中国粉体网讯精细陶瓷因原料细、工艺精而得名，是一种典型的无机非金属材料，因其优异的性能受到广泛关注，被称为是继金属材料、有机高分子材料之后的第三项材料革命。精细陶瓷按用途分可分为功能陶瓷和工程陶瓷，按其化学组成可分为氧化物系和非氧化物系陶瓷。其具有广泛的热学、力学、生化、电磁、光学和核聚变功能，应用于航空航天、机械、化工等领域、/span>
精细陶瓷应用虽广泛，但它拥有一颗易碎的“玻璃心”，显然提高陶瓷材料的断裂韧性是扩大其应用范围的前提。近年来，增韧后的精细陶瓷材料凭借其高强、高硬、高温抗氧化性和高导热性等优点，受到西北工业大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学等国内外科研机构与工业界的高度重视，已在航空航天领域、电子半导体领域、核工业领域和新能源等方面广泛应用、/p>
典型的精细陶瓷材斘/strong>
SiCf/SiC复合陶瓷材料
SiC是非氧化物陶瓷材料中研究和应用最广泛的陶瓷材料。SiC陶瓷具有高强度和高硬度，但其断裂韧性较低，需要通过复合改性提升、strong>用连续纤维增强SiC陶瓷基体是提高韧性的最有效方式，其增韧原理是将连续纤维作为增强骨架，使其为主要受力单元，同时在纤维之间填充陶瓷颗粒，将纤维形成统一整体。SiCf/SiC复合材料由碳化硅纤维（SiCf）增强体和碳化硅（SiC）基体组成，在保留SiC陶瓷原有的高强度、耐高温等特性的同时，由于引入了连续碳化硅纤维，韧性得到大幅提高。SiCf/SiC复合材料由SiC纤维增强体、界面相、SiC基体和表面防护涂层四大结构单元组成，其协同作用决定了材料在高温极端环境下的性能。自20世纪70年代末SiC纤维实现量产以来，连续碳化硅纤维增韧的碳化硅基复合材? SiCf/SiC CMC)一直是研究热点、/p>
SiCf/SiC复合材料的组成结构示意图
氧化铝基复合陶瓷材料
氧化铝（Al2O3）陶瓷熔点高，硬度大，绝缘电阻大，化学稳定性好，具有来源广、成本低的优点，是目前应用最广、产量最大的陶瓷材料。但Al2O3陶瓷在高温条件下抗蠕变性差，容易发生蠕变破坏导致构件失效，为弥补这一致命缺陷，可使用晶须增韧、颗粒增韧、相变增韧、纤维增韧等手段进行增强。经过多年发展，将连续纤维引入陶瓷材料中形成陶瓷基复合材?CMCs)是目前最有效的增韧方法之一。为了使Al2O3基陶瓷材料获得较好的增韧效果，增韧纤维必须具有较高的弹性系数和良好的相容性。常用增韧纤维有碳纤维、SiC纤维和Al2O3纤维，国外Al2O3纤维的生产及商业应用已经成熟，日本和美国掌握了高强度Al2O3连续纤维合成技术、/p>
氮化硅基复合陶瓷材料
氮化硅（Si3N4）陶瓷因具有良好的抗氧化性、高硬度、高强度以及良好的电学和热学性能，是最有前途的高温结构材料之一，被称为“材料界的全能冠军”。但Si3N4陶瓷自身的硬脆特性，使其在加工过程中容易形成表面缺陷，极大地降低了Si3N4陶瓷的可靠性。大量研究表明，以Si3N4为基体制备出的复合陶瓷能有效弥补单一Si3N4陶瓷的劣势、strong>不同烧结工艺制备的Si3N4基复合陶瓷具有不同的断裂韧性，其中用Si3N4纤维可有效提高陶瓷基体的断裂韧?/strong>。Si3N4纤维拉伸强度和弹性模量分别可?000MPa?00GPa，热膨胀系数低，磨损抗力优良，主要用来增强金属和陶瓷、/p>
精细陶瓷材料在各领域的应用现犵/strong>
在高速飞行器中的应用
高速飞行器等战略武器在现代军事和航空领域中扮演着至关重要的角色，其性能对于维护国家安全和军事优势至关重要。其典型热环境为高温、复杂苛刻的?机械载荷，现有的高温合金已无法满足要求，陶瓷基复合材料应运而生。特别是SiCf/SiC复合陶瓷材料已广泛应用于航空发动机涡轮叶片、尾喷管调节片和涡轮外环等热结构部件，其复合材料密度约为高温合金材料?/4，减重明显，且工作温度可?400℃，冷却系统设计大幅简化，推力增强。国内以国防科技大学、哈尔滨工业大学和中国科学院等为代表的研究较为深入，在关键领域成果显著、/p>
此外，氧化物CMCs（如Al2O3）因其低热导率和高抗热震性，被应用于航空发动机燃烧室内外衬。美国加州大学的Zok教授团队采用溶胶-凝胶浸渍与原位聚合技术，成功制备了以Nextel 720纤维为增强相的多孔莫来石和氧化铝基陶瓷基复合材料异形件、/p>
采用碳化硅陶瓷基复合材料的燃烧室部件
在轻质装甲中的应?/strong>
轻型的复合装甲是保持现代装备生存能力的关键。陶瓷纤维和纤维增强陶瓷基复合材料的发展是轻质复合装甲应用的基础。目前，使用的主要防护陶瓷材料有B4C、Al2O3、SiC、Si3N4等。作为公认的高性能防弹装甲材料，SiC大量用于制作防弹衣、端头帽和陶瓷装甲系统。近十年来，陶瓷复合装甲应用逐渐增长，陶瓷材料已经成为装甲防护材料的主要选择、/p>
当前军事装备中，陶瓷复合材料装甲在保证防护性能的前提下，成功将装甲车辆总重量降?5%-20%。通过蜂窝结构和多层复合设计的结构优化，新型装甲在保持同等防护等级的情况下，较传统装甲减重幅度达到15%。在军用车辆领域，采用陶瓷复合装甲的轻型战术车辆整备质量控制?吨以内，同时具备抵御12.7mm穿甲弹的能力、/p>
主战坦克配备的陶瓷复合装由/p>
在轻兵器中的应用
轻武器是装备体系的重要组成部分，包括手枪、步枪、机枪等，其作用是通过发射弹丸杀伤或摧毁目标。由于常处于高温、低温、湿热、盐雾等恶劣环境中，防腐蚀能力尤为关键。相较于传统的涂层材料，陶瓷涂层与轻质金属的连接结合有广泛应用需求、/p>
为进一步提高涂层的抗烧蚀能力，自愈合材料应运而生。如SiC?100℃环境下生成玻璃态氧化硅，能起到密封裂纹的作用。利用此原理制成自愈合材料修复涂层中的裂纹与空隙；为应对海洋的高温、高盐、高湿循环冲击载荷的作用，三元硼化物金属陶瓷材料得到了广泛应用、/p>
在身管中的应?/strong>
身管是发射类武器的核心组成零件，身管内膛结构包括弹膛、坡膛和线膛，弹膛和线膛由坡膛连接。传统身管一般由高强度合金钢制造，随着发射时膛压的不断提高和身管寿命的指标成倍提高，身管承受的压力和温度也越来越高。利用陶瓷的高硬度、高强度和高温化学惰性等特性，可有效减轻身管烧蚀，延长其使用寿命、strong>SiC、Si3N4 Sialon等是制作20?0 mm口径身管内衬的理想材料，同时在外部包覆陶瓷纤维可解决陶瓷脆性问题，采用该技术的身管寿命可提高一半，质量减轻最高可?5%，弹丸动能提?0%。同时，在身管内壁喷涂纳米陶瓷粉末，改善内壁光洁度，减小内壁磨损，弹丸初速提高可?5%、/p>
在半导体中的应用
精细陶瓷作为新兴材料，正在半导体产业中发挥着不可替代的作用。SiC陶瓷具有极高的弹性模量、导热系数和较低的热膨胀系数等，并且具有极佳的可抛光性，是制造的光刻机陶瓷部件的首选材料。除此之外，氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化钇等陶瓷材料均可满足光刻机等集成电路制造关键装备用精密结构件的使用要求，推动了我国集成电路关键装备的独立自主健康发展、/p>
中国建筑材料科学研究总院制备的光刻机用精密碳化硅结构仵/p>
在半导体封装领域，与较于其他封装材料，陶瓷具有高绝缘性、高化学惰性、耐腐蚀、导热性好，以及与硅相近的热膨胀系数等特点，是综合性能较好的基片材料、/p>
小结
增韧后的精细陶瓷材料通过不断地材料改性和技术创新，克服了传统陶瓷的脆性缺陷，进一步拓宽了其应用范围。在航空航天、军事装备、轻兵器防护和半导体制造等领域展现出广阔的应用前景和重要的战略价值。未来，随着对精细陶瓷材料组织和性能的深入研究，以及制备工艺的不断优化，精细陶瓷有望在更多高端技术领域发挥关键作用、/p>
来源９/p>
邓振军等：典型精细陶瓷的组织性能与应用现状分枏/p>
王衍飞：SiCf/SiC陶瓷基复合材料制备技术研究进屔/p>
张月林等：氧化铝陶瓷增韧的研究进屔/p>
华东装备信息技术研究院 ：陶瓷基复合材料在航空领域的应用研究
无机非金属材料科学：陶瓷材料在武器装备中的应?/p>
解放军报
（中国粉体网编辑整理/空青（/p>
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