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淺析工程陶瓷在新興領域的應用

作者:精科機械 時間:2019-02-21 點擊:128次

  工程陶瓷除在機械、化工、冶金等傳統產業中作為耐高溫、耐磨、耐腐蝕材料應用外,在戰略性新興產業領域如航天航空領域、電子信息領域、新能源領域、節能環保領域也正獲得越來越廣泛的應用。精科機械小編簡單為大家說說工程陶瓷在新興領域的應用:

  一、陶瓷材料在航天航空領域的應用

  航天航空領域用材料大多在超高溫、高真空、強輻照等極端苛刻環境中使用,要求材料具有高比強、高比模、耐高溫、抗燒蝕等特性。雖然航天航空領域的市場規模有限,但其對材料性能的高要求有力推動了工程陶瓷研制水平的提高和技術進步。


  二、陶瓷材料在極端條件下應用優勢特別明顯

  1、陶瓷基復合材料用于航天器外殼。碳纖維或碳化硅等陶瓷纖維增強陶瓷基復合材料已成為制造航天器外殼和火箭噴嘴(推力室)等不可或缺的材料。

  2、HfB2、ZrB2、ZrC等用于超高溫陶瓷涂層。隨著超高聲速飛行器的發展,對其表面抗燒蝕和抗大氣沖刷的要求也越來越高,HfB2、ZrB2、ZrC等超高溫陶瓷作為高溫涂層材料對提升飛行器表面的抗燒蝕和抗沖刷能力有著不可替代的作用。

  3、氮化物復合材料用于高溫透波材料。氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷具有耐高溫、介電常數和介電損耗低、抗蠕變和抗氧化等優異性能,可用作新一代透波材料,但很難在超高音速飛行器天線罩工作的苛刻環境下使用,因此氮化物復合材料將成為高溫透波材料的發展方向。六方氮化硼陶瓷的導熱性好、微波穿透能力強,可用作雷達窗口材料,同時其密度較小,可用作飛行器的高溫結構材料。


  三、陶瓷材料在電子信息領域的應用

  1、陶瓷電路基板陶瓷材料。工程陶瓷對電子信息領域的技術進步起著至關重要的作用,氮化鋁、氧化鋁、藍寶石基片在高集成度的電路板上應用越來越廣泛。

  2、寬禁帶半導體材料陶瓷材料。碳化硅等寬禁帶半導體材料的發展可大幅提高原有硅集成電路的性能,對大功率和高密度用集成電路芯片的發展至關重要。

  3、光釬及其連接器上的陶瓷材料。作為網絡信息傳輸的光纖及其連接器分別由高純石英玻璃纖維和氧化鋯陶瓷制造。

  4、激光發光晶體。固體激光器的發光晶體材料主要是紅寶石或釔鋁石榴石;

  5、相機上的壓電陶瓷。照相機的自動對焦系統少不了壓電陶瓷;

  6、電子產品外殼材料。智能手機和手表的外殼也越來越多地選用表面光潔且耐磨性好的氧化鋯陶瓷。


  四、陶瓷材料在新能源領域的應用

  1、鋰電池正負極材料。工程陶瓷在新能源領域的應用范圍更是廣闊。人們所熟悉的鋰離子電池,其正極材料都是LiCoO2、LiMnO2、Li(Co,Ni,Mn)O2、LiFePO4等陶瓷材料,而作為負極材料的碳材料也有被陶瓷取代的趨勢。

  2、高溫燃料電池的隔膜材料為氧化鋯陶瓷;

  3、集熱式太陽能熱發電的光吸收和熱傳導材料為碳化硅陶瓷;

  4、核能發電用反應堆的中子吸收劑為碳化硼等含硼陶瓷;

  5、碳化物涂層及氮化物和碳化物復合涂層可用做核聚變堆中的抗氚涂層;

  6、風力發電的電機軸承也采用高可靠免維護的氮化硅陶瓷軸承;

  7、氮化硼晶體經摻雜后可實現紫外發光,能用于制備紫外半導體激光器,而硅基氮化硼薄膜具有光電效應,可用于制備光電池。

  隨著新能源技術的進一步發展,工程陶瓷在該領域的應用也將進一步拓展。


  五、陶瓷材料節能環保領域的應用

  工程陶瓷在節能環保領域的應用非常廣泛,這也是工程陶瓷產業發展的重點方向。

  1、高氣孔率陶瓷材料用于隔熱保溫材料

具有高閉口氣孔率的輕質隔熱保溫材料(如氧化鋁空心球、泡沫陶瓷制品等)和耐高溫的氧化鋁纖維或莫來石多晶棉等可作為隔熱保溫材料在1000~1700℃的高溫下使用,有效節約了能源。此外,陶瓷材料通常具有較高的輻射系數,作為工業爐的內襯材料可促進輻射傳熱,升溫速率更快并使爐內溫度均勻;氮化鈦薄膜具有低輻射性能,在可見光區具有較高的透射率,在近紅外光區具有一定的反射性,是一種高效的節能薄膜。

  2、高開口氣孔率的陶瓷膜用于煙氣分離及廢水處理

具有高開口氣孔率的陶瓷膜可實現高溫煙氣和工業含塵氣體的氣-固分離,能有效去除粒徑小于等于2.5μm的顆粒物及更細小的粉塵,且反沖再生效果好;陶瓷的使用溫度可達1400℃以上,能耐各種酸堿和腐蝕性氣體的侵蝕,使用壽命長。在工業廢水和城鎮飲用水處理方面,陶瓷膜也因具有耐腐蝕、可再生和使用壽命長等更優異的性能,正逐步取代高分子膜材料而獲得越來越廣闊的應用。


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