什么是結(jié)構(gòu)陶瓷
結(jié)構(gòu)陶瓷具有優(yōu)越的強度、硬度、絕緣性、熱傳導、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、耐磨耗、高溫強度等特色,因此,在非常嚴苛的環(huán)境或工程應用條件下,所展現(xiàn)的高穩(wěn)定性與優(yōu)異的機械性能,在材料工業(yè)上已倍受矚目,其使用范圍亦日漸擴大。而全球及國內(nèi)業(yè)界對于高精密度、高耐磨耗、高可靠度機械零組件或電子元件的要求日趨嚴格,因而陶瓷產(chǎn)品的需求相當受重視,其市場成長率也頗可觀。
結(jié)構(gòu)陶瓷的應用
結(jié)構(gòu)陶瓷主要是指發(fā)揮其機械、熱、化學等性能的一大類新型陶瓷材料,它可以在許多苛刻的工作環(huán)境下服役,因而成為許多新興科學技術得以實現(xiàn)的關鍵。
在空間技術領域,制造宇宙飛船需要能承受高溫和溫度急變、強度高、重量輕且長壽的結(jié)構(gòu)材料和防護材料,在這方面,結(jié)構(gòu)陶瓷占有絕對優(yōu)勢。從第一艘宇宙飛船即開始使用高溫與低溫的隔熱瓦,碳-石英復合燒蝕材料已成功地應用于發(fā)射和回收人造地球衛(wèi)星。未來空間技術的發(fā)展將更加依賴于新型結(jié)構(gòu)材料的應用,在這方面結(jié)構(gòu)陶瓷尤其是陶瓷基復合材料和碳/碳復合材料遠遠優(yōu)于其他材料。
高新技術的應用是現(xiàn)代戰(zhàn)爭制勝的法寶。在軍事工業(yè)的發(fā)展方面,高性能結(jié)構(gòu)陶瓷占有舉足輕重的作用。例如先進的亞音速飛機,其成敗就取決于具有高韌性和高可靠性的結(jié)構(gòu)陶瓷和纖維補強的陶瓷基復合材料的應用。
光通信產(chǎn)業(yè)是當前世界上發(fā)展最為迅速的高技術產(chǎn)業(yè)之一,全世界產(chǎn)值已超過30億美元。其所以發(fā)展如此迅速主要依賴于光纖損耗機理的研究以及光纖接頭結(jié)構(gòu)材料的使用。我所已成功地運用氧化鋯增韌陶瓷材料開發(fā)出光纖接頭和套管,性能優(yōu)良,很好地滿足了我國光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要。
隨著半導體器件的高密度化和大功率化,集成電路制造業(yè)的發(fā)展迫切需要研制一種絕緣性好導熱快的新型基片材料。80年代中后期問世的高導熱性氮化鋁和碳化硅基板材料正逐步取代傳統(tǒng)的氧化鋁基板,在這一領域,我所研制成功的高熱導氮化鋁陶瓷熱導率達到228 W/m×K,性能居國內(nèi)外前列。氮化鋁-玻璃復合材料,已成為當代電子封裝材料領域的研究熱點,其熱導率是氧化鋁-玻璃的5-10倍,燒結(jié)溫度在1000°C以內(nèi),可與銀、銅等布線材料共燒,從而制造出具有良好導熱和電性能多層配線板,我所研制的氮化鋁-玻璃復合材料,熱導率達到10.8 W/m×K的,在國際上居于領先地位,很好地滿足了大規(guī)模集成電路小型化、密集化的要求。
結(jié)構(gòu)陶瓷相關術語
特種結(jié)構(gòu)陶瓷是陶瓷材料的重要分支,它以耐高溫、高強度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等機械力學性能為主要特征,因此在冶金、宇航、能源、機械、光學等領域有重要的應用。我公司生產(chǎn)的特種結(jié)構(gòu)陶瓷包括如下類型:
氮化物陶瓷
氮化物陶瓷是近20多年來發(fā)展起來的新型工程陶瓷、與一般的硅酸鹽陶瓷不同之處在于前者氮和硅的結(jié)合屬于共價鍵性質(zhì)的結(jié)合,因而有結(jié)合力強、絕緣性好的特點。
氮化硅的強度很高,硬度也很高,是世界上最堅硬的物質(zhì)之一,它的耐溫性較好,強度可維持到1200°C高溫而不下降,一直到1900°C才會分解,而且它具有驚人的耐化學腐蝕性能,同時又是一種高性能的電絕緣材料。我公司采用微波燒成工藝生產(chǎn)的各種氮化硅陶瓷制品總體性能達到國際先進水平。
氮化鋁的理論熱導是320W/m·k,大約是銅熱導的80%,同時氮化鋁有低的介電常數(shù)、高電阻、低密度和接近硅的熱膨脹系數(shù),綜合性能優(yōu)于Al2O3、BeO、SiC等,被用于高導熱絕緣子和電子基板材料。我公司生產(chǎn)的各種氮化鋁陶瓷制品密度大于3.25,熱導率120~200W/m·K可根據(jù)用于需求生產(chǎn)各種規(guī)格氮化鋁陶瓷。
碳化物復合陶瓷
微波超高溫燒結(jié)碳化硼陶瓷裝甲材料
高致密的碳化硅/碳化硼復合陶瓷,其彎曲強度即使在1400°C左右的高溫下仍可達500~600MPa。我公司采用微波增強反應滲透工藝生產(chǎn)的碳化硅/碳化硼復合特種陶瓷材料具有比重小、高硬度、高模量、耐沖擊的特點,應用于新一代的陶瓷裝甲。
耐高溫、高強度、高韌性陶瓷
氧化鋯增韌陶瓷已在結(jié)構(gòu)陶瓷研究中取得了重大進展,經(jīng)過增韌的基質(zhì)材料,除了穩(wěn)定的氧化鋯以外,常見的有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷。我公司利用微波高溫設備可以更低成本大批量生產(chǎn)各種氧化物特種結(jié)構(gòu)陶瓷。
耐高溫、耐腐蝕的透明陶瓷
現(xiàn)代電光源的構(gòu)成對材料的耐高溫、耐腐蝕性及透光性有很高的要求,我公司利用微波燒結(jié)生產(chǎn)的氧化鋁、氮化鋁透明陶瓷材料總體透光性能和機械性能超過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。應用于各種高溫光學窗口、探頭、燈管。