耐摩材料与磨损理论耐磨陶瓷材料的发展及其应用(共8页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上耐磨陶瓷材料的发展及其应用当前国际耐磨材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展耐磨材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。耐磨陶瓷广泛应用于航天领域 市场空间巨大，11月16日，第八届中国国际航空航天博览会在珠海举行，作为中国最大规模的航空航天展会，受到全世界的巨大关注，这不仅是展示我国航空航天的最新成果，更是反映我国在此领域的真实水平，歼十、轰六H、C919等一大批代表我国在这一领域水平的新产品得到了展示。但鲜

2、为人知的是，陶瓷行业也与此密切相关，其中耐磨陶瓷更是广泛的应用于这些航空航天器材中。在本次航展上，耐磨陶瓷应用分别涉及到直升机用防弹装甲陶瓷、飞机刹车盘材料、卫星电池用陶瓷隔膜材料、红外隐身/伪装涂料、陶瓷轴承、导弹用陶瓷天线罩材料等，耐磨陶瓷凭借其独特的优势在这一领域得到广泛应用，随着航空航天产业的不断发展，未来耐磨陶瓷产品还将更多的进入这一领域。    “我最大的遗憾是当年没把耐磨陶瓷搞上去”这是广东佛陶集团原掌舵人周棣华的未了心愿，在10月13日佛山“打造千年陶都”座谈会上，佛山市陶瓷研究所副所长刘桔英直呼耐磨陶瓷市场还未完全被开发出来，在夹缝中生存也成为企

3、业的生存状态，希望行业关注耐磨陶瓷的发展。耐磨陶瓷发展概况      新材料是发展高新技术的物质基础，也是改造传统产业的必备条件，因此材料科学被列为对世纪六大高科技领域之一。耐磨陶瓷是新材料的一个组成部分，由于它具有其他材料所没有的各种优良性能，耐高温、高强度、重量轻、耐磨、耐腐蚀、优异的电、磁、声、光等物理特点，它在国民经济中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金、石油化工和生物等各方面都有广阔的应用前景，成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料，在国防现代化建设中，武器装备的发展也离不开耐磨陶瓷材料。除此之外，在当今世界各国把环境保护作为重

4、要的问题来考虑时，以环境保护、生活优化为背景的环境净化功能陶瓷的研究与开发也必然对改善人类生存环境，实施可持续发展战略起到积极的推动作用。     耐磨陶瓷作为一种新材料，近十几年来得到了迅速的发展。我国的耐磨陶瓷是五六十年代为支撑我国“两弹一星”的研制而发展起来的。经过几十年的发展，功能陶瓷已形成了一个行业，主要生产陶瓷基片、陶瓷电容器、陶瓷滤波器、压电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、绝缘瓷等等。     我国特陶企业集中分布在北京、上海、天津、江苏、山东、浙江、福建、广东等沿海城市和地区以及华中部分城市地区，西南西北等偏远地区以原军工三

5、线企业为主。在特陶种类上，我国几乎对所有耐磨陶瓷材料都进行着研究、开发和生产。在尖端高技术陶瓷的理论研究和实验水平处于世界先进行列，高温超导陶瓷就是一例。     耐磨陶瓷在航空航天中的应用研究主要集中在火箭喷嘴的耐热材料，太空飞船的隔热瓦，复合工程陶瓷材料以及宇宙飞船的观察窗涂层等，尤其是对具有轻质耐热耐烧蚀高熔点高强度的陶瓷纤维的研制开发较为关注。     氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷 武装直升机在设计中重点强调战场生存力考虑，在座椅和直升机的关键部位采用了陶瓷复合材料轻质装甲材料，涉及到的耐磨陶瓷主要是氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷

6、。激光制导炸弹。氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主体的材料，具有良好的绝缘性、不燃、不锈、坚固不易损坏，同时有着与其它有机材料和金属材料同样的优良性质，它还有很好的耐化学腐蚀性和熔融金属性，在硬度上也与刚玉相同，耐磨性与超硬的合金相匹敌。     碳化硼俗称人造金刚石，是一种有很高硬度的硼化物。由于碳化硼是一种比碳化硅或碳化钨还要硬的固体，在很久以前它已经作为一种粗砂研磨材料。由于它本身熔点高，不易铸成人工制品，但是通过高温熔炼粉末，它可以加工成简单的形状。在军火工业中可用作制造枪炮喷咀。碳化硼较元素硼容易制造而且价格相对便宜，其最大的用途就是在军事工业中。碳化硼还可以

7、作为军舰和直升机的陶瓷涂层，其重量轻并且有抵抗穿甲弹穿透热压涂层成整体防层的能力。还可用于硬质合金宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光、金属硼化物的制造及治炼硼钢、硼合金和特殊焊接等。      陶瓷轴承   陶瓷轴承是在航空航天产业中使用较为广泛的一种产品，具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、高转速等特性。陶瓷轴承针对航空航天工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发，是新材料、新工艺、新结构的完美结合。 枭龙战斗机     红外功能陶瓷材料 红外伪装隐身技术是通

8、过采用红外功能陶瓷材料来降低或改变目标的红外辐射特征以实现目标的红外低可探测性的技术。这种材料具有改变红外辐射特性的能力，在大气窗口波段内具有低红外发射率，在红外视场下，将目标红外特性同周围环境背景融合，实现与红外地形匹配，最大限度地减少目标红外特征信号，降低敌方兵器的发现和识别概率(特别有利于对抗红外成像制导武器)。     直九直升机 石英陶瓷 作为本届航展上的明星“歼十、枭龙”等战斗机，它们所携带的导弹均选用石英陶瓷天线罩材料，同时地地导弹也涉及到石英纤维增强陶瓷复合材料。    天线罩是导弹前端的重要组成部

9、件，对材料体系的要求极为严格，陶瓷材料因其优异的性能成为国内外研究的热点。石英陶瓷具有突出的抗热冲击性能、低介电常数和低损耗角正切、低膨胀系数，介电常数对频率与温度十分稳定，制造工艺成熟，成本适中等优点。但同时它也存在一些确定，如温强度相对较低，对于高速大过载导弹天线罩的应用极为不利;含10%左右的气孔，易吸潮，引起天线罩电性能的降低;抗雨蚀能力和耐高温能力差，必须采用防护措施等。      碳/碳复合材料 飞机使用的刹车盘是直接关系到飞机起降安全性的关键部件，对其质量稳定性和可控性的要求及其苛刻，本次航展中涉及到碳/碳复合材料刹车盘。

10、0;   碳/碳复合材料是以碳(或石墨)纤维及其织物为增强材料，以碳(或石墨)为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。碳/碳复合材料具有密度低，亲和力极强、耐高温，抗腐蚀和热冲击性能好的特性。据相关媒体报道，在嫦娥二号中就使用了这种材料，为嫦娥二号的“体重”瘦下去300克，为奔月奠定了更好的条件。   飞机发动机 陶瓷隔膜材料    卫星电池要求寿命达到15年，为了达到长寿命必须使用陶瓷隔膜材料。    陶瓷隔膜是采用优质陶土，瓷土和稀土等复合材料经真空细密混合成型，然后高

11、温烧结而成，能耐强酸、强碱，在铬酸槽液中不溶解。  天宫一号 意大利航空航天企业代表团考察中国市场     本届珠海航展共有35个国家和地区的近600家航空航天厂商参展。陶瓷作为意大利的优势产业，在航空航天领域也具有较强的竞争优势，本届展会上，意大利国家对外贸易委员会组织了多家航空航天企业到中国考察，并在16日航展开幕当天举行了新闻发布会，向中国介绍意大利航空航天产业的发展。图为意大利皮埃蒙特大区企业代表团向国内外媒体介绍航空航天产业发展情况。耐磨材料的发展现状及未来发展趋势耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信

12、息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。耐磨材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。耐磨材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型耐磨材料是除电子信息材料以外的主要耐磨材料。    耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材

13、料研究领域中，耐磨材料约占85。随着信息社会的到来，特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。    鉴于耐磨材料的重要地位，世界各国均十分重视耐磨材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了90年代的材料科学与材料工程报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于耐磨材料。从1995年至2001年每两年更新一次的美国国家关键技术报告中，特种耐磨材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技

14、术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题，一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题，而其中绝大部分均为耐磨材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中，都把耐磨材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调耐磨材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 1、新型耐磨材料国外发展现状    当前国际耐磨材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分

15、子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展耐磨材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。    超导材料以NBTI、NB3SN为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦（4.2K）系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。    高温氧化物超导体

16、的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场【HC2（4K）50T】，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性TC、HC2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高TC超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝

17、聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。     生物医用材料作为高技术重要组成部分的生物医用材料已进入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年16的速度递增，预计20年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。生物活性陶瓷已成为医用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是医用高分子材料

18、的重要方向；医用复合生物材料的研究重点是强韧化生物复合材料和功能性生物复合材料，带有治疗功能的HA生物复合材料的研究也十分活跃。    能源材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。    生态环境材料生态环境材料是20世纪90年代在国际高技术新材料研究中形成

19、的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要研究方向是：直接面临的与环境问题相关的材料技术，例如，生物可降解材料技术，CO2气体的固化技术，SOX、NOX催化转化技术、废物的再资源化技术，环境污染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省资源、节省能源的技术；开发能使经济可持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料等；材料的环境协调性评价。    智能材料智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使

20、传统意义下的耐磨材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。2、国内耐磨材料发展的现状和差距    我国非常重视耐磨材料的发展，在国家攻关、“

21、863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，耐磨材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计划中还将特种耐磨材料列为“国防尖端”材料。这些科技行动的实施，使我国在耐磨材料领域取得了丰硕的成果。在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土耐磨材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等耐磨材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。镍氢电池、锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化；功能陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，以片式电子组件为目

22、标，我国在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低烧瓷料和贱金属电极上形成了自己的特色并实现了产业化，使片式电容材料及其组件进入了世界先进行列；高档钕铁硼产品的研究开发和产业化取得显著进展，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产权；耐磨材料还在“两弹一星”、“四大装备四颗星”等国防工程中作出了举足轻重的贡献。     目前世界各国耐磨材料的研究极为活跃，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷。发达国家企图通过知识产权的形式在特种耐磨材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场，这种态势已引起我国的高度重视。近年来，我国在新型稀土永磁、生物医用、生态环

23、境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。但是，我们应该看到，我国目前耐磨材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国耐磨材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。 3、国内外耐磨材料社会经济发展需求分析    1）耐磨材料的国外需求分析    根据预测，2001年新材料技术产业在世界市场的销售额将超过4000亿美元，其中耐磨材料约占7580。某些特种耐磨材料就其单项而言，其市场也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市场销售额已达210亿美

24、元，预期到2010年将达到800亿美元；2000年超导材料销售额已达80亿美元，预测2010年的年销售额预计将达到600亿美元，其中高温超导电力设备的全球销售额可达5060亿美元，到2020年，全球与超导相关的产业的产值（按1995年的价格估算）可能达到1500亿到2000亿美元，其中高温超导占60；2010年全球钕铁硼永磁材料的市场需求量将达14.6万吨，产值达80亿美元，带动相关产业产值700亿美元；生物医用材料是一个正在迅速发展的高技术领域，目前全球生物医用材料及制品的产值超过700亿美元，美国约为400亿美元，与半导体产业相当，是美国经济中最活跃、出口量最大的6个产业之一，近年来一直保

25、持每年20以上的速率持续增长，预计到本世纪前十年左右，生物医用材料产业将达到药物市场的份额；随着可持续发展政策被各国政府的广泛采纳，生态环境材料的市场需求也将迅速增加，估计2010年的社会需求将高于500亿美元。可见，在全球经济中，特种耐磨材料无论是需求的规模，还是需求的增长速度，都是相当惊人的。    2）耐磨材料的国内需求分析    中国作为一个12亿人口的大国，正在实施宏伟的第三步发展战略，这一根本国情加之特种耐磨材料在经济社会发展中的重要作用和地位，决定了我国对耐磨材料的需求将是巨大的。 

26、0;  耐磨材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升我国基础工业和传统产业的基础，直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。    我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种耐磨材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种耐磨材料的支撑。我国经济的快速增长和社会可持续发展，对发展新型能源及能源材料具

27、有迫切的需求。能源材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的关键因素，我国目前是世界上能源消费增长最快的国家，同时也是能源紧缺的国家。发展电动汽车、使用清洁能源、节约石油资源等政策措施使得新型能源转换及储能材料的需求不断增加。近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，我国便携式电器如手提电话、笔记本计算机用户每年均以超过20的速度增加，形成了一个对小型高能量密度电池的巨大社会需求。     随着移动通信等新一代电子信息技术的迅速崛起，作为一大批基础电子元器件技术核心的信息功能陶瓷日益成为我国发展相关高技术的需求重点。按照5的世界市场占有率计，2010年我国信息功能陶瓷材料及制品的年销售额将达300亿元人民币，对