先進陶瓷按種類可分為結構陶瓷和功能陶瓷。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能，具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點，主要包括絕緣和介質陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體及其敏感陶瓷等；結構陶瓷主要基于材料的力學和結構用途，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點，主要用于切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發動機部件、熱交換器、生物部件和裝甲裝備等，主要材料有氮化硅、碳化硅、二氧化鋯、碳化硼、二硼化鈦、氧化鋁和賽隆等。

先進結構陶瓷產品與應用領域

功能陶瓷是我們很少見到但是必不可少的產品，但結構陶瓷的產品有些我們可能會直接見到的。今天我們來盤點一下常見的結構陶瓷產品有哪些？它們的特點及應用是什么？

一、陶瓷刀具

陶瓷刀具因其優越的力學性能，壽命長，換刀次數少等優點，被越來越多地應用在高速切削加工行業中。陶瓷刀具主要原料為硅，在地球上資源豐富，在制造過程中更加環保，因此陶瓷刀具在金屬切削和先進陶瓷材料領域的研究及應用前景非常廣闊。陶瓷刀具是用特種陶瓷粉末材料高壓研制而成。陶瓷刀具材，根據材料不同可分為3大類：氧化鋁系陶瓷、氮化硅系陶瓷及復合氮化硅-氧化鋁系陶瓷。陶瓷刀具主要是用于硬質合金刀具不能加工的普通鋼和鑄鐵的高速切削加工以及難加工材料的加工。每一品種的陶瓷刀具都有其特定的加工范圍。

陶瓷刀具（來源：ngkntk.com）

應用：氧化鋁系陶瓷刀具主要適用于加工高速切削硬而脆的金屬材料，如冷硬鑄鐵或淬硬鋼，也可加工銅合金、石墨、工程塑料和復合材料，加工鋼材優于氮化硅基陶瓷用于大件機械零部件切削及高精度零件切削加工；氮化硅系陶瓷刀具適用于鑄鐵、高溫合金粗精加工及高速切削重切削，切削壽命高。此外，Si?N?陶瓷有自潤滑性能，摩擦系數較小等優點，特別適用于車削容易形成積屑瘤的工件材料；而賽隆（Sialon）陶瓷刀具有很高的強度和韌性，是高速粗加工鑄鐵和鎳基合金的較好刀具材料。

二、陶瓷閥門配件

常見陶瓷的主要化學成分為Al?O?，其陶瓷材質的主要結構是由顆粒非常細小的叫αAl?O?組成空隙極小的網狀結構。陶瓷材質在閥門具體組成中，常用的做法是通過陶瓷鑲嵌或粘結的方式在金屬表面設置一層陶瓷保護膜，以金屬作為陶瓷的支撐骨架體系。其優點在于金屬部分的骨架具有較強的硬度和延展性，可以有效的克服陶瓷脆性大但強度較低的特點，也可以發揮陶瓷保護的作用。

陶瓷閥片（來源：東莞明睿陶瓷）

應用：隨著化工產業的不斷發展，各種強腐蝕、高溫高壓、劇毒等特殊工況的不斷增多，從而對化工管路中最常用的部件-閥門提出了更高的要求，陶瓷閥門以耐高溫、耐腐蝕、高強度等眾多優勢，得到了廣泛的應用，包括機械電子行業、化工冶金行業、醫藥、航空等眾多領域，逐漸成為現代科技的重要組成部分。

三、砂磨機配件

砂磨機是用涂上或嵌入磨料的研具對工件表面進行研磨的磨床。砂磨機的研磨腔內與物料接觸部分全部采用陶瓷材料，因為砂磨機的研磨腔是砂磨機對物料進行研磨加工的區域，在生產過程中會與物料發生，摩擦導致研磨腔內的零部件發生磨損，若采用鋼材料的零件，起耐磨性較差，易發生磨損對物料造成污染，而陶瓷材料具有較高的耐磨性，能夠解決這一問題，常用的陶瓷材料為碳化硅陶瓷材料。

應用：涂料、染料、油漆、油墨等行業，需要將浮體中的大顆粒原料經過砂磨機研磨和分散，以將其研磨使用。

WX系列大流量臥式砂磨機（來源：叁星飛榮）

四、陶瓷軸承

人們常見的陶瓷軸承的套圈及滾動體采用全陶瓷材料，有氧化鋯（ZrO?），氮化硅（Si?N?），碳化硅（SiC）三種。保持器采用聚四氟乙烯、尼龍66，聚醚酰亞氨，氧化鋯、氮化硅，不銹鋼或特種航空鋁制造，從而擴大陶瓷軸承的應用面。在多種陶瓷材料中，由于氮化硅陶瓷具有優良的綜合機械性能，與軸承鋼相同的疲勞剝落和疲勞壽命，成為制造陶瓷軸承的最佳材料。

氮化硅陶瓷軸承（來源：凱發新材）

應用：陶瓷軸承具有耐高溫、耐寒、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、無油自潤滑、高轉速等特性，應用領域有醫療器械、低溫工程、光學儀器、高速機床、高速電機、印刷機械、食品加工機械等。可用于極度惡劣的環境及特殊工況，可廣泛應用于航空、航天、航海、石油、化工、汽車、電子設備，冶金、電力、紡織、泵類、醫療器械、科研和國防軍事等領域，是新材料應用的高科技產品。陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎件，由于其具有金屬軸承所無法比擬的優良性能，在新材料世界獨領風騷。

氧化鋯陶瓷軸承（來源：凱發新材）

五、陶瓷輥棒

陶瓷輥棒是指以粘土質耐火原料與天然礦物原料經過精選、粉碎、成形、煅燒等過程而制成的耐火制品。陶瓷輥棒按材質可分為堇青石-莫來石輥棒、熔融石英質輥棒、剛玉-莫來石輥棒、碳化硅輥棒。其中，碳化硅輥棒是鋰離子電池材料反應燒結裝備中的重要組成部分，目前，隨著電池材料生產進入規模化、連續化作業，燒結輥道窯已取代其他的窯爐。反應燒結碳化硅輥棒含有10-16wt%Si，高溫下與揮發出的腐蝕性氣體發生化學反應，會降低輥棒的使用壽命，增加窯爐的維修成本。而無壓燒結碳化硅輥棒不含金屬Si，在同一種工況下的使用壽命是反應燒結碳化硅的近5倍，故現在多使用無壓燒結碳化硅輥棒來延長輥棒的使用壽命，節省成本。

無壓燒結碳化硅輥棒（來源：科谷新材料）

應用：陶瓷輥棒作為一種耐火窯具，在輥道燒成窯和輥道干燥窯中起支承、傳送陶瓷坯體和產品的作用，是輥道窯的核心部件，它為輥道窯的節能、縮短燒成周期與自動化運作作出了重要貢獻，在新能源、建筑衛生陶瓷、日用陶瓷、電子陶瓷、磁性材料、玻璃熱處理、耐磨器件等領域得到廣泛應用。

六、球形研磨介質

球形磨介有很多種，可用于研磨分散物料，只是材質不同，密度也會不同，研磨效率也會不同。常見的陶瓷球形磨介有氧化鋁陶瓷球、氧化鋯珠、硅酸鋯珠、氮化硅陶瓷球等。

氧化鋁陶瓷球

其中，氧化鋁陶瓷球為白色球狀,因具有高強度、高硬度、高耐磨性、密度大、等優異特性而被廣泛應用于不同類型的陶瓷、瓷釉、玻璃等厚硬材料精加工和深加工，是球磨機、罐形磨機、振動磨機等細粉碎設備常用的研磨體；氧化鋯珠由于表面光滑，沒有磨削力，適合給表面光滑的工件去鏡面拋光，也可以用于球磨機、組織研磨儀、砂磨機、籃式研磨機中去給油漆、涂料、生物組織、細胞、頭發、樹葉等各種物料研磨。而硅酸鋯珠由于內部微晶體結構均勻細致，密度小，主要用在轉速較低的立式砂磨機中。

氧化鋯珠（來源：上海儒佳）

七、半導體精密陶瓷部件

精密陶瓷已成為半導體設備的關鍵部件，成本占10%以上，精密陶瓷部件的研發生產直接影響著半導體裝備制造業乃至整個半導體產業鏈的發展。

目前國外在集成電路核心裝備用精密陶瓷結構件的研發和應用方面走在前列的公司有日本京瓷、美國CoorsTek、德國BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占據了集成電路核心裝備用高端精密陶瓷結構件市場份額的70%。我國在集成電路核心裝備用精密陶瓷結構件的研發和應用方面起步較晚，在大尺寸、高精度、中空、閉孔、輕量化結構的結構陶瓷零部件的制備領域有諸多關鍵技術問題有待突破。

氧化鋁晶圓拋光板

等離子氣體氧化鋁噴嘴

真空吸盤（VacuumChuck）

總結

目前，在生活中常見的結構陶瓷有陶瓷刀具、陶瓷閥門配件、陶瓷軸承、氧化鋯珠等工業和現代科技領域產品，其中，耐磨部件占據了43%的市場份額，17%應用于陶瓷刀具上，目前結構陶瓷還重點應用于半導體設備高端精密陶瓷結構件的制備中。主要使用的結構陶瓷材料包括氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和碳化硅等材料。近年來，不斷有新材料被開發，新產品、新應用層出不窮，同時新技術和新工藝的應用也大大促進了結構陶瓷產業的發展。

以上，小編對常見的結構陶瓷產品及其應用拋磚引玉地做了個簡單盤點，但這只是滄海一粟，還想了解更多的結構陶瓷，歡迎9月26-28日來廣州保利世貿博覽館2號館參加“CAC2022廣州先進陶瓷展”，便覽先進陶瓷~

來源參考：

1、先進陶瓷材料的研究與應用，張文毓（陶瓷）；
2、國際先進結構陶瓷研發及產業化應用發展狀況，謝志鵬，李辰冉，安迪，秦笑威，胡豐（陶瓷學報）；
3、陶瓷刀具的應用及其發展，袁帥，劉獻禮，（岳彩旭金屬加工）；
4、陶瓷閥門的應用，曹文斌（化工管理）；

5、臥式砂磨機的設計與主軸結構優化，魏新蕾（哈爾濱商業大學）；

6、【兩會提案】加快半導體精密陶瓷部件產業發展（江蘇陶瓷）；

7、軋輥(輥環)材料的發展與應用，郭志群，劉均海，劉航，王自東（上海金屬）；
8、輥棒系列之一 陶瓷輥棒及其應用，馬建國（佛山陶瓷）。

粉體圈芷凌整理

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