1、用陶瓷材料做刀具

在金属材料机械加工中, 切削加工是最基本、最可靠的精密加工手段, 刀具材料的性能对切削加工效率、精度、表面质量、刀具寿命有着决定性的影响。在现代切削加工中, 陶瓷刀具材料以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性, 在高速切削领域和切削难加工材料方面扮演着越来越重要的角色。陶瓷刀具材料主要包括氧化铝、氮化硅及赛隆系列。其他陶瓷材料, 例如氧化锆、硼化钛陶瓷等作为刀具材料也有使用。

 2、氧化铝系列

纯的氧化铝陶瓷含 Al 2 O 3 99% 以上, 强度低, 抗热震性及断裂韧性较差, 切削时易崩刃, 故没有广泛使用。碳化物、氮化物和硼化物材料具有很高的强度和硬度, 可以作为 Al 2 O 3 陶瓷中的增强相。这类物质包括TiC、TiN、TiB 2 、Ti( CN) 、WC、ZrC 等。采用重复热压工艺制备Al 2 O 3 - Ti( CN) 刀具材料, 抗弯强度可达 820MPa, 断裂韧性7. 4MPa#m1P2 , 维氏硬度 20. 4GPa。切削试验表明: 此种材料适合连续切削铸铁和硬化钢, 尤其适合间歇切削硬化钢。晶须是一种广泛使用的增强增韧陶瓷材料, 增强Al 2 O 3 使用的主要是 SiC、Si 3 N 4 晶须。SiC 晶须在Al 2 O 3基体中起加强棒的作用, 并使应力在基体内分散。这种陶瓷刀具断裂韧性、强度和硬度都比较高, 非常适合加工镍基耐热合金及较低的切削速度加工各种铸铁和非金属脆性材料。Si 3 N 4 晶须加入到 Al 2 O 3 基体中可以提高陶瓷的抗热冲击性, 适合切削镍铬铁耐热合金材料氧化锆相变增韧是一种广泛使用的增韧工艺。在Al 2 O 3 材料中加入15% 部分稳定的氧化锆, 1 550 e 真空烧结 2 h, 制备出 ZrO 2 - Al 2 O 3 复合材料, 断裂韧性8. 2MPa#m1P2 , 抗弯强度可达 884MPa。这类陶瓷刀具具有较好的韧性和抗热冲击性, 但耐磨性较差, 主要用于铸铁和合金的粗加工。

3、 氮化硅系列

氮化硅材料是在氧化铝材料以后出现的一种刀具材料。它比氧化铝材料的强度和断裂韧性高, 其抗弯强度一般可达 900~ 1 000MPa, 断裂韧性 5~ 7MPa#m1P2 , 硬度 91~ 93HRA, 耐热性可达1 300~ 1 400 e , 不易产生裂纹, 可以获得稳定的使用寿命。采用热压自增韧的方法可以进一步提高氮化硅陶瓷的强度和韧性, 即控制烧结过程, 使一部分氮化硅晶粒发育成具有较大长径比的棒状晶粒( 晶粒的长径比可达 3~ 8) , 从而获得类似于晶须增韧的效果, 断裂韧性可达 10. 02MPa#m1P2 。这种自增韧陶瓷刀具是一种适合切削冷硬铸铁和淬硬钢的刀具材料, 特别适合于断续切削。在氮化硅基体中添加适量金属碳化物等复合强化剂, 利用复合强化效应制成的氮化硅复合陶瓷, 其性能比热压氮化硅陶瓷优越得多。在 Si 3 N 4 中添加 Al 2 O 3 、Y 2 O 3 、TiC、TiN 和MgO 等成分, 可以采用冷压烧结而降低成本。B- 赛隆就是在 Si 3 N 4 中加入 Al 2 O 3 烧结而成, 兼有 Al 2 O 3 和 Si 3 N 4 的特性, 其热硬性比硬质合金和Al 2 O 3 都高, 刀尖温度高于 1 000 e 时仍可高速切削。其最大特点是可提高切削速度, 加大进给量, 提高

金属切削率, 延长刀具寿命。纳米材料是近年来研究的热点, 广泛应用到材料科学的各个方面。以Si- C- N 纳米微粉为增强相, 以Si3 N4 为基体, Y2 O3 、La2 O3 为烧结助剂, 采用热压法制备了SiCp - Si3N4  纳米复相陶瓷。其室温、高温力学性能比氮化硅单相陶瓷有较大提高, 断裂韧性分别为11.78Mpam1/2 和14.69Mpam1/2 (1350℃)抗弯强度分别为934 MPa 和 696 MPa( 温度 1 350℃)

4、用陶瓷材料做轴承

传统的轴承多采用金属制成, 以油作为润滑介质。但在使用中有许多缺点, 如不适用于高温、高速、有化学腐蚀的场合, 油润滑易泄漏污染环境等。采用陶瓷材料制造轴承可以弥补金属轴承的不足。

Si3 N4 以其优良的性能成为制造陶瓷滚动轴承的首选材料, 已经在高速车床、航空航天发动机、化工机械和设备等许多领域得到了应用。例如, 美国的诺顿公司已将 Si3N4 陶瓷轴承应用在航天飞机的液压泵。药设备以及印染、渔业设备。实践证明, 陶瓷作为一种滚动轴承材料使用是成功的。用于制造滑动轴承( 水润滑) 的陶瓷材料主要有氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷两大类。氧化物陶瓷主要包 括氧化铝、氧化锆等; 非氧化物陶瓷则主要包括碳化物和氮化物等。试验表明: 非氧化物陶瓷的抗磨损性能更好, 其中以Sialon 和Si3N4 综合性能最佳。Mo2 FeB2

是新研制成功的陶瓷滑动轴承材料, 具有良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性和与钢良好的可焊性, 可广泛用于各类滑动轴承。陶瓷轴承有如下优点:高速: 陶瓷的重量仅为同体积钢重量的 40%, 这样就能减少离心载荷与打滑, 使陶瓷轴承比传统轴承转速提高20% ~ 40%。长寿命: 陶瓷材料的硬度比钢的硬度高得多, 硬度高能减少磨损。此外陶瓷还具有较高的抗压强度, 根据特定材料和试验类型, 大约是钢的 5~ 7 倍。当轴承中有杂质时, 陶瓷轴承很少产生剥落失效, 因此陶瓷轴承通常具有更长的使用寿命。

低发热: 陶瓷的摩擦系数大约为钢的 30%, 因此陶瓷轴承产生的热量较少, 这样可延长轴承的寿命。

低热膨胀: 氮化硅的热膨胀大约是钢的 20%, 故有益于在温度变化大的环境中使用。但是其轴和轴承座选择钢材时, 必须采取相应措施以适应其配合度。

耐腐蚀: 陶瓷材料不活泼的化学特性使陶瓷轴承具有优良的耐腐蚀性。

绝缘: 陶瓷材料不导电, 可使轴承及轴承座免遭电弧损伤。

耐高温: 陶瓷轴承允许的工作温度为 1 090 e , 陶瓷材料即使在高温下强度和硬度也不会降低, 所以对用在高温环境中的轴承来说, 该材料是非常有利的。

5、用陶瓷材料制作铸型-陶瓷型

陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料的一种铸造方 法, 铸出的铸件精度和表面质量均优, 可以不经切削或只进行很少的切削加工, 属于一种精密铸造方法。

制作金属型的基本原理: 以耐火度高、热膨胀系数小的耐火材料作为骨料, 用经过水解的硅酸乙酯作为粘结剂配制成陶瓷浆料, 在催化剂的作用下, 经过注浆、结胶、硬化、脱模、喷烧和焙烧等工序制成表面光洁、尺寸精度高的陶瓷铸型。陶瓷型铸造广泛用于模具的制造, 如锻模、冲模、压铸模、玻璃器皿模等。与机加工模具相比成本降低 20% ~ 40% , 制造周期缩短50% ~ 80%。如上海桑塔纳轿车汽缸盖模具, 采用陶瓷型精铸H13 钢模具, 表面粗糙度Ra 值为 6. 3~ 12. 5

Lm, 尺寸精度达到0. 35       P100         , 可满足生产要求, 替代进口模具, 制造成本仅为进口模具的 25%。

6、用陶瓷材料制作喷砂嘴

陶瓷材料硬度高、耐磨性好, 代替铸铁、钢、硬质合金将其制成喷砂嘴, 与各种干式或湿式喷砂、喷丸机配套使用。以压缩空气或磨液泵为动力, 通过喷枪、喷砂嘴将磨料高速喷射到零件表面, 达到表面处理的目的( 表面强化和表面改性、表面清理、表面喷磨料切割等) 。一种新型的陶瓷喷砂嘴的制备工艺是: B4 C 粉和( W, Ti) C 粉按一定比例混合, 以乙醇作为介质, 经 150

h 的强化球磨, 使平均粒径达 0. 8 Lm 以下, 再经热压烧

结成形。力学性能试验和冲蚀磨损试验表明: 随( W, Ti) C 含量的增加, 陶瓷喷砂嘴材料的致密度显著增加, 晶粒显著细化, 抗弯强度和断裂韧性大大提高。

7、泡沫陶瓷过滤器

泡沫陶瓷是一种气孔率为 70% ~ 90% 、体积密度为0. 3~ 0. 6 gP 、具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的多孔陶瓷制品, 除具有耐高温、耐腐蚀等一般陶瓷所具有的性能外, 还具有密度小、气孔率高、比表面积大、对流体自扰性强等特点, 因而被成功用于熔融金属过滤, 显著提高铸件质量, 降低废品率。目前已研制出多种材质( 如Al2O3 、ZrO2 、SiC、SiN 等) 适合不同用途的泡沫过滤器。

铝合金、铜合金在熔化形成铸件过程中容易吸收气体和混入非金属夹杂物, 从而降低铸件的使用性能和加工性能。因此采用过滤器滤除金属液中的杂质。 铝合金、铜合金铸件通常选用堇青石质泡沫陶瓷过滤片, 滤片网眼尺寸 0. 8~ 1. 2     。可以使铸件的废品率从原来的 30% ~ 40% 降到 3% ~ 4% 。泡沫陶瓷过滤器同样适合于球磨铸铁、合金钢、不锈钢等高温合金的 铸造过滤。钢铁材料比重较大、熔点高, 对泡沫陶瓷的高温强度、软化温度以及抗热冲击性能要求比较高, 通常选用氧化铝或碳化硅材质的泡沫陶瓷过滤片, 滤片网眼尺寸 2~ 3 。

 8、陶瓷泵

结构陶瓷具有优异的耐磨、耐腐蚀性能, 用其制成陶瓷泵输送含有颗粒的流体、强腐蚀性流体或高纯流 体, 显示出比金属材料更为优异的性能。现已开发的新型陶瓷泵有: 磁性驱动离心泵、卧式离心泵、液环真空泵、双螺杆泵和齿轮泵等。一般在接触流体的关键 部件( 如叶轮、轴套、外壳、端盖等) 使用陶瓷材料。所用材料有氧化锆、氮化硅、氧化铝等。结构陶瓷泵的使 用寿命一般较长, 如氮化硅陶瓷双螺杆泵使用寿命为现有泵的 10 倍。

9、其他异性产品

有些加工机械中高速运转的零部件采用塑料、化纤、橡胶等制成, 这些零部件易受磨损、受助剂和加工时降解物的腐蚀, 用结构陶瓷零件替代正好可以弥补这一不足。例如, 用氧化锆和氧化铝等陶瓷材料制成挤塑机的机筒内衬、捏合盘、螺杆部件、注嘴和模具等。 其使用寿命为合金钢的 3~ 6 倍, 而且尺寸长期稳定, 提高了塑料制品的加工质量。

不锈钢拉深时, 金属模具与工件易发生粘着磨损, 使工件表面划伤、模具寿命降低。采用氮化硅陶瓷模具可以克服这些缺点。由于氮化硅陶瓷与不锈钢材质差异很大, 因此模具与工件之间不易粘着。另外, 氮化硅陶瓷硬度很高, 抗磨损能力强, 因此可显著提高模具使用寿命。用氮化硅陶瓷制作潜水泵的端盖密封圈、 热电偶套管等也显示出很大的优越性。

1、陶瓷电路板

 随着汽车工业化的发展，汽车界也迎来了史上最大的爆发，从2009年以来，我国就取代美国成为全球头号汽车销售市场。目前，汽车行业正在向电子化和智能化发展，作为汽车电子控制系统信息源的汽车传感器，是汽车电子控制系统的关键部件，被越来越多的汽车制造商重视，视为未来发展的主要方向。

       汽车传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工作情况信息，如车速、各种介质的温度转化为电信号输送给计算机 ，以促使发动机保持良好的运行状态。

       汽车传感器的好坏关系到汽车的安全性能。随着人们对科技的关注，对传感器质量的要求也越来越高，因此，在采购零部件时规定了严格的标准。传统的汽车传感器采用的是金属基电路板，无法与高配置的要求匹配，在经过制造商的多次研究和测试之后，选择了目前最稳定最可靠的陶瓷电路板。

       陶瓷电路板在提升汽车传感器整体质量方面是非常重要的，它本身具有很多传统电路板无法比拟的优点，主要体现在三个方面：

1.更高的导热率。传统的铝基电路板MCPCB的热导率是1～2w/mk，铜本身的导热率是383.8w/mk，但是绝缘层的导热率只有1.0w/mk左右，好一点的能达到1.8w/mk，氧化铝陶瓷的热导率是15～35 w/mk，氮化铝陶瓷的热导率是170～230 w/mk，铜基板的导热率为2w/mk。陶瓷基板采用陶瓷片做为基板，无需绝缘层，铜线路上的热量直接传导到陶瓷片上面散去，完整的保存了陶瓷片的导热能力。

2.更匹配的热膨胀系数。传感器芯片的材质一般是硅，陶瓷和芯片的热膨胀系数接近，不会在温差剧变时产生太大变形导致线路脱焊、内应力等问题。

3.耐腐蚀性。大家都知道，汽车运行时车体内部零部件所处的环境是非常恶劣的，经常处于高温和强腐蚀的情况下。据报道，金属腐蚀导致全世界每年每辆汽车平均损失为150～250美元，由于汽车零部件腐蚀而导致的汽车召回事件不在少数。陶瓷电路板使用无机不导电陶瓷做基材，然后金属直接和陶瓷接触，具有很强的耐腐蚀性，不会像金属基材料一样损坏传感器。

       自斯利通正式投入生产以来，已与多家汽车制造商合作，并以成熟的技术和优质的服务，得到制造商的高度赞扬。

       伴随着国内汽车市场的扩大，未来对汽车传感器的需求量也必然会上升。其实，当技术已经相当成熟后，产品已经趋于同志化，如何选择更好的品牌，成为制造商更需考虑的问题。

氧化锆陶瓷材料在医疗器械中的主要应用

 1、在雾化器中的应用

氧化锆陶瓷材料的韧性较高，隔热性好，不易损坏，稳定性好，氧化锆雾化器采用的是一体化的氧化锆陶瓷烟嘴，可以支持多个进气孔的雾化操作，产生较大的烟雾量。

2、氧化锆陶瓷柱塞的应用

高精度氧化锆陶瓷柱塞被用于临床，经过静压工艺压制而成，可以防止陶瓷材料和金属芯之间产生的脱落，硬度较高，热导性小，可以承受高达 2000 度的高温，耐腐蚀。氧化锆陶瓷柱塞的工作面具有自润滑的作用，改善了传统柱塞泵需要通过滑动润滑的弊端，表面经过抛光处理，便于进行清洗消毒。氧化锆陶瓷桩塞做为零部件被大量应用于桩塞泵。

3、 在牙齿修复中的应用

优质生物氧化锆陶瓷材料被广泛应用于牙科的牙齿修复治疗中，经过静压成型和烧结以后，与 CAD/CAM 技术相结合，可以被做成患者牙齿匹配的形状，然后被安装于患者的牙齿的待修复部位。氧化锆陶瓷材料可以制作氧化锆全瓷牙修复体，这种修复体强度高、收缩性低，可以对前牙和后牙的局部固定义齿进行修复，可以改变其他材料牙龈颜色暗淡的缺点，目前已经有很多临床的成功案例。氧化锆陶瓷材料制作根桩，氧化锆陶瓷根桩具有很好的生物相容性和美学性，强度和韧性高可以满足牙科中桩钉的要求，可以用来制作桩核，具有良好的透光性和力学性能。

氧化锆陶瓷材料应用于牙种植方面，通过制作铝锆基桩，可以修复单牙的缺失，通过氧化锆陶瓷和其他材料烧结成基桩的胚体，进行切削操作。氧化锆陶瓷基台具有较好的抗断裂能力。

4 、氧化锆陶瓷手术刀中的应用

氧化锆陶瓷具有优秀的机械强度，耐腐蚀性能，生物相容性，作为手术刀的材料，可以有效的避免钢质手术刀中的金属离子析出，通过独特的加工工艺可以实现更加锋利的刃口，锋利度可从钢质手术刀的 0.5-0.8 提升至 0.2-0.3，可使手术刀过程中切口更加平顺，有利于伤口的恢复，可将伤口愈合的时间有原来的 7 天以上缩短到 5 天左右。

陶瓷装甲

先进陶瓷材料被应用在抗击中等口径枪的轻质耐用防弹衣上。防弹衣主要由衣套和防弹层两部分组成。衣套常用化纤织品制作。防弹层是用金属、陶瓷片、玻璃钢、尼龙（PA）、凯夫拉（KEVLAR）、超高分子量聚乙烯纤维（DOYENTRONTEX Fiber）、液体防护材料等材料，构成单一或复合型防护结构。防弹层可吸收弹头或弹片的动能，对低速弹头或弹片有明显的防护效果，在控制一定的凹陷情况下可减轻对人体胸、腹部的伤害。防弹衣包括步兵防弹衣、飞行人员防弹衣和炮兵防弹衣等。

常用的陶瓷片材料为二硼化钛、碳化硼、碳化硅、氧化铝和传统的材料如塑料和金属相比，先进的陶瓷材料具有质轻、耐高温、硬度高、耐摩擦、耐腐蚀、摩擦系数小和特殊的电导性能等优点。被广泛应用于抗击中等口径枪的轻质耐用防弹衣上。

热压碳化硼和碳化硅陶瓷能优化复合材料结构结合，制造坚固的抗多发打击装甲片。

阿帕奇、小羚羊、超级美洲狮、超级眼镜蛇、黑鹰、奇努克和其他一些军用直升机均装配有包括陶瓷装甲座椅、陶瓷组件和陶瓷面板系统等部件在内的陶瓷装甲系统。

新型防护装甲不但可抵御轻武器的射击，而且可抵御大口径穿甲子弹和防空导弹碎片的打击。据悉，美国陆军总共将为634架“阿帕奇”和“长弓-阿帕奇”直升机安装这种轻便的陶瓷装甲。装甲更新工作将在这些直升机进行大修或改造期间进行。

装甲砖用来装甲包括C-130和C-17在内的诸多固定翼直升机。碳化硼和碳化硅先进陶瓷综合保护系统用于保护特种作战部队士兵的身体，体侧和肩部。针对其它脆弱的部位包括臀部，腿部和手臂的保护的技术正在开发中。

美国陆军正在研发金属陶瓷和金属陶瓷复合材料来获取更好的性能。

金属陶瓷是金属封装的陶瓷装甲，金属和陶瓷的结合延缓陶瓷失效从而改进防弹性能

金属陶瓷复合材料用于斯瑞克装甲车，采用聚合物基复合材料捕捉任何脱离金属背板的碎片。陶瓷基装甲未来有可能用于美国海军陆战队远征战车（原名先进两栖突击载具，或AAUV）和美国陆军的未来战斗系统。

用透明陶瓷看更“清”

对于某些类型的能量如光、或其它一些类似的形式来说，陶瓷材料是透明的，所以，红外穹顶、传感器保护和多光谱窗口均可以使用陶瓷。除了光学性能，先进陶瓷材料还有这些设备所渴求的耐磨性、高强度和热稳定性一种特殊性能的玻璃陶瓷材料由于其很好的电学性能和耐高温性能而在电磁窗火炮炮弹中应用。

一种特殊的玻璃陶瓷因其耐高温和合适电气性用于火炮发射装置的电磁窗口。

氮化硅（非氧化物陶瓷）有着优异的机械强度和介电性能，被用于最新的导弹防空系统的雷达天线罩，微波或其他能量可以穿过这种材料来定位袭击目标。其很高的机械强度让导弹系统可以承受在大气层超高速飞行时产生侵蚀和温度剧变

正在开发使用的还有用于导弹红外透明窗口的纳米氧化钇陶瓷（氧化物陶瓷的一种）。

另外用于航空中的挡风玻璃、爆炸防护罩，以及飞机传感器等透明材料也在研发之列。适用于传感器的尖晶石陶瓷材料（铝酸镁）在红外区域有着优异的光学性能，而之前的保护装置吸收能量，影响信号交流效率。

陶瓷用于涡轮发动机

陶瓷具有耐高温性能，可以使用陶瓷基复合材料和陶瓷热障涂层来增加涡轮发动机的效率。陶瓷可以在高于1100℃温度下工作而不需要或者需要很少冷却，陶瓷基复合材料也比目前使用的金属合金轻30〜50％。复合燃烧器内衬和涡轮叶片都涂有陶瓷时，操作温度可提高到1650℃，并可在燃烧环境中保护各个部件。基于氧化铪的多组分陶瓷涂料通过1650℃连续300小时测试。