陶瓷工业论文范文

导语：如何才能写好一篇陶瓷工业论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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引言

后工业时代的到来，促使世界各国的经济结构发生了巨大变化，“瓷都”景德镇也出现了大量的工业废弃地。这些工业遗址在创意文化产业和旅游产业影响下，有些已被成功改造与利用，有些则荒废在城市景观中。研究景德镇陶瓷工业遗址的现状与价值，是景德镇后工业景观更新设计的基础，对工业遗址的改造具有重要的意义。

景德镇陶瓷工业遗址的现状

景德镇因瓷闻名，以瓷立市，景德镇瓷业发展历史悠久，从1950年至1958年，景德镇先后建立了包括建国瓷厂在鹊氖多家地方国营企业，包括建国、人民、新华、东风、景兴、艺术、光明、红星、红旗、宇宙、为民等十余家大型瓷厂，我们习惯称为“十大瓷厂”。这些瓷厂在半个多世纪里，推动着景德镇制瓷业的迅猛发展，对景德镇乃至中国陶瓷作出了巨大的贡献。

20世纪90年代以后，由于市场经济大环境的影响，加上企业自身的因素，景德镇陶瓷企业遭遇重创，被迫走向“分块承租，划小经营”的模式。从此，景德镇陶瓷产业进入了严重的衰退期，逐渐被一些私企、外企和个体小作坊所代替。原本的陶瓷厂房荒废起来，厂区内部遗留下了大量的工业厂房、仓库、机器、烟囱等设施，成为城市景观中承载历史记忆却失去原有价值的工业遗产。

近些年来，在文化创意产业的推动下，景德镇旧瓷厂利用厂房优势，结合陶瓷文化，对旧瓷厂进行改造与再利用，形成了较为成熟的文化创意产业园。例如，1992年初，雕塑瓷厂在原有园林式工厂的基础上开拓建设了“明清园”，开始走工业旅游的发展道路。随后又扩建了艺术陶瓷展示中心、名人作坊、陶瓷购物街、旅社等，定期举办学术讲座、创意集市销售。又如，建国瓷厂改造为以高档陶瓷销售、展出为主；还有近两年来，以宇宙瓷厂为基础进行改造的“陶溪川・CHINA坊”国际陶瓷文化产业园也刚刚改造完工。

景德镇陶瓷工业遗址的价值

1.独特的工业建筑美学价值

景德镇现存的工业遗址建筑主要为20 世纪 50～70 年代的建筑，这些建筑大都红砖、灰瓦、砖混结构和大跨度的钢梁结构为特色，折射出我国工业建筑的发展轨迹。从建筑美学的角度看，其艺术价值虽不能与其他优秀近现代建筑相媲美，但这些建筑反映了我国特定时期的工业建筑的水平和特点，代表了那个时期城市建筑的风格，物体现了景德镇在建国以来的厂区建筑艺术风格、流派和特征。工业遗址中构筑物的美感是以工业生产为核心的机械美学。在外的管道、锈迹斑斑的金属，各种形态、纵横交错的构件组合在一起，表现出一种结构美、材质美、工艺美，如能选择性地保护和修缮工业建筑，这些工业遗产必将丰富城市的肌理，成为城市可识别性的标志。

2.历史文化价值

工业遗产见证了人类社会巨大变革时期的日常生活，每个城市中的物质形体都打上了历史发展的印记，而每个时代的特征都浓缩在整个时代的遗迹和建筑上。保留下来的建筑可以告诉我们过去发生过的故事，反映着城市的发展、社会的变迁。时间的久远性和不可逆性，使得工业遗产的历史人文价值尤为珍贵。景德镇旧瓷厂见证了建国以后景德镇陶瓷生产和陶瓷文化的兴盛和衰败的过程，但通过工业遗址和工业建筑保留下来的物质肌理能够使人们在情感上取得对历史的认同和感知。例如，景德镇“陶溪川”改造项目（原宇宙瓷厂），该厂既有清末时期的的建筑，也有具有包豪斯建筑风格的建筑，因此，历史文化价值较高。

3.生态价值

景德镇陶瓷工业遗址虽已停产，但它们遗留在场地内的植物、道路铺装、废旧材料、生产设备等，都是工业遗址改造过程中可直接利用或创新使用的物质对象。。例如，旧瓷厂内大量的窑房、生产车间、仓库、烟囱等，都可以提取其符号进行艺术化处理，添加艺术造型和艺术肌理，成为体现场地特色的景观雕塑或小品。景德镇工业遗产具有“低龄化”特征，保护和再利用工业遗产建筑可以节省大量的拆除成本，避免因产生大量建筑垃圾所造成对自然环境的破坏。在自然资源有限或不可再生的情况下，将工业遗址变废为宝，将使得景德镇陶瓷资源的利用最大化，也使得城市扩张与生态保护之间达到平衡，有效保证社会资源的节约，显示出巨大的生态意义

4.经济价值

对工业建筑简单地“推倒重来”，无法适应当代城市发展以及国家推行的可持续发展和科学发展的要求。在市场经济条件下，实现闲置工业遗址和工业厂房的经济价值转移，为以尽可能低的成本投入获取经济利润的最大化，是工业遗址改造的经济动因。工业遗产建筑的物质寿命一般比其功能寿命长，在工业生产功能退出后，转换使用功能，发挥工业遗产建筑的再利用价值，可避免资源的浪费。景德镇“十大瓷厂”本身就是瓷都文化的象征，改制后的原址，文化元素俯拾皆是。因此，对景德镇旧瓷厂遗址的再利用，不仅可低成本促进创意产业与旅游双发展，而且有利于景德镇历史陶瓷文化的弘扬，提升景德镇城市旅游形象。

结语

景德镇陶瓷艺术能够得以传承和延续，与旧瓷厂的建立有莫大的关系。我们保护与延续陶瓷文化，不仅要保护历史文化建筑，也要保护旧瓷厂遗址。随着我们对工业遗产研究的不断深入，发现工业遗产的价值己不仅仅局限在艺术层面，还具有建筑美学、历史文化、生态和经济的价值，这些都成为工业遗址改造的动因。

（作者单位：景德镇陶瓷大学 设计艺术学院）

基金项目：本论文为2015年江西省艺术科学规划项目“后工业景观视野下的工业遗址再利用研究――以景德镇为例”（课题编号：YG2015213）的阶段性成果；

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潮州，犹如镶嵌在南海之滨的一颗珍珠，数千年来一直散发着迷人的光彩，陶瓷艺术的繁盛无疑是使这枚珍珠更加璀璨夺目的重要因素。潮州不仅是粤东地区政治、经济，文化中心，也是中国陶瓷文化的发源地之。早在新石器时期，潮州的先民就开始烧制罐，钵等陶器，唐代开始了真正意义上的瓷器生产，宋代则进入陶瓷艺术的鼎盛时期。时至当代，它又凭借陶瓷产业的突飞猛进而被誉为“中国瓷都”。

青年陶瓷艺术家陈震就生长于这片陶瓷文化的沃土之上，不仅如此，他的父亲陈钟鸣就是一位著名的陶瓷艺术家和中国工艺美术大师。陈震幼年深受熏陶，并展现了他不凡的艺术天赋。小学时他雕塑的作品《母爱》曾获潮州市美展“小学组”一等奖。12岁时，他在父亲的工作室里捏塑了两件质朴天真的作品张角的人和《头像》，深得父亲的赞赏。后来，父亲在这两件作品的基础上进行了再创作，作品竞入选《世界雕塑全集》，留下了一段父子合作的佳话。

自明代末年起，潮州陶瓷自东郊移至西郊，枫溪成为新兴的陶瓷生产基地，清代尤为兴盛。清同治三年(1864年)。枫溪出现了瓷塑艺术，多为玩具。自此，瓷塑艺术成为潮州陶瓷的代表性品类，并在中国陶瓷艺术史上占据了重要的一页。现任广东省枫溪陶瓷工业研究所高级工艺美术师的陈震无疑受到了传统瓷塑艺术深刻的影响。但是，与传统瓷塑艺人明显不同的是，他是一位受过现代高等院校教育的青年艺术家，他的文化修养和艺术视野远比前人要深厚和宽广得多。如果说父亲帮助他将艺术的根须深植于传统和民间的土壤，那么，广东省陶瓷学校，广州岭南美术专修学院和景德镇陶瓷学院等院校的学习经历则使得他尽情地吸收学院艺术的营养。传统瓷塑是民间和传统的，学院陶瓷是精英和现代的，陈震悠游于两者之间，既能兼采二者之长，比如潮州传统瓷塑的古拙，质朴和充满民间情趣，学院现代陶艺的开放、超越和极具想象力；又能力避二者之短，比如传统瓷塑的过于通俗和泥古不化，现代陶艺的故弄玄虚和盲目崇洋。 陈震擅长人物陶瓷雕塑艺术，他的艺术来源于潮州传统的瓷塑艺术，但决不是简单地复制传统瓷塑；他的艺术得益于父亲的亲授，但决不是机械地模仿父亲；他的艺术取法于学院艺术，但决不是僵硬地套用学院的创作法则。复制，模仿和生搬硬套是匠人所为，从来为真正的艺术家所不耻，胆敢独造才是艺术家的命脉所在。陈震面对传统陶瓷文化令人仰止的高山并不胆怯，被笼罩在父亲炫目的艺术光环之下并不气馁。他要登上高山，他要冲破光环，他要以自己杰出的艺术创作再上层楼，再立标杆。10余年来，他创作了许多令_人过目不忘的作品，并连续入选国家级等大型陶瓷艺术展览，并获得各种奖项，几乎成为陶瓷界的“获奖专业户”。他的作品还分别被中国美术馆，中国国家博物馆钓鱼台国宾馆，广东民间工艺博物馆等机构收藏。代表作有《中国娃》系列、《母与子》系列，《mm》等表现现实题材的作品，还有《新仕女》系列、《醉八仙》、《奕》等表现古装人物的作品。题材无论古今陈震所塑造的艺术形象均是那么的生动传神，趣味盎然。他以漫画的手法塑造的可爱的“中国娃”，观之仿佛能够听见这群天真烂漫的孩子的嬉闹之声。娃娃的造型突破了传统“福娃”的程式，充满浓郁的生活气息和现代感。《母与子》系列生动再现了潮汕地区质朴憨厚的母亲和顽皮可爱的孩子，他们的幸福和甜美打动着每一个观众。2009年的新作《mm》，塑造了网络时代的时尚女子形象，拉长的人物造型既具有莫迪里阿尼式的美感，又精妙地传达了当代女子慵懒无谓之感。在表现传统题材方面，陈震更是匠心独造，他借鉴了潮州大吴泥塑的表现手法，创作了《新仕女》系列作品。大吴泥塑在表现仕女方面有着特定的程式，尤其是面部刻画和手的捏塑，细腻而妩媚。陈震大胆突破既有的程式，人物造型夸张，手法写意，恰到好处地表现了古典仕女的雍容和娇媚。在《醉八仙》中，他以夸张的手法刻画神态各异的八仙，翻卷起伏的衣饰更加衬托人物的醉态。粗犷的表现手法迥异于《新仕女》系列的精微与细腻。

陈震是一位才情勃发的艺术家，他自称自己的作品是“喷”出来的。与其他艺术家苦心经营，反复推敲的创作方式相反，他创作时完全进入了解衣磅礴的境界。陈震又是一位激情澎湃的艺术家，他认为，“艺术创作需要一颗激动的心，才会动人。”的确，他的作品之所以具有强烈的艺术感染力，正是因为它们均是出自于一颗敏慧而激动的心灵。这位善于思考的艺术家，在创作之余，还撰写并发表了数篇学术论文，如《浅谈陶瓷艺术的“意象变化”与“表现形式”》《浅谈艺术作品的生命力》等。这些论文体现了他广博的文化修养以及对于陶瓷艺术的理性思索。

与历史上曾经的辉煌相比，今天的中国陶瓷艺术之光黯淡了许多，尽管仍是陶瓷生产大国，但其“大”仅仅表现在数量上的“大”，并不是陶瓷强国。如何重塑中国陶瓷艺术新的辉煌，是陈震等青年一代陶瓷艺术家们所面临的共同问题。相信他既不会圃于传统瓷塑的程式，也不会被现代陶艺的法则所束缚，他既会在两者之间，又会超越于二者之上，创造具有独特风格和气度的陶瓷艺术作品。如果能够多一些像他这样才情，修养功力兼备的艺术家，中国的陶瓷艺术一定会再度辉耀世界，并令世人重新读解“China”一词的深刻内涵。

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论文摘要：闽清建陶业煤气发生炉产生的含酚废水流入梅溪，导致梅溪流域地表水的挥发酚严重超标，提出要综合循环利用含酚废水，将建陶业的煤气发生炉产生的含酚废水掺入球磨进入生产利用，多余的含酚废水收集后采用电解催化氧化法进行处理，使整个煤气发生炉产生的含酚废水达标排放或零排放，从而控制了污染的源头。

一、概述

根据酚类能否与水蒸气一起蒸出，可分为挥发酚和不挥发酚。通常认为沸点在230℃以下的为挥发酚，而沸点在230℃以上的为不挥发酚。挥发酚类的毒性较不挥发酚类强得多。

挥发酚类为细胞原浆毒，其毒性作用是与细胞原浆中蛋白质发生化学反应，形成变性蛋白质，使细胞失去活性，属高毒物质。它所引起的病理变化主要取决于毒物的浓度，低浓度时可使细胞变性，高浓度时使蛋白质凝固，低浓度对局部损害虽不如高浓度严重，但低浓度时由于其渗透力强，可向深部组织渗透，因而后果更加严重。长期饮用被酚污染的水，可引起头昏、骚痒、贫血、及神经系统障碍。

根据感官性状和一般化学标准的要求，我国《生活饮用水卫生标准》中规定，挥发酚值不超过0.002mg/L；《地表水环境质量标准》规定，Ⅲ类水质的挥发酚不超过0.005mg/L；《污水综合排放标准》中规定，任何排污单位不应超过0.5mg/L；福建省水质监测技术规范中明确要求，挥发酚项目作为饮用水源水质每期必测的项目。由此可见，水中挥发酚的含量在生活中具有重大的意义。

二、建陶业中含酚废水的特点

水中酚类的主要来源是工业污染物，如炼油、炼焦、煤气洗涤、造纸等行业的废水。闽清建陶业的含酚废水来源于热值能源供应车间的煤气发生炉。

建陶企业为了在烧结过程中能获得较高且均匀的炉温，降低成本，都使用煤气发生炉产气燃烧。根据炉子结构不同，煤气发生炉可分单段式和双段式两种，单段式煤气发生炉产生的含酚废水较双段式煤气发生炉多，且含酚浓度高，造成的环境影响大。双段式煤气发生炉是设计烧烟煤的煤气发生炉：这种煤气炉具有能耗低，煤气热值高，气质稳定的特点；产生的酚水量每个煤气发生炉约3-5吨/天，可以采取分量加入球磨使用，并通过进入干燥塔消除，完全可以不外排；但双段式煤气发生炉造价较高，一般为单段式的1.5倍。单段式煤气发生炉原设计使用燃料为无烟煤，但因使用无烟煤制煤气，产生的煤气热值低、造价较低，因此许多陶瓷企业为了增加瓷砖产量，降低投资成本，纷纷改用烟煤直接入炉制气。这种工艺流程制气可以达到煤气热值高的效果，但由于出炉时带焦油的煤气数量多、温度高，而电捕焦的正常工作温度为≤150℃，其煤气必须经过双竖管水洗降温后才能工作，这样煤气炉的水经过与煤气直接洗涤就和酚水混合，所以含酚废水量就增多，因此只能通过外排来解决。

建陶业的煤气发生炉产生的含酚废水，其浓度在300-1000 mg/L之间，回收价值低，而建设的蓄污池简陋，易产生突发性污染事故，因此，必须有效地控制其排放浓度，综合循环利用所产生的含酚废水。

三、含酚废水对梅溪流域地表水产生的影响

在闽清未引入煤气发生炉之前，梅溪流域地表水的挥发酚均为未检出，自从2005年下半年，多家煤气站的完工、投入使用，且没有污水处理设施，直接排放，使当年11月份省控梅溪口断面，县控田中断面等出现检出，并超标。2006年1月随着溪水的流量锐减，含酚废水对梅溪的影响达到顶峰，地表水的挥发酚检出值最高。如下表。

表1

梅溪流域各支流断面监测数据表

单位：mg/L

从表1可以看出，2006年1月份控制芝溪流域水质的田中断面超标最严重，浓度值达0.595mg/L，超标119倍，其主要原因是上游建陶业比较集中，治理和综合利用较缓，产生、排放的含酚废水量大，因此在枯水期溪水流量小的情况下，导致挥发酚超标现象更为突出。控制玉演溪的六角断面上游陶瓷企业相对较少，但距最近的一家建陶业不足200米，产生的影响较直接。同样，省控的梅溪口断面，纳入了所有上游建陶企业含酚废水，虽然水体能自净一部份，但更主要的原因是梅城的几家陶瓷企业，尤其距最近一家建陶企业的排污口不足500米，它们都直接地影响该断面的水质，使该期的挥发酚浓度高达0.034mg/L。

在梅溪流域发现挥发酚检出后，县政府、环保局不断加大对陶瓷行业的管理力度，要求建陶企业签订“陶瓷环保责任书”，对于不履行责任书的企业将给予相应的处罚。且多次到佛山市的陶瓷企业进行参观考察，借鉴其先进的污水防治措施，结合闽清建陶行业的特点，制定一套较为科学可行的措施。主要从源头、过程与循环利用三个方面进行控制。使每个企业的含酚废水基本上达到达标排放或零排放，从地表水断面监测数据也可以显示出，从2006年5月以后的监测数据中梅溪各支流断面均未检出。

四、含酚废水的综合利用

建陶业煤气发生炉的含酚废水其成分比较复杂，属于难处理的工业废水之一，其产生的废水必须严格控制排放，并回收利用或经处理后达标排放。目前，煤气站含酚废水的处理途经主要有两条，一是改进煤气生产工艺，改单段炉为双段炉，既能减少含酚废水的产生量，又能降低含酚废水的浓度，或循环用水以减少废水量，并提高废水中含酚浓度，便于回收。二是回收利用和选用适当的废水处理方法，常见的处理方法有：萃取、吸附、蒸气吹脱、离子交换、化学沉淀、化学氧化、生化处理等。一般说来，含酚浓度在1000 mg/L以上的废水应先考虑酚的回收，再加破坏处理，以达无害排放，含酚浓度低于此浓度以下，则要无害化处理。

根据闽清建陶企业的具体情况，采用综合循环利用的办法，即用较高浓度的含酚废水分量掺入球磨，进入生产使用，多余部分采用电解催化氧化（氧化絮凝复合床）法，即用中山大学环境工程有限公司自行设计的，采用氧化絮凝复合床（Oxido-Floculation Reactor，简称OFR）污水处理设备，根据废水中需要去除的污染物的种类和性质，在两个主电极之间充填高效、无毒而廉价的颗粒状专用材料、催化剂及一些辅助剂，组成去除某一类污染物复合填充材料作为粒子电极。将这些材料装填于结构为方型或圆型的复合装置，在一定的操作条件下，装置内便会产生一定数量的具极强氧化性能的羟基自由基（-OH）和新生态的混凝剂。这样废水中的污染物便会发生诸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用，使废水中的有机污染物迅速被去除。再经沉淀池沉淀，最后经过砂滤、碳滤等过滤，收集未能沉淀或气浮的微小悬浮物，最后达标排放。

污水处理系统由集水池、隔油池、调节池、电解槽、混凝沉淀池、ABR厌氧池、好氧池（接触氧化池）、二沉池、砂滤池、碳滤池、清水池及污泥浓缩池等组成。

电解催化氧化（氧化絮凝复合床）工艺特点：从三维电极的基本原理出发，巧妙配以催化氧化技术，构成一种新的很具特色的氧化絮凝复合床水处理技术。这种充分利用一些已有的原理和技术进行“巧妙的组合”达到1+1>2的目的，以求获得更佳效果的方法，也是当前学术和工业领域的新思想。这种新技术是根据水中需要去除污染物的种类和性质，在两个主电极之间充填高效、无毒而廉价的颗粒状专用材料、催化剂（或催化手段）及一些辅助剂、组成去除某种或某一类有机或无机污染物最佳复合填充材料作为粒子电极，将它们置于结构为方型或圆型的复合床内，当需要处理的废水流经氧化絮凝复合床装置时，在一定的操作条件下，装置内便会产生一定数量的羟基自由基和新生态的混凝剂。这样废水中的污染物便会产生诸如催化氧化分解、混凝、吸附、络合、置换等作用，使废水中的污染物迅速被去除。这种方法运行成本低，结构简单，操作方便，易于管理。

采用此方法的代表企业有新东方陶瓷有限公司，根据闽清县环境监测站的监测数据如下：

表2

新东方陶瓷有限公司含酚废水处理设施水质进口监测结果统计表

单位：mg/L

表3

东方陶瓷有限公司含酚废水处理设施水质出口监测结果统计表

单位：mg/L

从现有监测结果表明，新东方陶瓷有限公司产生的污水经处理设施后，水质各项指标均能符合处理设施的设计出水水质要求和GB8978-1996《污水综合排放标准》表4中Ⅰ级排放标准。尤其是挥发酚、CODCr、色度在经过处理后都能达到相应排放标准。

由于实际处理的能力与煤气发生炉产生的含酚废水量不一致，不同的企业在生产进行过程中，回收利用不及时、或其它原因造成废水过剩，有可能造成含酚废水外排，因此，要采取适当的措施，进行排除类似事故的发生。

高浓度的含酚废水进入干燥塔进行燃烧后，是否从水相污染转达化为气相污染，本人于2007年年初选择四家不同生产工艺的代表企业进行跟踪监测，结果如下：

表4

含酚废水掺入球磨利用后的排放浓度

污水含酚浓度mg/L

干燥塔中含酚浓度mg/m3

废气中酚排放标准mg/m3

恒丰陶瓷有限公司

南海陶瓷有限公司

豪业陶瓷有限公司

欧美陶瓷有限公司

从表4中可以看出，用高浓度的含酚废水掺入球磨，进入生产利用，不同的生产工艺，均未从水相污染转化为气相污染，说明这一方法在闽清的建陶业中可以推广使用。至于水相的酚是否进入到体坯，在窑炉中高温裂解，还是在干燥塔中分解，有待于进一步探讨。

五、探讨与建议

建陶行业作为闽清县的一个支柱产业，其污染防治问题是闽清县面临的一个重要课题，推行清洁生产，对这些建陶业加强管理，科学地进行物料平衡、改进生产工艺等是建陶业污染防治的宗旨。在节约资源、降低能耗、提高产品质量和降低成本的前提下，改进建陶业的生产工艺，选用经济、环境综合效益较高的原料，使用清洁能源，这样不仅能增强市场竞争能力和企业发展后劲，同时能大大减少污染物排放，减轻末端处理的负荷，降低处理费用，还可避免减少末端处理可能发生的风险和二次污染。但从闽清建陶工业目前的生产现状和工艺特点看，要完全地按照清洁生产的要求控制污染尚存在较大的难度，只能从现实出发，采取以物耗最少化、废物减量化和效益最大化为主，末端控制为辅的综合污染防治方式。

近年来梅溪水量逐渐减少，水体纳污自净能力差，恶化速度非常快，一旦建陶企业高浓度含酚废水排向水体，就使梅溪水质挥发酚项目超标。在此为了梅溪水质清洁，提几点建议：

1、对于新建的建陶企业应禁止建设煤气发生炉，规范企业使用闽清现有的广安天然气或燃烧柴油、石油液化气等清洁能源，减少含酚废水的产生，努力做到增产不增污。

2、水煤浆也是一种很好的选择，其原料丰富，制备相对简单，运输储存安全性能极佳，污染程度低。可以选择使用。

3、加强环保行政执法，对新上项目严格执行“三同时”制度，做到建设项目中防治污染的设施，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。

4、淘汰工艺落后、污染严重的单段式煤气发生炉，使用单段式煤气发生炉的企业应在规定时间内完成双段式整体改造。

5、应建造足够容量的污水蓄水池，必须做好清污分流措施，确保制气废水闭路循环，同时应将污水按一定比例掺入到球磨中使用，综合循环利用，以保证制气废水零排放。

6、采用废水处理工艺，目前在国内含酚废水的处理技术已经比较成熟，处理方法也有很多种，根据企业的自身特点，选择有效的处理方法，使煤气发生炉产生的废水达标排放或零排放。

参考文献

[1]、中国环境监测总站. 水和废水监测分析方法（第四版） [M].北京：中国环境科学出版社，2002，189-193

[2]、彭仁华，付凌艳，等.大力发展陶瓷循环经济［J］景德镇陶瓷，2005，vo115 No.1.34

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关键词：分散剂复配；陶瓷分散剂；静电效应与空间稳定效应；分散稳定性

1 引言

陶瓷的分散均匀性是影响陶瓷产品物理性能的重要因素[1-3]，分散剂的加入会大大改善陶瓷浆料的分散均匀性。传统的陶瓷分散剂价格低、易购买，但用量大、稳定分散效果不佳，分散作用十分有限。而一般的有机分散剂效果相对好，用量也较多，价格贵[4-5]。利用复配技术将几种分散剂复合使用是降低用量、提高性能、降低成本的有效途径，往往具有最好的效果[6-10]。

2 实验部分

2.1实验材料与仪器

本实验所用的主要原料是广东佛山某陶瓷有限公司的卫浴陶瓷原料，该原料的主要矿物组成为黑泥 55% 、长石 30%、石英 15%。原料的化学组成见表1。本文所采用的实验仪器有NDJ-1旋转黏度计、GMJ2-30L罐磨机、KM1单瓶快速球磨、电动搅拌机、涂4福特杯、电热鼓风机、筛子（325目）、TG705型电子天平。本文所采用的实验药品有硅酸纳、三聚磷酸钠 、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、草酸钠、聚丙烯酸钠。

2.2实验流程

复配试剂的工艺流程如图1所示。

2.3实验方法

称取489.73g黑泥（含水率27%）、195g长石、97.5g石英，放入球磨罐内，再加入已经配制好的试剂，按一定先后顺序加入。首先，先加入无机试剂，再加入有机试剂，并稍微摇匀使其充分渗入粉料中，尽可能减少损失；然后，加入定量的自来水，从而配制一定固相质量分数(固含量)的悬浮液，设定球磨时间为150 min，停止球磨后倒出浆料，对浆料性能进行测试。

在单一分散剂分散效果的基础上，选择两种分散剂进行复配，试验中选择了无机分散剂与小分子有机分散剂，无机分散剂与高分子有机分散剂进行复配，设计结果见表2、3。实验固含量为69%，球磨时间为150 min，分散剂加入总量为0.4%。

2.4浆料分散性能的研究

（1） 分散性测试

按表2、表3的配比使用不同用量的分散剂配置浆料，设定电动搅拌机为1000 r/min，浆料剪切分散10 min，在室温下用NDJ―1 旋转黏度计测试浆料的黏度，作出黏度变化与分散剂用量的曲线图。比较不同种类分散剂作用时，浆料的黏度变化。

（2） 流动性测试

用4福特杯测试浆料的流出时间，列出流动性对比表格。

（3） 稳定性测试[7-9]

将分散剂用量最佳的浆料倒入50 mL量筒，分别记下t= 0 min、2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、12 min、14 min时刻悬浮液中颗粒层的沉降高度H，根据V=(Ht+2-Ht)/2计算沉降速率，做沉降速率对时间的关系曲线。选出分散性能较好的分散剂。

3 实验结果与讨论

3.1黏度分析

3.1.1单一分散剂对黏度的影响

本实验所采用的单一分散剂对泥浆黏度的影响如图1和图2所示。减水性分散剂对泥浆黏度降低越多则减水分散效果越好。

由图1可知，无机分散剂的用量在0.2%~0.4%之间时，随着无机分散剂的加入，泥浆黏度先下降后增加，这是因为随着减水性分散剂用量的增加，系统的ζ电位增加，粒子间静电排斥力增大，胶粒之间充分分散[9]，当分散剂用量继续增加时，两个临近的粒子间发生电位重合，双电层厚度变薄，引力大于斥力，粒子相互靠拢发生团聚出现絮凝，增加泥浆黏度。硅酸钠的较好解凝用量范围较宽，原因可能是硅酸盐与泥浆中所含的SiO2成分相匹配性较好。

聚丙烯酸钠是高分子减水性分散剂，其作用机理主要是静电位阻效应[7]。

从图2中可以看出，聚丙烯酸钠对于此黏土系统的用量在0.4%时，泥浆系统的黏度有一较大的突降，随着分散剂用量的增加，黏度还在下降，但下降的幅度较小，且到0.7%的用量时黏度还未出现上升的趋势，可见聚丙烯酸钠的用量范围宽、减水力强。

3.1.2二组分复配分散剂对黏度的影响

聚丙烯酸钠与无机分散剂复配后对泥浆黏度的影响如图3所示。草酸钠与无机分散剂复配后对泥浆的黏度影响如图4所示。图中的m1/m2表示两种物质的质量之比。

从图3可以看出，焦磷酸钠、三聚磷酸钠与聚丙烯酸钠复配减水效果最好比例在1:3左右，六偏磷酸钠在1:4左右，而硅酸钠与聚丙烯酸钠的最佳比例在1:2~1:3之间。比较这组实验得出：焦磷酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠分别与聚丙烯酸钠复配的复合分散剂对泥浆的降黏效果最好，焦磷酸钠、三聚磷酸钠与聚丙烯酸钠的复配比例较宽，硅酸钠与聚丙烯酸钠复配后，降黏幅度最大，生产使用时可优先考虑这一组合。

从图4中可以看出，各无机分散剂与草酸钠复配之后效果最好的是三聚磷酸钠和焦磷酸钠两种无机分散剂。三聚磷酸钠与草酸钠的复配比例在3:1时，降黏效果较好，焦磷酸钠与草酸钠的使用比例范围较宽，比例的变化基本对泥浆黏度起伏无影响，且泥浆黏度都处于较低的水平。

比较图3、图4可知，采用无机分散剂与高分子分散剂进行复配的复合分散剂减水效果好。

结合图1、图2、图3、图4可知，两种分散剂复配之后，减水效果大大提高，尤其是无机分散剂与聚丙烯酸钠高分子分散剂复配后的效果更突出。这主要是因为聚丙烯酸钠是高分子分散剂，减水作用主要来自高聚物长链的空间位阻效应。硅酸钠、焦磷酸钠等无机分散剂的分散作用主要是静电效应，将两种效应的分散剂复配后，泥浆颗粒既吸附带电离子，又吸附聚合物高分子，发挥静电位阻复合效应。

3.2 各减水性分散剂作用后泥浆的流动性分析

将黏度最小时分散剂的使用量记为这组实验的最佳用量。

3.2.1各单一分散剂最佳用量使用时的泥浆流动性。

如表3所示，不同分散剂对泥浆性能的影响差异很大，其中测试使用的无机分散剂中的三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠的分散效果较好，六偏磷酸钠的效果一般。草酸钠的减水效果不好，而球磨时泥浆分散的较快，可见草酸钠易被泥浆颗粒吸附，但作用效果有限。高分子分散剂中聚丙烯酸钠的解凝和分散效果均好。分析筛选试剂得出：无机分散剂的减水分散效果较好，有机小分子分散剂的减水分散效果较差，聚合物高分子分散剂的分散效果最好。

3.2.2复配分散剂在最佳用量时的泥浆流动性

表4列出了不同复配成分的复合分散剂在最佳比例和用量时，对泥浆黏度、流动性的影响，从表中可以看出聚丙烯酸钠与焦磷酸钠复合分散剂的流动性最好，聚丙烯酸钠与六偏磷酸钠复合分散剂的流动性最差。三聚磷酸钠、草酸钠复合型分散剂对泥浆的降黏作用较三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠复合型分散剂差，但泥浆的流动性较好，原因可能是因为草酸钠是小分子分散剂，不会在泥浆中形成架桥作用，聚丙烯酸钠是高分子聚合物分散剂，形成架桥作用的几率较大，而少量分子的架桥作用也会对泥浆的流动性有一定影响

3.3分散剂对泥浆的分散稳定性分析

3.3.1单一分散剂对泥浆的分散稳定性

一定时间内，浆料悬浮液沉降越慢，分散稳定性越好。由于实验所用有机小分子分散剂的分散效果不理想，所以选择无机分散剂和聚丙烯酸钠高分子分散剂进行分散稳定性测试。比较图5、图6可知，经分散剂处理的泥浆颗粒与未加分散剂的空白样相比，沉降速率变慢，说明加入分散剂后，泥浆的分散稳定性得到改善。

由图6可知，加入各分散剂后泥浆的沉降规律基本一致，三聚磷酸钠，焦磷酸钠在沉降两分钟后的沉降速率较小，但沉降依然明显。六偏磷酸钠在沉降三分钟后的沉降速率几乎为零，原因可能是：六偏磷酸钠的分子较大对泥浆颗粒吸附较快，所以达到分散稳定所用时间较短。聚丙烯酸钠在前三分钟的沉降速率相对无机分散剂较慢，分散稳定性好。

3.3.2复配分散剂的分散稳定性

从前面的实验可知，聚丙烯酸钠分别与焦磷酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠的复配组合的降黏作用较其他组合好，因此实验选择此三种组合的复合分散剂，进行泥浆的分散稳定性比较。如图7所示，这三种组合的复合分散剂的沉降速率随时间的变化规律基本一致，聚丙烯酸钠与硅酸钠复合分散剂的沉降速率，在两分钟之后明显较前两种组合低，说明在这三个组合中，聚丙烯酸钠与硅酸钠的稳定性较好，加之硅酸钠的价格便宜，工业生产时，可以考虑这一组合。

3.4聚丙烯酸钠、硅酸钠复合分散剂对泥浆黏度的影响

从前面的实验得出，聚丙烯酸钠与硅酸钠的组合对泥浆的分散性能较好，最后以黏度为基础，选择聚丙烯酸钠与硅酸钠的比例为2.5:1的复合分散剂，测定不同用量的这一复合分散剂对泥浆黏度的影响规律，结果如图8所示。

由图8可知，当聚丙烯酸钠硅酸钠与硅酸钠复合分散剂用量为0.2%时泥浆的黏度出现突降，用量为0.4%时泥浆黏度很低，增加用量泥浆黏度继续下降，但下降幅度不大。所以工业生产时，选择用量在0.4%~0.5%为宜。

4 结论

分散剂在陶瓷制造中起重要作用，从实验结果来看，加入分散剂有利于提高泥浆的分散稳定性，降低泥浆黏度，改善泥浆的流动性。对单一分散剂作用的效果和二元组合作用效果的实验分析，结果表明：

（1） 通过不同种类分散剂对泥浆的分散效果测定结果分析可知，有机高分子电解质分散剂对实验所用泥浆的分散作用最佳。几种分散效果较好的分散剂的分散作用从大到小排列如下：聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠。

（2） 二元组合分散剂的解凝和分散效果比单一分散剂好，无机分散剂的减水效果比较好，但料浆的悬浮性普遍不好；高分子电解质分散剂的解凝和分散稳定性均好，且解凝范围宽。

（3） 分散剂加入量有一个最佳范围，加入量过少或过多，都会使影响料浆体系的稳定性。研究表明：当固含量为69％，无机分散剂加入量为0.2%~0.4%％时较好，聚丙烯酸钠加入量为0.4%~0.7%。

（4） 二元复合分散剂中，聚丙烯酸钠与无机分散剂的组合分散效果优于小分子有机物与无机分散剂的组合，在所有的组合中聚丙烯酸钠与硅酸钠组合的复合分散剂分散效果最好。

参考文献

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(College Text. & materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048 ,China.)

篇5

关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展

1前言

20世纪60年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用[1～4]，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域[4，5]。

先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等[1]。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。

先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。

2先进结构陶瓷及其应用

先进结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为：（1）机械陶瓷；（2）热机陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。若按化学成分分类可分为：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、赛龙陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它结构陶瓷(莫来石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶瓷以及复合陶瓷等)[1]。

由于先进结构陶瓷具有耐高温、高强度、高硬度、高耐磨、耐腐蚀和抗氧化等一系列优异性能[4]，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，已成为许多新兴科学技术得以实现的关键，在能源、航空航天、机械、交通、冶金、化工、电子和生物医学等方面有着广泛的应用前景。

2.1 耐高温、高强度、耐磨损陶瓷

2.1.1 氮化物陶瓷[6～8]

氮化物陶瓷是近20多年来迅速发展起来的新型工程结构陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸盐陶瓷不同之处在于其中氮和硅的结合属于共价键性质的键合，因而有结合力强、绝缘性好的特点。

氮化硅的烧结与一般陶瓷的烧结工艺不同，采用的是反应烧结法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能达到很高的致密度，一般只能达到理论密度的79％左右，不能制造厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是在高温下进行加压烧结，由此可得到热压氮化硅陶瓷，其室温抗弯强度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加少量氧化钇和氧化铝的热压氮化硅，室温抗弯强度可达到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界上最坚硬的物质之一；极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解；有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸(氢氟酸除外)和30％以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀，同时又是一种高性能电绝缘材料。由于其热膨胀系数小，抗温度急变能力很强，因此氮化硅陶瓷具有优良的力学性能，在工程技术的应用上已占有重要地位。

氮化硅陶瓷制品的种类很多，应用也日益广泛，例如可做燃气轮机的燃烧室、晶体管的模具、液体或气体输送泵中的机械密封环、输送铝液的电磁泵的管道和阀门、铸铝用永久性模具、钢水分离环等。利用氮化硅摩擦系数小的特点用作轴承材料，特别适合作为高温轴承使用，其工作温度可达1200℃，比普通合金轴承的工作温度提高2.5倍，而工作速度是普通轴承的10倍；使用陶瓷轴承还可以免除系统，大大减少对铬、镍、锰等原料的依赖。氮化硅作为高温结构陶瓷最引人注目的就是在发动机制造上获得了突破性进展。美国用热压氮化硅制成的发动机转子成功地在5000转／min的转速下运转很长时间。

2.1.2 碳化硅陶瓷[9，10]

工业化生产碳化硅的方法是将石英、碳素（煤焦）、木屑和食盐混合，在电炉中加热到2200～2500℃下制成。碳化硅陶瓷和许多陶瓷的不同之处，在于它在室温下既能导电，又耐高温，是一种很好的发热元件。用碳化硅制成的电热棒叫硅碳棒，在空气中能经受1450℃的高温；质量好的重结晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高温，远高于金属电热元件(除了铂、铑等贵金属外)，这是因为它在高温空气中会氧化生成一层致密的氧化硅薄膜，起到隔离空气的作用，大大减慢了内层碳化硅的进一步氧化，从而使它能在高温下工作。用热压工艺可以制得接近理论密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗弯强度即使在1400℃左右的高温下仍可达到500～600MPa，而其它陶瓷材料在1200℃以后，强度都会急剧下降。因此，碳化硅是在高温空气中强度最高的材料。

高温燃气涡轮发动机要提高效率，就必须提高工作温度，而解决问题的关键是找到能承受高温的结构材料，特别是发动机内部的叶片材料。碳化硅陶瓷在高温下有足够的强度，且有良好的抗氧化能力和抗热震性，这些优良品质都使它极其适合作为高温结构材料使用。用于在1200～1400℃下工作的高温燃气涡轮发动机叶片的材料，许多科学家认为它和氮化硅陶瓷是最有希望的候选材料。

碳化硅陶瓷的热传导能力仅次于氧化铍陶瓷。利用这一特性，可作为优良的热交换器材料。太阳能发电设备中被阳光聚焦加热的热交换器，其工作温度高达1000～1100℃，具有高热传导性的碳化硅陶瓷很适合做这种热交换器的材料，从试验情况来看，碳化硅陶瓷热交换器的工作状态良好。此外，在原子能反应堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，还可作为火箭尾喷管的喷嘴及飞机驾驶员的防弹用品。

此外，为了提高切削刀具的切削性能，20世纪以来，刀具材料经过了高速钢和硬质合金两次发展过程，目前正在进入陶瓷刀具大发展的阶段。新型陶瓷以其耐高温、耐磨削的特点，已在20世纪初引起了高速切削工具行业的注意。陶瓷刀具不仅红硬性高，而且具有高硬度、高耐磨性，因此便成为制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化铝、氧化铝-碳化钛、氧化铝-氮化钛-碳化钛-碳化钨、氧化铝-碳化钨-铬、氮化硼和氮化硅等[11]。以这类材料制作的刀具没有冷却液也可以工作，比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等优点。目前，欧美各国都已广泛使用陶瓷材料做钻头、丝锥和滚刀；原苏联确定了7000多个品种的合金刀具，用喷涂表面陶瓷涂层的办法来提高车刀的工作速度和使用寿命。

陶瓷除作切削刀具外，利用其耐磨、耐腐蚀的特性还可用作各种机械上的耐磨部件。如用特种陶瓷制作农用水泵、砂浆泵、带腐蚀性液体的化工泵及有粉尘的风机中的耐磨、耐腐蚀件或密封圈等都已取得良好的实用效果。此外，高纯氧化铝(刚玉)可制作金属拉丝模，尤其在高温下的热拉丝更显示出陶瓷的优越性；工业陶瓷中纳球磨筒和磨球，金属表面除锈用的喷砂嘴，喷洒农药用的喷头等。总之，凡是需要耐磨、耐腐蚀的场合，几乎都会看到特种陶瓷的存在。

2.2 耐高温、高强度、高韧性陶瓷

新型陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等性能，因此在冶金、宇航、能源、机械等领域有重要的应用。由于陶瓷的韧性差，因此也限制了它的使用范围。1975年澳大利亚的伽里耶(Garie)首次成功地利用添加氧化锆来大大提高陶瓷材料的强度和韧性，自那时起世界各国利用氧化锆增韧这一办法，开发出多种具有高强度和高韧性的陶瓷材料，掀起了寻求打不碎陶瓷的热潮。

氧化锆能够增加陶瓷材料韧性和提高强度的原因，至今虽没有完全搞清楚，但研究结果已经表明，它和均匀弥散在陶瓷基体中的氧化锆晶粒的相变有关。一种增韧理论认为相变膨胀导致的微裂纹可以阻止造成脆断的裂纹扩展；另一种理论认为应力诱导相变，而相变可吸收应力的能量，从而起到增韧的作用[12～14]。总之，在某些陶瓷材料中引入一定量亚稳氧化锆微粒，并使其均匀分布都可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。

氧化锆增韧陶瓷已在工程结构陶瓷研究中取得重大进展，经过增韧的陶瓷品种日益增多。现在已经发现可稳定氧化锆的添加物有氧化镁、氧化钙、氧化镧、氧化铈、氧化钇等单一氧化物或它的复合氧化物。被增韧的基质材料，除了稳定的氧化锆外，常见的有氧化铝、氧化钍、尖晶石、莫来石等氧化物陶瓷，还有氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。日本在氧化铝基质（强度为400MPa、断裂韧性为5.2 J/m2）材料中，添加16%体积百分数的氧化锆进行增韧处理，制得材料的强度高达1200MPa，提高了3倍，断裂韧性达到15.0J/m2，几乎也提高了3倍，基本达到了低韧性金属材料的程度[12]。最近的研究表明，强度和韧性是相互制约的。尽管如此，许多陶瓷材料通过氧化锆增韧，大大拓宽了应用领域，增强了取代某些金属材料的能力，出现了喜人的应用前景。利用氧化锆增韧陶瓷可替代金属制造模具、拉丝模、泵机的叶轮、特种陶瓷工业用的磨球、轴承，替代手表中的单晶红宝石。日本用增韧氧化锆做成剪刀，既不会生锈，又不导电，可以放心地剪断带电的电线。氧化锆增韧陶瓷还可用于制造汽车零件，如凸轮、推杆、连动杆、销子等。

2.3 耐高温、耐腐蚀的透明陶瓷[4，15]

现代电光源对构成材料的耐高温、耐腐蚀性及透光性有很高的要求，而同时满足这些性能的材料直到20世纪50年代后期才开始得到发展。1957年，美国通用电器公司的科布尔等人在平均尺寸只有0.3μm的高纯超细氧化铝原料中，添加氧化镁，混匀后压成小圆片，放在通氢气的高温电炉中烧制，意外地发现它像玻璃一样透明。科布尔还发现，把透明的陶瓷片放在显微镜下观察，几乎看不到微气孔。经过多次实验观察和研究分析发现，陶瓷的透光能力和内部气孔大小有很大关系，当微气孔的大小在1μm左右时，厚度为0.5mm的陶瓷试样只要含有千分之三的气孔就能使光线的透过率减少90％。一般氧化铝陶瓷中所含的气孔都超过这个数字。因此，构成氧化铝陶瓷的刚玉小晶体本身能够透过光线，而陶瓷还是不透明。使陶瓷透明的关键，是坯体中只能有一种晶型的晶体，而且对称性愈高愈好，否则会发生双折射，此外气孔要愈少愈好，有人做过试验，当气孔小到埃的数量级时，光会沿着微气孔发生绕射现象，这有助于透明度的提高。

氧化铝陶瓷是高压钠灯极为理想的灯管材料，它在高温下与钠蒸气不发生作用，又能把95 %以上的可见光传送出来。这种灯是目前世界上发光效率最高的灯。在相同功率下，一只高压钠灯要比2只水银灯或10只普通白炽灯发出的光还要亮，寿命比普通白炽灯高20倍，可使用2万小时以上，是目前寿命最长的灯。人眼对高压钠灯的黄色谱线十分敏感，而且黄光能穿过浓雾，特别适合街道、广场、港口、机场、车站等大面积的照明，效果极好。目前，许多国家正在推广使用，其发展速度之快，超过了以往任何一种电光源。由此不难看出，新型透明氧化铝陶瓷的出现，引起了电光源发展过程中的一次重大飞跃，带来了巨大的社会经济效益。

除半透明氧化铝陶瓷外，研究得较多的还有氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锆、氧化钇、氧化钍、氧化镧等。透明氟化镁、氰化钙、硫化锌、硒化锌、硒化镉等也有报道。用氧化铝和氧化镁混合在1800℃高温下制成的全透明镁铝尖晶石陶瓷，外观极似玻璃，但其硬度、强度和化学稳定性都大大超过玻璃，可以用它作为飞机挡风材料，也可作为高级轿车的防弹窗、坦克的观察窗、炸弹瞄准具，以及飞机、导弹的雷达天线罩等。

2.4 纤维、晶须补强陶瓷复合材料[12，16～18]

近年来，以陶瓷为基体、纤维或晶须补强的复合材料由于其韧性得到提高而受到重视。碳化硅晶须增韧的氧化铝陶瓷刀具在20世纪80年代初开始研究，1986年已作为商品推向市场。碳化硅晶须的加入大大提高了氧化铝陶瓷的断裂韧性，改善了切削性能。用碳纤维和锂铝硅酸盐陶瓷复合，材料的强度已接近或超过1000MPa，其断裂功高达3000J/m2，即达到了铸铁的水平。用钽丝补强氮化硅的室温抗机械冲击强度增加到30倍；用直径为25μm的钨丝沉积碳化硅补强氮化硅，这种纤维补强陶瓷的断裂功比氮化硅提高了几百倍，强度增加60％；用莫来石晶须来补强氮化硼，其抗机械冲击强度提高10倍以上。可以认为，继20世纪70年代出现的相变增韧热后，晶须、纤维增强、均韧复合陶瓷已成为结构陶瓷发展的主流。高性能(强度、韧性)、高稳定性、高重复性的晶须、纤维复合陶瓷材料的获得，除要求晶须、纤维与基体间化学、物理相容性较好以外，从复合工艺上，还必须保证晶须纤维在基体中能均匀地分散，才能获得预期的效果。最近，利用“织构技术”，在某些陶瓷坯体中生长出纤维状态针状第二相物质如莫来石晶体进行“自身内部”复合，这种复合增韧是一项简便易行的陶瓷补强新技术。目前高性能陶瓷复合材料，还处在深化研究阶段，关键在于改进工艺和降低成本，提高其实际应用的竞争力。

2.5 生物陶瓷[4，5，19]

生物陶瓷材料是先进陶瓷的一个重要分支，它是指用于生物医学及生物化学工程的各种陶瓷材料。它的总产值约占整个特种陶瓷产值的5％。生物陶瓷目前主要用于人体硬组织的修复，使其功能得以恢复。全世界1975年才开始生物陶瓷的临床应用研究。但是，最近10多年间，各国在这方面的基础应用研究很活跃。

目前生物植入材料在人体硬组织修复中应用的有：金属及合金、有机高分子材料、无机非金属材料和复合材料。材料被埋在体内，在体内的严酷条件下，由于氧化、水解会造成材料变质；长期持续应力作用会造成疲劳或者破裂、表面磨损、腐蚀、溶解等，这些都可引起组织反应，腐蚀产物不仅在种植体附近聚集，还会溶入血液和尿中，引起全身反应。因此，对生物植入材料的要求是严格的、慎重的。陶瓷材料作为生物植入材料和其他材料相比，它和骨组织的化学组成比较接近，生物相容性好，在体内的化学稳定性、生物力学相容性和组织亲和性等也较好，因此，生物陶瓷越来越受到重视。目前国内一些高等院校已对羟基磷灰石及氧化铝陶瓷等进行了研究，并已开始临床应用。

随着人类社会物质文明的发展，人们对提高医疗保健水平和健康长寿的要求必然成为广泛的社会需要。可以相信，生物陶瓷材料今后必将会有重大发展。

3结构陶瓷的发展趋势

当今世界，材料，特别是高性能新材料由于以下原因而得到迅速发展：（1）国际军事工业激烈竞争，航空航天技术的发展需要；（2）新技术的需要促进了新材料的发展；（3）地球上金属资源与化石能源越用越少，石油、天燃气等在本世纪末将用尽，开发与节约能源成为当务之急；（4）科学技术的进步为新材料的发展提供了条件[14]。目前使用的金属合金，在无冷却条件下，最高工作温度不超过1050℃，而高温结构陶瓷，如Si3N4和SiC则分别在1400℃和1600℃以上仍保持着较高的强度和刚性[16]。先进结构陶瓷所表现出的优异性能，是现代高新技术、新兴产业和传统工业改造的物质基础，具有广阔的应用前景和巨大的潜在社会经济效益，受到各发达国家的高度重视，对其进行广泛的研究和开发，并已取得了一系列成果。但结构陶瓷的致命弱点是脆性、低可靠性和重复性。近20年来，围绕这些关键问题已开展了深入的基础研究，并取得了突破性的进展。例如，发展和创新出许多制备陶瓷粉末、成形和烧结的新工艺、新技术；建立了相变增韧、弥散强化、纤维增韧、复相增韧、表面强化、原位生长强化增韧等多种有效的强化、增韧方法和技术；取得了陶瓷相图、烧结机理等基础研究的新成就，使结构陶瓷及复合陶瓷的合成与制备摆脱了落后的传统工艺而实现了根本性的改革，强度和韧性有了大幅度的提高，脆性得到改善，某些结构陶瓷的韧性已接近铸铁的水平。

先进结构陶瓷今后的重点发展方向是加强工艺-结构-性能的设计与研究，有效地控制工艺过程，使其达到预定的结构（包括薄膜化、纤维化、气孔的含量、非晶态化、晶粒的微细化等），重视粉体标准化、系列化的研究与开发及精密加工技术，降低制造成本，提高制品的重复性、可靠性及使用寿命。目前，高性能结构陶瓷的发展趋势主要有如下三个方面：

3.1 单相陶瓷向多相复合陶瓷发展

当前结构陶瓷的研究与开发已从原先倾向于单相和高纯的特点向多相复合的方向发展[20]。复合的主要目的是充分发挥陶瓷的高硬度、耐高温、耐腐蚀性并改善其脆性，其中包括纤维(或晶须)补强的陶瓷基复合材料；异相颗粒弥散强化的复相陶瓷；自补强复相陶瓷（也称为原位生长复相陶瓷）；梯度功能复合陶瓷[21]。以往研究的微米-微米复合材料中,微米尺度的第二相颗粒(或晶须、纤维)全部分布在基体晶界处，增韧效果有限,要设计和制备兼具高强度、高韧性且能经受恶劣环境考验的材料十分困难，纳米技术和纳米材料的发展为之提供了新的思路。

20世纪90年代末,Niihara教授领导的研究小组报道了一些有关纳米复相陶瓷的令人振奋的试验结果,如Al2O3-SiC(体积分数为5%)晶内型纳米复合陶瓷的室温强度达到了单组分Al2O3陶瓷的3～4倍,在1100℃下强度达1500MPa[8～12，22～26]，这些都引起了材料研究者的极大兴趣。从那时直到现在,纳米复相陶瓷的研究不断深入[13～17，27～31]，我国也相继开展了一系列的工作,目前对纳米复相陶瓷的研究已处于国际一流水平[18～22，32～36]。

3.2 微米陶瓷向纳米陶瓷发展

1987年，德国Karch等[37]首次报道了纳米陶瓷的高韧性、低温超塑。此后,世界各国对发展纳米陶瓷以解决陶瓷材料脆性和难加工性寄予了厚望。从20世纪90年代开始，结构陶瓷的研究和开发已开始步入陶瓷发展的第三个阶段，即纳米陶瓷阶段。结构陶瓷正在从目前微米级尺度(从粉体到显微结构)向纳米级尺度发展。其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸以及缺陷尺寸都属于纳米量级，为了得到纳米陶瓷，一般的制粉、成形和烧结工艺已不适应，这必将引起陶瓷工艺的发展与变革，也将引起陶瓷学理论的发展乃至建立新的理论体系，以适应纳米尺度的需求。由于晶粒细化有助于晶粒间的滑移，使陶瓷具有超塑性，因此晶粒细化可使陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在性能上发生突变甚至出现新的性能或功能。纳米陶瓷的发展是当前陶瓷研究和开发的一个重要趋势，它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论、从性能到应用都提升到一个崭新的阶段。

纳米陶瓷的关键技术在于烧结过程中晶粒尺寸的控制。为解决这一问题,目前主要采用热压烧结、快速烧结、热锻式烧结、脉冲电流烧结、预热粉体爆炸式烧结等致密化手段[39～43]，但总的来说,以上各种手段，虽对降低烧结温度、提高致密度有一定作用,但对烧结过程中晶粒长大的抑制效果并不理想，大块纳米陶瓷的制备一直是目前国际上纳米陶瓷材料研究的前沿和难点。目前纳米陶瓷在商业应用方面尚未取得突破性进展，若能制备出真正意义上的纳米陶瓷，则将开创陶瓷发展史上的新纪元，陶瓷的脆性问题也将迎刃而解[44]。大量的研究结果表明[45～49]，将等离子喷涂技术与纳米技术相结合，以纳米陶瓷粉末为原料经等离子喷涂技术制备的纳米陶瓷结构涂层表现出极其优异的性能，已经使纳米材料的应用逐步进入大规模实用化的阶段。

3.3 由经验式研究向材料设计方向发展

由于现代陶瓷学理论的发展，高性能结构陶瓷的研究已摆脱以经验式研究为主导的方式，陶瓷制备科学的日趋完善以及相应学科与技术的进步，使陶瓷材料研究工作者们有能力根据使用上提出的要求来判断陶瓷材料的适应可能性，从而对陶瓷材料进行剪裁与设计，并最终制备出符合使用要求的适宜材料。

陶瓷材料常常是多组分、多相结构，既有各类结晶相，又有非晶态相，既有主晶相，又有晶界相。先进结构陶瓷材料的组织结构或显微结构日益向微米、亚微米，甚至纳米级方向发展。主晶相固然是控制材料性能的基本要素，但晶界相常常产生着关键影响。因此，材料设计需考虑这两方面的因素。另外，缺陷的存在、产生与变化、氧化、气氛与环境的影响，对结构材料的性能及在使用中的行为将产生至关重要的作用。所以这也是材料设计中要考虑的重要问题，材料的制备对结构与缺陷有着直接影响，因此人们力求使先进陶瓷材料的性能具有更好的可靠性和重复性，制备科学与工程学将在这方面发挥重要作用。

陶瓷相图的研究为材料的组成与显微结构的设计提供了具有指导性意义的科学信息。最近提出的陶瓷晶界应力设计，企图利用两相或晶界相在物理性质(热膨胀系数或弹性模量)上的差异，在晶界区域及其周围造成适当的应力状态，从而对外加能量起到吸收、消耗或转移的作用，以达到对陶瓷材料强化和增韧的目的[1]。为克服陶瓷材料的脆性而提出的仿生结构设计，通过模仿天然生物材料的结构，设计并制备出高韧性陶瓷材料的新方法也成为研究热点[12，50]。

4结语

先进结构陶瓷材料在粉体制备、成形、烧结、新材料应用以及探索性研究方面取得了丰硕的成果，这些新材料、新工艺、新技术，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环境保护、提高生产效率，延长机器设备寿命以及实现尖端技术等方面，已经并继续发挥着积极的作用，促进了国民经济可持续发展、传统产业的升级改造和国防现代化建设。

先进结构陶瓷材料的研究，需要跟踪国际科技前沿，对新设想、新技术进行广泛探索。自蔓延高温燃烧合成技术(SHS)、凝胶注模成形技术、微观结构设计已成为研究热点。

陶瓷材料的许多独特性能有待我们去开发，所以先进陶瓷的发展潜力很大。随着科技的发展和人们对陶瓷研究的深入，先进陶瓷将在新材料领域占有重要的地位。

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Research Progress on Advanced Structural Ceramic Materials

Lu XuechengRen Ying

（Handling Equipment Mechanical Department, Academy of Military TransportationTianjin300161)