主題策劃

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主題策劃

工業陶瓷

(續上期)

從20世紀90年代中期開始采用H2S模式和H2Se模式的CVD法制備硫化鋅和硒化鋅材料。1995年，西北工業大學報道采用Zn和H2S為原料制備出CVD ZnS。1999年，西安交通大學采用Zn和H2S為原料制備出了CVD ZnS。北京有色研究總院研究了H2S模式CVD ZnS的制備，以及熱等靜壓工藝處理對其顯微結構和性能的影響。目前，國內H2S模式CVD ZnS的制備已初步進入產業化階段，可提供中等尺寸的ZnS產品，但產量和穩定性還有待提高。在H2Se模式化學氣相沉積ZnSe的研究方面國內進展始終不大，目前只有北京有色研究總院進行研究。國內只有中材北京人工晶體研究院研制采用S模式和Se模式的CVD工藝進行硫化鋅和硒化鋅的制備，其中在ZnS的研制方面取得了較大的進展。

3.5 紅外輻射材料

1)高紅外輻射材料與陶瓷。1974年，中國科學院上海硅酸鹽研究所開始研究和推廣紅外輻射涂料，先后研究成功了HS、HY、HE、HK、KS、HT 6種系列具有選擇性輻射性能的紅外輻射涂料，可涂在陶瓷和金屬上。

20世紀80年代，淄博市新材料所研制的中高溫遠紅外涂料應用于生產，在新疆克拉瑪依油田“重整加氫”爐和山東鋁廠等單位中高溫爐內壁噴涂該涂料后節能15%～20%以上。用該涂料制成的紅外輻射加熱器件用于中低溫加熱干燥消毒設備中，比原來的真空法干燥節電62%，干燥能力提高22.5倍。

20世紀90年代，紅外涂料環繞著以提高使用溫度和延長壽命為主要目標，達到更好地節能減耗效果。納米粉體技術在紅外涂料中得到廣泛應用。利用工業廢渣制備紅外輻射涂料可降低涂料成本。

2)紅外陶瓷隱身涂料。20世紀80年代，我國開始研究紅外隱身涂料。20世紀90年代末期成熟并開始工程應用。對于發動機等高溫高發射率的目標主要是降低目標涂層的紅外發射率。對于成像探測主要是通過調整目標涂層的紅外發射率，形成熱圖迷彩分割，使其與背景輻射一致，從而達到紅外隱身的目的。國內研究紅外隱身涂料比較成熟的單位有兵器工業53所、兵器工業59所、總裝備部工程兵技術研究所、山東工業陶瓷研究設計院等。

4 敏感陶瓷

半導體敏感陶瓷是指電導率為10-6～10-5S/m，且隨電壓、溫度、氣氛、濕度、光照等外界環境條件變化而顯著改變的一類陶瓷，主要包括電壓敏感的壓敏、熱敏、氣敏、濕敏和光敏陶瓷等。廣泛應用于通訊技術、汽車電子、家用電器、航空航天等工業和國防工業等領域。

4.1 壓敏陶瓷

早期發現SiC陶瓷材料具有壓敏特性并獲得應用，但這類材料的電阻非線性系數比較小。隨后，國際上相繼發現了主晶相為ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等具有壓敏特性。

1968年，松下公司發現了ZnO壓敏陶瓷。至1988年，日本己100%采用ZnO壓敏陶瓷制造避雷器。歐洲的西門子、ABB等公司在該領域都具有很高的研究水平和產業化規模。目前，應用最廣、性能最好的是ZnO壓敏半導體陶瓷。

1975～1976年，西安電瓷研究所和西安電瓷廠開始研究ZnO壓敏陶瓷。1979年，西安電瓷研究所、西安電瓷廠和撫順電瓷廠(一所二廠)進一步合作，推進了我國壓敏陶瓷研究和初步應用，我國開始批量生產ZnO壓敏陶瓷。20世紀80年代，華東化工學院、上海科技大學、上海電瓷廠、中國科學院上海硅酸鹽研究所、西安交通大學、清華大學、華中科技大學、華南理工大學等相繼從事這類研究。

目前，我國有許多產生企業從事氧化鋅高壓壓敏電阻片及避雷器等輸變電設備產品的研發、生產和銷售。歐洲的絕大部分知名企業均在我國建立獨資公司，產品返銷歐洲。廣東風華高新科技集團有限公司、河南金冠、廣東順絡等企業在低電壓電子產品中應用的多層片式壓敏陶瓷方面都有很好的研發和生產基礎。

近年來，中國科學院上海硅酸鹽研究所、四川大學、華南理工大學、西安電子科技大學、上海大學、山東大學等承擔國家和地方項目，解決了一系列生產問題而提高了企業的經濟效益。

4.2 熱敏陶瓷

從20世紀60年代開始，我國開展了對正溫度系數(PTC)熱敏電阻的科研并逐步發展到了生產。1990年，國家科委組織科研院所和企業對PTC熱敏電阻及應用器件進行攻關，使PTC熱敏電阻進入快速發展時期，到目前己形成多個年產5 000萬只的骨干大廠，分布在山東、廣東、浙江、四川、湖北、江蘇等地，部分產品質量已達到或接近國外著名公司同類產品的水平，部分產品已出口日本、美國、印度、韓國等國家。

熱敏陶瓷電阻器一般可分為正溫度系數(PTC)和負溫度系數(NTC)兩類。PTC熱敏陶瓷電阻器是以BaTiO3或BaTiO3固溶體為主晶相的半導體陶瓷元件。在某一特定的溫度范圍內，阻值隨溫度的增加而急劇增加，表現出所謂的PTC效應。

在PTC陶瓷材料學及其制備工藝學的研究方面，中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國科學院沈陽金屬所、電子工業部715廠、華中理工大學(現華中科技大學)、清華大學、西安交通大學、上海大學等在國內起步較早，己形成多項技術專利和學術專著，在國內廣泛推廣生產及其應用。20世紀90年代，華南理工大學開始研究汽車空調用PTC加熱器。近年來，陜西科技大學開始進行BaTiO3基PTC陶瓷的半導化研究。上海硅酸鹽研究所、天津大學、聊城大學、中南大學、陜西科技大學、上海大學、桂林電子技術大學等都開展了相關的研究，使我國的熱敏陶瓷研究進入了一個新的研究與應用階段。

4.3 氣敏陶瓷

常見的氣敏半導體陶瓷材料的氣敏特性都是由于表面物理吸附、化學吸附或物理化學吸附引起表面能態發生改變從而導致材料電導率的變化。氣敏材料主要有SnO2系、Fe2O3系、V2O3系、V2O5系、ZrO2系、NiO系、CoO系及稀土過渡金屬氧化物系。SnO2氣敏傳感器至今仍是應用最廣和性能最優的一種。選擇納米級材料可以大幅度提高SnO2氣敏陶瓷傳感器的氣敏性能。ZrO2氧敏傳感器在汽車的應用近年來取得了很多進展。開發和使用TiO2和CoO+MgO系陶瓷氧敏傳感檢測汽車排氣比用ZrO2氧氣敏傳感器更適用。采用集成電路工藝把超微粒薄膜集成在硅襯底上，制成對還原性氣體靈敏度很高的氣敏元件是一種很有發展前途的新型半導體氣敏傳感器。

目前，我國也有許多廠家生產氣敏陶瓷元件，氣敏元件傳感器已列為國家重點支持發展的產品。據行業協會統計，1998年全國氣敏元件總產量已超過600萬只。

4.4 濕敏陶瓷

20世紀60年代初期，我國開始研究濕敏傳感器，到20世紀70年代末80年代初，普遍引起重視并投入了相當力量。起步較早的單位有：中國建筑科學院空氣調節研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所、西安交通大學、天津大學、中國科學院新疆物理研究所等。主要研究對象是半導體陶瓷類濕敏傳感器。目前主要使用電阻式陶瓷濕敏傳感器。最近對致密型濕敏材料的研究取得了一些進展。

濕敏陶瓷是具有當環境溫度變化而電性質相應變化的一類材料，大部分是利用微孔吸附水分與晶粒表面作用使電導發生變化，制成濕敏傳感器。常見濕敏陶瓷有MgCr2O4-TiO2系、SiNa2O-V2O5系、ZnO-Li2O-V2O5系、ZnO-Cr2O3系、Fe2O3、Fe3O4、Ni2O3等。近年來,ABO3型材料的研究對濕敏陶瓷的發展和制作濕敏傳感器有很大推進作用。

4.5 光敏陶瓷

在光的照射下，半導體陶瓷的一些電性質會發生變化。陶瓷電特性的不同及光子能量的差異可能產生光電導效應，也可能產生伏特效應。利用這些效應可以制造光敏電阻和光電池。典型的產生光電導效應的光敏陶瓷有CdS、CdSe等；典型的產生光生伏特效應的光敏陶瓷有Cu2S-CdS、CdTe-CdS等。Cu2S-CdS陶瓷太陽能電池雖在轉換效率方面比不上硅太陽能電池，但成本低，而且耐輻射能力比硅太陽能電池強，因此適宜在空間或地面某些特殊裝置中用作小功率電源。尤其在我國西部地區廣漠無垠的沙漠或草原上，利用其豐富的日照條件，解決部分用電電源是很有前途的，但是Cu2S-CdS陶瓷太陽能電池存在轉換效率不高和易于老化的缺點，需要進一步研究解決。CdTe-CdS陶瓷太陽能電池是一種厚膜型電池，采用厚膜工藝生產過程易于自動化、成本低，是一種很有前途的陶瓷太陽能電池。

5 生物陶瓷

20世紀70年代，我國開始生物陶瓷的研究和應用。從最初的生物惰性陶瓷到生物活性陶瓷，直到現在正在研究之中的具有生物應答特性的功能仿生型生物陶瓷材料，經歷了從無到有的發展歷程過程。

5.1 生物情性陶瓷

始于20世紀70年代的生物陶瓷研究首先是從生物惰性氧化物材料(如氧化鋁、氧化鋯陶瓷以及熱解碳等)開始的。70年代末，武漢理工大學在氧化鋁質生物陶瓷的實驗室研究方面取得較大進展。1979年，沈陽軍區解放軍203醫院成功完成的國內第一例純剛玉-雙杯式人工髖關節表面置換術，揭開了我國生物陶瓷應用的序幕。隨后，成功制成的全髖關節氧化鋁質生物陶瓷在武漢同濟醫科大學進行了近30例臨床應用取得成功。這項成果于1985年獲國家科技進步三等獎。

20世紀60年代，沈陽金屬所、蘭州碳素廠、吉林碳素廠開始進行碳質人工心臟瓣膜和碳質人工骨、人工關節和人工齒根的研究與生產，1979年將碳質材料應用于臨床。1984年，吉林碳素廠研究所與吉林市第一人民醫院合作，應用碳-鈦組合式人工骨植入33例、碳質人工股骨頭表面置換7例、碳質肱骨頭3例等均收到較滿意效果。

我國于1974年以后進行玻璃陶瓷用于人工關節的研究，并以Ag為晶核劑，生成了以Li2O·SiO2為主品相和少量SiO2、β-Li2O、Al2O3為晶體的玻璃陶瓷材料。另外，我國也對SiO2-Al2O3-MgO-TiO2-CaF2系列玻璃陶瓷進行了大量的研究。

5.2 生物微晶玻璃和生物活性陶瓷

1)生物活性微晶玻璃(玻璃陶瓷)。20世紀80年代，華西醫科大學、浙江大學、華東理工大學、西北輕工業學院、大連輕工業學院及上海硅酸鹽研究所等院所開始研究生物活性微晶玻璃陶瓷，為我國生物活性玻璃的研究奠定了堅實的基礎。2000年以后，華南理工大學、同濟大學和中國科學院上海硅酸鹽研究所等在新型生物活性玻璃研究方面取得了長足進展。目前已開發了數種用于皮膚難愈創面修復的生物活性玻璃粉劑、膏劑和貼劑，在皮膚燒傷、外傷、褥瘡、糖尿病性潰瘍、麻風病潰瘍等方面的治療取得良好效果。

2)生物活性陶瓷與制品。生物活性陶瓷材料的組成中含有能夠通過人體正常的新陳代謝途徑進行置換的鈣和磷等元素，或含有能與人體組織發生鍵合的羥基等基團。研究并應用較多的生物活性陶瓷是羥基磷灰石(Hydroxyl-Apatite，HA)。

1982年，我國人工合成了羥基磷灰石材料。四川大學、武漢工業大學、山東工業陶瓷研究設計院、華南理工大學、中國科學院上海硅酸鹽研究所、北京市口腔醫學研究所等單位都成功地研制了羥基磷灰石陶瓷，并進行了大量臨床應用研究。

1986～1996年期間，山東工業陶瓷研究設計院在生物活性陶瓷材料及制品開發中取得了重要突破進展。研制的羥基磷灰石植入陶瓷牙、羥基磷灰石陶瓷人造骨、復方羥基磷灰石糊劑、生物活性骨水泥、羥基磷灰石陶瓷耳聽骨、下頜骨、多孔生物陶瓷鑲塊等系列制品在山東六大城市近百家醫院成功應用500余例。

20世紀90年代以來，武漢工業大學(現武漢理工大學)在磷酸三鈣陶瓷的制備及應用方面做了大量工作，并生產出磷酸鈣系列人工骨產品。20世紀90年代，華南理工大學成功研制出具有可調控降解性能、高生物活性、良好皮膚急慢性創傷愈合的新型陶瓷。

四川大學生物材料工程研究中心研究發現，磷酸鈣陶瓷具有骨誘導能力使磷酸鈣陶瓷具有骨誘導性的科學理論在國際上逐漸得到認可，同時為具有骨誘導性的磷酸鈣生物材料的臨床應用提供了實驗的依據，并為研制擁有自主知識產權的骨誘導性骨修復材料奠定了基礎。

5.3 結構仿生型生物陶瓷復合材料

2002年，Hench教授在《Science》上撰文提出第三代生物醫學材料的理念，認為第三代生物醫學材料將能夠在分子水平上激發特定的細胞響應，亦即具有細胞和基因激活作用。清華大學、華南理工大學、四川大學、華東理工大學、上海硅酸鹽研究所等單位在這一方向開展了卓有成效的研究工作。華南理工大學的“仿生功能化與個性化的骨組織修復體”研究成果獲得了2010年第38屆日內瓦國際發明展銀獎，使我國生物陶瓷的研制水平躋身于世界先進行列。

目前，初步形成的生物陶瓷產業化機構或公司有：國家生物醫學材料工程技術研究中心(四川大學)、武漢理工大學生物材料與工程研究中心、上海貝奧路生物材料有限公司、上海倍爾康生物醫學科技有限公司、武漢華威生物材料工程有限公司，以及上海瑞邦生物材料有限公司、湖南共創骨生物工程材料有限公司、武漢國安科技有限公司、武漢和瑞康商貿有限公司等。

6 多孔陶瓷及無機膜制品

6.1 多孔陶瓷過濾元件

多孔陶瓷是一種以耐火原料(如剛玉質、石英質、硅藻土質等)為骨料、配以結合劑、造孔劑等，成形后經高溫燒成的陶瓷過濾材料。結構內部包含大量、貫通的可控孔徑的微細氣孔，具有氣孔分布均勻、透氣性好、耐高溫、高壓、耐腐蝕等特性。廣泛用于氣-氣、氣-固、液-固分離等領域，可作為分離、過濾、布氣和消聲元件使用。

1949～1978年是多孔陶瓷制品的起步生產與發展時期。20世紀50年代初，沈陽的東北工業部建筑材料工業管理局技術研究室和沈陽陶瓷廠開始研制和試生產多孔陶瓷。主要品種有陶瓷砂濾棒(φ70 mm×500 mm×15 mm)和多孔陶瓷板(φ500 mm×250 mm×25 mm)。后來，在北京成立的重工業部建筑材料工業管理局建筑材料工業試驗所，繼續進行“在液體中分散氣體所用的多孔質窯業制品通風管的研究”和“水泥及粉狀物料壓縮空氣輸送斜槽和料倉用多孔板(氣化板)”試驗。

進入60年代后，中國建筑材料科學研究院繼續進行多孔陶瓷制品的研究，推廣至北京陶瓷廠生產，后因其他材質的汽車濾芯的替代而停產。

20世紀70年代初，山東工業陶瓷研究設計院繼續開展大型微孔陶瓷管的試制、咸陽陶瓷廠生產的剛玉質管狀和板狀多孔陶瓷制品得到廣泛應用。1978年，山東工業陶瓷研究設計院的“蠟灌注法生產大規格多孔陶瓷管”和咸陽陶瓷廠的“剛玉質陶瓷制品”分別獲全國科技大會獎。同時，天津過濾器廠、天津陶瓷廠、北京市陶瓷廠、唐山陶瓷廠、大連耐火材料廠、蘇州日用瓷廠、沈陽陶瓷廠、江西萍鄉瓷廠、景德鎮人民瓷廠等企業也相繼生產板狀或管狀多孔陶瓷制品。

1978年后，多孔陶瓷的制作工藝多樣化、產品標準化，并向整機發展，材質更多，應用領域更為廣泛。

1990年起，山東工業陶瓷研究設計院開始起草制訂多孔陶瓷制品的相關標準。主要有《多孔陶瓷產品通用技術標準》(GB/T 16533-1996)、《多孔陶瓷壓縮強度試驗方法》(GB/T 1964-1996)、《多孔陶瓷彎曲強度試驗方法》(GB/T 1965-1996)、《多孔陶瓷孔道直徑試驗方法》(GB/T 1967-1996)、《多孔陶瓷滲透率試驗方法》(GB/T 1969-1996)及《多孔陶瓷耐酸、耐堿性能試驗方法》(GB/T 1970-1996)等。

20世紀90年代以后，多孔陶瓷制品在濾盤加壓過濾機中的應用，開創了多孔陶瓷在動態機械中應用，開辟了一條新途徑，在冶金選礦中得到應用。其他過濾設備在制酒行業過濾與脫碳及醫療衛生部門洗滌等工段中發揮了效用。江蘇宜興非金屬化工機械廠有限公司、宜興陶瓷研究所、山東工業陶瓷研究設計院、河北省滄縣陶瓷廠是主要的研究和生產單位。

6.2 陶瓷膜材料與制品

20世紀80年代末期，我國開始研究陶瓷膜材料，90年代取得進展。南京工業大學、天津大學、四川聯合大學、中國科技大學、東北大學、中國科學院上海硅酸鹽研究所、成都有機化學研究所、山東工業陶瓷研究設計院、宜興非金屬化工機械廠有限公司、湖南湘瓷科藝股份有限公司等相繼開展這方面研究和開發。南京工業大學的“無機陶瓷微濾膜成套裝置與應用技術”填補了陶瓷膜系統產品的國內空白。

1999年，南京工業大學與上市公司皖維高新聯合成立了皖維久吾高科技發展有限公司，2000年進行股份制改制后成立江蘇久吾高科技股份有限公司，現已發展成為一個生產無機陶瓷膜及膜分離成套應用系統的大型專業化高新技術企業。主要生產品種有：膜元件系統(含單通道、19通道、37通道等5種規格)，膜組件系列(包括1芯、7芯、19芯和37芯4種產品) 以及系統組裝成套設備。

2005年，中材高新材料股份有限公司過濾陶瓷部用陶瓷纖維與多孔陶瓷復合材料制成過濾元件再組合成集清洗過濾、再生和自動控制于一體的高性能熱氣體除塵裝置，用于潔凈煤燃燒發電系統(PEBC和IGCC發電系統等)和其他高溫氣體凈化中。

目前，陶瓷膜的主要材質有Al2O3膜、SiO2膜、TiO2膜和ZrO2膜等。

6.3 泡沫陶瓷制品

泡沫陶瓷是一種低密度(0.25～0.65 g/cm3)、高氣孔率(60%～90%)、大比表面積、耐高溫、耐化學侵蝕，且具有三維網絡骨架結構的新型工業陶瓷制品，廣泛用于高溫熔體的過濾介質、催化劑載體、布氣材料及化工反應塔、吸收塔中的填料等。

1985年，山東工業陶瓷研究設計院開始研究和開發堇青石質、高鋁質泡沫陶瓷。

20世紀90年代以后，江蘇省陶瓷研究所、北京科技大學、重慶渝西化工廠、山東工業陶瓷研究設計院、濟南圣泉集團股份有限公司、佛山市非特新材料有限公司、丹陽市大海過濾器材有限公司、廣東省佛陶集團金剛新材料有限公司、蘇州佳鑫陶瓷新材料有限公司、山東硅苑新材料科技股份有限公司等單位，分別先后開發大型泡沫陶瓷過濾器、增加新材質、組織和擴大泡沫陶瓷的生產。新材質有用于鋼鐵過濾的氧化鋁泡沫陶瓷、部分穩定ZrO2泡沫陶瓷等。圣泉集團股份有限公司先后開發了FCF-1(鑄鋼用)、FCF-2(鑄鐵用)和FCF-3(鑄鋁和有色合金用)三種類型產品，2007年建成年產1萬m3的泡沫陶瓷過濾器生產線。2008年，泰安市岱峰新材料有限公司自行開發了氧化鎂質泡沫陶瓷并建成年產5萬片100 mm×100 mm過濾片的生產線，用于鎂合金鑄件過濾。山東理工大學開發了用凝膠注模成形技術制備耐溫ZrB2-Al2O3質泡沫陶瓷的為新工藝。

2001年，山東工業陶瓷研究設計院起草制訂了《泡沫陶瓷過濾器》(JC/T 859-2001)行業標準。

6.4 蜂窩陶瓷制品

20世紀50年代末期，中國科學院上海硅酸鹽研究所開始采用熱壓注工藝生產紅外陶瓷輻射板。60年代初，北京玻陶研究院用該工藝完成了“陶瓷質煤氣紅外輻射器的研究”，使蜂窩陶瓷在陶瓷坯體干燥中發揮效用。

1977年，山東工業陶瓷研究設計院采用注漿工藝試制“反滲透動力膜系統用蜂窩狀多孔陶瓷支撐件”獲得成功。1983年，采用擠出工藝開展汽車尾氣凈化用擠出蜂窩陶瓷載體的研制。北京工業大學與大華陶瓷廠合作，采用蠟壓注工藝生產堇青石質尾氣凈化用多孔陶瓷獲得成功，1990年年產量達3萬件。

山東工業陶瓷研究設計院承擔了國家“七五”科技攻關項目“壁流式蜂窩陶瓷濾芯的研制”；“八五”至“九五”期間，進行了擠出工藝生產蜂窩陶瓷中試，達到連續化生產的水平；1998年起草制訂了《蜂窩陶瓷》(JC/T 686-1998)行業標準。

20世紀80年代中期，宜興非金屬化工機械廠有限公司與中國科學院上海硅酸鹽所等單位合作開始用擠出工藝生產蜂窩陶瓷制品，生產能力達600萬L/年。

進入21世紀后，江西萍鄉市元創蜂窩陶瓷制造有限公司、江西省科興特種陶瓷有限公司、江西省三元環保陶瓷有限公司和萍鄉市博鑫精細陶瓷有限公司等單位也開始生產蜂窩陶瓷，產品主要用于工業廢氣處理等體系中的催化劑載體。

從21世紀開始，采用了把催化劑材料直接制成蜂窩陶瓷體用于脫硝環保工程。2004年，成都東方凱特瑞環保催化劑有限公司開始從德國等購置設備，2006年投產，產量達6 000 m3/年左右。浙江瑞基催化科技有限公司聘請德國、日本等國專家，建造2萬 m3/年的生產線。重慶中電投遠達工程有限公司和青島電力華拓環保有限公司分別引進美國和韓國技術，建造生產能力為8 000～10 000 m3的生產線。

2010年10月30日，在由江蘇省江都市人民政府在北京舉行的新成果新產品發布會上，由峰業電力環保集團旗下的江蘇萬佳電力環保有限公司與華北電力大學合作攻關的我國首個火力發電廠燃煤鍋爐用高科技蜂窩式SCR脫硝陶瓷催化劑產品正式推向市場，各項參數性能和指標均達到或超過國外同類產品水平，結束了此類脫硝催化劑完全依賴進口的局面。

7 高溫結構陶瓷

7.1 高溫陶瓷保護管

高溫陶瓷保護管主要用于電爐發熱體保護、熱電偶保護、電絕緣管等，材質有高鋁瓷、剛玉瓷、氧化鎂等。20世紀50年代初，中國科學院上海硅酸鹽研究所開始研制和生產氧化鋁高溫陶瓷保護管。60年代中期，北京建材研究院開展高溫保護管的試驗。同時，沈陽陶瓷廠、唐山第十瓷廠等單位開始大批量生產各種規格的氧化鋁保護管。80年代以后，我國開始開發和生產氧化鎂質高溫保護管。目前，我國自己生產的各類陶瓷高溫保護管可基本滿足國民經濟發展的需要。

7.2 陶瓷輥棒

陶瓷輥棒是陶瓷輥道窯的重要部件，材質有剛玉一莫來石質、熔融石英質、反應燒結碳化硅質、再結晶碳化硅質等。

1)剛玉一莫來石質陶瓷輥棒。1983年，廣東省佛山市石灣耐酸陶瓷廠從意大利引進國內第一條輥道窯生產陶瓷墻地磚獲得成功。1984年，佛山市陶瓷研究所開始立項研發陶瓷輥棒。1986年，佛山市陶瓷研究所研制成功用冷等靜壓成形工藝生產剛玉-莫來石質陶瓷輥棒技術，用該技術生產的陶瓷輥棒被注冊為“金剛牌”，一舉打破了窯爐輥棒長期依賴進口的局面。

1985～1986年，山東工業陶瓷研究設計院和淄博華巖工業陶瓷集團公司相繼開發了堇青石-莫來石質陶瓷輥棒。1988年，山東工業陶瓷研究設計院起草制定了《輥道窯用陶瓷輥》(JC/T 413-1988)行業標準，后更新為JC/T 413-2005。

2)熔融石英輥棒。1988年，山東工業陶瓷研究設計院采用國內獨創的注漿成形技術和動態注凝成形技術開發出玻璃水平鋼化爐用精細熔融石英耐火輥、金屬帶材熱處理爐用精細熔融石英耐火空心輥等產品，獲1997年得國家科技進步三等獎，使我國成為世界上第三個能夠自行生產這類產品的國家。

法資維蘇威賽路珂陶瓷(蘇州)有限公司、蘇州創新陶瓷有限公司、天津金耀特色陶瓷有限責任公司等相繼建廠生產石英輥棒。

3)碳化硅陶瓷輥棒及精細窯具。20世紀80年代，機械部鄭州三磨研究所博愛高溫材料廠開始生產氮化硅結合碳化硅窯具，用作窯爐的棚板、隔焰板、高溫高速噴嘴、冶金爐內襯、鋁電解槽內襯等而取代黏土結合碳化硅窯具。鄭州市窯神窯具有限公司、淄博恒世科技發展有限公司、連云港云昌特種耐火材料有限公司等企業也生產這類產品。

1995年，沈陽星光技術陶瓷有限公司、濰坊華美精細技術陶瓷有限公司和唐山福賽特精細技術陶瓷有限公司相繼成立，制造高級碳化硅窯具，廣泛用于日用陶瓷、衛生陶瓷、電子陶瓷輥道窯的高溫燒成帶，標志著我國碳化硅窯具的制造步入了全新的發展階段。

7.3 陶瓷發動機部件

1986～1990年“七五”期間，在國家科委的組織下，中國科學院上海硅酸鹽研究所、清華大學、山東工業陶瓷研究設計院、中國建筑材料科學研究院等數十個單位協同攻關，研制成一系列陶瓷發動機用關鍵零部件，包括活塞頂蓋、渦輪轉子、氣門、電熱塞、搖臂鑲塊、排氣管等。把活塞頂燈陶瓷部件裝配成發動機，不僅順利通過了臺架試驗，而且在大型公共汽車上完成了上海至北京間的往返裝車路試，使我國成為世界上少數幾個有能力進行陶瓷發動機裝車路試的國家之一。這種由陶瓷部件裝配的發動機，燃油效率高，無需水冷卻系統，特別適用于沙漠地區等惡劣環境。1994年5月底，在上海召開的第五次發動機用陶瓷材料及部件國際討論會，廣泛地反映了我國在高溫結構陶瓷領域的成就以及它們在發動機上的應用。

7.4 陶瓷坩堝

1)熔融石英陶瓷坩堝。熔融石英陶瓷坩堝是太陽能電池用多晶硅鑄錠爐的關鍵部件，作為裝載多晶硅原料的容器要在1 500 ℃以上的高溫下連續工作50 h以上。

21世紀初，山東工業陶瓷研究設計院是國內最早掌握光伏太陽能多晶硅鑄錠用精細熔融石英耐火坩堝制備及工業化生產技術的單位，也是世界上第四家掌握該生產技術的單位。2004 年，光伏太陽能多晶硅鑄錠用精細熔融石英耐火坩堝獲國家級重點新產品稱號。隨后，完成了720 mm×720 mm方形坩堝的試制。2007年，江西中材太陽能新材料有限公司建成年產20 萬支石英坩堝生產線，主要品種有：1 100 mm×1 100 mm×550 mm等8種規格。

1995年9月，原錦州155廠石英坩堝分廠(現屬法國圣戈班公司)委托秦皇島玻璃工業設計院研制和開發φ152～355 mm(6～14英寸)高純度電弧離心石英坩堝的生產設備和工藝技術。在消化吸收引進的日本東芝公司同等規模石英坩堝生產線的基礎上，于1996年研制出具有日本東芝公司水平的石英坩堝生產線，聯合試車一次成功。1996年10月，又開始研制開發φ355～508 mm(14～20英寸)大直徑高純度電弧離心石英坩堝的生產設備和工藝技術，建成生產能力2萬支/年的電弧坩堝生產線，1997年底聯合試車一次成功。產品填補國內空白，技術達到國際先進水平，1998年被評為國家級新產品。

2)氧化鋁陶瓷坩堝。氧化鋁陶瓷坩堝用于各種實驗室金屬、非金屬樣品分析及熔料，是燒制彩電粉、熒光粉、稀土材料、貴金屬材料、焙燒高、中低陶瓷電容器、NTC、PTC、壓電陶瓷及鈷酸鋰，錳酸鋰粉末的最佳焙燒容器。根據使用要求，常用的規格形狀的產品有弧形氧化鋁剛玉坩堝、方形氧化鋁剛玉坩堝、長方形氧化鋁陶瓷剛玉坩堝、圓柱形陶瓷剛玉坩堝、氧化鋁剛玉管及各種異形氧化鋁陶瓷坩堝等。

3)氧化鋯坩堝氧。氧化鋯坩堝純度可達到99.9%、密度為6.00 g/cm3，最高使用溫度為2 200 ℃，主要用在熔煉貴金屬如鉑金、鈀金、銠等及高溫晶體粉末，是理想的實驗高溫耐火制品。

4)碳化硅坩堝。碳化硅坩堝以反應燒結碳化硅、再結晶碳化硅、氮化硅結合碳化硅為主要材質，可應用于冶金、化工、玻璃等領域的各種粉體燒結和金屬冶煉及造紙行業的脫水元件以及各種研磨件。

5)氮化硅坩堝。氮化硅坩堝是采用冷等靜壓(CIP)素坯成形，再進行機械加工至準確尺寸，然后放入高溫反應燒結爐進行反應燒結制成。最高耐溫可達1 400 ℃，特別適用于太陽能新能源和生物新材料領域的高純冶煉，目前有外徑120 mm、內徑110 mm、高150 mm的圓柱形氮化硅坩堝。

6)鈦酸鋁坩堝與升液管。鈦酸鋁(Al2TiO3)的熔點為1 860 ℃，選擇適宜的穩定劑可制出膨脹系數趨于零的材料，是迄今發現的唯一高熔點、低膨脹系數，且具有實用性的陶瓷材料。1989年，山東工業陶瓷研究設計院開始研究鈦酸鋁陶瓷材料。2000年，批量生產鈦酸鋁升液管。鈦酸鋁升液管主要用于汽車鋁合金輪轂的高溫壓力澆注成形時的升液管。河北石家莊、淄博泰晟工貿公司亦有生產。

7)氧化鎂陶瓷坩堝。氧化鎂陶瓷坩堝的材質為高純氧化鎂，廣泛應用于有色、航空、精密鑄造及高能磁性材料等行業，是中頻爐，高頻感應爐最理想的盛鋼熔融容器。最高使用溫度1 800～2 300 ℃。

7.5 陶瓷天線罩和火箭噴管

7.5.1 陶瓷天線罩

陶瓷天線罩是保護導彈導引頭天線在惡劣環境下能正常工作的一種裝置，直接影響導彈的制導精度。天線罩材料經歷了氧化鋁陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、陶瓷基復合材料的發展路徑，并逐步向寬頻帶、多模通訊與精確制導方向發展。

1)氧化鋁陶瓷天線罩。氧化鋁是最早應用于天線罩的單一氧化物陶瓷，成功地用于麻雀Ⅲ導彈和響尾蛇導彈。20世紀60年代中期，北京建材研究院及咸陽陶瓷廠等單位開始研究氧化鋁陶瓷雷達天線罩。目前，氮化硼(BN)改性氧化鋁復相陶瓷的研究取得了良好效果，彌散的BN顆粒顯著地改善了氧化鋁陶瓷的脆性而獲得了較好的抗熱沖擊性能。

2)微晶玻璃(玻璃陶瓷)天線罩。微晶玻璃是美國康寧公司為配合美國海軍“小獵犬”導彈計劃于1955～1956年生產的以TiO2為晶核的Mg-Al-Si系微晶玻璃(牌號9606)。20世紀70年代，中國科學院上海硅酸鹽研究所開始研制的3-3微晶玻璃是國內第一種高溫天線罩材料，成功用作超音速中低空防空導彈天線罩。后在上海玻璃鋼研究所批量生產。

3)熔融石英陶瓷和石英纖維織物增強石英復合材料天線罩。20世紀末，上海玻璃鋼研究所和山東工業陶瓷研究設計院分別采用泥漿澆注或凝膠注工藝制備熔融石英陶瓷天線罩。同時，航天材料與工藝研究所及山東工業陶瓷研究設計院等單位開發了一種用于制作天線罩的熔融石英纖維增強氧化硅材料。航天材料及工藝研究所、山東工業陶瓷研究設計院等單位采用石英纖維織物浸漬硅溶膠工藝研制的石英纖維增強二氧化硅基復合材料，已在型號上應用。

4)氮化硅天線罩。20世紀70年代起，氮化硅材料受到高度重視。在開發耐高溫、寬頻帶、低瞄準誤差天線罩方面，研究以氮化硅為基本組成的陶瓷基復合材料天線罩是西方發達國家的主要目標之一。

21世紀初，天津大學以國產納米氮化硅粉體為主要原料，通過選用合適的堇青石和鋰輝石作為燒結助劑，在以流動的高純氮氣作為控制氣氛的條件下，最佳燒結溫度為1 550 ℃，制各出介電常數為4～5，介電損耗為0.005～0.007，抗彎強度為160 MPa的天線罩材料，并重點研究材料的燒結機理。國內其他單位也正處于試制階段。

國防科技大學采用PIP工藝制備了石英纖維增強氮化硅/氮化物陶瓷。西北工業大學采用CVI工藝設計了一種與纖維預制體具有類似孔隙結構的團聚顆粒預制體(由氮化硅粉末和樹脂乙醇溶液或硅溶膠團聚成形制得)。

5)氮化硼體系。氮化硼陶瓷具有比氮化硅陶瓷更好的熱穩定性和更低的介電常數、介電損耗，是為數不多的分解溫度能達到3 000 ℃的化合物之一，而且在很寬的溫度范圍內具有極好的熱性能和電性能的穩定性，但機械強度偏低，抗雨蝕性不足，難以制成較大形狀的坯件，目前尚未在天線罩上得到真正應用，主要用作一種天線窗介電防熱材料。哈爾濱工業大學研究了BN顆粒增強熔石英高溫介電材料。山東工業陶瓷研究設計院研究了高性能透波Si3N4-BN基陶瓷復合材料，BN含量30%、室溫抗彎強度160 MPa、彈性模量為99 GPa、介電常數為4.0左右。

6)磷酸鹽體系。在航天透波材料領域獲得實際應用的主要是硅質纖維增強磷酸鋁、磷酸鉻及磷酸鉻鋁復合材料，用于透波天線罩材料的磷酸鹽的分子結構式為Me(H2P) ·Me(H2P) (Me為+3價金屬離子)。磷酸鹽復合材料的制備工藝為纖維織物預處理、磷酸鹽真空浸漬、在1～1.5 MPa壓力和150～200 ℃條件下固化。復合固化后的復合材料在1 200 ℃以下的物理性能良好。這類材料在巡航導彈、反導型、戰術型導彈及航天飛機上獲得了應用。目前，我國正處于試制階段。

7.5.2 火箭噴管

西北工業大學利用碳纖維增強碳化硅(C/SIC)復合材料制成的陶瓷噴管與現有鈦合金、鈮合金金屬噴管相比具有更高的使用溫度、更好的抗氧化抗熱震性能、非常低的密度，在液體火箭發動機領域具有廣闊的應用前景。中國國防科技大學采用先驅體浸漬裂解工藝制備的C/SiC陶瓷噴管表現出結構強度好、內外表面光潔、型面尺寸精確穩定、抗氧化性能好、抗沖刷能力強、低溫氣密性高、工作壽命長等諸多優點，產品綜合性能達到同類產品的國際先進水平。目前，C/SiC陶瓷噴管已實現小批量生產，現有產品種類達10余種，交付產品數量200余臺，產品交付合格率達100%。

(未完待續)