瓷；产品设计；材料；形态；结构
人类制造任何物品都需要材料，在产品设计中，材料是产品功能和形态的最基本的保障。关于材料的定义，泛指人类用以作为物品的原料，是一切自然物和人造物存在的基础。从新石器时代人类最早期有意识地利用石头制造工具开始，设计就与材料建立了密不可分的联系。设计是具有物质和精神、生理和心理双重功能的造型活动，材料是实现设计的基本条件。产品设计的发展在经历了一个多世纪后，已经被赋予了丰富的精神内涵和文化内涵，体现出了强烈的民族化和个性语言以及文化含量。现代产品设计中可应用的材料种类和数量极其庞大，而陶瓷则是人类应用最早的材料之一。传统的陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料，新技术的发展带动材料的更新，比如新近发展起来的特种陶瓷或称精细陶瓷，它的主要成分扩展至纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等。陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷在我国发展历史悠久，为我国工艺美术的发展做出了伟大贡献。在现代工业化生产时代，陶瓷以其特有的色泽、质感和内在品质，在现代产品设计中依旧担负着重要的角色使命。笔者就陶瓷材料在不同类别的现代产品设计中的运用做了一些研究。
1现代陶瓷器皿设计
陶瓷的热稳定性和化学稳定性，使其先天地成为制作器皿的极佳的材料。人们在选购日用器皿的时候，无论是一套餐具，或是一把茶壶，又或是水培植物的花器，其选择标准往往是能否适合自己的文化品位、是否符合家居陈设或是自己的饮食习惯。由于现代社会人们的审美观念的变更，要适应时代要求，陶瓷器皿的设计就必须要摈弃传统的固有的造型规律和设计原则，符合现代设计美学特征。随着现代生活简约化、直观化和快节奏化的发展趋势，陶瓷器皿设计也已形成简练、大方、个性和多元化的艺术风格。传统陶瓷器皿一直扮演者生活用品的角色，现代陶瓷器皿则扩展了自身的艺术价值，成为独立的艺术创作活动，并且更具艺术活力和广阔前景。CREEMY咖啡壶/茶壶，两用壶设计，很好的融合了东西方不同的饮食习惯。形态非常协调统一，使用方便。触感细腻、柔滑，厚度单薄，质地坚硬，是高品位的象征。
2现代家具设计
20世纪初，伟大的设计先驱们就开始将新的形态和理念运用于现代家具的设计中，简洁实用、价格合理成了现代家具设计的新的主张。现代家具设计的发展正呈现多元化的发展态势。新材料的不断开发利用让设计师们创造出更丰富多样的现代家具作品。陶瓷，以其天然、淳朴的特性，和承载的身 后的文化内涵，在家具设计领域里绽放着独特的色彩。现代陶瓷家具是陶瓷艺术在家具设计中的一种具体表现形式，在满足现代人生活需要的同时，也契合了现代人的审美观。陶瓷材料不仅能拓展家具的功能，突破常规的形态设计也给人强烈的视觉冲击力。现代社会人们对精神的追求，演绎成一种文化或某种情感特征的象征，这使得陶瓷家具的审美层次由最初的单一形式美向多层次化发展，使陶瓷材料可以和玻璃、木材、石材、金属等不同材料搭配使用，这更开拓了现代陶瓷家具的发展未来。
3现代陶瓷卫浴产品
现代生活中，舒适、的卫生间成为了现代家居必不可少的组成部分，沐浴环境已然成为重要的生活空间。陶瓷卫浴产品的功能形态风格悄然折射出现代人的生活态度。陶瓷材料与卫浴产品的结合是最为成功的。陶瓷的洁净白亮的釉面效果，极大满足了卫生间的功能性，这是陶瓷材料的先天优势。在现代设计师不断创新的实践中，或复古的，或个性的，或民族特点的，多种风格的陶瓷卫浴产品层出不穷。新型陶瓷材料，如抗菌陶瓷，在卫浴产品中得到运用，其使用过程中能有效杀死致病细菌，能达到健康环保、净化空气的作用。“书签”马桶，一款可以“私人定制”的卫浴产品，家庭中的每个成员都可以有一扇属于自己的专用坐便器，这种有趣的设计既满足了使用者的卫生需求，又能符合使用者的心理健康需求。
4结语
当今材料领域里，陶瓷、金属、有机材料已成为三大重要支柱。研究陶瓷材料如何更好地运用于现代产品中，不仅能拓展陶瓷艺术在现代社会中的功能使用，在现今能源紧缺的不利环境下，对追求可持续发展的绿色环保设计更是有着积极的意义。现代的产品设计师们以开拓进取的精神，发挥无限的想象，迸发创作灵感，对陶瓷原有的认识进行解构与转化，必将创造出更多更的陶瓷材料产品。
作者:关玉凤 单位:江西陶瓷工艺美术职业技术学院
陶瓷材料论文:论陶瓷材料表面的肌理效果
运用不同的肌理效果,可以构成种种肌理美。肌理效果与肌理美是陶瓷艺术的语言，是以陶瓷为材料的各种制品不可缺少的艺术处理手法。任何制品表面都有其特定的纹理变化，这种特有的材质纹理变化所呈现出的抽象肌理美正是陶瓷作品所追求的艺术效果。它可以丰富陶瓷作品的艺术价值，提高它的审美功能，使之更加成熟、。
陶瓷材料表面肌理效果的种类
陶瓷材料的肌理效果种类很多，就艺术陶瓷而言有其独特的风格。艺术陶瓷与其它陶瓷表面肌理的区别是：其它陶瓷本身都具有一定的适应性和实用性，在设计理念上与艺术陶瓷的思维和意图有明显区别：艺术陶瓷的肌理效果，目的是要增加它的艺术感染力和精神实质，使各方面艺术特点都充分地体现出来，使观赏者更清楚地领会作品所表现的意图。反之艺术陶瓷若没有表面的肌理变化，所有器物都是相同的表面处理，只能使人感到平淡、乏味，也就谈不上有艺术感染力和视觉冲击力。
陶瓷材料的肌理效果，从总体上来说有素胎和施釉两种：素胎的处理有阴刻、阳刻、镂空、堆贴、拍打、挤、压、印纹等；施釉有通体施釉、局部施釉、喷釉、蘸釉、刷釉、多种色釉结合等方法。
陶瓷造型与肌理效果的关系
一件的陶瓷艺术作品所产生的艺术效果，离不开造型与装饰的统一，如果仅是造型优美而缺乏表面的装饰处理，就不可能达到的艺术效果，或是只注重表面的处理而忽视造型的，同样也不能达到美好的艺术体现。从设计的过程来看，大多是先有造型后有表面肌理装饰，一定的造型要有与它相适应的表面肌理效果相呼应，如本人创作的色釉综合装饰茶具《如歌岁月》，就使用紫金釉作为嘴、把、口、下边纹的装饰，利用刻花技法工艺产生肌理效果。主体以传统青花图案为装饰，充分利用材质自身的特点，使得作品丰满，有机地将色釉肌理效果与传统青花相结合，形成强烈的粗犷与细腻的对比，具有独特的艺术风格，整体效果和谐相融，相映生辉，充满着浓郁的民族特色。色彩古朴、典雅、凝重，具有现代气息，传统与现代装饰风格相得益彰，具有较高的实用、审美和收藏价值。
肌理效果不仅和造型有关，对其它方面也产生影响。比如一件圆柱型的花瓶，如果它的表面是平整的，会给人一种明快向上的感觉，插上花束，也很协调，如果采用平行排列的泥条盘筑纹理，那么泥条纹理的肌理效果会给人一种粗犷和质朴感。纹样平行也会产生一种稳定感，粗犷的纹理和花束又产生强烈的对比效果。
不同的陶瓷材料对肌理效果的影响
物质材料的内在理化性能往往是构成外在质地美的决定因素，因此材料的外表肌理可以显示出形象的风格特征。如景德镇传统红釉的珍贵品种之一“美人醉”，它的色调与钧红、祭红、郎窑红及其它铜红釉不同，在绝大多数情况下，它不是深红色而是一种浅红色，颇似桃花及海棠色调，由于烧成气氛的影响，美人醉的色调千变万化。有的在朦朦的粉红色当中有深红色的斑点密集；有的一部分为深红色在其周围逐渐晕散为浅红色调；有的在深红之外的较浅部分又微泛浅黄或浅绿色；有的在深浅绿色当中泛现着不同的红晕，出现“满身苔点泛于桃花春浪间”的奇趣。真是变化多端，微妙无穷。清代诗人洪北江吟道：“绿如春水初生日，红似朝霞欲上时，”真是形象生动地描述了这种富有诗意的美丽色釉所产生的肌理效果。
现代陶艺创作首先应该敏感地理解不同材料的个性，为表达材料美就必须寻求具有表现力的手法。近年来，市场盛行无光釉的装饰，人们追求那种“回到大自然中去，返朴归真”的休闲生活，喜好优雅的色彩，而珍珠釉具有淡雅素静，颗粒凸起的艺术效果。在珍珠釉器物上作画尤如在宣纸上绘画，运用中国画的创作规律，将作品表现的尽善尽美。
陶瓷材料的不同，对肌理的变化影响很大，而且各有不同的处理方法。
陶瓷土质品种繁多，但可塑性大小各异。可塑性大的土质，可采用拍打、弯折、捏搓、拉压、挤压、搅泥等方法。拍打，就是打成泥片，用带有不同的纹理陶拍打在泥片上，出现意料中的效果；弯折，就是打成泥片后，再任意弯折，使其产生不同的肌理效果；拉挤压，是用泥条或泥块随意拉挤压，使其产生多种的肌理效果；捏搓，指生产捏雕产品时，将花瓣、花枝，用手捏搓构成一幅图画，产生美的肌理效果。
可塑性小的土质，可采用粘接、镂空、堆积等手法处理。粘接，采用大小不同，形状不一的泥块，因粘接块的大小和疏密不同，产生迥异的效果；镂空，是在形体的表面，挖出形状不同的小孔，因小孔的排列方式不同，产生不一样的肌理效果；堆积，也是在形体的表面堆粘或厚薄不等，面积大小不同的形状，产生不同的肌理效果。
陶瓷材料的变化，不仅是可塑性大小的变化，而且在可塑性相等的情况下，由于颜色的差异，土质颗粒的大小与质感的粗细不同，也会产生不同的肌理效果。
陶瓷的肌理效果，不单纯附属于形体的表面为形体服务，其肌理本身也具有独特的装饰意趣。处理的方法很多，比如在平面坯体上刻画出有规律的条纹，然后再粘上长短不同的泥条，产生一种质感上的对比，使得这个以肌理为主的平面形体更富有装饰美感。再如陶瓷材料本身的颜色，即泥土的固有色，其本身就带有装饰感，给人以质朴、凝重的视觉效果。
新的时代要求我们要用新的表现手段来反映现实生活，新的现代化生活环境也为我们提供了丰富的创作素质，近年来，许多同行师长在新题材、新技法、新工艺的探索上都作出了许多有益的尝试，创作了许多前人从未想象过的各种肌理效果，丰富了陶瓷文化的内涵，为景德镇的陶瓷发展作出了巨大的贡献。
陶瓷材料论文:陶瓷材料在环境艺术中的介入
摘 要:陶瓷材料在环境艺术中的运用日渐增多,它具有公共性、审美性、亲和力强、恒久性等特点。本文通过对陶瓷材料的种类和特点进行分析,探讨了陶瓷材料在环境艺术中的应用及其发展空间。
关键词:陶瓷材料;环境;艺术;发展
1引 言
工业化、城市化进程的加速,以及人们物质水平的不断提高,为陶艺介入环境艺术提供了新的机遇;环境陶艺具有丰富的材料特性和艺术语言,聚集了人类的情感与泥土的原始性,它存在于公共环境空间,可以在很大程度上追求一种来自新艺术的感觉组合。如今,越来越多的陶艺家开始关注和转向公共环境艺术。
“环境陶艺”这个概念于20世纪90年代已经开始萌芽和兴起,它是指陶艺家利用陶瓷为主要媒介材料,或以其它材料为辅, 为特定的环境进行设计的环境陶艺作品。它主要是指公共空间的公共建筑物、建筑构件、广场、公园、道路、绿地、居住区、郊外空地及其它场地设立的以陶瓷材料为主的综合媒介作品。我国古代就有许多在现代人眼中可以称作环境陶艺的艺术作品,最早有文献考证的建筑构件是龙山文化时期的陶水管道,之后出现了质朴且具有很强装饰性的秦砖汉瓦,以及明代洪武时的《九龙壁》室外陶艺墙(图1)。在当代景德镇就活跃着一批非常有才华的陶艺家,他们正积极而热情地探讨、研究并创作出许多的环境陶艺作品。
2陶瓷材料的种类及特点
2.1 陶瓷材料的种类
一般来说,陶瓷所用材料可分为陶泥和瓷泥,陶泥一般是在自然界可以找到,并可直接用于成形;而瓷泥则须经过选料配料,并经过加工而成。
2.2 陶瓷材料的特点
从成形手法上来讲,陶和瓷泥的可塑性都非常强,一般都可根据泥性的要求和作品成形的需要,采用泥板、泥条、模具(印坯和注浆)等不同的成形方法;从烧成温度上来讲,陶一般不会高于1000℃,瓷一般在1200～1300℃之间,根据釉料的性质要求,瓷可分为高温瓷、中温瓷和低温瓷;从烧成后的效果来讲,陶泥由于它的原始野性(未经人工精炼),烧成后表面粗糙、吸水性强,因此具有原始和纯美质感,同时其作品具有粗犷大气的艺术特点;瓷泥由于经过加工精练,泥坯表面比较光滑,适用于各种釉下彩绘和颜色釉装饰,烧成后作品具有精细优雅的艺术特点。此外,有时为了达到特殊的艺术效果还可进行二次烧成。正是由于陶瓷材料在经过烧成后,质地坚硬、耐高温、耐水侵蚀、不易风化的特点,显示出它相比于金属、树脂、木材、玻璃等材料独特而强劲的优势,成为环境艺术中最理想的材料之一。
3陶瓷材料在环境艺术中介入的价值体现
环境陶艺作为一门公共艺术,不仅具备环境艺术公共性原则,而且也具备陶瓷艺术本身所独有的特征,它还包含了更多社会人文和大众的因素。
3.1 公共性
人们通过公共空间的活动,形成体现共同需要的环境秩序,艺术家在个人创意与公众意愿之间寻找平衡点,进而创造出既有艺术家个性又有公共性的环境陶艺,由此可见,公共性就成了陶艺最基本的特性。正是由于环境艺术设计始终从人的现实需求出发,环境艺术便获得了坚实的价值评判标准――人文尺度、人文精神、人文价值和人文思想的构建也必然成为这种评价的目的和追求。
3.2 审美性
审美性是环境艺术最重要的艺术特征之一。陶瓷艺术经过数千年的发展,形成了独特的艺术语言和审美形态。现代陶艺注重对自身媒介特征的搜索与实验,充分体现了陶艺的本质语言:泥、釉、火的内在美感价值。环境陶艺放置于公共环境之中,其作用首先是美化环境,提高城市环境的艺术质量和公众的审美情趣。设计意识超前、品位高雅的环境陶艺作品多为人们所喜爱,并可能成为某地区和城市标志性的环境艺术作品。座落在景德镇金岭大道的《昂》(图2)、《升腾》(图3)两套城雕,是景德镇陶瓷的标志性建筑,高达12 米。象征“陶”的“昂”,采用“H”型框架结构设计,吸收印纹陶的制作方法,用雕刻、模压技艺创作,用高温颜色釉的暖色调装饰,呈现出多种肌理层次,颜色醒目,与周边的色彩环境形成鲜明对比,给观众留下深刻的印象;“升腾”则以青花瓷纹饰为装饰图案,体现出瓷都景德镇的青花瓷器特色。
3.3 亲和力
大家知道,人类自从开始烧陶作日常用品,进入新石器文明以后,由于土和火与人类文明进程息息相关,人们和陶就有一种不可割舍的亲近感。尤其是人类文明进入信息时代,自然界的原生状态渐渐远离人类,陶却能唤醒人们的自然审美知觉,产生强有力的亲近意识。
用于制备陶瓷材料的水、火、土都与人类的生活息息相关,最早的陶器的发明就是因为汲水和烹饪的需要,陶瓷已被历史证明是用于传达形式、结构和人类情感的无与伦比的材料,人类的吃、住、行都是与陶资材料息息相关,与人类的天然亲和关系正是它的魅力所在。
都市的繁忙生活让人压抑,然而钢筋混凝土笼罩下的都市环境,更今人感到冷漠与孤独;而陶艺能呼唤人们久违的自然审美知觉,产生强烈的亲近意识。这是因为陶瓷材料源于自然,与人们有天然的亲和力;尤其是经过水的调配、火的熔炼之后所呈现出来的质感更让人产生想亲近的欲望。所以,陶艺成了联系人和环境的天然纽带,环境陶艺是带有某种特殊情感化的文化符号的艺术形式,亲近自然,亲近公众,融合环境。
3.4 恒久性
环境陶艺具有耐磨损、抗腐蚀、强度高和耐久等特性,它不是瞬间艺术,一件作品可以存在几十年甚至上百年,并且随着时间的推移,的作品在公众不断变化的开放性评判中更彰显其艺术价值。
4陶瓷材料在环境艺术中的发展空间
我们正面临着一个新的城市建设高潮,这对城市的决策者、规划者、投资者、建设者、管理者以及各行各业的从业人员和广大人民群众来说,都是一个难得的机遇。在这其中,城市环境规划已经成为衡量该城市文化水平的标志之一,陶瓷这种自然而时尚的材料渐渐被人们所重视,无论是在大街小巷、广场或者品质酒店,都少不了利用陶瓷的装饰来衬托环境。
现在,它不仅是一种时尚,而且已经成为一种文化的代表:没有它的存在,大街小巷将缺乏昔日的韵味;没有它的存在,广场上的钢筋混凝土建筑哪怕再高也仅是呈现一种淡淡的灰色。我国城市公共环境艺术的发展正处于起步阶段,每个城市都希望能产生具有自身特点的城市公共环境艺术。在这方面,以环境陶艺作为城市公共环境艺术的重要材料和手段,将有着特殊意义。环境陶艺作为一种文化载体,释放文化能量,镌刻城市历史,记录城市传统,从一个侧面反映出一个城市的物质、精神和文化特征。如果将其引入到城市公共空间和城市公共艺术中去,在形成自己特殊的城市面貌和独特的城市文化个性方面,将具有广阔的前景。
5结 语
陶瓷材料从用于制作日用品和艺术品到介入环境艺术创作,拓展了公共艺术的设计思路,是现代陶艺走出室内,步入公众视野的一个奇幻的结合点,增添了现代陶瓷艺术的表现形式。我国现代陶瓷艺术应该凭借我们自身的文化底蕴,参与当代全球文化的建构,实现自身形态的认证。
陶瓷材料论文:先进结构陶瓷材料的研究进展
摘要先进陶瓷材料因其具有高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优良特性, 在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地位。本文综述了先进结构陶瓷材料的研究应用现状和发展趋势。
关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展
1前言
20世纪60年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用[1～4]，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域[4，5]。
先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等[1]。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。
先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保障高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。
2先进结构陶瓷及其应用
先进结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为：（1）机械陶瓷；（2）热机陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。若按化学成分分类可分为：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、赛龙陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它结构陶瓷(莫来石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶瓷以及复合陶瓷等)[1]。
由于先进结构陶瓷具有耐高温、高强度、高硬度、高耐磨、耐腐蚀和抗氧化等一系列优异性能[4]，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，已成为许多新兴科学技术得以实现的关键，在能源、航空航天、机械、交通、冶金、化工、电子和生物医学等方面有着广泛的应用前景。
2.1 耐高温、高强度、耐磨损陶瓷
2.1.1 氮化物陶瓷[6～8]
氮化物陶瓷是近20多年来迅速发展起来的新型工程结构陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸盐陶瓷不同之处在于其中氮和硅的结合属于共价键性质的键合，因而有结合力强、绝缘性好的特点。
氮化硅的烧结与一般陶瓷的烧结工艺不同，采用的是反应烧结法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能达到很高的致密度，一般只能达到理论密度的79％左右，不能制造厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是在高温下进行加压烧结，由此可得到热压氮化硅陶瓷，其室温抗弯强度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加少量氧化钇和氧化铝的热压氮化硅，室温抗弯强度可达到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界上最坚硬的物质之一；极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解；有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸(氢氟酸除外)和30％以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀，同时又是一种高性能电绝缘材料。由于其热膨胀系数小，抗温度急变能力很强，因此氮化硅陶瓷具有优良的力学性能，在工程技术的应用上已占有重要地位。
氮化硅陶瓷制品的种类很多，应用也日益广泛，例如可做燃气轮机的燃烧室、晶体管的模具、液体或气体输送泵中的机械密封环、输送铝液的电磁泵的管道和阀门、铸铝用长期性模具、钢水分离环等。利用氮化硅摩擦系数小的特点用作轴承材料，特别适合作为高温轴承使用，其工作温度可达1200℃，比普通合金轴承的工作温度提高2.5倍，而工作速度是普通轴承的10倍；使用陶瓷轴承还可以免除润滑系统，大大减少对铬、镍、锰等原料的依赖。氮化硅作为高温结构陶瓷最引人注目的就是在发动机制造上获得了突破性进展。美国用热压氮化硅制成的发动机转子成功地在5000转／min的转速下运转很长时间。
2.1.2 碳化硅陶瓷[9，10]
工业化生产碳化硅的方法是将石英、碳素（煤焦）、木屑和食盐混合，在电炉中加热到2200～2500℃下制成。碳化硅陶瓷和许多陶瓷的不同之处，在于它在室温下既能导电，又耐高温，是一种很好的发热元件。用碳化硅制成的电热棒叫硅碳棒，在空气中能经受1450℃的高温；质量好的重结晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高温，远高于金属电热元件(除了铂、铑等贵金属外)，这是因为它在高温空气中会氧化生成一层致密的氧化硅薄膜，起到隔离空气的作用，大大减慢了内层碳化硅的进一步氧化，从而使它能在高温下工作。用热压工艺可以制得接近理论密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗弯强度即使在1400℃左右的高温下仍可达到500～600MPa，而其它陶瓷材料在1200℃以后，强度都会急剧下降。因此，碳化硅是在高温空气中强度较高的材料。
高温燃气涡轮发动机要提高效率，就必须提高工作温度，而解决问题的关键是找到能承受高温的结构材料，特别是发动机内部的叶片材料。碳化硅陶瓷在高温下有足够的强度，且有良好的抗氧化能力和抗热震性，这些优良品质都使它极其适合作为高温结构材料使用。用于在1200～1400℃下工作的高温燃气涡轮发动机叶片的材料，许多科学家认为它和氮化硅陶瓷是最有希望的候选材料。
碳化硅陶瓷的热传导能力仅次于氧化铍陶瓷。利用这一特性，可作为优良的热交换器材料。太阳能发电设备中被阳光聚焦加热的热交换器，其工作温度高达1000～1100℃，具有高热传导性的碳化硅陶瓷很适合做这种热交换器的材料，从试验情况来看，碳化硅陶瓷热交换器的工作状态良好。此外，在原子能反应堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，还可作为火箭尾喷管的喷嘴及飞机驾驶员的防弹用品。
此外，为了提高切削刀具的切削性能，20世纪以来，刀具材料经过了高速钢和硬质合金两次发展过程，目前正在进入陶瓷刀具大发展的阶段。新型陶瓷以其耐高温、耐磨削的特点，已在20世纪初引起了高速切削工具行业的注意。陶瓷刀具不仅红硬性高，而且具有高硬度、高耐磨性，因此便成为制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化铝、氧化铝-碳化钛、氧化铝-氮化钛-碳化钛-碳化钨、氧化铝-碳化钨-铬、氮化硼和氮化硅等[11]。以这类材料制作的刀具没有冷却液也可以工作，比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等优点。目前，欧美各国都已广泛使用陶瓷材料做钻头、丝锥和滚刀；原苏联确定了7000多个品种的合金刀具，用喷涂表面陶瓷涂层的办法来提高车刀的工作速度和使用寿命。
陶瓷除作切削刀具外，利用其耐磨、耐腐蚀的特性还可用作各种机械上的耐磨部件。如用特种陶瓷制作农用水泵、砂浆泵、带腐蚀性液体的化工泵及有粉尘的风机中的耐磨、耐腐蚀件或密封圈等都已取得良好的实用效果。此外，高纯氧化铝(刚玉)可制作金属拉丝模，尤其在高温下的热拉丝更显示出陶瓷的优越性；工业陶瓷中纳球磨筒和磨球，金属表面除锈用的喷砂嘴，喷洒农药用的喷头等。总之，凡是需要耐磨、耐腐蚀的场合，几乎都会看到特种陶瓷的存在。
2.2 耐高温、高强度、高韧性陶瓷
新型陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等性能，因此在冶金、宇航、能源、机械等领域有重要的应用。由于陶瓷的韧性差，因此也限制了它的使用范围。1975年澳大利亚的伽里耶(Garie)首次成功地利用添加氧化锆来大大提高陶瓷材料的强度和韧性，自那时起世界各国利用氧化锆增韧这一办法，开发出多种具有高强度和高韧性的陶瓷材料，掀起了寻求打不碎陶瓷的热潮。
氧化锆能够增加陶瓷材料韧性和提高强度的原因，至今虽没有搞清楚，但研究结果已经表明，它和均匀弥散在陶瓷基体中的氧化锆晶粒的相变有关。一种增韧理论认为相变膨胀导致的微裂纹可以阻止造成脆断的裂纹扩展；另一种理论认为应力诱导相变，而相变可吸收应力的能量，从而起到增韧的作用[12～14]。总之，在某些陶瓷材料中引入一定量亚稳氧化锆微粒，并使其均匀分布都可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。
氧化锆增韧陶瓷已在工程结构陶瓷研究中取得重大进展，经过增韧的陶瓷品种日益增多。现在已经发现可稳定氧化锆的添加物有氧化镁、氧化钙、氧化镧、氧化铈、氧化钇等单一氧化物或它的复合氧化物。被增韧的基质材料，除了稳定的氧化锆外，常见的有氧化铝、氧化钍、尖晶石、莫来石等氧化物陶瓷，还有氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。日本在氧化铝基质（强度为400MPa、断裂韧性为5.2 J/m2）材料中，添加16%体积百分数的氧化锆进行增韧处理，制得材料的强度高达1200MPa，提高了3倍，断裂韧性达到15.0J/m2，几乎也提高了3倍，基本达到了低韧性金属材料的程度[12]。最近的研究表明，强度和韧性是相互制约的。尽管如此，许多陶瓷材料通过氧化锆增韧，大大拓宽了应用领域，增强了取代某些金属材料的能力，出现了喜人的应用前景。利用氧化锆增韧陶瓷可替代金属制造模具、拉丝模、泵机的叶轮、特种陶瓷工业用的磨球、轴承，替代手表中的单晶红宝石。日本用增韧氧化锆做成剪刀，既不会生锈，又不导电，可以放心地剪断带电的电线。氧化锆增韧陶瓷还可用于制造汽车零件，如凸轮、推杆、连动杆、销子等。
2.3 耐高温、耐腐蚀的透明陶瓷[4，15]
现代电光源对构成材料的耐高温、耐腐蚀性及透光性有很高的要求，而同时满足这些性能的材料直到20世纪50年代后期才开始得到发展。1957年，美国通用电器公司的科布尔等人在平均尺寸只有0.3μm的高纯超细氧化铝原料中，添加氧化镁，混匀后压成小圆片，放在通氢气的高温电炉中烧制，意外地发现它像玻璃一样透明。科布尔还发现，把透明的陶瓷片放在显微镜下观察，几乎看不到微气孔。经过多次实验观察和研究分析发现，陶瓷的透光能力和内部气孔大小有很大关系，当微气孔的大小在1μm左右时，厚度为0.5mm的陶瓷试样只要含有千分之三的气孔就能使光线的透过率减少90％。一般氧化铝陶瓷中所含的气孔都超过这个数字。因此，构成氧化铝陶瓷的刚玉小晶体本身能够透过光线，而陶瓷还是不透明。使陶瓷透明的关键，是坯体中只能有一种晶型的晶体，而且对称性愈高愈好，否则会发生双折射，此外气孔要愈少愈好，有人做过试验，当气孔小到埃的数量级时，光会沿着微气孔发生绕射现象，这有助于透明度的提高。
氧化铝陶瓷是高压钠灯极为理想的灯管材料，它在高温下与钠蒸气不发生作用，又能把95 %以上的可见光传送出来。这种灯是目前世界上发光效率较高的灯。在相同功率下，一只高压钠灯要比2只水银灯或10只普通白炽灯发出的光还要亮，寿命比普通白炽灯高20倍，可使用2万小时以上，是目前寿命最长的灯。人眼对高压钠灯的黄色谱线十分敏感，而且黄光能穿过浓雾，特别适合街道、广场、港口、机场、车站等大面积的照明，效果极好。目前，许多国家正在推广使用，其发展速度之快，超过了以往任何一种电光源。由此不难看出，新型透明氧化铝陶瓷的出现，引起了电光源发展过程中的一次重大飞跃，带来了巨大的社会经济效益。
除半透明氧化铝陶瓷外，研究得较多的还有氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锆、氧化钇、氧化钍、氧化镧等。透明氟化镁、氰化钙、硫化锌、硒化锌、硒化镉等也有报道。用氧化铝和氧化镁混合在1800℃高温下制成的全透明镁铝尖晶石陶瓷，外观极似玻璃，但其硬度、强度和化学稳定性都大大超过玻璃，可以用它作为飞机挡风材料，也可作为高级轿车的防弹窗、坦克的观察窗、炸弹瞄准具，以及飞机、导弹的雷达天线罩等。
2.4 纤维、晶须补强陶瓷复合材料[12，16～18]
近年来，以陶瓷为基体、纤维或晶须补强的复合材料由于其韧性得到提高而受到重视。碳化硅晶须增韧的氧化铝陶瓷刀具在20世纪80年代初开始研究，1986年已作为商品推向市场。碳化硅晶须的加入大大提高了氧化铝陶瓷的断裂韧性，改善了切削性能。用碳纤维和锂铝硅酸盐陶瓷复合，材料的强度已接近或超过1000MPa，其断裂功高达3000J/m2，即达到了铸铁的水平。用钽丝补强氮化硅的室温抗机械冲击强度增加到30倍；用直径为25μm的钨丝沉积碳化硅补强氮化硅，这种纤维补强陶瓷的断裂功比氮化硅提高了几百倍，强度增加60％；用莫来石晶须来补强氮化硼，其抗机械冲击强度提高10倍以上。可以认为，继20世纪70年代出现的相变增韧热后，晶须、纤维增强、均韧复合陶瓷已成为结构陶瓷发展的主流。高性能(强度、韧性)、高稳定性、高重复性的晶须、纤维复合陶瓷材料的获得，除要求晶须、纤维与基体间化学、物理相容性较好以外，从复合工艺上，还必须保障晶须纤维在基体中能均匀地分散，才能获得预期的效果。最近，利用“织构技术”，在某些陶瓷坯体中生长出纤维状态针状第二相物质如莫来石晶体进行“自身内部”复合，这种复合增韧是一项简便易行的陶瓷补强新技术。目前高性能陶瓷复合材料，还处在深化研究阶段，关键在于改进工艺和降低成本，提高其实际应用的竞争力。
2.5 生物陶瓷[4，5，19]
生物陶瓷材料是先进陶瓷的一个重要分支，它是指用于生物医学及生物化学工程的各种陶瓷材料。它的总产值约占整个特种陶瓷产值的5％。生物陶瓷目前主要用于人体硬组织的修复，使其功能得以恢复。全世界1975年才开始生物陶瓷的临床应用研究。但是，最近10多年间，各国在这方面的基础应用研究很活跃。
目前生物植入材料在人体硬组织修复中应用的有：金属及合金、有机高分子材料、无机非金属材料和复合材料。材料被埋在体内，在体内的严酷条件下，由于氧化、水解会造成材料变质；长期持续应力作用会造成疲劳或者破裂、表面磨损、腐蚀、溶解等，这些都可引起组织反应，腐蚀产物不仅在种植体附近聚集，还会溶入血液和尿中，引起全身反应。因此，对生物植入材料的要求是严格的、慎重的。陶瓷材料作为生物植入材料和其他材料相比，它和骨组织的化学组成比较接近，生物相容性好，在体内的化学稳定性、生物力学相容性和组织亲和性等也较好，因此，生物陶瓷越来越受到重视。目前国内一些高等院校已对羟基磷灰石及氧化铝陶瓷等进行了研究，并已开始临床应用。
随着人类社会物质文明的发展，人们对提高医疗保健水平和健康长寿的要求必然成为广泛的社会需要。可以相信，生物陶瓷材料今后必将会有重大发展。
3结构陶瓷的发展趋势
当今世界，材料，特别是高性能新材料由于以下原因而得到迅速发展：（1）国际军事工业激烈竞争，航空航天技术的发展需要；（2）新技术的需要促进了新材料的发展；（3）地球上金属资源与化石能源越用越少，石油、天燃气等在本世纪末将用尽，开发与节约能源成为当务之急；（4）科学技术的进步为新材料的发展提供了条件[14]。目前使用的金属合金，在无冷却条件下，较高工作温度不超过1050℃，而高温结构陶瓷，如Si3N4和SiC则分别在1400℃和1600℃以上仍保持着较高的强度和刚性[16]。先进结构陶瓷所表现出的优异性能，是现代高新技术、新兴产业和传统工业改造的物质基础，具有广阔的应用前景和巨大的潜在社会经济效益，受到各发达国家的高度重视，对其进行广泛的研究和开发，并已取得了一系列成果。但结构陶瓷的致命弱点是脆性、低性和重复性。近20年来，围绕这些关键问题已开展了深入的基础研究，并取得了突破性的进展。例如，发展和创新出许多制备陶瓷粉末、成形和烧结的新工艺、新技术；建立了相变增韧、弥散强化、纤维增韧、复相增韧、表面强化、原位生长强化增韧等多种有效的强化、增韧方法和技术；取得了陶瓷相图、烧结机理等基础研究的新成就，使结构陶瓷及复合陶瓷的合成与制备摆脱了落后的传统工艺而实现了根本性的改革，强度和韧性有了大幅度的提高，脆性得到改善，某些结构陶瓷的韧性已接近铸铁的水平。
先进结构陶瓷今后的重点发展方向是加强工艺-结构-性能的设计与研究，有效地控制工艺过程，使其达到预定的结构（包括薄膜化、纤维化、气孔的含量、非晶态化、晶粒的微细化等），重视粉体标准化、系列化的研究与开发及精密加工技术，降低制造成本，提高制品的重复性、性及使用寿命。目前，高性能结构陶瓷的发展趋势主要有如下三个方面：
3.1 单相陶瓷向多相复合陶瓷发展
当前结构陶瓷的研究与开发已从原先倾向于单相和高纯的特点向多相复合的方向发展[20]。复合的主要目的是充分发挥陶瓷的高硬度、耐高温、耐腐蚀性并改善其脆性，其中包括纤维(或晶须)补强的陶瓷基复合材料；异相颗粒弥散强化的复相陶瓷；自补强复相陶瓷（也称为原位生长复相陶瓷）；梯度功能复合陶瓷[21]。以往研究的微米-微米复合材料中,微米尺度的第二相颗粒(或晶须、纤维)全部分布在基体晶界处，增韧效果有限,要设计和制备兼具高强度、高韧性且能经受恶劣环境考验的材料十分困难，纳米技术和纳米材料的发展为之提供了新的思路。
20世纪90年代末,Niihara教授领导的研究小组报道了一些有关纳米复相陶瓷的令人振奋的试验结果,如Al2O3-SiC(体积分数为5%)晶内型纳米复合陶瓷的室温强度达到了单组分Al2O3陶瓷的3～4倍,在1100℃下强度达1500MPa[8～12，22～26]，这些都引起了材料研究者的极大兴趣。从那时直到现在,纳米复相陶瓷的研究不断深入[13～17，27～31]，我国也相继开展了一系列的工作,目前对纳米复相陶瓷的研究已处于国际水平[18～22，32～36]。
3.2 微米陶瓷向纳米陶瓷发展
1987年，德国Karch等[37]首次报道了纳米陶瓷的高韧性、低温超塑性行为。此后,世界各国对发展纳米陶瓷以解决陶瓷材料脆性和难加工性寄予了厚望。从20世纪90年代开始，结构陶瓷的研究和开发已开始步入陶瓷发展的第三个阶段，即纳米陶瓷阶段。结构陶瓷正在从目前微米级尺度(从粉体到显微结构)向纳米级尺度发展。其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸以及缺陷尺寸都属于纳米量级，为了得到纳米陶瓷，一般的制粉、成形和烧结工艺已不适应，这必将引起陶瓷工艺的发展与变革，也将引起陶瓷学理论的发展乃至建立新的理论体系，以适应纳米尺度的需求。由于晶粒细化有助于晶粒间的滑移，使陶瓷具有超塑性，因此晶粒细化可使陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在性能上发生突变甚至出现新的性能或功能。纳米陶瓷的发展是当前陶瓷研究和开发的一个重要趋势，它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论、从性能到应用都提升到一个崭新的阶段。
纳米陶瓷的关键技术在于烧结过程中晶粒尺寸的控制。为解决这一问题,目前主要采用热压烧结、快速烧结、热锻式烧结、脉冲电流烧结、预热粉体爆炸式烧结等致密化手段[39～43]，但总的来说,以上各种手段，虽对降低烧结温度、提高致密度有一定作用,但对烧结过程中晶粒长大的抑制效果并不理想，大块纳米陶瓷的制备一直是目前国际上纳米陶瓷材料研究的前沿和难点。目前纳米陶瓷在商业应用方面尚未取得突破性进展，若能制备出真正意义上的纳米陶瓷，则将开创陶瓷发展史上的新纪元，陶瓷的脆性问题也将迎刃而解[44]。大量的研究结果表明[45～49]，将等离子喷涂技术与纳米技术相结合，以纳米陶瓷粉末为原料经等离子喷涂技术制备的纳米陶瓷结构涂层表现出极其优异的性能，已经使纳米材料的应用逐步进入大规模实用化的阶段。
3.3 由经验式研究向材料设计方向发展
由于现代陶瓷学理论的发展，高性能结构陶瓷的研究已摆脱以经验式研究为主导的方式，陶瓷制备科学的日趋完善以及相应学科与技术的进步，使陶瓷材料研究工作者们有能力根据使用上提出的要求来判断陶瓷材料的适应可能性，从而对陶瓷材料进行剪裁与设计，并最终制备出符合使用要求的适宜材料。
陶瓷材料常常是多组分、多相结构，既有各类结晶相，又有非晶态相，既有主晶相，又有晶界相。先进结构陶瓷材料的组织结构或显微结构日益向微米、亚微米，甚至纳米级方向发展。主晶相固然是控制材料性能的基本要素，但晶界相常常产生着关键影响。因此，材料设计需考虑这两方面的因素。另外，缺陷的存在、产生与变化、氧化、气氛与环境的影响，对结构材料的性能及在使用中的行为将产生至关重要的作用。所以这也是材料设计中要考虑的重要问题，材料的制备对结构与缺陷有着直接影响，因此人们力求使先进陶瓷材料的性能具有更好的性和重复性，制备科学与工程学将在这方面发挥重要作用。
陶瓷相图的研究为材料的组成与显微结构的设计提供了具有指导性意义的科学信息。最近提出的陶瓷晶界应力设计，企图利用两相或晶界相在物理性质(热膨胀系数或弹性模量)上的差异，在晶界区域及其周围造成适当的应力状态，从而对外加能量起到吸收、消耗或转移的作用，以达到对陶瓷材料强化和增韧的目的[1]。为克服陶瓷材料的脆性而提出的仿生结构设计，通过模仿天然生物材料的结构，设计并制备出高韧性陶瓷材料的新方法也成为研究热点[12，50]。
4结语
先进结构陶瓷材料在粉体制备、成形、烧结、新材料应用以及探索性研究方面取得了丰硕的成果，这些新材料、新工艺、新技术，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环境保护、提高生产效率，延长机器设备寿命以及实现尖端技术等方面，已经并继续发挥着积极的作用，促进了国民经济可持续发展、传统产业的升级改造和国防现代化建设。
先进结构陶瓷材料的研究，需要跟踪国际科技前沿，对新设想、新技术进行广泛探索。自蔓延高温燃烧合成技术(SHS)、凝胶注模成形技术、微观结构设计已成为研究热点。
陶瓷材料的许多独特性能有待我们去开发，所以先进陶瓷的发展潜力很大。随着科技的发展和人们对陶瓷研究的深入，先进陶瓷将在新材料领域占有重要的地位。
陶瓷材料论文:陶瓷材料硬度表示方法的探讨
摘要 本文详细论述了陶瓷材料硬度的不同测试方法以及各种方法的优缺点，并对影响耐磨陶瓷材料硬度的因素进行了分析。以95氧化铝瓷为例，对其洛氏硬度进行了对比试验，发现A、C不同标尺之间的换算在一个特定范围存在相应误差。
关键词 耐磨性，陶瓷，硬度，测试方法
1前 言
陶瓷材料作为无机非金属材料的一个重要门类，已经取得了很大的发展。结构陶瓷以其高机械强度、高硬度、优良的耐磨性和耐腐蚀性等优点被广泛应用于冶金及航天等领域[1]。而作为陶瓷材料基本性能之一的力学性能，又是表征其使用性能的有效参数。硬度是衡量材料力学性能的一项重要指标，是结构陶瓷一种重要的力学性能，与材料的强度、耐磨性、韧性等有着密切的关系。
陶瓷材料的硬度是其内部结构牢固性的表现，主要取决于其内部化学键的类型和强度。其中形成原子晶体的共价键型硬度较高，然后依次是离子键、金属键。原子价态和原子间距决定了化学键的强度，因而也是决定材料硬度大小的重要因素。
2陶瓷材料常用的硬度表示方法
2.1 划痕法
陶瓷及矿物材料常用的一种硬度表示方法就是莫氏硬度，它是由划痕来表示硬度由小到大的顺序，即后面的矿物可划破前面的矿物表面，但没有具体数值。莫氏硬度共分为十五级。表1所示为莫氏硬度的顺序。
2.2 压入法
陶瓷材料的化学键主要有离子键和共价键。由于陶瓷材料弹性模量大，其键的方向性强而密度小，所以可塑性小。陶瓷材料显微结构不同于金属材料，很少由单一相组成，组成的晶相结构也较复杂。要想得到陶瓷材料硬度的具体数值，常用的表示方法有维氏硬度、努普硬度和洛氏硬度。它们都是通过将压头压入陶瓷表面而测得硬度值，测定方法及优缺点对比如表2。
3洛氏硬度HRA与HRC之间的换算关系
对于较硬的材料（如95瓷、SiC陶瓷等），用得较多的是洛氏硬度表示法，它的精度高，误差小。但它的标尺多，共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九种。硬度之间的换算较难，没有统一的标准，下面就探讨一下洛氏硬度。
GB/T230-91是金属洛氏硬度的试验方法的标准，也适用于陶瓷材料。表3列举了洛氏硬度各种标尺相应的压头类型和总试验力。
陶瓷材料一般以HRA为主（适用范围值：20～88），较硬可用HRC为标尺（适用范围值：20～70），洛氏硬度根据压痕深度来计算硬度值。
HR = (K-h)/0.002
式中：
K――常数
h――除掉初试应力（10kgf）的深度
当压头为金刚石时，K=0.20mm；当压头为钢球时，K=0.26mm
由公式可以看出，h越大，HR值越小。对于同种材料， A标尺（588.4N）由于施加力小，因此相对C标尺（1471N）来说，h小，HR值大。根据GB1172-74，由黑色金属洛氏硬度值换算表可知，HRA在80左右范围内时，HRC与之相差范围在16～18，并且随着HR值增大，差值逐渐减小。作者曾以95氧化铝瓷为例做实验，仪器是一台HR-150A型洛氏硬度计，发现其HRA与HRC之间换算数据虽不满足金属硬度GB1172-74中的对照关系，但趋势都保持一致。据相关文献报道，氧化铝瓷的磨损主要为断裂磨损机制，而金属材料主要为塑性磨损机制[2]，而力学性能的提高是耐磨性能提高的最主要原因[3～4]。同一组成相，显微结构是硬度的决定因素，晶粒大小是最灵敏的结构因素。
H = H0 + K・d-0.5
式中：
H0――单晶压入硬度
d――晶粒直径
K――材料系数
由上式也可看出，平均粒径小的材料，对应其硬度越大。
4结 论
表示陶瓷材料硬度的方法有许多种，不同的方法适用于不同的陶瓷类别，并且只有同种硬度方法之间的测试才有可比性。若需要简单快捷时，可用莫氏硬度法进行比较，要求时可用洛氏硬度或维氏硬度进行测试。陶瓷材料的硬度取决于其晶相组成和结构，晶粒大小是最灵敏的因素，晶粒粒度越小，离子电价越高，结合能越大，抵抗外力摩擦刻划和压入的能力就越强，硬度就越大。
陶瓷材料论文:无铅压电陶瓷材料的研究现状
摘要 本文综述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料方面的研究进展，重点介绍了钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系以及钨青铜结构无铅压电陶瓷体系的研究现状，并对无铅压电陶瓷的发展作了展望。
关键词 无铅压电陶瓷，铋层状结构，钛酸铋钠基，钨青铜结构
1引 言
随着社会可持续发展战略的实施和人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷材料的研究和应用更日益引起人们的关注。压电陶瓷被广泛应用于通信、家电、航空、探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一，然而，目前使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%，由于氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产过程中，氧化铅粉尘以及高温合成或烧结过程中挥发出来的氧化铅极易造成环境污染，在使用和废弃后的处理过程中也会给人类及生态环境造成严重危害。于是近年来，为了保护人类及生态环境，许多国家都在酝酿立法禁止使用含铅的压电陶瓷材料，因此，开发无铅基的环境协调性（绿色）压电陶瓷材料是一项紧迫而具有重要科学意义的课题。
近年来，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有：钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系及钨青铜结构无铅压电陶瓷。
2钛酸钡基无铅压电陶瓷
钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平，难以通过掺杂改性来大幅度改善其压电性能,且在室温附近存在相变，所以其在压电方面的应用受到限制。目前，BaTiO3基无铅压电陶瓷体系主要有：
（1） （1-x）BaTiO3-xABO3(A=Ba、Ca等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等)；
（2） (1-x）BaTiO3-xA′B′O3（A′=K、Na等； B′=Nb、Ta等）；
（3） (1-x）BaTiO3-xA0.5NbO3(A= Ba、Ca、Sr等)。
研究结果表明，在上述三个体系中，都存在顺电立方-铁电四方相变，此相变具有弛豫铁电性的特征，而某些组分不再出现宏观上的铁电四方到铁电正交的相变，因而有利于室温下使用。对于某些配比，比如以Zr取代Ti的位置，可得到压电性能和铁电弛豫性都较好的陶瓷[1]，如Ba(Til-xZrx)O3基压电陶瓷的 d33可达340pC/N，而且工作温区有所拓宽[2]。
3铋层状结构无铅压电陶瓷
含铋层状结构是由二维的钙钛矿和(Bi2O2)2+ 层有规则地相互交替排列而成。它的通式为：(Bi2O2)2+（Ax-1BxO3x+1）2-，此处A为适合于12配位的1、2、3、4价离子或它们的复合，B为适合于八面体配位的离子或它们的复合，x为整数，称为层数，即钙钛矿的层数。理论上讲从x=l到x=∞(纯钙钛矿结构)都可能，都能满足离子堆积的几何规则，对于x≤5的物质的存在已经有大量电子衍射和高分辨电镜实验证明，但对于其它情况则存在疑问。到目前为止，含铋层状结构主要可以归纳为以下几大类[3]：
(1) Bi4Ti3O12基无铅压电陶瓷；
(2) MBi4Ti4015基无铅压电陶瓷；
(3) MBi2N209基无铅压电陶瓷(M=Sr、Ca、Ba、Na0.5Bi0.5、K0.5Bi0.5；N=Nb、Ta)；
(4) Bi3TiNO9基无铅压电陶瓷(N=Nb、Ta)；
(5) 复合铋层状无铅压电陶瓷。
铋层状结构压电陶瓷材料具有以下特点：低介电常数、高居里温度、压电性各向异性明显、高绝缘强度、高电阻率、低老化率。这类材料是适合于高温高频场合使用的压电材料，但这类材料的压电活性低，极化场强高，为了改善铋层状结构的压电活性，通常采用两种方法，即掺杂改性和工艺改进[4]。
研究表明[5]：Nb5+和V5+离子分别掺入Bi4Ti3O12，取代B位的Ti4+，可以提高其电阻率,掺杂后可以获得相对密度达95%以上的致密化陶瓷，而且通过施主掺杂，电阻率大大提高，而电阻率的提高可以有效地改善极化性能，象Bi4Ti2.86Nb0.14O12的d33可以达到20.0pC/N，而V掺杂后，可以在不降低其它性质的同时，将Pr提高40×10-6C/cm[5]。
另外，通过新的制作工艺可以改进陶瓷的显微结构，从而提高非铅压电陶瓷的压电性能，通过工艺上控制这类陶瓷的晶粒取向，可使材料在某一方向具有所需要的性能。采用适当的热处理技术可以在高温下使晶粒内发生位错运动和晶粒间的晶界滑移，使陶瓷晶粒实现定向排列[6]。
表1列出了分别采用流延和挤压工艺定向后得到的织构化CaBi4Ti4015陶瓷的电学性能[7]，同时将它们与任意取向的陶瓷进行比较，可以看出晶粒定向以后陶瓷的电学性能得到了有效的提高。
4钛酸铋钠基无铅压电陶瓷
钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）是1960年Smolensky等人首次合成并发现的具有钙钛矿结构的铁电体，通式为A0.5 A′0.5TiO3，是钛酸盐系列的典型代表[8]。BNT在室温下是三方铁电相，在230℃ 时经历弥散相变转变为反铁电相，在320℃转变为四方顺电相，520℃以上BNT为立方相。BNT具有弛豫铁电体的特征，具有相对较大的剩余极化强度Pr(38uC/cm)、压电系数大（kt、kp约50%）、介电系数小(240～340)、声学性能好（其频率常数NP=3200 Hz・m）和极高的矫顽场(7.5 kV/mm)。由于其矫顽电场高以及在铁电相区电导率较高，因而极化困难，难以制得实用的压电陶瓷。
为了克服BNT陶瓷的极化困难和难以烧结成致密样品的缺点，人们通过添加多种钙钛矿结构掺杂物对BNT进行改性。日本学者Takennka等人[9～12]通过引入Pb、Ba、Ca、Sr、Mn等元素后，降低了BNT过高的矫顽场强，避免了因BNT铁电相较高的电导率导致的极化困难，成功解决了BNT材料极化难的问题。他们主要对以下体系进行了较详细的研究：
(1) (1-x)BNT-xBaTiO3；
(2) (1-x)BNT-xMNbO3(M为Na，K)；
(3) (1-x)BNT-x/2 (Bi2O3Sc2O3)。
表2列出了上述体系中性能较好的代表性配方的压电性能。
另外，Park等[13]对BNT-SrTiO3系统进行了研究，国内吴裕功等[14]也开展了CaTiO3对BNT压电性能影响的研究，结果表明：SrTiO3、CaTiO3同样能降低BNT的饱和极化强度，但作用不如BaTiO3显著。Takenaka等[11]研究了(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xNaNbO3体系的特性，表明了该体系较容易烧结，在配方 x=0.03组成下其性能为：d33=71×10-12pC/N，k33=0.43，在50kV/cm电场下剩余极化为33uC/cm。Hajime等[15]开展了(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-x/2(Bi2O3・Sc2O3)体系的研究，发现随着1/2(Bi2O3・Sc2O3)的掺入，使体系中Bi的含量增加，对增大tc效果明显，但是k33也会相应下降。在x=0.02时，k33和d33同时达到较大值：42%和74.7pC/N。
在BNT中掺杂稀土元素及锰的氧化物可以改善BNT陶瓷的压电特性。稀土氧化物的加入会促进BNT晶粒的生长，在一定范围内，随着稀土氧化物量的增加，晶粒尺寸也增大；其中尤以Nd2O5对晶粒生长促进的作用较大。但当稀土氧化物的加入量超出其固溶极限后，稀土氧化物会存在于晶界附近，阻止晶粒长大，造成BNT的细晶结构。Aree等研究了掺入0～6%的La可形成(Bi0.5Na0.5)1-1.5xLaxTiO3系压电陶瓷，其压电性能良好：x= 0.0172时，相对密度为95%，相对介电常数为550，d33=91pC/N，kt =43%，kp=13%，tc=345℃[16]。MnO2的加入能提高BNT的机电耦合系数并显著提高BNT陶瓷的电阻率，40℃下可达3×l0l4Ω/m，从而可提高BNT的击穿强度，但MnO2的引入同时也会使BNT的居里温度下降[17]。
5碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷
1949年美国学者合成了NaNbO3、KNbO3、LiNbO3等类钙钛矿型化合物晶体，这类化合物的通式为ANbO3(A为Na、K、Li)，其压电性较大,多年来作为电光材料受到重视[18]。其中NaNbO3是室温下具有类钙钛矿结构的反铁电体，存在复杂的结晶相变，具有强电场诱发的铁电性。以NaNbO3为基，适当添加第二组元，可得到性能较好的铁电压电体，如NaNbO3-KNbO3系陶瓷的居里温度较高(>160℃)，压电性能良好(d33可超过100pC/N)[19]。由于碱金属的易挥发性，采用传统陶瓷工艺难以获得致密性良好的陶瓷体，使陶瓷性能变差。采用热压或等静压工艺能够获得致密的NaNbO3-KNbO3陶瓷，材料的温度稳定性得到较大改善，相对密度可达99%，但材料的稳定性程度并不令人十分满意；另一方面，以Ta、Sb等元素部分置换取代B位的Nb，使碱金属铌酸盐陶瓷向多元化方向发展[20]。
LiNbO3和KNbO3也是重要的无铅压电材料，LiNbO3晶体因其居里温度高（tc=1210℃）、自发极化强度大（Ps=71×10-6C/cm2）、机械品质因数高而倍受关注。在LiNbO3中加入少量的自身具有高压电性的玻璃助剂，从而有效地改善了陶瓷的强度。KNbO3具有与钛酸钡相似的结构,其居里温度为435℃，由于KNbO3陶瓷的压电性能低，烧结工艺要求严格，易破碎，因此难以在实际生产中应用。
6钨青铜结构无铅压电陶瓷
钨青铜结构化合物是次于(类)钙钛矿型化合物的第二类铁电体，其特征是存在[BO6]式氧八面体，B为Nb5+、Ta5+或W6+等。目前发现和研究的钨青铜结构压电陶瓷多以铌酸盐为主，其中主要体系有：
（1） (Sr1-xBax)Nb2O6基无铅压电陶瓷；
（2） (AxSr1-x)2NaNb5O15基无铅压电陶瓷(A=Ba、Ca、Mg等)；
（3） Ba2AgNb5O15基无铅压电陶瓷。
铌酸盐钨青铜结构化合物陶瓷在成分和构造上的差别对它的铁电性能有重要影响，一般来说，钨青铜化合物具有自发极化强度较大、居里温度较高、介电常数较低等优点，因此近年来，钨青铜结构铌酸盐陶瓷作为重要的无铅压电陶瓷体系越来越受到重视。
7结 束 语
从现在的研究状况来看，无铅压电陶瓷的性能指标均不能与铅基压电陶瓷相媲美，还存在较大的差距,但无铅压电陶瓷在压电性能上又各具特点，在某些单项指标上甚至优于铅基压电陶瓷，可在特定场合部分取代铅基压电陶瓷。作为新一代压电材料，目前对这些体系的研究还不完善，还需要进一步深入研究，在以后的研究工作中，我们应该从以下几个方面开展工作：一是对现有无铅体系做进一步的掺杂改性和位置替换，研究替换机理和掺杂物对介电压电性能的影响；二是研究新的无铅压电陶瓷的制备工艺；三是开发新的无铅压电陶瓷体系。
陶瓷材料论文:陶瓷材料成形工艺的研究新进展
摘要 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的一个关键就是成形工艺技术没有突破。本文介绍了胶态成形、固体无模成形工艺及气态成形工艺，对上述工艺的原理、工艺过程及特点进行了比较，提出了陶瓷成形工艺的关键问题，并重点介绍了水基非塑性浆料的注射成形新工艺。
关键词 陶瓷，胶态成形，固体无模成形，气态成形，胶态注射成形
1前 言
陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。然而陶瓷所固有的高强度、高硬度等优点却同时给陶瓷件的成形、加工带来了很多困难。因此，研究各种陶瓷的成形技术变得至关重要。
粉料成形技术的目的是为了得到内部均匀和高密度的坯体，提高成形技术是提高陶瓷产品性的关键步骤[1]。成形是陶瓷生产过程的一个重要步骤，其过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。成形的方法很多，本文主要介绍胶态成形工艺、固体无模成形工艺、陶瓷胶态注射成形技术这几种主要的陶瓷成形工艺的成形原理、基本工艺及特点。不同形态的物料适合不同的成形方法，而究竟选择哪一种成形方法则取决于对制品各方面的要求和粉料的自身性质（如颗粒尺寸、分布、表面积）。
2胶态成形工艺
2.1 挤压成形（Extrusion）[2～3]
将粉料、粘结剂、润滑剂等与水均匀混合，然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状成形体。其缺点主要是物料强度低、容易变形，并可能产生表面凹坑、起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。挤压成形用的物料以粘结剂和水作为塑性载体，尤其需用粘土以提高物料相容性，故其广泛应用于传统耐火材料如炉管、护套管以及一些电子材料的成形生产。
2.2 压延成形（Sheet Forming）[3～4]
将粉料、添加剂和水混合均匀，然后将塑性物料转到滚柱压延，而成为板状素坯。压延法成形密度高，适于片状、板状物件的成形。
2.3 注射成形（Injection Molding）
陶瓷注射成形是借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成形的，成形之后再把高聚物脱除。注射成形的优点是可成形形状复杂的部件，并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构；缺点是模具设计加工成本和有机物排除过程中的成本比较高。在克服传统注射成形缺点的基础上，水溶液注射成形（Aqueous Injection Molding）和气相辅助注射成形（Gas-assisted Ceramic Injection Molding）相应发展起来[5～6]。水溶液注射成形采用水溶性的聚合物作为有机载体，很好地解决了脱脂问题。水溶液注射成形技术可以很容易地实现自动控制，比起传统的注射成形来说降低了成本。气体辅助注射成形是把气体引入聚合物熔体中而使成形过程更容易进行，该技术开辟了许多新的应用途径，比如适用于腐蚀性流体,另外高温高压下流体的陶瓷管道也可以应用此方法生产[7]。
2.4 注浆成形（Slip Casting）
SC工艺利用石膏模具的吸水性，将制得的陶瓷浆料注入多孔质模具，由模具的气孔把浆料中的液体吸出，而在模具中留下坯体[8]。注浆成形工艺成本低、过程简单、易于操作和控制，但成形形状粗糙，注浆时间较长，坯体密度、强度也不高。人们在传统注浆成形的基础上，相继发展了新的压滤成形（Pressure Filtration）和离心注浆成形（Centrifugal Casting），借助于外加压力和离心力的作用，来提高素坯的密度和强度，避免了注射成形中复杂的脱脂过程，但由于坯体均匀性差，因而不能满足制备高性能、高性陶瓷材料的要求。
2.5 流延成形（Tape Casting）[2]
流延成形是将粉料与塑化剂混合得到流动的粘稠浆料，然后将浆料均匀地涂到转动着的基带上，或用刀片均匀地刷到支撑面上，形成浆膜，干燥后得到一层薄膜，带膜厚度一般为0.01～1nm。60年代中期，Wentworth等首次将流延法用于铁电材料的浇注成形。此外，它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中[9]。
2.6 凝胶注模成形（Gel Casting）[10]
凝胶注模成形是20世纪90年代开发出的一种新型胶态成形工艺，由美国橡树岭国家实验室Mark A.Janney教授等人首先发明。它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来，将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中，通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体，并加入引发剂和催化剂，然后将浓悬浮体（浆料）注入非多孔模具中，通过引发剂和催化剂的作用使有机聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶，并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。
目前的研究重点主要还是如何在结构陶瓷的成形上选择低毒性凝胶体系，清华大学的谢志鹏等将琼脂糖凝胶大分子用于陶瓷的原位凝固成形[11]，成功制备出涡轮转子等异形陶瓷坯体。目前生物大分子壳聚糖已经用于凝胶注模陶瓷坯体。研究表明，角澡胶可和多种树脂组合并用于凝胶注模的成形。无毒体系Na-alginae（藻酸钠）-CaIO3-PVP已应用于铝陶瓷的成形[12]。Omatete[13]等发明了一种使用羟基-甲基-丙烯酰胺（Hydroxy Methyl Acrylamide，HMAM）单体的体系，其特点是固相高、湿坯易脱模，成形制品密度可达理论值的99%，有较大的研究价值。美国东北大学Montgomery等人发明了热可逆转变凝胶注模成形工艺（TRG），当温度高于某值时，其混合物料呈液态，反之则呈凝胶的固态。
凝胶注模成形作为一种新型的胶态成形方法，可实现净尺寸成形形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体成形，烧结成瓷的部件较干压成形的陶瓷部件有更好的电性能。该技术已广泛应用于电子、光学、汽车等领域，但需要具体解决的问题有：高固相低粘度浆料的制备、素坯干燥新方法和固相含量高带来的浆料中气泡排除问题，以及制备薄膜、厚膜时，坯体的开裂、变型、氧阻凝带来的表面起皮等问题[14]。
2.7 直接凝固注模成形（Direct Coagulation Casting）
直接凝固注模成形[15～17]是瑞士苏黎世高校的L.Gaucker教授T.Graule博士发明的一种近净尺寸原位凝固胶态成形方法。这种方法利用了胶体化学的基本原理。其成形原理如下：对于分散在液体介质中的微细陶瓷颗粒，所受作用力主要有胶粒双电层斥力和范氏引力，而重力、惯性等影响很小。根据胶体化学DLVO理论,胶体颗粒在介质中总势能Ut是双电层排斥能Ur和范氏吸引能Ua之和,即Ut=Ur+Ua。当介质pH值发生变化时颗粒表面电荷随之变化。在远离等电点IEP,颗粒表面形成的双电层斥力起主导作用，使胶粒呈分散状态，即可得到低粘度、高分散、流动性好的悬浮体。此时增加与颗粒表面电荷相反的离子浓度，可使双电层压缩；或者改变pH值靠近等电点，均可使颗粒间排斥能减少或为零；而范氏引力占优势，使总势能显著下降，浆料体系将由高度分散状态变成凝聚状态，若浆料具有足够高的固相含量(＞50vol%)，则凝固的浆料将有足够高的强度以便成形脱模。
该成形方法已经成功地应用于成形氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅复杂形状的部件。该工艺的主要优点为不需要或只需少量的有机添加剂(＜1%)，坯体不需脱脂，坯体密度均匀，相对密度高(55～70%)，可以成形大尺寸形状复杂的陶瓷部件。
2.8 水解辅助固化成形（Hydrolysis Assisted Solidification）[30]
水解辅助固化成形（简称HAS）结合了水泥性物质的硬化、直接凝固注模成形（DCC）和凝胶注模成形（GC）的优点，此方法建立于AlN等物质在热激发下的加速水解反应。反应式为：
AlN + 3H2O = Al(OH)3 + NH3
AlN加入陶瓷浆料之后发生热水解，浆料中的水被消耗，固相体积分数增高。同时氨气的产生使浆料的pH值移向高pH值点，对于Al2O3浆料来说pH值移向了其等电点，可引起陶瓷浆料的固化。另一方面，作为AlN的水解产物的Al(OH)3在加热时可以胶态化，从而起到辅助固化、增加坯体强度的目的。HAS工艺的优势在于工艺简单、浆料流变性好、固化快、密度高。主要缺点在于需额外的设备收集和中和氨，而且该工艺不适合于所有陶瓷，目前适用于制备含有氧化铝，或至少将其作为次要相的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氧化铝增韧氧化锆陶瓷、Sialon陶瓷等[18]。
2.9 电泳浇注成形（EFD）
EFD体系是将一个外部电场作用于浆料上，促进带电粒子的迁移（电泳），随后沉积在相反电极上[19]。EFD工艺中，颗粒必须保持稳定分散状态，从而可以各自独立向电极运动，进而颗粒可以分别沉积，不发生团聚。悬浮颗粒必须具有高的电泳移动能力，沉积过程中，由于颗粒移动时双电层发生变形，即靠近基体的离子和颗粒浓度增加，稳定性条件发生变化。当电泳和静电力仍超过范德华力，颗粒开始堆积，从而开始形成吸引颗粒网络。而胶态参数（Zeta电位、粘度和电泳迁移率）和电导率在EFD工艺中非常重要。
EFD工艺由于其简单性、灵活性、性而逐步应用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷、薄层陶瓷试管以及各种材料的涂层等。
3固体无模成形工艺
3.1 层片叠加成形法(Laminated Object Manufacture)
LOM法是美国的Helisys公司开发并实现商业化的一项工艺，其成形工艺如图1所示。LOM公司利用激光在x-y方向的移动来切割每一层薄片材料。每完成一层的切割，控制工作平台在z方向的移动以叠加新一层的薄片材料。激光的移动由计算机控制。层与层之间的结合可以通过粘结剂或热压焊合。由于该方法只需要切割出轮廓线，因此成形速度较快，且非常适合制造层状复合材料。Helisys和Peak Engineering等公司将其用于陶瓷的成形，用于叠加的陶瓷材料一般为流延薄材。Curtis Criffin等采用LOM法制成了Al2O3部件，结果表明其性能与采用传统干压工艺成形的相差不大[20～21]。
3.2 熔化沉积成形(Fused Deposition of Ceramics)
FDC技术是由FDM(Fused Deposition Modelling)技术发展而来的。FDM技术是由Stratasys公司成功开发并实现商业化的。在FDM中，通过计算机控制，将由高分子或石蜡制成的细丝送入熔化器，在稍高于其熔点的温度下熔化，再从喷嘴挤至成形平面上。通过控制喷嘴在x-y方向和工作平台z方向的移动可以实现三维部件的成形。Rutgers大学和Argonne国家实验室将这种技术应用于陶瓷生产，并称之为Fused Deposition of Ceramics（FDC）。Stephen等对Si3N4、Al2O3的成形进行了研究，但由于细丝缺乏足够的柔韧性而不能连续进给，而且部件密度较低，需要进一步研究来加以解决[20～23]。
3.3 立体印刷成形(Stero Lithography)
立体印刷成形以光敏树脂为原料，采用计算机控制下的紫外激光，以预订原型各分层截面的轮廓为轨迹进行逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应后固化，从而形成一个薄层截面。当一层固化后，向上（或下）移动工作台，在刚刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂，再进行新一层扫描、固化。新固化的一层牢牢地粘合前一层，如此重复至整个原型制造完毕。Michelle L.Criggith等研究了SiO2、Si3N4、Al2O3的成形，Brady等用SL法制备了PZT材质的压电陶瓷件。
3.4 三维打印成形(3-D Printing)
三维打印成形工艺是由美国麻省理工学院开发出来的，首先将粉末铺在工作台上，通过喷嘴把粘结剂喷到选定的区域，将粉末粘结在一起，形成一个层，然后工作台下降，填粉后重复上述过程直至做出整个部件。J.Grau等人[25]采用三维打印技术制备了Al2O3陶瓷膜。J.YOO等人用三维打印法结合热等静压工艺制备出致密的Al2O3陶瓷件。此外，Specific Surface公司使用该技术制造了复杂的陶瓷过滤器。
3.5 喷墨打印成形(Ink-jet Printing)
喷墨打印成形技术是由Brunel大学的Evans和Ediris ingle研制出来的，是将待成形的陶瓷粉与各种有机物配置成陶瓷墨水，通过打印机将陶瓷墨水打印到成形平面上成形。该工艺的关键是配制出分散均匀的陶瓷悬浮液，目前使用的陶瓷材料有ZrO2、TiO2、Al2O3等[26]。
3.6 选区激光烧结(Selective Laser Sintering)
SLS以堆积在工作平台上的粉末为原料，用高能CO2激光器从粉末上扫描，将选定区内的粉末烧结，做出部件的每一个层。对于塑性物料，激光烧结高分子粉末，得到最终成形件。陶瓷的烧结温度很高，很难用激光直接烧结。可以将难熔的陶瓷粒子包裹上高分子粘结剂并应用到SLS设备上，通过激光熔化粘结剂以烧结各个层，从而制备出陶瓷生坯，通过粘结剂去除及烧结后处理的过程就得到最终的陶瓷件。Marcus等利用这种技术制成了Al2O3齿轮[27]和其他零部件。
4气相成形
利用气相反应生成纳米颗粒，如能使颗粒有效而且致密地沉积到模具表面，累积到一定厚度即成为制品，或者先使用其它方法制成一个具有开口气孔的坯体，再通过气相沉积工艺将气孔填充致密，用这种方法可以制造各种复合材料。由于固相颗粒的生成与成形过程同时进行，因此可以避免一般超细粉料中的团聚问题。由于在成形过程中不存在排除液相的问题，从而避免了湿法工艺带来的种种弊端[28]。
5陶瓷胶态注射成形新工艺
清华大学黄勇教授[29]提出把胶态成形和注射成形结合起来的“陶瓷胶态注射成形新工艺”，该工艺即水基非塑性浆料的注射成形，其流程见图2。这种工艺是将低粘度、高固相体积分数的水基陶瓷浓悬浮体注射到非孔模具中，并使之原位快速固化，再经烧结，制得显微结构均匀、无缺陷和净尺寸的高性能、高性的陶瓷部件，可大大降低陶瓷制造成本。
陶瓷胶态注射成形解决了两个重要的关键技术：陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研究发现，压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位固化，从而发明了压力诱导陶瓷成形技术。
通过胶态注射成形技术可以获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷坯体，这种成形技术可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体，减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂，从而减少最终部件的机加工量，获得高性的陶瓷材料与部件。同时避免了传统陶瓷注射成形使用大量有机物所导致的排胶困难问题，实现了胶态成形的注射过程。该新工艺适合于规模化生产，是高技术陶瓷产业化的核心技术。
6结 语
目前，陶瓷胶态成形工艺已取得很大进展，但仍面临着几个急需解决的问题。首先是如何制备分散良好、低粘度、高固相含量的浆料，其次是脱脂问题以及溶剂类型的转变问题。
固体无模成形技术制备陶瓷件的研究目前还处于研制阶段，各种成形的方法也各有其优缺点。选用的陶瓷材料也比较有限，但是这不能掩饰其快速制造复杂形状陶瓷构件的优点，而且其应用领域还相当广泛，因此必将在包括结构陶瓷和功能陶瓷在内的领域发挥更重要的作用。
当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未有新的突破。压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。上个世纪90年代以来发展起来的多种胶体原位成形工艺、固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促进陶瓷成形工艺得到突破。
陶瓷材料论文:大功率铅基压电陶瓷材料的研究进展
摘 要 本文综述了大功率压电陶瓷材料的研究进展，介绍了其体系结构、应用和制备方法，指出掺杂改性、探索新的材料体系和制备工艺是改进其制备的有效途径。
关键词 压电陶瓷，大功率，低损耗
1压电学的发展
19世纪80年代居里兄弟在石英晶体上发现压电效应，美国、日本和前苏联于二战中期几乎同时发现钛酸钡（BaTiO3）具有高介电常数。1894年沃伊特指出[1]，32种点群中仅无对称中心的20种点群的晶体才可能具有压电效应。这20种点群晶体，只要是绝缘体都是压电体，而其中具有单一极轴的10种点群压电晶体中某些压电晶体在一定的温度范围内能自发极化，其自发极化方向因外电场方向反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有该特性的物质称为铁电体。不久之后，于1947年发现了钛酸钡的压电性，并成功研制出钛酸钡压电陶瓷，美国于1954年公布了压电体锆钛酸铅Pb(Zr,Ti)O3（即PZT），实现了压电陶瓷发展史上的巨大飞跃。
2压电材料的体系结构
压电材料的体系结构[2]如图1所示。其中钛酸铅的居里温度为490℃，温度稳定性好；介电常数εTr小，适于高频下工作；Kt/Kp值大，可以有效抑制横向寄生模式的干扰，提高器件的工作效率，适合多层压电降压变压器的制作，但其压电性能d33、Kp较低。
锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷具有表4所示的优良性能，但机电耦合因素Kp和机械品质因素Qm难以实现双高[3]。PZT基的三元系压电陶瓷具有烧结温度低、气孔率小及微观结构均匀致密的特点。对它的研究主要包括两方面：一是在准同型相界附近找到合适的锰、锑、锆、钛的比例[4]；二是进行掺杂取代改性。这方面的研究有稀土元素(Lu2O3，CeO2，Yb2O3，Eu2O3等)掺杂、NiO、Fe2O3、Nb2O5等掺杂，还有Sr2+，Mg2+等取代[5]。
3压电陶瓷的应用分类
压电陶瓷的应用可分为两大类：压电振子和压电换能器。
3.1 压电振子的应用
压电陶瓷作为压电陶瓷振子的应用如表2所示，它利用压电振子本身的谐振特性，将电能转换为振动的机械能。
（1） 陶瓷压电变压器
陶瓷变压器属于压电陶瓷振子的一种，其输入压电陶瓷片的电振动能量通过逆压电效应转换成机械振动能，再通过正压电效应转换成电能，在能量的这两次转换中实现阻抗变换，从而在陶瓷片的谐振频率上获得高的电压输出，它要求材料具有较高的径向耦合系数Kp、机械品质因数Qm；低的介电损耗；压电、介电、弹性等性能参数具有较好的频率、温度、时间稳定性。
压电变压器与传统电磁变压器相比，具有体积小、质量轻、无电磁噪声、高升压比、高能量密度、高效率、耐高压高温与短路烧毁、耐潮湿、节约有色金属等优异性能，特别适应电子电路向集成化、片式化发展的趋势[6]。随着IT产业的快速发展，压电变压器已广泛应用于笔记本电脑、数码相机、掌上电脑、移动电话、传真机、复印机等电子信息类产品。较大能量转换效率大于95%、较大能量密度大于57.3W/cm3的压电变压器已有报道[7]。
（2） 陶瓷滤波器
陶瓷滤波器在交变电场作用下，压电陶瓷振子会产生机械振动，当外加交变电场增加到最小阻抗频率(fm)时，振子的阻抗变得最小，输出电流较大。当频率继续升高达到较大阻抗频率(fn)时，振子阻抗变得较大，输出电流最小，由此实现滤波功能。其制备材料要求各个参数的经时稳定性和温度稳定性要好，材料的机械品质因素要高、介质损耗小，机电耦合系数Kp能按滤波器对带宽的要求而定。
压电振子和压电变压器等器件在大功率工作状态下往往会因谐振时振动幅度大而引起应力破坏，振动时间长则会导致疲劳性破坏；振动时由于内摩擦和介质损耗产生的大量热而带来性能的恶化[8]，这就要求相应的压电陶瓷材料具有高的力学强度、低的介电损耗。
3.2 压电换能器的应用
如表3所示，压电换能器主要利用正逆压电效应进行机械能和电能的转换。
（1） 超声马达
压电陶瓷换能器是超声马达的核心，对于工作在谐振状态的超声马达来说，要求压电陶瓷材料具有高 Qm和较小的 tanδ以提高器件的效率和降低发热；具有尽可能大的 Kp和d33，以实现低电压驱动和大的输出力矩[10]。此外，宽响应频率、高居里点、良好的时间和温度稳定性也是它高效工作的需要。国内外基本上都采用大功率压电陶瓷材料，如PZT-4、PZT-8、PCM-5、PCM-80、PCM-88制备超声马达，其材料性能如表4所示。
（2） 水声换能器
制备水声换能器的材料，除了要满足换能器的一般性能要求外，还应具体考虑换能器属于接受型、发射型还是接受发射型，以满足不同的具体要求。例如对于接收发射一体的换能器材料则要求高Kp值与适中的Qm和ε值；对接受型来说，要求压电常数g33或g31大，机电耦合系数Kp要高，材料的Qm较低以利于展宽接收频率范围，但太低Qm的值会使机械损耗增加，降低接收灵敏度；对于发射型，还要求强场下的介电损耗要小，Qm要大，压电性能不能衰退。
PZT压电陶瓷作为水声换能器的换能材料仍占首位，我国声学研究所研制的PZT压电陶瓷，常用的型号为PZT-4、PZT-5和PZT-8，如表4所示。PZT-4因具有较好的激励特性，可制备收发兼用的水声换能器；PZT-5较高的介电常数和机电耦合系数多用于接收型；而PZT-8因其突出的高激励特性而常用于大功率发射型。
4大功率压电材料及器件的研究现状及方法
4.1 大功率压电材料研究现状
至今大功率压电陶瓷材料的三元系列有几个较为成熟的系列：铌镁锆钛酸铅系，其特点为高Kp、介电常数、Qm和较好的稳定性；铌锌锆钛酸铅系，其特点是较优的稳定性、致密性、绝缘性、压电性。碲锰锆钛酸铅系，其特点是其压电性受机械应力和电负载的影响小。锑锰锆钛酸铅系，其特点是Kp和Qm都高，谐振频率受时间和温度的影响小。
而对大功率而言，往往要求PZT陶瓷具有高的介电常数、高的Qm等，故为了寻求更高性能的压电陶瓷材料，人们通过在PZT的基础上添加第三、第四组元制成了三元系、四元系压电陶瓷。1965年，日本松下电气科研人员首先成功制造了三元系压电陶瓷Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PZT (PCM)[12]，它的性能比二元系PZT更加优越，且可通过在PCM中添加MnO2，NiO，CoO，Fe2O3，Cr2O3等改善PCM的烧结性、介电性、弹性性能和机械品质因素等。通过对三元、四元系PZT基压电陶广泛的探索研究表明：四元系压电陶瓷具有高εr 、高机械强度、低损耗、低劣化、低烧结温度、稳定性好、工艺性好等优点[5]。所研制的四元系列具有高Kp、高Qm、高εr、高压电常数、高矫顽场Ec和高机械强度的特点，并且容易烧结，压电常数、耐劣化性好。
如： Pb(Mn1/3Nb2/3)A(Zn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3
Pb(Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3
Pb(Li1/2Nb1/2)A(Mg1/3Nb2/3)BTiCZrDO3
Pb(Sn1/3Nb2/3)A(Zn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3
然而在大功率应用中，依然会产生众多的问题，主要有：谐振频率的漂移；Qm的降低；发热带来的机电耦合系数的减小和热稳定性变差。其中的热产生，会带来升温，当温度上升到一定值时，将使材料去极化，使材料的压电介电体系失去功效。故制备介电损耗低、Qm大的硬性材料在大功率器件中尤为重视。
4.2 大功率压电材料的研究方法
4.2.1 掺杂改性
掺杂改性是探索高性能压电材料的有效手段，它们主要通过取代离子的半径和价态的差异来影响材料性能的，如表5[13]所示。
锰是一种常见的硬性掺杂物，它作为稳定性材料，可以大大改善材料的抗老化性能，提高材料的机械品质因数(Qm)，因而是大功率压电功能材料中最常用的添加元素之一[14]。Y.-H.Chen[15]报道，适量的Mn掺杂可显著地提高Qm，但同时降低了Kp。
PMN-PZT材料中掺入CeO2制备压电陶瓷材料，结果表明CeO2的加入，减小材料的晶胞参数，提高材料的机械品质因素Qm和机电耦合系数[16]。而在PMN-PZT材料中加入微量的PNN固溶体，不但可提高材料的相对介电常数和机电耦合系数，还可以降低材料的烧结温度，如Yoo J H等研究出用于驱动28W荧光灯的PNN-PMN-PZT四元材料体系[17]。
通过添加掺杂离子取代A位的Pb或B位的Zr、Ti来改善相应的介电性能和压电性能，如PNW-PMS-PZT系材料中适当调整B位离子和锆钛比可得到性能如下的压电陶瓷：εr=2138、tanδ=0.58%、Kp=0.613、Qm=1275、d33=380pC/N、Tc＝205℃，适于大功率压电器件的制备[5]。
4.2.2 开发新的材料体系
压电单晶在某些方面具有优异的性能[18]，如已发现并研制出的Pb(A1/3B2/3)PbTiO3单晶(A=Zn2+,Mg2+)，其d33max=6000pc/N(压电陶瓷的d33max＝850pC/N)，K33max＝0.95(压电陶瓷的K33max=0.8)，其应变＞1.7%，几乎比压电陶瓷应变高一个数量级，储能密度高达130J/kg（压电陶瓷储能密度小于10J/kg）。压电复合材料在水声换能器方面得到了较好的开发，如PVDF与铅基压电材料相比，除了高的g33外，制备的换能器更易于安装。
铅基压电材料的多元复合也是一种开发新的材料体系的方法。大功率压电材料如果有大的介电常数，则有利于输出较大的功率[19]，而作为一种高介电常数、低烧结温度的驰豫铁电体P(Ni1/2W1/2)O3(PNW)，将它作为第四组元加入到PMS-PZT，可得到了高介电常数材料PMS-PZT-PNW；同时，加入PNW还能起到降低烧结温度的作用。
铌镁锆钛酸铅PMN-PZT是典型的“软性材料”，其Kp可达0.72，机械强度高，抗张强度在500MPa以上，压电性能稳定[20]；而铌锰锆钛酸铅PMnN-PZT是典型的“硬性材料”，其特征Qm可达6000。谭训彦等综合了二者的特点，研制得到的PMMN-PZT四元系压电陶瓷材料，其Kp=0.518，Qm=3887，tanδ=0.71%，εT33/ε0=701，d33=203pC/N，主要性能与PZT-8接近，基本上满足压电变压器的要求。
4.2.3 探索新的制备工艺
溶盐合成法(MSS)能在保障较优性能的情况下，降低PZT基烧结温度[21]。加入低温共烧助剂能保障较好的压电介电性能[22]。湿化学法[23]得到亚微米粉体；一步合成法较两步合成法好，能得到微细晶粒的材料结构，从而有利于提高材料的机械强度[24]；文献表明较长的球磨时间带来粒径的减小，能得到更好的材料性能，即高振动速度和低发热[25]；热压成形能得到较高的致密度，形成致密的晶界，有利于制备出高Qm的压电材料，同时探索的烧结工艺也是十分有效可行的方法[26]。在烧结气氛方面，F.Xia[27]等报道了1mol%的PbO过量可消除烧绿石相并补偿烧结时候的PbO损失，从而有利于优良介电压电性能的获得。
理论分析表明[28]，压电变压器在工作时本身所受到的机械应力是制约其工作效能的主要因素，所以材料的机械强度要特别高。为了满足这一要求，应选择微细晶粒的材料。适当的“辅加元素”，如锶、铈、铬等，有利于得到细晶的陶瓷。微晶(0.2～2μm)陶瓷不易开裂，而晶粒尺寸大于10μm的陶瓷易开裂[29]，陶瓷晶粒尺寸的减小，从而晶界面积增大，有利于提高抵抗应力的能力，无论低电场还是高电场下，晶粒尺寸对损耗和发热都有作用[30]。
压电变压器已用于个人数字助理器的液晶显示驱动电路，因为PMN-PZT系列具有较高的Qm，而加入PbNW来提高其介电常数，用Nb2O5来提高陶瓷密度和晶粒细化，因为细微晶粒的材料，可使其机械强度提高一倍，由(Pb0.94Sr0.06)[(Ni1/2W1/2)0.02(Mn1/3Nb2/3)0.07(Zr0.51Ti0.49)0.91]O3+0.5wt%PbO+0.5wt%Fe2O3+0.25wt%CeO2+0.3%wt%Nb2O5的配方制备成Rose型，改变负载电阻和驱动频率[6]。当驱动频率为214.4kHz、输入电压为31.78V、输入电流为21.1mA时，变压器输出端的电压为293.2V，电流为2.2mA，能量效率达96.2%，同时变压器只出现3.6℃的温升。其性能如下：介电常数为1704，Kp为0.55，Qm为2041，晶粒尺寸为2.50μm，密度为7.71g/cm3。
5结语
压电陶瓷今后要解决的问题是实现大功率、高效率、高性，为此，需要进一步研究压电陶瓷的组成、结构和制备工艺。锆钛酸铅以其优良的介电压电性能在一定时期内仍将被研究和应用，其掺杂改性、新体系的探索和制备工艺的改进仍将是其优良特性发掘的有效手段。
陶瓷材料论文:钛酸锶钡陶瓷材料的掺杂改性
摘 要 钛酸锶钡（BST）是一种重要的具有钙钛矿结构的铁电材料。顺电态下，其介电损耗较小，结构稳定。因此对顺电态下的BST进行掺杂改性是近年来铁电材料的研究热点之一。本文简要介绍了目前国内外科研工作者利用稀土、碱土氧化物进行掺杂时对BST的微观结构、介电损耗、介电常数以及可调率方面的影响。
关键词 凝聚态物理，铁电材料，钛酸锶钡，掺杂改性，介电性能
1 引 言
近年来，研究人员发现微波铁电材料具有较高的可调谐性，其电性能满足适中的介电常数、低介电损耗、高调谐率等条件。目前，这方面的热点研究材料之一是钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3-BST)。钛酸锶钡（BST）材料以其高的介电常数、低的介电损耗、大的调谐率、快的反应速度、好的抗击穿能力、简单的制造工艺，受到了广泛的欢迎。其在微波电子领域如相控阵天线或雷达的移相器[1～2]、新颖微波调谐器件、延迟线、混合器、动态随机存储器[3～4]、铁电存储器上都有重要的应用。在微波应用中，通过材料的设计[5]，其介电常数可以被调节在100～350范围内，强电场调谐率可以达到70%，击穿电场＞2×104V/mm。不仅如此，BST铁电薄膜材料还有开关速度快、功率容量大、温度稳定性好、抗辐射能力强、驱动功率低、电容电压可控等优点[6]。目前，与钛酸锶钡基体陶瓷相关的工作在国内外已经取得了很大的进展[7]。
美国在20世纪60年代就开始研究铁电材料的微波性能。美国陆军实验室(US Army Electronics Laboratories)于1964年完成了微波铁电移相器和开关(microwave ferroelectric phase shifters and switches)的研究报告[8]，由于当时铁电材料的微波介质损耗大，没有研制出可供使用的铁电移相器。在20世纪90年代，由于工艺条件的改善和对铁电材料认识的深入，人们重新掀起了对铁电材料研究的高潮。美国陆军研究实验室 (US Army Research Laboratory)系统地研究了掺杂对BST介电性能的影响，发现掺入非铁电氧化物(如ZrO2、Bi2O3等)可有效降低微波介质损耗，并能保持较高调谐率值。美国国防预研局于1998年启动了“频率敏捷电子材料”(Frequency Agile Materials for Electronics，FAME)计划，其目的是开发高性能微波调谐材料。目前，其计划研究出的微波铁电薄膜材料已经得到了应用[10]，比如，美国的Paratek微波公司采用BST铁电薄膜材料，生产出了电调谐微波器件(调谐微波器、双工器和压控振荡器)、动态可重构的无线网络(DRWIN)天线及卫星天线，其中DRWIN天线和卫星天线分别应用在无线通信系统和中低地球轨道(LEO/MEO)卫星系统中[11]。
另外，微波铁电材料的研究已经引起世界范围的重视，俄罗斯、德国、英国和瑞士等国也正在积极开展这方面的研究工作。可以预计，铁电移相器、铁电滤波器等微波器件将得到更广泛的应用。
我国在铁电材料的改性研究方面起步较晚，目前，中国科学院、华东电子工程研究所、华中科技大学、成都电子科技大学、天津大学、东南大学等单位都对铁电移相器展开了积极探索，有了一些钛酸锶钡制备、介电性能测试和介质阻抗匹配方面的报道。比如华中科技大学尝试用BST研制微波震荡器；成都电子科技大学用La2O3掺杂BST，试图提高在微波频率下的调谐率；哈尔滨工业大学尝试用B2O3掺杂BST降低烧结温度，提高致密度，并用BST的梯度化控制介电常数，降低损耗。
由此可见，对顺电态下的BST可调谐材料的研究，对铁电移相器、动态随机存储器（DRAM）、雷达通讯系统等都有着重大意义。
2 钛酸锶钡(BST)铁电材料的基本结构和介电性能
钛酸锶钡（BST）是钛酸钡（BaTiO3）和钛酸锶（SrTiO3）的固溶体，是一种具有典型的ABO3钙钛矿结构的铁电材料。钙钛矿结构可以看成是由氧八面体在相互垂直的三个方向上以顶角相互连接的形式形成的空间网络。低电价、大半径的Ba2+、Sr2+占据氧八面体的面心（A位），配位数为12；高电价、小半径的Ti4+占据氧八面体的中央（B位），配位数为6。高温下，离子热运动的能量比较高，B位离子平均来说处在氧八面体的中心，晶体属于m3m点群，没有自发极化，为非极性的顺电态。随着温度下降，平均热运动能量减少，B位离子热运动减弱，不能够再维持在氧八面体中心的平衡位置，而是向位于相互垂直的三个晶轴方向上的六个氧离子中的某一个偏移。高电价的离子偏离中心位置会形成很强的偶极矩，而相邻晶胞之间的相互耦合，使得所有晶胞中的B位离子均向同一方向偏移，直到晶胞之间的耦合被缺陷中止。这样，材料的正负电荷中心发生偏移，出现电偶极矩和自发极化。
本征BST的性能随着Ba/Sr比例的不同而变化[12]，通常随着锶含量的增加，居里温度下降。当Ba1-xSrxTiO3中Ba/Sr比例在x=0.5附近时，BST的居里温度通常会在0℃左右，当Ba1-xSrxTiO3中Ba/Sr比例在x=0.6附近时， BST的居里温度通常会在零度以下[13～16]。在室温条件下，BST处于非线性的顺电态，顺电态下的晶体对介电常数的贡献主要是电子位移的影响，但由于不存在自发极化，因此介电损耗较小。此时如有外加电场的作用，就会产生电位移极化，其相对介电常数具有随电场变化的非线性特性，即铁电材料的非线性效应。当电压从V（0）变化到V（app）时，介电常数将产生一个增量Δεr=εr（0）-εr（app）, 这个增量与εr（0）比值的百分数称为可调性，用[εr（0）-εr（app）]/εr（0）×表示[17]。而施加一特殊的微波时将会产生相应的差相移，且微波相移随BST铁电材料的介电常数的变化而变化。高温下，整个结构中的离子热运动比较高，B位离子仍然在氧八面体的中央高速振动，没有偏离。温度下降时，晶格振动变弱，B位离子会存在某种程度上的偏离中心位置，这时使得电中心发生偏移，出现电偶极矩，产生自发极化。这种极化的产生，造成了电畴的产生和极化方向的偏转，使损耗上升。
尽管顺电态下的BST介电损耗较低，但是在靠近居里温度附近，其介电常数很大，对器件化整体阻抗匹配十分不利；微波频率下，可调度下降，不利于实际应用中滤波范围的宽化。因此通过掺杂控制BST的介电常数，保持（或提高）调谐率的基础上，降低材料的介电损耗是一条很好的探索路线。下文总结了部分国内外研究人员对BST掺杂的情况，讨论了不同种类的氧化物掺杂对BST性能的影响，提出了复合掺杂的可行性。
3对A位离子的置换掺杂
本征BST固溶体，A位离子为Ba2+、Sr2+，Ba离子半径为160pm，Sr离子半径为144pm[18]。根据能量低化原理，离子半径相近的离子容易相互置换。但是，实际实验当中，离子的置换并不是的，并且掺杂技术里对于BST中A、B位离子的取代问题，历来就有不同的看法。本文针对国内外科研工作者已有的研究成果及实验结论，总结了几种对A位进行置换掺杂的离子类型。
3.1 MgO的置换改性
Ba0.6Sr0.4TiO3在常温下处于顺电态，由于Ba 的成份比较多，因此其介电常数较大。MgO具有低介电常数、低损耗的特点，从理论上讲，MgO的掺杂会降低Ba0.6Sr0.4TiO3的介电常数和损耗。Sengupta、WU等对BST的掺杂进行了系统的研究，其中在掺杂金属氧化物方面以MgO为代表。在结构方面，我们知道BST是典型的ABO3钙钛矿结构，Mg2+离子半径为72pm，比A位Ba2+(160pm)、Sr2+(144pm)都要小，但是比B位的Ti4+(61pm)略大。根据相近离子半径更容易取代的规律，Mg2+应该取代B位的Ti4+。但是在实验过程中，华中科技大学吕文中等人[19]通过用XRD来分析掺杂MgO的BST时，发现随着MgO掺入量的增加，BST的晶粒尺寸逐渐减小，且BST（110）晶面衍射峰有微量移动，MgO（200）衍射峰逐渐增强。由XRD图看出，系统中Mg2+以MgO单独相存在，且随着MgO量的增加其衍射峰强度增大。掺杂后的BST主衍射峰相比未掺杂时的强度有所减弱，表明BST的原子间距d发生了改变。正如上假设，如果Mg2+取代B位的Ti4+，那么势必会使得BST结构中的原子间距增大，所以Mg2+应该取代了A位离子，只是取代量较少。Sengupta等人对MgO掺杂带来的介电性能的变化(主要是对BST介电常数、介质损耗以及可调率)进行了系统的研究，实验表明，在BST中掺杂MgO，样品的介电常数大幅度下降，介电损耗在掺入量较少的时候急剧下降，之后变化不大。这可能是因为少量的MgO能够进入晶格，使得样品发生晶格畸变，BST的居里温度向负方向移动，发生相变。在可调性方面，随着MgO的增多，Mg2+析出，以非铁电体的单独相(MgO)存在，材料体系中的非线性减弱，可调率降低。由此可以看出，添加MgO有细化BST陶瓷晶粒的作用，且随MgO掺入量的增加，材料的体密度下降明显，晶胞参数有所下降，其BST铁电陶瓷材料的介电常数大幅度下降，介电损耗基本不变，而系统可调性下降。MgO在BST-MgO体系中主要以单独相存在。
3.2 La2O3的改性作用
La是一种轻稀土元素，配位数是6和12的La离子半径为105pm和135pm，与Ba、Sr离子半径接近，而远大于Ti离子半径，由于ABO3结构中A位配位数为12，B位为6，且La与Ba、Sr电负性也相近（分别为1.1、0.9、1.0），因此La占据A位的可能性比B位大，掺杂过程中，将置换A位的Ba2+、Sr2+离子。由勒正国等人[20]的研究工作可知，La3+有较强的移动、展宽居里峰的作用，少量的掺入(
在A位离子掺杂种类上，除了碱土金属氧化物MgO、稀土金属氧化物La2O3以外，还可通过掺杂稀土氧化物Dy2O3来降低介质损耗[24]。另外，L.H.Chiu等人通过掺杂CeO2来降低材料的介质损耗，以达到弱化材料对波的吸收和色散作用[25]。由以上研究我们可以看出，稀土掺杂可以使材料的温度稳定性提高，降低材料的介电损耗，提高材料的调谐性，降低了材料的高频损耗，使系统的居里温度向负温方向移动，从而使体系在室温下处于顺电态。
4对B位离子的置换掺杂
Al2O3的掺杂对样品的烧结密度也有影响，具体表现在：随着Al2O3含量的增加，样品的体密度下降。在材料的烧结过程中，传质方式主要是表面扩散和气相传质，由于烧结温度比材料熔点低得多，同时无机氧化物的蒸汽压较低，所以表面扩散是更为主要的传质方式。在钙钛矿结构中，氧八面体结构紧凑，Al3+离子进入间隙位的可能性比较小。由于Al3+离子的半径为50pm，比体系中所有的阳离子半径都小，而与Ti4+离子（61pm)的半径最为接近，根据电中性原理和半径关系，外加离子进入并取代后，对系统造成最小的能量起伏和结构变化的取代方式发生的可能性较大，所以在烧结过程中应该发生B位的取代反应。由于Al2O3能够提高材料的表面扩散系数，增大表面扩散速率，使被烧结物质松散地堆积在一起，抑制材料的致密化。同时受主掺杂产生的缺陷将增强基体中的氧空位的浓度，从而使空位或质点流的扩散能力增强，成为晶粒生长的促进剂[26]。添加0.4wt% Al2O3的样品的晶粒长大，晶粒排列紧密，无明显分相，也无成份的偏析；随着Al2O3量继续增加后，晶粒结晶仍然完好，晶粒尺寸有所减小，所有样品均为立方钙钛矿结构，从XRD的图谱中没有发现第二相的衍射峰，说明Al3+离子进入到钛酸锶钡的晶格内部，形成了固溶体[27]。随着Al3+离子的掺入，样品的介电常数减小，居里温度都在零度附近，随着掺杂浓度的增加而有所下降。在铁电区域，介电常数减小比较微弱，在顺电区域，介电常数减小比较明显，可能是掺杂的Al3+离子在体系中起到了作用，在掺杂之后产生的氧空位使晶格的振动发生“中断”，使居里温度降低[28]，介温谱左移。同时，由于Al3+离子的加入，异于纯体系的第二弥散相进入体系，“冲淡”了系统原有的介电性能；同时造成系统成份上的微区分布的不均匀，每一个亚微区的介电常数不同，由于Al3+离子不容易极化，造成在富铝的亚微区介电常数较小，其他微区的介电常数较大，从而使样品宏观的介电常数变小，介电温谱压低并宽化。样品掺铝以后，介电损耗明显得到改善，掺杂量为0.8wt%的样品损耗最小。室温下，由于纯钛酸锶钡（Ba0.6Sr0.4TiO3）处在顺电相，所以没有明显的驰豫行为和电畴转向。此时Al3+离子作为受主进入系统取代Ti4+离子的B位，同时产生氧空位，这些氧空位产生的剩余电子活跃于Ti4+离子和Ti3+离子之间，形成损耗[29]。但是作为受主Al3+离子可以中和施主电子，阻止Ti4+离子还原成Ti3+离子，从而降低了损耗。当施主与受主的量正好形成补偿时，样品的损耗也就最小。当添加量继续增加时，系统中的缺陷会增多，大量的氧空位缺陷在交流电场下极化，会产生附加损耗，于是系统的表观损耗又上升。
掺杂0.4wt%Al2O3样品的调谐率为较大，从晶格动力学方面考虑，半径小的Al3+离子取代半径较大的Ti4+离子，使得晶胞体积变小，使得晶体结构更加紧凑，占据氧八面体中心离子之间的间距缩小，使得系统的非调谐量变大。如果从Devonshire的唯象理论考虑[30]，晶粒之间的应力影响到介质的介电性能，晶粒越大，晶粒之间的相对作用就相对越小。掺杂0.4wt%Al2O3时样品的晶粒尺寸较大[31]，其内部应力最小，外加直流偏置电场的有效性较大，调谐量也就较大。梁晓峰等人[32]在进行顺电态下掺铝钛酸锶钡陶瓷微结构和介电调谐性能试验时发现，掺入适量的Al2O3可以使介电常数和介电损耗降低，调谐量增大，系统品质因数提高。
在B位离子掺杂种类上，除了金属氧化物Al2O3以外，还有邵美成等人通过掺杂SnO2来降低低频和微波损耗，但过多的加入会产生第二相，会使微波损耗上升[33～34]；也有通过掺杂MnCO3来取代B位的Ti4+离子进行受主取代和等价取代两种。受主取代会产生空穴等缺陷，不利于微波损耗的降低，而等价取代类似SnO2的情况，有助于降低微波损耗，但过多的加入也会产生第二相的问题[35]。程华容等人通过掺杂B2O3，降低了烧结温度、提高了致密化程度和介电性能、展宽了居里峰、降低了介温系数从而提高了稳定性[36]。由以上研究可以看出，上述材料的掺杂会对钛酸锶钡陶瓷材料烧结温度、微波损耗的降低、致密化的提高、低频损耗的降低有着直接的影响。
由以上研究工作我们可以得到下面的规律：稀土掺杂可以大幅降低样品的介温变化，使样品在较高频段下的介电常数增加并且有利于复相的形成；在低频下（1MHz），中稀土掺杂的样品介电常数小于轻稀土掺杂的样品介电常数；重稀土掺杂的样品介温变化率大于轻稀土掺杂的介温变化率；掺杂后的样品在高频下的极化主要受离子极化的影响。
5复合掺杂方案的设想
通过系统研究各种稀土金属氧化物和碱土金属氧化物对钛酸锶钡的各种成份的掺杂情况以及掺杂后所得出的对材料介电性能（介电常数、介电损耗、调谐性）和微观形貌的影响，我们可以设想出复合掺杂对钛酸锶钡的改性实验方案。我们希望将设想掺杂的两种金属氧化物分别从A、B位对钛酸锶钡的介电性能进行改性，达到降低钛酸锶钡基体的介电常数和介电损耗，增大其基体调谐量的目标。
为了达到目标，在今后的实验研究中必须从以下三个方面进行努力：（1）从大量的实验中总结经验和发现规律，确定配方的组成；（2）从微观的角度利用现有的现代化测试手段如X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、核磁共振等测试手段来研究晶界、晶相、相组成以及各种缺陷对材料介电性能的影响，从而指导材料配比的、优化工作；（3）进一步从实验中验证以上复合掺杂设想的可行性，从机理上进一步解决材料介电常数的电场可调性和介电损耗的根源。
陶瓷材料论文:浅谈多孔陶瓷材料及其过滤技术
摘要：陶瓷过滤器以其独特的功能特性，在分离、净化领域中已成为一种不可替代的产品。本文根据多孔陶瓷过滤技术的发展变迁，对多孔金属滤材与多孔陶瓷滤材的性能进行了比较，阐述了多孔陶瓷滤材过滤元件的性能指标及过滤原理，介绍了多孔陶瓷及过滤器的应用现状，同时指出了多孔陶瓷材料过滤技术的发展前景。关键词：多孔陶瓷材料；过滤技术；发展前景
1 引言
多孔陶瓷是一种以耐火原料为骨料，配以结合剂，经过高温烧结而制成的陶瓷过滤材料，其结构内部具有大量的微细气孔。它除具有耐高温、高压、耐酸、碱腐蚀等特性外，还具有孔径均匀、透气性高等特点。因此，可广泛用作过滤、分离、布气和消音材料。20世纪50年代后，国外就开始应用多孔陶瓷做过滤元件进行上、下水净化；矿泉水除菌；含油气体净化等。现今，多孔陶瓷产品已标准化、系列化。国内对多孔陶瓷在过滤技术中的应用研究虽起步较晚，但过滤器在分离、净化领域中已得到较的推广应用。如石化行业中液一固、气～固分离；制药、酿造行业中的无菌净化处理；环保行业中高温烟气除尘等。陶瓷过滤器以其独特的功能特性，在各分离、净化领域中已成为一种不可替代的产品。
2 多孔陶瓷滤材技术的发展现状
多孔陶瓷是一种含有较多孔洞，并利用其结构或表面达到所需性能的过滤材料。其主要的制备方法有添加造孔剂法、发泡法、有机泡沫浸渍法和溶胶～凝胶法。常用于电化学陶瓷膜及熔融金属、液体、气体等的过滤。由于再生性差、成本高及孔结构难控制等方面的缺点，使其应用受到制约。通过完善制备工艺、改良材质、协调孔隙度与强度的关系等措施可提高其应用性能。
多孔陶瓷材料过滤技术得主要产品包括：各种规格的微孔陶瓷过滤元件和微孔陶瓷过滤器、高性能陶瓷膜过滤元件及陶瓷膜过滤装置、高温气体净化的陶瓷过滤材料及高温陶瓷除尘器、高温融体过滤用泡沫陶瓷过滤元件以及陶瓷净水器、陶瓷曝气器、陶瓷消声器、各种陶瓷电解隔膜等。产品已广泛应用于化工、制药、冶金、水处理及环保工业等方面。
国外多孔陶瓷材料研究开发和应用已有80余年历史，陶瓷膜产品研制、开发、应用也有近30年历史，其产品的产业化、商业化程度已达到较高的水平，产品的技术水平也有了很大地提高。
2.1微孔陶瓷过滤元件和微孔陶瓷过滤器
20世纪50年代，法国、美国等先后开发了各种SiC、莫来石、ZrO2、陶瓷纤维等气、液过滤器，以及微生物处理用微孔陶瓷过滤元件，其主要用于化工、食品、饮料及水处理行业中。20世纪70年代，日本等在高温气体净化、烟气除尘用多孔陶瓷过滤材料研究方面取得了较大的进展，如日本旭硝子公司等生产的高温陶瓷过滤器在化铁炉等高温烟气除尘方面进行了大量的推广应用。在陶瓷膜的研究及开发应用、高温陶瓷热气体净化技术方面研究取得了较大的突破。
2.2高温气体净化的陶瓷过滤材料及高温陶瓷除尘器
在高温气体除尘技术研究的早期，美国开展了以陶瓷过滤介质为主的高温气体过滤除尘技术的开发。德、日、英等发达国家也开展了类似的研究工作。美国Anguil环境系统公司生产的自洁式高温陶瓷过滤器采用了陶瓷过滤和催化净化技术。而进入90年代中期以来，随着一批先进的高性能过滤材料的开发成功，高温气体介质过滤除尘技术的工业化应用进入了实质性阶段，围绕着陶瓷过滤材料抗热震性的改善，取得了实质性进展。尤其是陶瓷纤维增强复合多孔材料的开发，使得陶瓷过滤材料抗热震性得到了显著改善。目前已有1600余套高温气体过滤装置在各个领域中应用。
2.3高性能陶瓷膜过滤元件及陶瓷膜过滤装置
国外已有专业的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生产厂家近300家，如日本、法国、美国和乌克兰等。其中，美国过滤器公司已成为目前全球较大的无机陶瓷分离膜及设备供应商，芬兰奥托昆明克公司生产的陶瓷真空圆盘过滤机目前已在100多个国家中使用。与国外先进国家相比，国内在多孔陶瓷材料产业发展方面还存在明显的不足，主要表现在国内多孔陶瓷材料的发展技术不平衡，对多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。
近年来，在国家科技攻关政策的扶持下，尤其是在国家环保、节能政策的引导下，国内多孔陶瓷材料及膜材料技术有了较快的发展，产业化及市场化规模逐渐扩大。目前已在陶瓷微滤材料、高温陶瓷过滤材料及膜材料方面逐渐形成了一定的技术优势，并且在产品市场推广和产业化方面有了一定的规模。目前，我国在微孔陶瓷材料的制备工艺及性能检测、陶瓷过滤器的设计及应用、陶瓷微滤膜及高温气体净化用陶瓷过滤材料、过滤装置的研制及开发等方面居于国内经验丰富地位。
目前，多孔陶瓷材料的高效节能装置，在过滤机理和工艺效果方面均有新的突破，在世界各地已得到大量的推广应用。其特点是：能耗低，约为真空过滤机的10％；成本低，约为板矿过滤机的50％。另外，整机自动控制；连续运转设备利用率高；生产维护费用低。在目前国内外开发应用的各种过滤脱水设备中，陶瓷过滤机无疑是一种较先进、有应用前景的过滤设备。
3 多孔金属滤材与多孔陶瓷滤材性能的比较
金属过滤材料具有优异的耐温性和力学性能，在常温下金属材料的强度是陶瓷材料的10倍，即使在700℃高温下，其强度仍较高。金属材料良好的导热性和韧性使其具有优异的抗热震性能，并且适于连续的反向脉冲清洗，再生性好、使用寿命长等特点。金属材料还具有很好的加工性和焊接性能。这些优异性能使得金属过滤材料在高温气体除尘应用中具有很好的适应性和优越性。
金属材料良好的塑性使其可以拉拔成金属细丝或纤维，进而编织成网或铺制成毡。粉状颗粒材料经烧结可以制成烧结金属粉末和金属膜。金属多孔过滤材料按结构形式主要有烧结金属丝网、金属纤维毡、烧结金属粉末和金属膜等。烧结金属丝网采用多层金属编织的丝网为原料，通过特殊的叠层设计、复合压制和真空(或保护气氛)烧结等工艺制备而成。在发达国家，其制作工艺已相当成熟，能批量生产。多孔金属膜在烧结时，以颗粒表面质点的扩散进行传质。目前用于高温除尘的多孔金属膜的制备方法主要有悬浮粒子烧结法、相分离沥滤法等。多孔金属膜具有以下几方面的优点：机械强度高：耐压性能好，因此，膜组件不易损坏；通过增大压差的方法来提高渗透率，增大膜的分离能力；具有良好的热传导性和散热能力，因此可减小膜组件的热应力，提高膜的使用寿命，非常适合高温领域的应用；密封性能好，膜材料是具有良好焊接性能的金属材料，因而膜组件易于连接密封；具有很强的应用价值，在过滤过程中，多孔金属膜吸附量大，支撑性好，过滤面积大，可在线清洗，适应范围宽。
多孔陶瓷是微孔过滤介质的一种，是以耐火原料为骨料，配以结合剂，经过高温烧结而制成的陶瓷滤材，其结构内部具有大量的微细气孔。与其它过滤材质相比，多孔陶瓷滤材空隙率高，较高可达60％以上，孔径均匀且易 于控制；机械强度高，工作压力可达16MPa，压差可达1MPa；耐高温，具有良好的耐急热、急冷性能，工作温度较高可达1000℃；过滤精度高，可达0.11a,m，适用于各种介质精密过滤；过滤元件自身清洁状态好，无毒、无味、无异物脱落，可适用于无菌处理操作；耐酸碱性好，可适用于强酸、强碱和各种有机溶剂的过滤；过滤元件使用寿命长，长期使用，微孔形貌不发生变化，便于清洗再生。多孔陶瓷材料具有低密度、高精度、高渗透率、耐腐蚀、耐高温、抗热冲击性好以及使用寿命长等优点，是一种优良的过滤材料。在高温干式除尘方面应用较好。
多孔陶瓷的强度主要与骨料材质、骨料颗粒大小、结合剂材质、加入量以及烧成温度有关。按材质分，多孔陶瓷的强度按下列顺序依次变小：碳化硅>刚玉>氧化铝>莫来石>瓷粒>石英>硅藻土。
陶瓷分离膜种类很多，目前已开发的有：氧化铝质、氧化锆质、氧化硅质、氧化钛质、硅酸铝质、碳化硅质、沸石质等。根据制备工艺不同，适用于不同的应用领域。由于陶瓷分离膜极薄，微孔近乎直通孔，所以陶瓷分离膜的过滤分离精度与微孔孔径相当。
4 多孔陶瓷滤材的性能指标及过滤原理
4.1多孔陶瓷滤材的性能指标
陶瓷过滤元件按陶瓷的微孔结构可分为均质陶瓷和复合膜层陶瓷，复合膜层结构包括双层和多层结构。双层结构是由微孔孔径较大的支撑层和孔径相对较小的膜过滤层组成，这种结构克服了传统陶瓷过滤元件压力损失高、过滤效率低的问题，实现了表面过滤，是近年来开发应用最为典型的一种结构形式。多孔陶瓷过滤材料具有优良的使用性能，其性能指标为：气孔率大于60％；气孔尺寸为14μm，不同烧成温度可以改变其气孔尺寸分布范围；气孔表面积大于0.155g／m2；气孔在陶瓷体内呈立体网状结构分布：强度大于5MPa；适合工作温度范围：-40～1350℃。
陶瓷过滤器过滤情况主要由过滤精度决定，即它表征滤除流体介质中最小固体颗粒的粒径大小。对陶瓷过滤器来讲，其过滤精度可达0.1μm。影响陶瓷过滤器过滤精度的主要因素是多孔陶瓷过滤元件的较大微孔直径。对于同体介质来讲，孔径愈小，则过滤精度愈高，反之愈低。其次，工作压力对过滤精度也有微弱的影响。一般来讲，对液体介质，其能过滤掉的杂质颗粒大小约为陶瓷过滤元件孔径的1／5-1／10。对气体介质，由于布朗运动在气体中比液体中活泼、扩散捕捉作用增大，其截留杂质颗粒大小约为过滤元件孔径的1／15-1／25。由于多孔陶瓷的过滤是一种集惯性冲撞，扩散和截留相结合的过滤方式，因此，流体介质的粘度、介质工作压力、过滤元件本身的微孔性能等对其过滤速率都有较大的影响。多孔陶瓷孔径愈大，孔隙率愈高，工作压差愈大，则流量愈大；随着多孔陶瓷壁厚增加，粘度增大，流量迅速减小；随着多孔陶瓷微孔的变小，其压力损失越来越大，过滤分离效率越来越低。在精滤、超滤领域中，多孔陶瓷的微孔孔径可达到0.1μm甚至更小。根据目前的成形方法及强度的要求，其壁厚最薄为1～2mm。因此，和具有0.1μm微孔且膜厚为0.1mm的高分子膜相比，压力损耗太大，过滤效率太低。
4.2陶瓷过滤材料产品的特点
举例说明某种碳化硅陶瓷过滤材料产品的特点如下：
(1)碳化硅粉料作为多孔陶瓷的骨料，导热性好、耐热冲击、热膨胀系数小；
(2)选用长石和粘土组成的低共熔混合物作为结合剂，与碳化硅颗粒的粘结性能较好：
(3)采用活性炭和相关有机物颗粒作为成孔剂：
(4)采用注浆成形法，其工艺简单、成本低廉；
(5)采用常压烧结方法，烧成温度为1200～1280℃，保温1～3h。
陶瓷过滤材料产品气孔率高，过滤效果优良，过滤过程中压力损耗较小、过滤效率高、使用寿命长；气孔率大，使气孔的表面积大，与高温烟尘或污水的接触面积大，过滤净化的效果增加，节约污染流体的净化成本。陶瓷过滤材料产品强度大：可以承受较大的压力，具有优良的耐腐蚀、耐冲蚀性；使用性和安全性高。孔径分布理想，95％以上的高温粉尘颗粒都可以一次过滤清除。气孔形状呈立体网状贯通结构。可以大大增加固相颗粒在过滤材料内部的行程，显著提高一次净化率。网状结构分布的气孔，可以有效避免固相颗粒在体内的积聚，从而减少清洗维护次数。同时，可以减轻清洗反吹的阻力，便于清洗。导热性能优良，热膨胀系数小，陶瓷过滤材料可以应用于1350℃以下的高温烟尘净化和在-40℃极限温度下工作也不会损坏。
4.3多孔陶瓷的过滤原理
多孔陶瓷过滤一段时间后，由于内部通道可能被流体介质中颗粒杂质堵塞，表面滤饼层增厚，导致过滤阻力增大，流速降低，这时可通过气体反吹、液体反洗或气一液混洗的方式再生，从而使其基本恢复到初始状态的水平。定时反吹、反洗，能延长多孔陶瓷过滤元件的使用寿命。
多孔陶瓷的过滤是集吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。对于液一固、气一固系统的过滤与分离，其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。流经多孔陶瓷过滤元件微孔孔道的流体中的杂质颗粒，由于惯性作用与微孔孔道壁接触而被捕捉。惯性冲撞与杂质颗粒直径平方成正比，与流速及流体粘度成反比。杂质颗粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触，从而被捕捉，扩散捕捉和流速及流体粘度成反比。杂质颗粒由于比微孔孔道大而被捕捉，属表面过滤。截留只与杂质颗粒的大小有关，与流速、流体粘度无关。当流体流经多孔陶瓷过滤元件时，大于过滤元件微孔径的颗粒被截留在表面形成滤饼层，小于多孔陶瓷陶瓷孔径的颗粒由于惯性和布朗运动影响而离开流线和微孔道壁接触，但仍有部份颗粒被截留在表面或沉积在多孔陶瓷孔道内。由于多孔陶瓷微孔通道迂回曲折，加上流体介质在多孔陶瓷表面形成的架桥效应及惯性冲撞和布朗运动影响，因此，其过滤精度要比本身孔径高得多。如10μm孔径多孔陶瓷过滤元件，当过滤介质为液体时，其过滤精度为lμm；当过滤介质为气体时，其过滤精度达0.5m。陶瓷过滤器运行一段时间后，由于过滤元件内部通孔可能被流体介质中颗粒杂质堵塞，表面滤饼层增厚，导致过滤阻力增大。流速降低时，可以通过气体反吹，液体反洗或气一液混洗的方式再生，而使其基本恢复到初始状态水平。
陶瓷分离膜是以多孔陶瓷为载体，微孔陶瓷膜为过滤层的陶瓷质过滤分离材料。其断面由微孔孔径较大、厚度较厚的支持体层，一定厚度的中间过渡层和微孔孔径很小且厚度很薄的过滤层三层结构构成。与普通多孔陶瓷相比，其不同之处就是这种不对称的微孔孔径成梯度变化。断面层数越多，微孔梯度变化越平缓，陶瓷分离膜的抗热震性越好。把过滤层的厚度减薄，过滤分离效率可以达到或超过高分子膜的水平。
5 多孔陶瓷及过滤器的应用现状
随着科技和工业化生产的发展，能源、资源、三废治理等问题更加受到重视。尤其是生物化工、精细化工、能 源材料等高技术领域的迅速发展，对液、固分离技术的研究和开发提出了更高的要求，高分离精度、高运行效率的微孔过滤技术及微孔过滤材料愈来愈引起人们的重视。微孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、透气阻力小、清洗再生方便以及耐高温、高压、耐化学介质腐蚀等特点，在许多领域具有较大的应用市场。以微孔陶瓷材料做过滤介质的陶瓷过滤技术及陶瓷过滤装置，不仅解决了高温、高压、强酸碱和化学溶剂介质等难过滤问题，而且由于本身具有过滤精度高、洁净状态好以及容易清洗、使用寿命长等特点，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到了广泛的应用。
多孔陶瓷材料及膜材料具有良好的性能特性，如耐热性能和介质腐蚀性能，因此可以应用于除HF、热磷酸以外的所有介质中。另外，多孔陶瓷过滤材料高的过滤精度、在线清洗性能以及自洁性能和良好的操作性能，使其在许多领域具有良好的推广应用。
多孔陶瓷过滤管根据各自的特性，可应用于不同的过滤分离净化场合。液体过滤主要应用于水过滤和化工液体过滤。水过滤可用于工业废水处理，生活用水、矿泉水、超纯水的制备等。化工液体过滤主要用于化学工业中酸、碱性液体过滤，石化行业中航空煤油、柴油过滤，各种有机液体过滤等。气体过滤主要用于各种压缩气体、含油杂质的处理，化工催化气体精滤，制药、酿造行业中无菌空气净化以及高温烟气除尘等。陶瓷分离膜用途广泛，除可用于各种液一固、气一固过滤分离外，还可用于气一气、液一液、气一液、油一水等分离，特别适用于高温气体分离。多孔陶瓷除用作过滤分离外，还可用作布气材料、消声材料、各种催化剂载体、气敏、湿敏元件、隔膜材料、酶载体、化学反应介质、复合体成分、隔热材料等。
石化工业领域常涉及到工艺原料气、液净化问题，其中少量固体必须较大限度除去。由于原料气、液常涉及高温、高压或强腐蚀性问题，其他分离材料无法应用，只能采用陶瓷材料。
化工液体过滤主要用于化学工业中酸、碱性液体过滤，石化行业中航空煤油、柴油过滤，各种有机液体过滤等。采用陶瓷过滤器进行液体过滤与板框压滤机相比，投资减少40％以上，效率提高了2～4倍。另外，陶瓷过滤器在国内各大炼油厂中航空煤油过滤、催化气体净化、石蜡加氢工艺中得到了推广应用。
水过滤主要用于工业废水处理，生活用水、矿泉水、超纯水的制备等。如采用孔径80～100μm多孔陶瓷过滤器进行工业废水处理，处理能力为10～20m3／m2h，过滤精度为5μm悬浮物去除率达到95％以上。采用孔径2~4txm的硅藻土质陶瓷过滤器进行生活用水、矿泉水的无菌处理，滤速可达到2～3m3／m2h。采用孔径为0.8～2μm的陶瓷过滤器，可以做注射液的消毒过滤，电子行业和光学透镜研磨用纯水和超纯水制备。水制备、工业循环水净化及工业污水和城市生活废水处理等。如采用硅藻土质陶瓷滤芯进行家庭生活饮用水净化，具有独特的除菌和再生性能。目前已在美、英、日、韩和中国等得到大量开发和应用。陶瓷过滤材料用于工业冷却水处理及酸碱性废水处理，目前已在国内的蓄电池行业、石化行业、电厂中取得了较好的应用成果。在工业污水处理方面，陶瓷膜过滤装置用于乳化油废水、印钞及印染废水等方面的处理，不仅可以保障废水达标排放或回用，而且还可大大降低处理成本。国内采用陶瓷微滤膜过滤装置处理工业废水，在相同情况下，其设备价格仅为进口有机膜设备的1／4左右，运行费用约为1／10。
气体过滤主要用于各种压缩气体的含油、杂质处理化工催化气体精滤，制药、酿造行业中无菌空气净化以及高温烟气除尘等。如采用陶瓷过滤器进行风机、压缩机含油气体处理，净化后气体含油量小于15ppm，去除效率达995％以上。采用孔径为60～80μm陶瓷过滤器可以进行石化行业中干气过滤；采用孔径20μm的陶瓷过滤器可以进行制药、啤酒等酿造行业发酵用无菌空气处理：采用40-60μm的陶瓷过滤器则可以进行高温烟气，如PFBC燃煤锅炉排放烟气除尘净化，工作温度可达800℃，3μm以上尘埃粒子去除效率≥99％。同样，采用陶瓷过滤器还可以进行水雾分离、气体分离等。此外。污水处理中，采用多孔陶瓷螺气板进行充氧曝气，上、下水杀菌时，吹人氯气、臭氧等。多孔陶瓷过滤元件还可以做各种电解液的气体发散元件，以及用做流化床和粘料输送板等。采用微孔陶瓷过滤器进行空气的无菌处理具有洁净状态好、滤速高、净化效果好、再生周期长(1～2月)、清洗效果好、可高温消毒杀菌等特点。在制药、啤酒行业发酵用无菌空气制备方面具有很好的应用前景。因此，采用微孔陶瓷过滤器代替价格昂贵的金属过滤器用于食品、酿造及制药行业发酵无菌空气的制备是可行的。另外，陶瓷过滤器用于高压压缩气体的净化，用于除油、除杂质在国内也得到推广应用。其次，陶瓷过滤器在高压高温领域蒸气(150-200％)净化方面也有较大的应用。
根据陶瓷膜特点和国外发展陶瓷膜的经验，陶瓷膜在我国应用领域极其广泛，食品工业是其重要应用领域，诸如矿泉水生产、酒、饮料、调味品、果汁等方面的过滤。该领域对膜设备的要求是抗污染能力强，可以蒸汽原位消毒、使用寿命长，而陶瓷膜恰具这种优势。
6 多孔陶瓷材料过滤技术的发展前景
在现代工业生产中，涉及高温含尘气体的净化除尘领域十分广泛。高温气体除尘技术的研究开发始于上世纪70年代，传统的除尘方式多为湿法除尘，即先将高温气体进行冷却，然后除尘，这样浪费了大量热资源。而高温气体的直接净化除尘技术是实现高温气体资源综合利用的关键技术，也是一项先进的环保技术。目前，直接高温除尘器主要有高温旋风除尘器、旋流式分离器、多管除尘器以及介质过滤除尘器等。在诸多高温气体净化除尘工艺技术中，介质过滤净化除尘技术因其较大程度地利用了气体显热和有用能源，同时简化了工艺过程，节省了设备投资避免了湿法除尘所带来的二次水污染等。高温气体介质过滤除尘技术的核心是高温过滤材料，由于其在高温、高腐蚀性气体中工作，因此对过滤材料具有很高的要求，必须满足过滤特性好、使用寿命长等方面的要求。工业除尘过滤材料的主要功能是捕集高温含尘气体中的颗粒。按微粒被捕集的方式可分为表面过滤、深层过滤和滤饼过滤。
多孔陶瓷具有十分广泛的实际应用前景，如作熔融金属或热气体的过滤器，医学临床的病菌等微生物过滤，超滤分离血清蛋白；化学反应过程的过滤膜；催化剂或酶的载体等。
在冶金工业中，铸件里的非金属夹杂物一直是铸造产品中遇到的最普遍的铸造缺陷之一。金属液过滤。采用过滤器净化金属液可以降低60％～80％熔渣，改善成品的切削性能，提高其力学性能和表面质量。陶瓷纤维网具有使用方便、装配灵活、价格较低等优点，但强度低，受热容易下垂，使用中需要多孔陶瓷作为支撑体。它在我国的各种矿浆脱水、无机盐工业中的重碱脱水、碳酸盐、磷酸盐等制备过程物料干燥、脱水方面有较好的应用推广前景。
陶瓷过滤技术在我国的分离，净化领域中起到举足轻重的作用。陶瓷纤维过滤器由于其有优良的特性，在高温烟气过滤等方面将会发挥越来越重要的作用，具有脱硫、脱硝、烟气催化转化等功能的陶瓷纤维过滤材料，将是热气体净化材料的发展方向。多孔陶瓷材料由于受产品制造水平及应用技术的限制，目前在国内过滤分离领域所占的市场份额较小，产品的产业化水平普遍较低。但可以预言，随着国内化工形势好转，能源和环保产业政策的扶持以及国外同行业技术的不断发展和应用市场的不断扩大，多孔陶瓷材料产业在国内将会迎来更好的发展前景。
7 结语
多孔陶瓷及过滤器以其自身具有的诸多优点，使其能有效地替代传统的过滤材料，并开拓了这些材料所不能应用的领域。陶瓷纤维过滤器依赖于陶瓷纤维的发展和应用，陶瓷纤维作为过滤器普遍强度较低，发展低成本、高强度的连续纤维增强陶瓷纤维过滤器将是今后的发展方向。预见未来，随着多孔陶瓷材性及过滤技术的不断提高，多孔陶瓷过滤器将会自成体系，在我国的气体分离、净化和液体精滤方面起到非常重要的作用。
陶瓷材料论文:中国陶瓷材料美学的权利扩张
周先锋并不是哪一类风格型艺术家，或者说周先锋的艺术施行还并不成为风格。但这绝不是周先锋的错，甚至这也并非什么错误。在陶瓷艺术普遍性地风格停顿的当下，苛求一个严肃的，具有探索精神的陶瓷艺术家冒然形成自己的风格，必将是一种残忍的扼杀。
中国陶瓷艺术的风格停顿，其实来源于1949年以来，基于统治美学的旧的陶瓷艺术出现历史性断层，而新的陶瓷美学尚未成形，所导致的一种陶瓷美学沿革缺失症。从这个角度来说，中国陶瓷美学的二次启蒙，或许也正在这个断层的截面上，悄然萌发。而这一萌发，依然宿命般地要基于材料，而绝不是某种观念性的东西。因为材料是一切艺术表达的基础。
虽然有很大一部分涉及陶瓷材料的当代艺术家，将陶瓷材料仅仅当做表述的语言方法之一，而并不严格地将自己涉及陶瓷材料的艺术施行，作为自己艺术生涯的主体范畴。这就导致了一种观点的产生，即：材料在这里，精神在别处。严格地说，这其实是一个具有普遍意义的观点，甚至适合于任何门类的艺术，油画、雕塑、水墨，乃至于多媒体与综合材料艺术，而这已经不在基于材料划分的艺术门类范畴里说话了。
但这也恰恰是当下中国陶瓷艺术的观点分歧所在：一方面，绝大部分长期从事陶瓷艺术创作的人们，深陷在陶瓷材料的符号属性与表达可能的局限性中，而无法突围，甚至并不认为应该突围；另一方面，一批具有探索精神的艺术家，开始高举“当代艺术”的旗帜，杀进长期缺乏创新思想，处于半封闭状态的中国陶瓷艺术领地，用纯粹西方的美学观点和主张，来图谋策动中国陶瓷艺术的权利交接。
对于旧的陶瓷美学来说，革命是必须的，这绝不是对陶瓷文化的反动。如果说完整继承旧的美学是对文化延续性的源头进行保护，那么对旧的美学进行革命，则是陶瓷艺术发展的必经之路。
美学家吴炫在其《否定主义美学》一书中，谈到美与审美，存在于“本体性否定”之中，其认为所有的审美现象，其发生并不是自然性变异而导致的，而是因为作为主体的人“不满足于”自然性现实而产生。
那么也就是说，一千多年以来存在于皇权统治与官方审美需求中的旧的陶瓷美学系统，在皇权消失与官窑系统崩盘的历史背景下，成为了某种既无法自然性变异，也无法统摄性改造的僵死状态，若要对这一状态进行改变，非进行陶瓷材料表述可能的“本体性否定”不可。
而陶瓷材料表述可能的“旧的本体性”到底在何处呢？我们当然不能简单地指认某种陶瓷文化的呈现类型即为“旧的本体性”，但由于其相对于文化发展问题的大面积固化与僵持，以及充分成熟的技艺和传承，因而具有了“本体性”意义。
在中国景德镇，这个作为中国陶瓷文化与艺术的大本营，人们至今认为陶瓷艺术，必定要尊崇古老的治瓷法度，“不可以！”“你不懂陶瓷！”成为陶瓷领地中常见的权利掌握的彰显词汇。一大批将旧的审美趣味当做“非物质文化遗产”来继承的人们，用一种皇权般的坚固观念，抵抗着试图摧毁旧的陶瓷表述法则的外来力量。景德镇的“大师”们，更是将陶瓷绘画与装饰的模式，固化为一系列独特的个人风格，沉浸在一片风花雪月的甜美情调中。
毫无疑问，在中国教育系统尚未启动全民美学启蒙的现实条件下，人们普遍的审美经验还停滞在文学情绪的低级范畴里的时候，“大师”们的坚持，是有现实意义的，但这与美学无关，只与利益发生关联。对于陶瓷美学来说，景德镇所有“大师”的作品全部加起来，只相当于一件作品，这件作品集合了传统陶瓷语言中的所有技法和语言关系，成为了一种陶瓷美学的“本体性”存在。它坚固到让人窒息，且纯粹属于“庸俗艺术”的范畴。美国批评家克莱门特·格林伯格（Clement Greenberg）认为指认庸俗艺术的前提条件，就是一种近在眼前的，充分成熟的文化传统的存在。庸俗艺术可以利用这种文化传统的诸种发现和成就，以及已臻的自我意识，来为它自己的目的服务。这里的目的当然包括了经济利益的诉求。
周先锋的出现，成为打破这一窒息感的一丝亮光。
令人欣慰的是，周先锋并不是从外面，用某种“综合材料”性质的西方美学观念来撬开这坚固的堡垒的。
周先锋毕业自景德镇陶瓷学院，其所受的陶瓷教育是正统的旧陶瓷美学的本体论与方法论。周先锋说：“我今天还能记住并影响我的教导，并不是陶瓷学院所传授的技艺系统，而是一句话，这句话来自一个不知名的女性老师，正是她说的‘今天教给你们的技术，都仅仅是一种方法，重要的不是这些方法，而是人的精神’，让我走到今天，走到对陶瓷材料语言表述的探索之路上来”。
周先锋对陶瓷材料的叛逆性探索，正是来自其对自我精神需求的遵从。
周先锋曾在即将毕业期间，谋求过留校，但没有成功。或许这对于周先锋来说，当时是极其失望的。虽然周先锋后来在准备毕业的时候，已经因参加一个小型的名为《问土》的陶艺展而小有名气，甚至留校的谋求因而也有了眉目，但倔强的他最终选择了离开。
这一离开，反而让周先锋获得了一种更大的艺术视野。
他开始涉及油画、综合材料、以及观念艺术与行为艺术。他在陶瓷艺术的大范畴里，努力探索陶瓷材料的表述可能。2004年，周先锋创作了一批形式主义的陶瓷作品，以此来探索陶瓷及其相关材料能否获得一种全新的，综合材料式的语感效果。《红与绿》、《怒放》就是其中比较成熟的作品之一。这些尝试性的探索，让周先锋逐渐打开了艺术思路，并向当代艺术的纵深方向挺进。2009年，其陶瓷观念艺术作品《未来考古文献》系列，试图通过陶瓷的状态恒常性特点，来涉及当下中国人多层面的社会性存在，对于历史的文献存留可能。但最终，周先锋用一个名为《碎片》的行为艺术，否定了利用陶瓷的状态恒常性的尝试。
然而2012年，周先锋又用一组名为《修复》的雕塑作品，回望了一次对陶瓷恒常性的否定。这一反复否定的过程，正是周先锋不断前进的历史轨迹，也是其逐渐向陶瓷美学的“本体性否定”靠近的过程。
另一组作品，则更加明显地凸显了周先锋对传统陶瓷材料的语言表述探索。他首先用传统陶瓷材料中的“釉里红”色料，尝试了对观念性的表达（代表作《面具》2008年），然后在2011年的《共生》系列中，对“青花釉里红”这一传统的词组性材料，进行了修辞学范畴的改造。2012年，周先锋则对青花的表述可能进行了跨度巨大的探索，通过使用多重的工具转译，完成其系列作品《梦回长安》系列和《梦游》系列。自唐青花用麦秆蘸料在陶器上点缀花纹开始，到青花绘画吸取水墨精神实现传统青花美学的趣味固化，再到周先锋的多重的工具转译，可以说青花这一陶瓷绘画材料，终于具有了一种完整的美学意义上的流变谱系。
2013年春节之后，周先锋忽然拿出了一组尚未命名的陶瓷作品。该组作品首先颠覆了瓷板的形态特征，让瓷板具有了某种类似手工纸张与透光聚酯材料的观感，然后用包括青花绘画与瓷板阳刻在内的多种表现手段，重新演绎了敦煌壁画艺术。
这次周先锋直接涉及到陶瓷艺术整体材料组本体性的否定。可以说，这一组尚未命名的作品，颠覆了陶瓷艺术的全部旧形态，直接激发了陶瓷艺术的形态活力，具有了一种前无古人的材料探索价值。
综观古今中外的陶瓷艺术，基本上只有两条形态线索，其一是器物形态，其二是拟象形态。器物形态基本没有跳出传统陶瓷美学的历史语境，只是在功能性与视觉经验上完成了某种变异；而拟象形态，则自有陶瓷以来，就是一种小众形态，历史上早期的拟象形态体现为仿生型表现，仿木竹瓜果昆虫玉器等等。二战之后，一批日本陶瓷艺术家，接受西方美学方法论，开始将陶瓷制作成视觉上非陶瓷化的装置，有些作品甚至根本不必使用陶瓷这一材料，直接使用金属或者泥土进行表达，其效果基本一致。也就是说，这已经远远偏离了陶瓷艺术的形态范畴。
周先锋制作的瓷板形态，并没有偏离陶瓷的形态属性，但也没有了旧的陶瓷板材的形态特征，因而我们并不能就此指认其属于拟象形态的变异，或者冒然批评此者属于“失败的技术呈现”。但我们能否就此放下一切成见，承认其创造了新的陶瓷瓷板形态呢？这或许并不能在这里武断地下一个定论，其试验性特征还很浓，如果这一瓷板形态被更多的艺术家所使用，恐怕意义就非比寻常了。
这就好比纸张的形态，不同的造纸技术所诞生的不同纸张形态，造就了迥异的艺术门类与式样，宣纸的水墨、水粉纸的水彩与水粉画、感光纸的影像等等，是不同的艺术门类。
如果周先锋的半透光瓷板能够成为一种公共性材料形态的话，那么他将引起陶瓷艺术大范畴内的表述革命。至少不同的艺术家在使用这一全新的瓷板样式进行创作的时候，其所能够呈现出的画面效果也是不同的，更不用说这有可能将激发更多的艺术创作的想象力。
毫无疑问，如果说在中国陶瓷艺术的主体话语权范畴里，依旧是瓶瓶罐罐的天下，依旧是中国传统纸本绘画在陶瓷材料上简单移植的天下，那么周先锋有可能触及到的，恐怕正是陶瓷材料的美学扩张。这或者将撼动的，是旧陶瓷材料美学的话语权利。
陶瓷材料论文:氧化锆陶瓷材料的抗热震性能分析
摘 要：文章通过对氧化锆陶瓷材料的热膨胀性以及相变的特征进行分析，着重探讨有效利用氧化锆的相变提高氧化锆材料实际抗热震性能的具体方法，以及如何提高材料抗热震性的可行性办法。
关键词：氧化锆 陶瓷材料 抗热震 性能
材料具有的热学性能以及力学性能决定了陶瓷材料当中热应力的大小，另外构件的几何形状以及环境的介质等也会影响陶瓷材料的热应力的大小。因此，抗热震性代表着陶瓷材料抵抗温度变化能力的大小，也肯定是它热学性能以及力学性能相对应各种受热条件时一个的反映。关于陶瓷材料在抗热震能力方面的研究开始于上个世纪五十年代，到目前形成了很多关于抗震性的相关评价理论，不过都在一定程度上有着片面性和局限性。
一、陶瓷材料的抗热震性具体理论分析
陶瓷材料热震破坏包括：在热冲击的循环直接作用下发生的开裂和剥落；在热冲击的作用下瞬间的断裂。基于此，有关脆性的陶瓷材料具体的抗热震性相关的评价理论也涵盖了两个观点。首先是基于热弹性的理论。其说的是材料原本的强度无法抵抗热震温差导致的热应力的时候，就造成了材料的“热震断裂”。通过这个理论，陶瓷材料需要同时具备热导率、高强度和低热膨胀系数、泊松比、杨氏弹性模量、黏度以及热辐射的系数，这样方能够具备较高的抗热震断裂能力。另外，想要提高陶瓷材料实际的抗热震能力，还可以通过对材料的热容以及密度进行适当的降低。
另一理论基于断裂力学的具体概念，也就是材料当中热弹性的应变能能够裂纹成核以及扩展而新生的表面需要的能量的时候，裂纹形成并且开始扩展，进而造成了材料热震的损伤。按照该理论，在抗热震损伤性能方面比较好的材料应当符合越高越好的弹性模量以及越低越好的强度。以此能够发现，以上要求和高抗热震断裂的能力具体的要求对立。另外，将陶瓷材料实际的断裂能提高以及对材料的实际断裂韧性进行改善，很明显有助于提高材料的抗热震的损伤能力。另外，存在一定量的微裂纹也对提高抗热震的损伤性能有很大的帮助，比如：在气孔率是10%到20%之间的非致密的陶瓷当中，热扩展裂纹的形成通常会遭受来自气孔的抵制，存在的气孔能够帮助钝化裂纹以及减小应力的集中。
作为氧化锆陶瓷材料，有着极为鲜明的常温力学的性能，熔点比较高、在化学稳定性以及热稳定性上都比较好。所以，其的使用经常处于高温的条件之下，因而其抗热震性的性能也是判断其性能的关键指标。氧化锆的许多性质都非常的特殊，比如：氧化锆能够以单料以及四方、立方这三种具体晶型共同存在，还有它特殊的相变特性，这么多特性都可以被我们所利用，用来提高其热膨胀的行为，加强其的抗热震方面的性能。
关于氧化锆具体的抗热震相关指标：材料一些热学性能、力学的性能等都会影响到陶瓷材料具有的抗热震性能，目前大部分科研人员对其热膨胀性以及相变的特性进行研究，以此使其具有的抗热震性得到提高。
二、陶瓷材料自身的热膨胀性
当材料发生受热或者冷却的时候，那么就会相应的产生膨胀或者收缩，于是材料的内部就会出现热应力。一般情况下，都是存在不同温度或者不同物相的热曲线。在纯单的斜相氧化锆热膨胀系数虽然很小，但是热膨胀有着明显的不同，并且存在着相变问题。热膨胀系数较大的是立方氧化锆，并且会随着温度的升高而增加。所以结构材料是立方氧化锆，那么抗热与抗震性就会很差。为此，通常时候只对氧化锆进行一部分稳定，通常情况下不同物相之间热膨胀失调，以及相同物相热膨胀出现不同时，材质本身内部就会产生热应力。热膨胀系数越是小，同一条件下产生热应力也越小。假如没有热膨胀也就是说本身不会产生热应力，如果外界热应力供应热应力很大的情况下，将造成材质本身的抗热性能与抗震性能遭到损坏。下表为：不同类型氧化沟锆热膨胀曲线作用
影响陶瓷材质最重要的环节就是热膨胀。根据多年经验总结出来的，我们可以通过先进的技术理念对热膨胀行为进行设计与调整。如图一，图二
如果材料当中晶相有可逆的多型转变进而出现较大体积变化的时候，就会产生较大的热应力。纯二氧化锆便是具备这样特性在陶瓷整个系统中的突出代表。二氧化锆晶型变化的温度大概是1000℃；加热温度达到1100℃的时候，其将会由单斜相变换成四方相，反过来也是这样。这两样多型变体在密度上差距比较大，所以在相变化的时候体积的变化达到了0.6%或是更大。因此出现了非常大的应力，而且发生了开裂。
三、陶瓷材料的具体相变特征
氧化锆的相变，ZrO2一共包含三种主要晶型分别为：单斜晶型，四方晶型以及立方晶型。三者之间的关系为：
氧化锆陶瓷材料当中非常典型的一种马氏体的相变是由二氧化锆中的正方相到单斜相的转换。其实现是依靠无扩散的剪切变形，所以被当做是马氏相变类型相关的一种固态相变，其有下列特征：
1.无热的相变。给定的温度之下，相变和时间没有关联。
2.热滞的现象。相变在一定的范围以内发生，单斜向变化成四方相是1170℃，然而四方相变化成单斜向温度却是850℃到1000℃之间，此相变大概有200℃左右的滞后。
3.相变的发生伴随有三到五个百分点的体积效应以及一定剪切形变。从t-二氧化锆相变为m-二氧化锆体积发生膨胀，反过来则会发生收缩。
4.相变没有扩散的反应出现，因为相变的完成只需要一瞬间，比裂纹速度要快，如此一来能够利用相变有效的阻止裂纹发生扩展，进而使陶瓷材料具有的韧性有所提高，相变带来的体积效应能够进行热应力的缓解，提高材料实际的抗热震性。
5.颗粒的尺寸效应，处在一定条件下的颗粒在小于某一个临界的尺寸的时候，单斜相能够在室温条件下保存而不发生相变。
6.添加剂能够抑制住相变。往氧化锆内放入氧化镁及氧化钙等能够让氧化锆以单斜或者是立方的具体形式而存在。
7.相变受到应力状态的约束所影响。处在压应力的状态的时候，由t到m的相变便会受到一定的抑制，相反则有助于发生相变。
四、氧化锆陶瓷材料抗热震性能的改善
1.减少材料的热膨胀系数，提高材料的热导率
这么做的目的主要在于降低热震时发生的热应力，同时稳定剂的种类以及添加量与氧化锆陶瓷材料热膨胀系数大小有一定关系。
2.利用单斜相热膨胀的各向异性
虽然不用用单斜相氧化锆制造可以使用的陶瓷部件，但是，可以利用纯单斜相热膨胀不同异性来提升材质的韧性，改善材质抗热震能力。
3.利用相变改善氧化锆陶瓷材料的抗热震性
通过ZrO2相变特征，并且对ZrO2进行分析，并且控制及调整ZrO2相变，从宏观上来改善材质本身热膨胀行为。另一方面可以通过利用相变体积效应在材质内部造成适量的微细裂纹，改善材质的抗热震性。
五、总结
通过对氧化锆陶瓷材料在抗热震性能方面的研究，能够知道材料实际的抗震性和材料具有的物理特性有着紧密的联系，我们可以对其特点加以利用，利用对工艺进行优化和调整，有效的改善材料实际的抗热震性方面的能力。此外，还应当针对固有的提高材料抗热震性的方法加以改进和完善，研究出更多的先进工艺。参考文献[1] 邓雪萌，张宝清，林旭平.添加剂对氧化锆陶瓷抗热震性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2007（z1）.[2] 赵世柯，黄校先，施鹰，郭景坤.改善氧化锆陶瓷材料抗热震性的探讨[J].陶瓷学报，2000（1）.[3] 董艳玲，王为民.陶瓷材料抗热震性的研究进展[J].现代技术陶瓷，2004（1）.[4] 刘景林，李连洲.层状陶瓷材料抗热震性提高的可能性[J].国外耐火材料，2005（1）.[5] 韩亚苓.氧化铝基陶瓷抗震性的研究进展[J].陶瓷学报，2008（2）.
陶瓷材料论文:陶瓷材料在现代家居装修中的意义
【内容摘要】陶瓷是火与土的艺术交融品，通过艺术家的独特设计和表现创造，使陶瓷作品具有生命力和艺术价值。它具有丰富的艺术表现形式，在新环境和新技术的影响下，工艺形式、装饰手法以及材料自身的表现力，使其他材料变得不可比拟，是不同于一般的艺术工艺品。
【关键词】陶瓷材料 装饰艺术 家装意义
陶瓷艺术是我国数千年的传统文化瑰宝，是富有民族特色的日用工艺品和装饰艺术品。陶瓷材料之美是区别于其他艺术材料的独特性，从表达艺术形式上，它是生活艺术中的特殊载体，具有审美力、感染力，在现代社会已成为室内装饰的必需材料。陶瓷的“装饰”工艺却又不同于其他材料的性质，只是用来附加或减少来表达它的装饰艺术形式，而陶瓷是凝聚自身的材质肌理、雕塑、刻画、镂雕、彩绘、印坯、釉色、纹饰等与表现艺术形式来呈现其天然成趣的装饰艺术之美。
陶瓷是一门古老又现代的艺术载体，在过去与现代家庭装饰中，在美化生活和陶冶人们文化与精神上都有其独特的艺术魅力。随着人们生活质量的提高、时代不断的进步发展，在现代生活中，人们的家装设计中大量涌现以陶瓷为材料的产品，生活质量的要求不同于先前人们的审美只在实用化，现代人使用陶瓷，不仅表现了它的实用性，还体现装饰性和审美情趣，以饰美为现代人的精神需求，特别是在陶艺不断发展的现今，现代装饰风格的陶艺作品和艺术家的新作使得人们争先恐后地购置或收藏，这是人们对艺术审美的升华，是物质时代人们对现代生活中的消费观念的感悟。诚然，陶瓷艺术在现代人的生活中已经成为美化室内空间的一种文化载体，也是室内空间环境中点缀和装饰的一道风景。
一、陶瓷材质的独特美
陶瓷是特殊物质材料的一种，我们可以在上面进行艺术加工，表达各种装饰和技法形式，提高产品的艺术性和档次。在陶瓷工艺材料研究和生产实践中发现，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，它采用天然原料如长石、黏土和石英等烧制而成，具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，是属于功能材料。如若运用到艺术陶瓷创作中，它能产生很大的变化并不断发展，人们通过这种工艺、技法的创新，将在未来的陶瓷材料和装饰研究中表现出更多的新形式与新面貌。
陶瓷材料在装饰表现形式上是其他材料所不能达到的艺术效果。它饰美性强、保质期长、实用性久，由此人们将陶瓷材料运用到了家具上，如壁橱、灯具、厨具、卫浴具、壁画等设计上，它们不仅实用美观，而且还可以成为人们欣赏的艺术工艺品。在现代社会，陶瓷材料在家装设计中应用广泛，人们喜爱是因它独有的材质、肌理和装饰美，另外还有实用易打理的特质，多用到表现在传统与现代文化内涵兼具的家具艺术形式。陶瓷装饰在不同类型的室内环境空间中，能表现出很多不同形式的艺术品，即使在同一空间的装置，也可以通过不同装饰风格（纹样、图案、色彩、质感）打造出截然不同的陶瓷工艺品，对相同外形尺寸的家具，可以用简捷的摆设手法来达到室内家装系列风格装饰艺术效果。
二、建筑装饰材料的实用美
陶瓷作为建筑材料装饰使用，是家装设计中必不可少。瓷砖、卫浴的实用性几近，是每个家庭中客厅、卧室、厨房、卫生间等空间里都要使用的产品。陶瓷品使用大到地面砖，小到厨房盐罐子。如今，经济繁荣带来生活水平的提高，人们越来越注重精神上的消费，追求生活的个性化、情趣化的特征满足了大众的心理。许多地产商的楼盘户型皆是大厨房、开放式厨房和多套卫生间的形式，瓷砖、卫浴产品的发展空前迅速，各大城市高楼大厦外立面都贴用瓷砖，它因耐用和易清洗而得到大众青睐，形成了很大的市场。因此，陶瓷产品的艺术设计将扮演非常重要的角色。从一定程度上讲，作为生活者，他们选择的不是产品本身，而是它的设计，审美性成为首要因素。诚然，陶瓷产品的设计不仅仅是考虑它的造型、款式、花色、工艺等方面，更主要的是在室内整体空间上的组合搭配，还有在空间的主题、情调、氛围等方面进行营造与设计。
三、陶瓷材料在家装中应用广泛
除了建筑材料的功用性，如灯具、花瓶、餐具、小家具等家居小摆设品都可采用陶瓷制作装饰。在景德镇出门见的最多的是路灯，一根根陶瓷灯柱在大街上形成一道亮丽的风景，很多来景德镇的人都会因街道两旁的陶瓷灯柱为之一震。此外，在景德镇国贸商城和各大陶瓷店，还可以看到另一种风景——陶瓷灯具。陶瓷材料应用于灯具中效果是不言而喻的，用普通的瓷泥制作灯具，技法和工艺到位，烧制把握好了，一台陶瓷灯也就显现出它的实用和艺术效果。如果使用品质瓷泥制作陶瓷灯，那么它的瓷胚质地较高、原材料纯净无杂质，工艺精细，胎质薄，它的透光性使室内客厅无限生辉。另外，还可以通过镂雕的形式制作灯具的透光性，在装饰与实用上亦毫不逊色。
陶瓷花插，在客厅也占有一席之地，它可以让家里的客厅和书房的家具增添一处美景。餐具在陶瓷材料中独占率最广，在远古和现今，每个家庭会用陶瓷餐具，选择陶瓷作为餐具是因为它洁净、无毒、不锈、不吸水，表面坚硬光滑、易于洗涤、耐用，是其他材质的餐具无法超越的优点，而且在厨房里它比其他材质的用具其装饰效果要强很多。还有，书房的书桌、书柜，卧室里的床，都随着现代家具形式的多样化而巧妙运用陶瓷，嵌瓷艺术和床屏是主要的装饰部位，瓷片以整体嵌式的方式镶嵌于木材中，它的装饰形式也决定了书房、卧室和其他家具的装饰风格。
四、陶瓷在家居装修中的意义
装饰艺术是连接人类精神文明与物质文明的桥梁，而陶瓷装饰的形式特点是建立在审美功能和物质技术的基础上，除了审美功能和技术的结合，还需要装饰形式法则进行艺术处理，这样才能获得良好的艺术效果。对于陶瓷装饰的欣赏，我们的视觉是在它的变化中寻求美的情趣，用这样的审美艺术效果来改造世界、改善环境，提高自身生存的生活质量和艺术品位。而现代家装设计是属于室内设计的一个分支，家装设计在现代生活中与人们生存环境密切相关，它是为了满足人们生活、工作的物质要求和精神要求所进行的理想的家庭环境设计。诚然，陶瓷作为我国传统文化产物，历经原始彩陶时期的装饰纹样艺术不断发展、改变、创新，陶瓷材料与技术工艺的不断更新进步，体现了我国先民的勤劳与智慧，表现了中华民族深厚的文化底蕴。当然，我们更应该看到中华民族文化传统的主流和民族文化的原始之根，这种传统文化的延续与图腾演变过程的持续，对研究装饰形象和接近人类生活与艺术的求真性皆依于我们对美的需求。
总之，陶瓷艺术应用到现代家装中，已经展现了它无穷无尽的艺术魅力和表现力。现代陶瓷装饰设计，与时代的风尚、现代的工艺材料和科学技术、审美的爱好倾向密不可分。我们要紧跟时代的步伐，把握时代的要求，了解现代家装陶瓷装饰市场、技术信息，努力学习以创造更多更新的陶瓷艺术产品，将陶瓷艺术融于现代家装设计领域，再创陶瓷新特点。
作者单位：湖南工艺美术职业学院
陶瓷材料论文:碳化硅陶瓷材料研究的制备与应用探讨
【摘 要】针对碳化硅陶瓷材料研究的制备与应用探讨问题，探讨了碳化硅陶瓷的制备方法及其性能，介绍了碳化硅陶瓷材料制备的反应烧结法，无压烧结法和液相烧结法，总结碳化硅材料以其优异的性能，介绍了它的应用范围，展望了碳化硅陶瓷材料的发展趋势。
【关键词】碳化硅陶瓷；陶瓷材料；陶瓷烧结；烧结法
0.引言
由于碳化硅陶瓷具有超硬性能，又具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，广泛应用于机械制造加工行业。它还可以应用在军事方面，例如将碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴，这种技术已应用于火箭技术中。同时在航空、航天、汽车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应用，碳化硅密度居中，硬度和弹性模量较高，还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。由于碳化硅产品具有操作简单方便，使用寿命长，使用范围广等优点，使碳化硅产品的市场发展前景广阔，因此受到很多国家的重视，一直是材料学界研究的重点，如何制得高致密度的碳化硅陶瓷也是研究者一直关心的课题。目前制备碳化硅陶瓷的方法主要有以下几种方法，由于制备方法的不同，碳化硅陶瓷材料的性能与制备工艺的不同有一定的相关性，本文对碳化硅陶瓷的制备方法及其应用进行了介绍。
1.反应烧结法制备陶瓷与应用
反应烧结法也可称为活化烧结或强化烧结法。需要指出活化烧结和强化烧结的机理有所不同。活化烧结的过程是指可以降低烧结活化能，使体系的烧结可以在较低的温度下以较快速度进行，并且使得烧结体性能得到提高的烧结方法。而强化烧结的过程泛指能增加烧结速率，或强化烧结体性能（通过合金化或者抑制晶粒长大）的所有烧结过程。可见它们的制备机理是存在差异的。反应烧结强调反应，这是一种化学过程，也就是有一种物质变成另外一种物质，例如，在制备碳化硅的过程中，就会在确定的温度下发生Si+CSiC 的化学反应。这种反应过程就是将碳化硅粉料和碳颗粒制成多孔坯体，然后将多孔坯体干燥后利用马弗炉加热至1450～1470℃，在这样的条件下就可以使，熔融的硅渗入坯体内部与碳反应生成碳化硅。这一机理的探讨源于上世纪七十年代，当时由于世界范围内的石油危机，能源问题对世界各国的经济发展带来巨大的挑战，为了提高内燃发动机的效率，科学家们开始考虑使用高温陶瓷材料替代内燃机的金属部件，这样就可以提高效率。在1973年，英国人KennedyP和ShennanJV等开始了反应烧结制备碳化硅的深入研究[1]，1978年，英国剑桥大学的SawyerGR等人采用扫描电镜、透射电镜、光学显微镜和 X 射线衍射等手段对反应烧结碳化硅的微观结构进行了一系列的定量表征[2]，从碳化硅的制备机理给与了探讨；1990年，日本的LimCB等人研究了反应烧结碳化硅中强度、气孔率与微观结构的关系，随着研究的进一步深入，反应烧结碳化硅产品开始逐步走向商业化。
2.无压烧结法制备陶瓷与应用
无压烧结法是在常压条件，也就是在一个标准大气压的惰性气体气氛中进行烧结。这种烧结可以把粉状物料转变为致密体，这是一个传统的工艺过程。人类很早就开始利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。我国古代就可以制备精美的工艺瑰宝，流传至今。
一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。给人类美的享受。它的烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。无机材料的性能不仅与材料组成（化学组成与矿物组成）有关，还与材料的显微结构有密切的关系。但这种烧结方法只停留在观赏。在1956年，美国的AlliegroRA等人发现，加入某一物质可以使热压烧结碳化硅中发生促进烧结的作用，此后，实验证实，许多物质如：Al、Fe、Cr、Ca、Ni、Al+Fe、Zr和Mn等能够促进碳化硅的烧结过程。1975年，Prochazka S 等人在碳化硅坯体中加入不同的两种物质，通过无压固相烧结成功制备出碳化硅陶瓷。ProchazkaS等人的实验采用的是高纯的亚微米级β-SiC粉体，并在其中加入少量不同的两种物质，他们的研究结果对无压烧结法的机理带来了重要的影响因素，实验证明碳化硅的坯体通过固相烧结致密化，β-SiC在烧结过程中产生相变并发生晶粒长大，这种晶粒的大小与陶瓷的强度有关。由于碳化硅是高熔点的强共价键材料，这项研究结果报道后引起了许多研究者大量的关注，并且对碳化硅烧结过程的研究论文得到大量的引用。在 ProchazkaS的研究成果发表后不久，人们就发现 加入不同的两种物质对β-SiC的烧结促进作用同样适用于α-SiC。因此，使大部分碳化硅陶瓷产品得到大量应用。
3.液相烧结法制备陶瓷与应用
液相烧结法最早应用在7000年前，那就是古人用粘土烧制砖块。开发液相烧结技术是由爱迪生发明的电灯丝所驱动。碳化硅的液相烧结开始于1975年，LangeFF首次在碳化硅的热压烧结过程中加入了部分氧化铝以促进碳化硅坯体的致密化。当今的利用高新技术广泛采用液相烧结技术制造陶瓷，压电陶瓷，铁氧体和高温结构陶瓷。Al2O3在高温下与SiC粉料颗粒表面的SiO2反应形成液相，成为碳化硅颗粒之间的晶间相，通过液相传质过程使坯体致密化。
与添加不同的两种物质的碳化硅固相烧结不同的是，利用液相烧结过程中需要烧结助剂较少，这种添加剂的添加量通常只有百分之几，尽管用量较少，但在烧结完成后的晶间相中仍然会残留较多的氧化物。因此，液相烧结碳化硅的断裂方式通常是沿晶断裂，具有较高的强度和断裂韧性。ShinozakiSS和SuzukiK等人通过加入质量分数不低于3%的Al2O3，分别采用无压烧结和无压烧结与热等静压相结合的办法，系统地研究了它们的组织和力学性能。通过一系列不同的烧结制度，研究了晶粒生长、密度、强度和韦伯模数（强度分布的模数）的变化情况，并指出了晶粒的纵横比与断裂韧性之间的关系，实现了碳化硅陶瓷微观组织的原位控制技术。
4.结语
碳化硅材料因其优良的性能而得到越来越广泛的应用，不同制备工艺制得的产品性能有一定的差别。反应烧结法具有烧结温度低的优点，但烧结过程中会在坯体中留有部分残余硅，使材料的服役温度下降。液相烧结可以制备出不含残余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳化硅的强共价键性，必须在坯体中加入氧化铝等作为烧结助剂形成液相才能使碳化硅坯体致密化。热压烧结、热等静压烧结和火花等离子体烧结碳化硅性能较高，其密度和强度通常要高于无压烧结，但在烧结过程也都需要加入B、C等作为添加剂促进坯体的烧结致密化且生产成本高，不适于制备异型件。可以实现工业化生产，满足工业和工程应用领域对相关材料日益苛刻的性能要求。
