功能陶瓷,是指在應用時主要利用其非力學性能的材料,這類材料通常具有一種或多種功能,如電、磁、光、熱、化學、生物等;有的還有耦合功能,如壓電、壓磁、熱電、電光、聲光、磁光等。
功能陶瓷的概念
功能陶瓷,是指在應用時主要利用其非力學性能的材料,這類材料通常具有一種或多種功能,如電、磁、光、熱、化學、生物等; 有的還有耦合功能,如壓電、壓磁、熱電、電光、聲光、磁光等。隨著材料科學的迅速發展,功能陶瓷材料的各種新性能、新應用不斷被人們所認識,并積極加以開發。
由于科學技術的高度發展,對陶瓷材料的性能、質量以及要求越來越高,促使部分陶瓷發展成為新型的具有特殊功能類型的材料。這類陶瓷無論在性能和使用上,還是在制作工藝上都要求高度精細,故它與結構陶瓷一起,統稱為精細陶瓷(新型陶瓷)。以往,通常將具有單一功能的陶瓷,如機械功能、熱功能和部分化學功能的陶瓷列為結構陶瓷;而將具有電、光、磁及部分化學功能的多晶無機固體材料列為功能陶瓷。
根據中研普華產業研究院發布的《2022-2027年中國功能陶瓷行業供需趨勢及投資風險研究報告》顯示:
功能陶瓷在先進陶瓷中約占70%的市場份額,其余為結構陶瓷。由于先進陶瓷各種功能的不斷發現,在微電子工業、通訊產業、自動化控制和未來智能化技術等方面作為支撐材料的地位將日益明顯,其市場容量將不斷提升。
在電、磁、聲、光、熱等方面具備的許多優異性能令其他材料難以企及,有的功能陶瓷材料還是一材多能呢。而這些性質的實現往往取決于其內部的電子狀態或原子核結構,又稱電子陶瓷。已在能源開發、電子技術、傳感技術、激光技術、光電子技術、紅外技術、生物技術、環境科學等方面有廣泛應用。
就陶瓷材料的功能而言,有機械的、熱的、化學的、電的、磁的、光的、輻射的和生物的各類功能。此外,還有半導體陶瓷、絕緣陶瓷、介電陶瓷、發光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推進劑陶瓷、太陽能光轉換陶瓷、貯能陶瓷、陶瓷固體電池、阻尼陶瓷、生物技術陶瓷、催化陶瓷、特種功能薄膜等,在自動控制、儀器儀表、電子、通訊、能源、交通、冶金、化工、精密機械、航空航天、國防等部門均發揮著重要作用。在奇妙的材料世界里還有許多未知的現象有待于我們去探究,相信隨著科學技術的進一步發展,人類也必然會發掘出功能材料的新功能,并將其派上新用場。
利用納米技術生產的納米抗菌材料有三類:一類Ag+系抗菌材料(當高價銀離子與細菌接觸時使細菌體內的蛋白質變性;第二類是是光觸媒型納米抗菌材料(通過催化反應,將細菌的尸體分解得一干二凈,一般還有除臭,自潔,防霉,防銹,高效防老化,全能凈化空氣,自造“負離子雨林”氣候等功能);第三類是C-18A納米蒙脫土等無機材料。將前兩類加入陶瓷中可制成對病菌、細菌有強的殺菌和抑菌作用的陶瓷產品。
近年來,負離子瓷磚、發熱瓷磚、防滑瓷磚、抗菌瓷磚、透水磚和發泡陶瓷等功能性瓷磚,逐漸成為陶瓷行業產品研發的方向之一。這些功能性產品的興起,與行業的發展不無關系,更與消費者越來越重視家居健康有關。國內的先進陶瓷體系不斷拓展,制備技術不斷豐富與進步,應用領域也從單一的軍事、航空航天推廣到環保、新能源、電子信息等更為廣泛的民用市場,陶瓷材料也從結構陶瓷、功能陶瓷向結構——功能一體化發展。
小型化、低損耗化、復合化、多功能化、智能化將是未來新型功能陶瓷材料的發展趨勢。由于電子產品有向輕、薄、小發展的趨勢,這就要求材料、損耗必須越來越小,當材料尺寸達到納米級,表面、量子效應會顯著加強,會產生獨特的光、熱、電等特性,從而使材料產生一些新的功能。隨著科技的發展,對材料的功能也要求越來越高,單一材料往往難以滿足,可以通過離子摻雜、材料復合等手段開發出綜合的功能材料。智能材料是功能陶瓷發展的更高階段,它是人類社會的需求和現代科學技術發展的必然結果。
當今先進陶瓷材料的發展不再局限于傳統技術,而更多的是與現代信息、自動化技術、不同材料的結合而形成新的技術科學(計算材料科學、功能——結構一體化等),先進陶瓷發展的新時代即將到來。
納米材料具有極微小粒度、高比表面、高表面活性。隨著納米粉體顆粒尺寸的減小,其比表面和表面能增大。在制備和應用的過程中,由于顆粒間普遍存在的范德華力和庫侖力,納米顆粒極易凝聚并團聚形成二次顆粒,即所謂的軟團聚,使粒子粒徑增大。如果不加以分散而直接混料,大團聚顆粒的存在會使制備的材料在最終使用時失去納米材料所具備的特性。因此,納米材料在添加之前能否均勻、穩定地分散是其應用所要解決的首要問題。
目前納米技術在陶瓷中的工業化研究和應用,還處在起步險段,許多瓶頸問題有待于進一步的研究和解決。如:如何制備低成本納米陶瓷粉體問題;如何保持陶瓷材料中的納米特性問題;生產中怎樣控制的問題等等。
功能陶瓷未來發展的建議
在性能方面,應該向高性能、低成本、高可靠性、多功能和智能化的方向發展;在應用方面,應該向著智能化敏感陶瓷元件、計算機用光纖陶瓷材料、計算機硬盤和高穩定性陶瓷電容器等方向發展;在設備技術方面,應該向低溫燒結、納米材料的調控和復合、小型化方向發展。
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2022-2027年中國功能陶瓷行業供需趨勢及投資風險研究報告
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