低碳經(jīng)濟背景下新型陶瓷的應(yīng)用及環(huán)境效應(yīng)研究

陳子軒

摘 要：新型陶瓷由于原材料的選擇及制作工藝的不同，它具有傳統(tǒng)陶瓷不具備的特殊性能。強度高、性能好的新型陶瓷材料被廣泛應(yīng)用于機械、電子、化工、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域，同時其具備良好的環(huán)境效應(yīng)與環(huán)保價值。低碳經(jīng)濟的發(fā)展理念為新型陶瓷的發(fā)展帶來了更廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：新型陶瓷；環(huán)境效益；低碳經(jīng)濟

中圖分類號：G63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）09-0191-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.09.118

傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品既有實用性又有藝術(shù)性，因而一直受到推崇。隨著科技與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，陶瓷材料也在不斷更新，開始向新型功能方向邁進。特別是隨著低碳經(jīng)濟的發(fā)展理念及有效利用能源的現(xiàn)實需求，新型陶瓷材料研究開發(fā)成為關(guān)注的熱點，新型陶瓷的應(yīng)用也逐步得到推廣。

一、新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別

二戰(zhàn)期間，由于缺少制作高質(zhì)量電容器的天然云母，因而人們嘗試用介電常數(shù)高的陶瓷來代替，這就推動了人們對陶瓷材料深入研究。但是，在后來的研究發(fā)現(xiàn)，陶瓷中的玻璃相妨礙了陶瓷強度的進一步提高，影響陶瓷的高頻絕緣性能，因此，在現(xiàn)實需求的推動下，區(qū)別于傳統(tǒng)陶瓷的強度高、性能好的新型陶瓷材料應(yīng)運而生。

傳統(tǒng)陶瓷主要采用天然的巖石、礦物、粘土等材料做原料，新型陶瓷則采用人工合成的高純度無機化合物為原料，在嚴(yán)格控制的條件下，經(jīng)成型、燒結(jié)和其他處理而制成具有微細(xì)結(jié)晶組織的無機材料[1]。新型陶瓷因特殊的物理化學(xué)性能及生物性能，其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)陶瓷。

二、新型陶瓷的分類及功能

（一）新型陶瓷的分類

通常，按其應(yīng)用將新型陶瓷分為兩類：結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷又稱工程陶瓷，是主要利用陶瓷的強度、剛度、韌性、耐磨性、硬度等力學(xué)性能的陶瓷材料，主要種類有高強度陶瓷、（超）高溫陶瓷、（超）低溫陶瓷、高韌性陶瓷、超硬度陶瓷和納米陶瓷等；功能陶瓷是利用陶瓷的電磁光聲熱等性能及其耦合效應(yīng)的陶瓷材料，主要種類有電子陶瓷、敏感陶瓷、光學(xué)陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷和超導(dǎo)陶瓷等[2]。

（二）新型陶瓷的功能

新型陶瓷因化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)陶瓷，因而有獨特的性能。在熱性能和機械性能方面，有耐高溫、隔熱、高硬度、耐磨耗等特點；在電性能方面有絕緣性、壓電性、半導(dǎo)體性、磁性等特點；在化學(xué)方面有催化、耐腐蝕、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作為生物結(jié)構(gòu)材料等[3]。如碳化硅陶瓷硬度大、耐高溫、耐腐蝕，氮化硅陶瓷具有潤滑性、耐磨損、抗氧化，氧化鋁陶瓷熔點高、硬度大。因為這些特殊的性能，新型陶瓷材料可應(yīng)用于機械、電子、化工、醫(yī)學(xué)、核反應(yīng)、航天等多個領(lǐng)域。

三、新型陶瓷在生活中的應(yīng)用

新型陶瓷材料應(yīng)用范圍廣泛，在與人們密切相關(guān)的生活中的運用最具有普遍性與普及意義。生產(chǎn)全新低碳陶瓷產(chǎn)品已成為陶瓷行業(yè)普遍追求的目標(biāo)。

1.生物陶瓷材料：生物陶瓷材料無毒無害，有良好的生物活性與生物相容性，可作為骨骼、牙床、心臟瓣膜等的修補材料或替代材料，如陶瓷牙套、陶瓷氧化物應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換、陶瓷透明頭骨植入物等都是這方面的應(yīng)用。

2.電子陶瓷材料：具有高機械強度，耐高溫高濕，抗輻射，介質(zhì)常數(shù)在很寬的范圍內(nèi)變化，被廣泛應(yīng)用于微機電系統(tǒng)和信息領(lǐng)域，如利用陶瓷電氣性能減少手機對人體的輻射，壓電陶瓷用于超聲波燃料探頭制作等。

3.汽車制造：新型陶瓷應(yīng)用在汽車上，對提高發(fā)動機熱效率、減少排氣污染、降低油耗等都有積極作用。如應(yīng)用于火花插絕緣子、玻璃窗戶及計算機控制設(shè)備的制造；將陶瓷組件引入重型柴油發(fā)動機的燃油系統(tǒng)和氣閥構(gòu)件；陶瓷燃料電池將實現(xiàn)近零排放等。

4.陶瓷生活用品：我們常用的餐具、衛(wèi)生設(shè)備、裝飾品等，更是遍布我們生活的各個角落。如發(fā)泡陶瓷、陶瓷透水磚、陶瓷保溫新材料等新型陶瓷建筑材料，用于建筑裝飾以及墻體或道路保溫；如無鉛無鎘低溫陶瓷制品，具有環(huán)保節(jié)能特性。

四、新型陶瓷的環(huán)境效應(yīng)

（一）新型陶瓷綠色產(chǎn)業(yè)鏈

新型陶瓷因其在原料選擇、工藝過程都有傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)不可比擬的優(yōu)勢，最終實現(xiàn)原料節(jié)能、工藝節(jié)能及產(chǎn)品節(jié)能。

原料選擇：新型陶瓷的生產(chǎn)選用無硫或低硫原料，避免生產(chǎn)過程中生成大量硫氧化物污染環(huán)境；不用、少用含碳素和有機物多的原材料，避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量碳氧化物污染環(huán)境。

工藝革新：工藝與生產(chǎn)技術(shù)是發(fā)展新型陶瓷的關(guān)鍵所在，無模成形技術(shù)、近凈成形技術(shù)、內(nèi)高壓成形技術(shù)、綠色制造技術(shù)、陶瓷窯爐減排技術(shù)等成形方法及燒結(jié)工藝技術(shù)近年來都有新進展，克服了傳統(tǒng)陶瓷工藝的工藝技術(shù)局限。

成品節(jié)能：原材料的選擇與工藝技術(shù)的大幅提升，決定了新型陶瓷產(chǎn)品的環(huán)保節(jié)能。多孔陶瓷的隔熱保溫效果好，在防止熱輻射、保溫節(jié)能方面有廣泛的應(yīng)用。納米陶瓷材料的耐久性和抗彎強度對于建筑陶瓷材料的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響。

（二）新型陶瓷的環(huán)保價值

陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用一直與能源、環(huán)境息息相關(guān)。傳統(tǒng)陶瓷在生產(chǎn)過程中需要消耗大量礦石、土地等資源，環(huán)境污染也很嚴(yán)重。減少對環(huán)境有污染的廢氣（SO2、CO、CO2、NOx及煙塵等），減排對人類有害的廢水（含鉛、鎘、汞、鉻等重金屬元素）、粉塵等，生產(chǎn)和工作環(huán)境清潔、干凈、舒適，這些都是新型陶瓷工業(yè)與工藝生產(chǎn)的要求。因為有特殊的性能以及綠色產(chǎn)業(yè)鏈，新型陶瓷成為解決能源和環(huán)境問題的重要材料。科學(xué)利用資源，生產(chǎn)過程中無污染低能耗，使用時無害于人類健康是新型陶瓷工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。

五、低碳經(jīng)濟時代與新型陶瓷的發(fā)展前景

（一）新型陶瓷發(fā)展遇到的瓶頸

新型陶瓷材料較之于傳統(tǒng)陶瓷有很大的優(yōu)勢，同時，也面臨發(fā)展的瓶頸，最重要的體現(xiàn)在三個方面：一是材料的成本較高；二是市場的開拓也有限制；三是從技術(shù)角度來說，需要不斷突破技術(shù)壁壘。以功能陶瓷為例，當(dāng)前功能陶瓷在向復(fù)合化、多功能化、智能化方向發(fā)展。我們說智能材料是功能陶瓷發(fā)展的更高階段，它是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然結(jié)果。但是，研究過程遇到的技術(shù)瓶頸也是較難克服的，這就需要研究人員深入跨學(xué)科研究，才能不斷在陶瓷行業(yè)的發(fā)展中取得更好的成績。

（二）新型陶瓷的發(fā)展前景

在新能源時代，以低能耗低污染為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟是發(fā)展方向。目前，全球都在提倡發(fā)展低碳經(jīng)濟，低碳經(jīng)濟是減少能源消耗的經(jīng)濟發(fā)展模式，其實質(zhì)是提高能源利用效率、建立清潔能源結(jié)構(gòu)和清潔能源機制[4]，核心理念是發(fā)展觀的改變。發(fā)展低碳經(jīng)濟與人類的生活方式密切相關(guān)，與國家利益緊密相連，在當(dāng)下環(huán)境污染嚴(yán)重與能源缺乏的形勢下，只有將材料科學(xué)技術(shù)和低碳經(jīng)濟的發(fā)展理念緊密結(jié)合起來，開發(fā)新材料，發(fā)展先進低碳技術(shù)，才能推動經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展及全球環(huán)境的優(yōu)化。

新型陶瓷的發(fā)展符合低碳綠色理念，在未來有廣闊的發(fā)展空間。那些在新型陶瓷研究方面走在世界前列的國家，他們都有各自的研發(fā)重點。美國新型陶瓷研發(fā)的重點是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，目標(biāo)是充分利用先進陶瓷的優(yōu)越性能，將新型陶瓷廣泛應(yīng)用于交通、軍事、工業(yè)等各個領(lǐng)域。日本由于能源材料的缺乏，一直在材料研究領(lǐng)域投入大量的技術(shù)支持和項目支撐，因此新型陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有比較穩(wěn)定的優(yōu)勢。在新能源時代，新型低碳陶瓷的廣泛應(yīng)用，不僅利于環(huán)境保護，還可促進新能源的發(fā)展。新型陶瓷材料已成為解決能源問題的重要材料。中國陶瓷產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量大，在新型陶瓷研究領(lǐng)域取得了不少成績，特別是進入21世紀(jì)以后，功能陶瓷的研究得到了突破，不斷打破國外技術(shù)壟斷，但從新型陶瓷的總體水平來看，國際競爭能力仍較弱，在低碳經(jīng)濟的發(fā)展趨勢面前，中國陶瓷更需加快提升技術(shù)能力，向應(yīng)用化、規(guī)模化、高端化方向發(fā)展。

參考文獻：

[1] 劉道春.低碳經(jīng)濟為新型陶瓷材料產(chǎn)業(yè)點燃綠色商機[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2012（3）：27.

[2] 王強華.工業(yè)陶瓷材料及其制品的市場研究[J].玻璃鋼，2012（2）：16.

[3] 肖九梅.低碳經(jīng)濟驅(qū)動新型陶瓷材料行業(yè)的未來[J].陶瓷，2010（6）：12.

[4] 高為.發(fā)展低碳經(jīng)濟的途徑與潛力[J].環(huán)境保護，2010（14）：38.