当前位置:首页 >>
新型陶瓷的技术发展情况是什么?
福建陶瓷资源网  2007-08-31    阅读:

新型陶瓷的制备和加工技术,总体上看,还没有达到完善和实用的程度。但不可否认,在成型、烧结和加工方面仍有某些积极的进展。如在产品成型方面,某些形状复杂的产品必须选择合适的成型方法才行。陶瓷注射成型技术能较好地解决复杂产品的成型问题。注射成型本是高分子材料或塑料成型时常用的方法。陶瓷科学家从中得到启发,在陶瓷粉料中加入热塑性树脂、热固性树脂、增塑剂和减摩剂,使陶瓷粉料成为粘弹性体,然后将混练后的料浆从喷口射入金属模内,冷却固化即成。常用的热塑性树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯,加入量10~30%。这一技术已经实用化,很大程度地提高了形状复杂产品成型的精度和可靠性。在烧结技术方面,除了通过添加烧结辅助剂或选择易于烧结的粉料,来尽可能地降低烧结温度之外,陶瓷工程师还大力研究热压和高温等静压(HIP)新工艺,据研究表明,陶瓷粉体在加热的同时进行加压,烧结温度可降低很多,烧结体致密,气孔率低,且具有较高的强度。就氧化铝材料而言,常压下烧结,必须烧至1800℃以上的高温,热压(2000N/cm2)烧结,要烧至1500℃左右。热压20MPa烧结,在1000℃左右的较低温度下就已致密化了。在陶瓷加工方面,梅福(Moifoll)公司研制的超声波加工机可对内燃机和其他产品中各种形状复杂的陶瓷部件进行精确的加工。

新型陶瓷制备技术的进展水平在各个技术领域是不一样的。我们以陶瓷发动机技术为例,分析其发展过程,以便能窥视出端底。陶瓷发动机技术的进展可分为四个阶段,每个阶段都在陶瓷取替金属组件工艺上前进了一大步。

第一阶段,仅仅标志着陶瓷组件的应用改善了柴油发动机的性能,而燃料消耗并无明显减少。Si3N4电热火花塞以及陶瓷涡轮增压器转子可以算是这一阶段的典型产品。Si3N4电热火花塞材料能快速升温,从而大大缩短柴油机的起动时间。陶瓷涡轮增压器转子利用其材质——Si3N4烧结密度较低的特点,降低惯性,缩短了涡轮增压器的响应时间。不过,金属——陶瓷之间耐久而可靠的接合技术是进一步待解决的问题。解决问题的办法是开发整体陶瓷转子。

第二阶段,主要是利用陶瓷材料在高温(400~9500C)下运行无需冷却的特性,制成无水冷却系统的发动机。这种发动机使能燃料利用率提高10—15%,不定期维修量减少到原来的50%。日本芝大的汽车工业界透露,一种电子计算机控制、陶瓷引擎驱动、时速为300km的塑料壳体汽车已露雏形。

第三阶段,利用陶瓷材料的高温绝热性能设计绝热发动机。美国卡明期发动机公司与美国陆军坦克司令部联合开发了这种发动机。这种发动机比标准柴油机少361个零部件。这些部件主要来自冷却系统,包括散热器、风扇和水泵等。省去这些部件意味发动机体积减少0.56m3,净重减轻153kg。发动机故障中有一半与冷却系统有关,减去冷却系统,等于延长了发动机的有效寿命。这种发动机的燃烧室借助ZrO2涂层来进行绝热,并利用涡轮复合原理,通过附加轴系机构,可以从排放气体中回收部分热焓。这种发动机安装在军用卡车上,累计进行了12900km以上的路程试验,单位耗油里程从2.55mile/1提高到3.85mile/l(1mile=1.609km)。

第四阶段,主要开发低摩擦发动机,除集中绝热发动机的全部优点外,还进一步改善发动机的机械摩擦,以便取消润滑系统。在无润滑情况下,摩擦系数较低的陶瓷材料显示了它的优越性。它能使发动机的机械摩擦减少50%。不过,完全绝热的柴油机至今尚未达到商品化生产。要做到这一步,估计还得若干年的努力。