說到陶瓷，地上用的“拋光磚、拋釉磚、仿古磚、大理石瓷磚......”，桌上擺的“陶瓷杯、陶瓷碗、陶瓷公仔......”業(yè)內(nèi)幾乎都是如數(shù)家珍，即便是普通的消費(fèi)者也能知道那是“一塊磚、一件工藝品”。但如果加上“特種”兩個字，業(yè)內(nèi)人或許會簡單地理解為“高科技產(chǎn)品”，而普通消費(fèi)者或許會直接拋出“不知道”，總而言之，很少有人能準(zhǔn)確地說出個所以然。那么，究竟什么是特種陶瓷？它應(yīng)用在什么地方？我國目前的發(fā)展水平究竟處于什么位置？為了進(jìn)一步揭開特種陶瓷的“身世之謎”，本報記者進(jìn)行了采訪并整理了相關(guān)資料。
（注：本文所有圖片均來源于佛山金剛企業(yè)集團(tuán)展廳實拍）
1、 什么是陶瓷？什么是特種陶瓷？
原來的陶瓷就是指陶器和瓷器的通稱，也就是通過成型和高溫?zé)Y(jié)所得到的成型燒結(jié)體。傳統(tǒng)的陶瓷材料主要是指硅鋁酸鹽，剛開始的時候人們對硅鋁酸鹽的選擇要求不高，純度不大，顆粒的粒度也不均一，成型壓強(qiáng)不高，這時得到陶瓷稱為傳統(tǒng)陶瓷。后來發(fā)展到純度高，粒度小且均一，成型壓強(qiáng)高，進(jìn)行燒結(jié)得到的燒結(jié)體叫做精細(xì)陶瓷。
精細(xì)陶瓷又稱特種陶瓷，指以高純?nèi)斯ず铣傻臒o機(jī)化合物為原料，采用精密控制工藝燒結(jié)而制成的高性能陶瓷。按照性能及材質(zhì)等特點分類，特種陶瓷大致分為結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、陶瓷纖維強(qiáng)化陶瓷基復(fù)合材料和金屬陶瓷五大類。在實際研發(fā)和應(yīng)用上，主要以結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷為主。
在日常生活中，我們能常見到的“特種陶瓷”類產(chǎn)品有：陶瓷水果刀、手機(jī)背板、陶瓷手表、首飾、圍棋、陶瓷U 盤外殼等等，而這些都屬于特種陶瓷中的結(jié)構(gòu)陶瓷范疇。
功能陶瓷，又稱電子陶瓷，由于在電、磁、聲、光、熱等方面具備的許多優(yōu)異性能令其他材料難以企及，已在能源開發(fā)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等方面廣泛應(yīng)用。
總的來概括，特種陶瓷就是一種既能在民用陶瓷上應(yīng)用，又能在工業(yè)、電子領(lǐng)域凸顯優(yōu)勢的新材料。
2、 特種陶瓷目前的發(fā)展情況？
特種陶瓷作為在二十世紀(jì)發(fā)展起來的新材料，不僅是應(yīng)用高新技術(shù)發(fā)展的低碳產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的推動和培育下，也得到了快速的“繁殖”，尤其在近二、三十年，新品種層出不窮，令人眼花繚亂。正是由于其迅猛的發(fā)展，有科學(xué)家預(yù)言，特種陶瓷在21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，必定會占據(jù)十分重要的地位。然而，國內(nèi)開始有“特種陶瓷”的概念是在1998年前后———清華大學(xué)成立研發(fā)小組，在中國真正的起步在2004年前后，只有短短的十幾年歷史。可以說，中國在特種陶瓷領(lǐng)域比德國、日本等先進(jìn)國家整整晚了近50年。
目前，新材料作已成為我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。作為我國七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和“中國制造2025”重點發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，新材料是世界上公認(rèn)的六大高技術(shù)領(lǐng)域之一和21世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。自2010年以來，隨著《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》、《中國制造2025》等政策規(guī)劃的陸續(xù)出臺，中國新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模一直保持穩(wěn)步增長，由2010年的6500億元增長至2014年的1.6萬億元左右，年均增速保持在25%左右，初步測算2015年市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到2萬億元的既定目標(biāo)，關(guān)鍵新材料保障率上升到70%。
在今年的2月19日，科技部再公布一批國家重點研發(fā)計劃項目，此次包括10個重點專項。此前，科技部公布的第一批國家重點研發(fā)計劃項目中，量子通信、納米科技等10大專項入選。這10個重點專項包括：高性能計算、重點基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化、戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料、地球觀測與導(dǎo)航、煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)、重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)、材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺、網(wǎng)絡(luò)空間安全、智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備和國家質(zhì)量基礎(chǔ)的共性技術(shù)研究與應(yīng)用。
3、 特種陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？
特種陶瓷不同的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)決定了它不同的特殊性質(zhì)和功能，如高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、光電、電光、聲光、磁光等。由于性能特殊，這類陶瓷可作為工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、冶煉、能源、醫(yī)學(xué)、激光、核反應(yīng)、宇航等方面。
從原料上來看，特種陶瓷突破了傳統(tǒng)陶瓷以粘土為主要原料的界限，一般以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等為主要原料。在陶瓷坯料中加入特別配方的無機(jī)材料，經(jīng)過1360度左右高溫?zé)Y(jié)成型，從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能，成為一種新型特種陶瓷，通常具有一種或多種功能，如：電、磁、光、熱、聲、化學(xué)、生物等功能；以及耦合功能，如壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。如經(jīng)過處理后的陶瓷水果刀，密度比一般陶瓷產(chǎn)品更高，且具有環(huán)保、無毒、不生銹、不易氧化等優(yōu)點。
以結(jié)構(gòu)陶瓷為例，其又分為氧化鋯、氧化鋁、氮化硅、碳化硅四大系列。氧化鋯陶瓷主要應(yīng)用于民用領(lǐng)域，如日常生活中的陶瓷刀、手表、手機(jī)背板等；氧化鋁陶瓷主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)設(shè)備、食品領(lǐng)域，而這些領(lǐng)域使用的材料，在密度、硬度、韌性等各項性能指標(biāo)上都要求非常嚴(yán)格，因而材料一般以高純氧化鋁為主。而普通的氧化鋁因純度低，一般用在要求不高的產(chǎn)品上。此外，隨著氧化鋁陶瓷技術(shù)的不斷發(fā)展，且應(yīng)用范圍越來越廣，在硬度、耐腐蝕性等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，未來將會是行業(yè)重點發(fā)展的方向。
氮化硅是我國開發(fā)應(yīng)用比較早的特種陶瓷，其具有熱震性好、硬度高、耐磨、抗彎性能好等優(yōu)勢，主要應(yīng)用于切削刀具，高壓柱塞、加熱片等領(lǐng)域。而碳化硅陶瓷最大的優(yōu)勢就是耐腐蝕，主要應(yīng)用于化工領(lǐng)域。
4、 特種陶瓷工藝流程？
特種陶瓷工藝流程大致分為原材料篩選、成形、燒結(jié)、后期加工、產(chǎn)品測試五大板塊。首先，在原材料選擇上要求非常嚴(yán)格，可以說，沒有好的材料，后續(xù)的工藝流程基本上是徒勞的。因而，原材料的甄選就是產(chǎn)品拉開差距的一個極其重要的環(huán)節(jié)。
其次，在優(yōu)良的原材料基礎(chǔ)上，還要搭配好的工藝及燒結(jié)設(shè)備。從燒結(jié)使用的“爐”來看，分為常溫爐、氫氣爐、GPS、熱壓爐、氧氣爐等，不同的爐燒出來的效果、顏色等都不均一，且在加工過程中，使用多長時間，加壓多長時間等各種工藝參數(shù)的細(xì)節(jié)都要極其注重。此外，精細(xì)加工作為體驗產(chǎn)品附加值的精髓環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品燒結(jié)完后，其成形及后期的精細(xì)加工也是需要投入很多精力的一個步驟。
總結(jié)來看，在工藝方面，特種陶瓷原料的化學(xué)組成，粒度分布，顆粒形貌等需要嚴(yán)格的控制，需要采用精確的化學(xué)計量和新型制備技術(shù)以實現(xiàn)某些特殊的性能要求。因而，整個工藝和工序流程對一個產(chǎn)品的最終效果有很大的影響。
5、 特種陶瓷是未來的發(fā)展方向？
盡管在一千多年前，陶瓷就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類的日常生活，但陶瓷作為一個零件去逐步替代一些精密的設(shè)備在以往是不可想象的。而如今，隨著科技的發(fā)展，特種陶瓷以其優(yōu)越的性能，在各行業(yè)領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用。在日本、德國等發(fā)達(dá)國家的高性能陶瓷展上，隨處可見特種陶瓷的魅力，一件件精密而又巨型的儀器設(shè)備在這個端口上盡情綻放。目前，國內(nèi)特種陶瓷的水平僅限于一些小而精密的零部件，一些大型的設(shè)備儀器還缺乏對其成形等技術(shù)的掌握。但隨著在電子、醫(yī)藥、食品、軍事化工等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特種陶瓷在中國的發(fā)展亦發(fā)揮著越來越重要的作用。如飛機(jī)上的陶瓷軸承、軍艦上的甲板、防彈衣等等，國內(nèi)在特種陶瓷等新材料的發(fā)展也是相當(dāng)迅猛的。
目前，我國功能陶瓷占整個特種陶瓷銷售量的80%，而且每年以20%的速度增長著。在功能陶瓷中，電磁功能陶瓷有占到80%的比例。即特種陶瓷市場中60%以上是電磁功能陶瓷。功能陶瓷已在能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
從需求看，包括大飛機(jī)、高鐵、新能源汽車等重點工程，以及三網(wǎng)融合 、物聯(lián)網(wǎng) 、節(jié)能環(huán)保等重要產(chǎn)業(yè)，都需要應(yīng)用各種新材料，其市場需求正在不斷擴(kuò)大，新材料產(chǎn)品進(jìn)出口額也逐年攀升。政策方面，政府通過各種專項計劃及政策來支持新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，材料領(lǐng)域的項目數(shù)和投資金額在各項科技計劃中都占到15%-30%。市場需求的日益擴(kuò)大，加之政策的支持，新材料將在新興產(chǎn)業(yè)中得到優(yōu)先發(fā)展。
