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无机非金属专业导论 先进陶瓷材料发展动态
美国发展概况
在2005年1月10-12日举行的医疗器械的设计与制造会 议上,美国Biophan技术公司展示了用于医疗和生命 科学中的陶瓷发动机。
2005年5月,美国Rensselaer工学院的研究人员利用陶 瓷模板产生分又的纳米线和纳米管。
美国加州伯克利大学化学系研究人员与美国劳伦斯国 家实验室的科学家合作,利用外延镀膜新技术,首次 成功地合成了具有单晶结构的氮化镓(GaN)纳米管, 这种新技术也可以应用于合成其他材料的单晶纳米管。
发明轻质、可以进行化学武器、毒气、悬浮物质等防 护的材料,用于皮肤保护,减小生理压力。研究内容 包括采用高透性的纳米材料减小悬浮物质深透的衣料 (纳米纤维材料、高潮湿气体传输膜),能够随外界 环境打开或者关闭孔隙的智能膜材料,感知并显示生 命体存在,提高耐用性、触知性相关的纳米材料。
美国国防部
非医疗科学与技术、化学生物防御的解决方案项目。研究 的技术焦点是纳米吸附材料相关的技术在近地表环境检测 、活体检测以及污染区净化等方面的技术及应用。
美国国防部
含有碳纳米管增强剂的高强度陶瓷材料研发
美国国防部2002 年5 月份宣布资助含有碳纳米管增强剂的高 强度陶瓷材料研发项目的研究。由材料与电化学研究公司和纳 米试验室有限公司共同完成。研发内容包括:开发陶瓷体的碳 纳米管和其他纳米管/纳米棒增强剂来增加军用和商业用陶瓷 ,如氧化铝、碳化硅、碳化硼等的强度和韧性,为军方提供各 种形状的高性能陶瓷样品以供检测;选择用于各种用途、能合 成高强度、高硬度的纳米陶瓷复合材料,研究通过碳纳米管和 其它纳米管和纳米棒颗粒对陶瓷进行补强增韧;研发即保持陶 瓷特性、同时又具有优异强度性能的陶瓷基纳米复合材料。
无机非金属材料工程 专业导论
先进陶瓷材料国内外 发展动态
先进陶瓷发展概述
先进陶瓷最初在二次世界大战时引起人们关注,美国 在战舰上安装声纳装置,使用了压电水晶的原理,用 钛酸钡陶瓷做成超声波振动发射与接收的电子器件。
20世纪60年代,开始将耐高温的陶瓷材料部件使用于 高速飞行器件中的耐热瓦等关键部位。
美国发展概况
美国在先进陶瓷方面的研发受到美国国防部、美国能 源部和国家自然科学基金会等机构的高度重视,在军 事、航空航天、环境等方面的研发和应用尤为活跃。 由于宇航技术发展的需要,美国国家航空和宇航局 (NASA)在结构陶瓷的开发应用和加工技术方面正在实 施大规模的研究与发展计划。
为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,美国 制定了先进高温热机计划、先进涡轮技术应用计划、 国家宇航计划和国防关键技术计划,将高温结构陶瓷 基复合材料作为重点研究对象,其目标是将发动机热 端部件的使用温度提高到1650℃或者更高,从而提高 发动机涡轮进口温度,达到节能、减重和延长寿命的 目的,满足军事和民用热机的需要。
在美国从事电子陶瓷的公司有300多家,从事陶瓷发 动机研究开发和生产的公司在30~40家之间。
美国把先进陶瓷作为新型工程材料来发展,目标是把 陶瓷的特性如高硬度、高耐磨性、耐高温性于抗腐蚀 性和钢的延展性瓷领域的研发活动也非常活跃。
2004年1月,美国柯达公司的科学家用陶瓷纳米颗粒 和其他先进涂层技术制造了一个九层复合材料,具有 抗热、防潮、质量轻等特点。
美国发展概况
美国格鲁曼公司正在研究大气层超音速飞机发动机的 陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件。
美国碳化硅公司用Si3N4/SiC制造导弹发动机燃起喷 管。杜邦公司也已研制出能承受1200~1300℃、使用 寿命2000h的陶瓷基复合材料发动机部件。美国麻省 理工学院、加州大学圣巴巴拉分校、宾州大学等相关 大学、能源部下属的实验室以及研发公司积极参与相 关研究。
同年3月,美国能源部西北太平洋国家实验室的科学 家发明了一种智能纳米多孔陶瓷材料,具有很高的表 面积和合适的孔洞,能够将水银和其他有毒物质从火 力发电厂的废水中除去。
11月,普度大学的科学家研究表明,通过植入在相同 方向排列的碳纳米管和细丝,并仿照人工骨中陶瓷晶 体和胶原质纤维的排列方式,即可以提高人工关节的 性能。
70年代后期,目光转向了耐高温的陶瓷材料,试图用 陶瓷替代发动机内部高温部件甚至研制全陶瓷发动机。 陶瓷材料的强韧化和纤维复合化技术得到迅速发展。
80年代末,美国科学家将陶瓷材料的电阻降低到接近 于零,使陶瓷材料成为比金属导电性能还好的超导材 料,并获得诺贝尔奖,使人们对于陶瓷材料的电子学 的可控制性产生极大兴趣。
美国国防部
由美国国防部资助,从2005 年开始执行,为期4 年, 每年投资1500 万美元。目的是开发新的技术和创新点 来弥补特定的技术需求。计划分为检测(传感技术、 遥感与报警等);模型与模拟战场;保护;自净化四 部分,其中与纳米陶瓷材料相关的内容是开发军用防 护服、防毒面具、净化系统和掩护材料系统。
先进陶瓷发展概述
90年代以后,由于移动通讯器材的强劲需求,耐高温 并且对于高频电磁波有很好响应的陶瓷材料,成为重 要的移动通讯的电子元器件的主流材料,现在手机中 的许多微型元件都属于陶瓷材料的元件。
由于光通讯技术和太阳能高效率利用技术的发展,具 有特殊光学特性和光电特性的先进陶瓷材料在今后一 段时期将会得到关注与重视。
先进陶瓷发展概述
从目前情况看,先进陶瓷元件的研制与生产主要集中 在美国和日本这两个工业发达国家。美国的向于在基 础知识上的创新,日本专利专利则倾向于在现有技术 基础上的改进以期有更多的工程应用前景。
先进陶瓷的销售量逐年增加。据有关媒体报道的统计 资料显示:1980年美国特种陶瓷市场规模仅为5.56亿 美元,1990年达到了21.96亿美元,2000年高达51.25 美元。20年问增长了近10倍。日本的先进陶瓷市场同 样得到了飞速发展,1980年为6950亿日元,1990年达 到25263亿日元,2000年高达61261亿日元,20年间增 长了近9倍。美国和日本竞相把先进陶瓷作为新型工 程材料来发展,目标是把陶瓷的特性如高硬度、高耐 磨性、耐高温性于抗腐蚀性和钢的延展性结合起来。