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隨著現代高科技的發(fā)展，先進陶瓷逐漸成為新材料的重要組成部分和許多高科技領域發(fā)展的重要關鍵材料，受到了各工業(yè)發(fā)達國家的高度重視，其發(fā)展也在很大程度上影響著其他行業(yè)的發(fā)展和進步。

先進陶瓷因其特殊的精細結構和高強度、高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導電、絕緣、磁性、透光、半導體、壓電、鐵電、聲光、超導、生物相容性等一系列優(yōu)異性能，被廣泛應用于國防、化工、電子、機械、航空空、航空航天、生物醫(yī)藥等國民經濟。先進陶瓷的發(fā)展是國民經濟新的增長點，其研究、應用和發(fā)展狀況是反映一個國家綜合國力的重要標志之一

高級陶瓷是“原料高度精選或合成，化學成分控制精確，制造工藝易于控制，結構設計方便，特性優(yōu)良的陶瓷”。根據其特點和用途，可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。

結構陶瓷是指可以用作工程結構材料的陶瓷。它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨和抗熱震的特點。結構陶瓷大致可分為氧化物系列、非氧化物系列和結構陶瓷基復合材料。功能陶瓷是指具有電、磁、光、聲、超導、化學和生物特性以及相互轉化功能的陶瓷。功能陶瓷約占先進陶瓷的70%，其余為結構陶瓷。

由于先進陶瓷各種功能的不斷發(fā)現，其在微電子工業(yè)、通信工業(yè)、自動化控制和未來智能技術中作為支撐材料的地位將日益明顯，市場容量將不斷增加。

1.國內外研究現狀及發(fā)展趨勢，國外研究進展

目前，世界先進陶瓷技術的快速進步、應用領域的拓寬和市場的穩(wěn)定增長是顯而易見的。

美國和日本在先進陶瓷的研究和應用方面處于領先地位。美國國家航空航天局(NASA)和美國國家航空航天局(NASA)正在開展結構陶瓷開發(fā)加工技術的大規(guī)模研發(fā)計劃，重點是航空空發(fā)動機和民用熱機中關鍵閉環(huán)的陶瓷替代，資助納米陶瓷涂層、生物醫(yī)用陶瓷和光電陶瓷的研究和產業(yè)化。美國“脆性材料設計”等十大計劃；美國聯邦計劃“先進材料和材料設備”每年在材料研究和工程上花費20億~ 25億美元，以提高其國際競爭力。

日本先進陶瓷以其先進的制造設備和優(yōu)異的產品穩(wěn)定性，特別是在包括熱、壓、磁、氣、光敏感在內的功能陶瓷領域，逐漸成為國際市場的領導者。日本國際貿易工業(yè)部精細陶瓷研發(fā)“月光計劃”；

300千瓦陶瓷燃氣輪機發(fā)展計劃。此外，歐盟國家，特別是德國和法國，在結構陶瓷領域開展了重點研究，主要集中在發(fā)電設備、新能源材料和發(fā)動機中的陶瓷器件等領域。歐盟包括德國、法國、英國等國家也采取了一些相應的措施開發(fā)新材料，如“尤里卡計劃”。

美國陶瓷行業(yè)統計數據顯示，美國、日本、歐盟先進陶瓷市場年均增長率為12%，其中歐盟先進陶瓷市場年均增長率為15% ~ 18%。美國先進陶瓷市場總值年均增長率為9.9%；日本精細陶瓷協會預測日本先進陶瓷市場，年均增長7.2%。目前，先進陶瓷的最大市場是日本和美國，其次是歐盟。

中國的研究發(fā)展

從20世紀80年代到90年代初，許多現代陶瓷理論和技術被應用于精細陶瓷的制備。相變理論與金屬材料仿生學的交叉，極大地改善了材料的性能。纖維增強多相陶瓷和陶瓷基復合材料的韌性有了很大的提高。仿生學在精細陶瓷制備技術中的應用極大地發(fā)展了層狀材料。

隨著聚合物裂解轉化、化學氣相沉積(滲透)和溶膠工藝的采用，特種纖維的制造技術和連續(xù)纖維復合材料的制備技術發(fā)展迅速。納米技術在陶瓷中的應用從根本上改變了材料的性能，使一些陶瓷超塑性化或大大降低了陶瓷的燒結溫度。

21世紀，功能陶瓷的研究受到國家和科研機構的高度重視。從1995-2015年中國先進陶瓷產值和預測可以看出，中國先進陶瓷產業(yè)進入快速發(fā)展時期，預計到2015年產值將達到450億元。在精密小尺寸產品、大型陶瓷器件成型、燒結技術、低成本大規(guī)模制備技術、陶瓷加工系統等領域，國外壟斷和技術封鎖不斷被打破。

如凝膠注模技術生產的大尺寸熔融應時陶瓷方坩堝，打破了美國賽達南、日本東芝、法國維蘇威三大公司的技術壟斷，并于2007年率先實現國產化。經過五年的不斷發(fā)展，形成了110-1100 mm容量的系列產品，居世界第一。

資料來源:中國工程院、中國科學院，《中國建材發(fā)展現狀及進入新世紀咨詢報告》，1995-2015年中國先進陶瓷產值及預測

太陽能熔化應時方形坩堝(110 ~ 1100毫米)

但與美國、日本、德國相比，國內先進陶瓷整體水平仍有一定差距。主要表現在三個方面:

技術和新產品工程改造極其稀缺

世界上已開發(fā)出200多種陶瓷材料和2000多種應用產品。雖然中國也可以制備性能良好的陶瓷材料，但大部分仍停留在實驗室樣品中，有些產品因成本高、可靠性差而無法進入市場，因此產品銷量遠遠落后于發(fā)達國家。

高端粉體制備和分散技術遠遠落后

我國對陶瓷粉體的制備重視不夠，很多種類的陶瓷粉體沒有專門的生產企業(yè)，很多企業(yè)要“生產、銷售”。比如:高純氧化鋁粉，日本企業(yè)99.99%氧化鋁粉的燒結溫度只需要1300℃，而國內需要1600℃以上；高純氮化硅粉末仍受日本UBE和德國史塔克的限制，國內企業(yè)粉末質量仍波動較大。同時，粉體的高效分散技術存在較大差距。

制造設備的加工工藝落后

雖然我國引進了國外先進的技術和設備，如氣壓燒結爐、熱等靜壓、注塑機、流延機等。為了提高我國的技術裝備水平，大量的投資給企業(yè)造成了巨大的經濟壓力，從而限制了先進陶瓷的發(fā)展。但由于加工水平的差異，國產仿制設備的可靠性和穩(wěn)定性暫時無法與國外產品相比。

中國在“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃中明確指出，要大力發(fā)展新型功能與智能材料、先進結構與復合材料、納米材料、新型電子功能材料、高溫合金材料等關鍵基礎材料。實施高性能纖維及復合材料、先進稀土材料等科技產業(yè)化項目。掌握新材料設計、制備加工、高效利用、安全服務、低成本回收等關鍵技術，提高關鍵材料供應能力，搶占新材料應用技術和高端制造制高點。

同時也對先進陶瓷的主要應用領域，如新能源、電子信息、環(huán)保、高端機械制造等提出了規(guī)劃要求，將進一步推動我國先進陶瓷向規(guī)?；没?、高端化發(fā)展。

2.先進陶瓷制備技術的發(fā)展及陶瓷粉體的制備方法

粉末的特性對先進陶瓷的后續(xù)成型和燒結有著重要的影響，尤其是對陶瓷的微觀結構和力學性能。通常，高活性、高純度和小粒徑的粉末有利于制備結構均勻、性能優(yōu)異的陶瓷材料。

陶瓷粉體的制備主要包括三大類:固相反應法、液相反應法和氣相反應法。其中，固相反應法具有成本低、便于批量生產的特點，但雜質較多，主要有碳熱還原法(SiC粉、AlON粉)、高溫固相合成法(鎂鋁尖晶石粉、鈦酸鋇粉等)。)，自蔓延合成氮化硅的方法(300多種Si3N4粉末等。)和鹽分解法(Al2O3)近年來，沖擊波固體合成法可以大大降低反應溫度，提高粉體活性。

液相反應法生產的粉體粒徑小、活性高、化學成分易控制、易化學摻雜，可合成復合粉體，主要有化學沉淀法、溶膠-凝膠法、醇化物水解法、水熱法和溶劑蒸發(fā)法。

氣相反應法包括物理氣相沉積和化學氣相沉積。與液相反應法相比，氣相反應法制備的粉體純度更高，分散性更好，粒度更均勻，但投資和成本更高。隨著納米技術的發(fā)展，近10年來，粉體具有比表面積大、球形度高、粒徑分布窄的特點，為高性能陶瓷提供了基礎保障。

先進陶瓷成型技術

先進的陶瓷成型方法有很多種。除了傳統的干壓和注漿成型外，根據陶瓷粉體的特性和產品的制備要求，開發(fā)了多種成型方法。一般來說，可分為四種:干壓成型、塑性成型、漿料成型和固體無模成型，每種成型又可細分為不同的成型方法。

干壓成型:干壓成型和冷等靜壓成型；

塑料成型:擠出成型、注塑成型、熱蠟澆鑄、貼膜成型；

漿料成型:注漿成型、流延成型、凝膠注射成型、原位固化成型；

固體無模成形:熔融沉積成形、3D打印成形、分層固體成形、立體光刻成形和激光選擇性燒結成形。根據先進陶瓷的發(fā)展過程，著重介紹以下成型方法:

具有共價鍵的難燃材料，如Si3N4、BN和二硼化鋯(ZrB2)，在加熱過程中需要給予外部機械力來實現致密化。這種燒結方法是熱壓燒結，分為單向壓制和雙向壓制。熱壓燒結的特點是可以在比常壓燒結溫度低100 ~ 200℃時接近理論密度，同時提高產品的透明性、導電性和可靠性等性能。目前，我國透明陶瓷如AlON、YAG和BN可加工陶瓷的熱壓燒結已經達到或接近國際水平。

熱壓燒結法制備AlON透明陶瓷

而熱壓燒結只能生產單一形狀的產品，后期會增加加工成本，所以燒結法制造成本較高。

氣壓燒結是先進陶瓷最重要的燒結技術之一，即在1 ~ 10兆帕范圍內施加一定的氣壓，以抑制陶瓷材料在高溫下的分解和失重，從而提高燒結溫度，促進材料致密化。

這項技術最早由日本的美圖莫公司報道，其最大的優(yōu)點是可以以較低的成本制備出性能優(yōu)異、形狀復雜的共價鍵陶瓷，并且可以實現批量生產。近30年來，日本、美國、德國和中國對氣壓燒結進行了廣泛而深入的研究，燒結材料的范圍不斷擴大和推廣。突破了國內大尺寸氣壓燒結氮化硅陶瓷的技術封鎖，實現了技術國產化。