工程陶瓷是指应用于工程技术领域的各类陶瓷的统称，包括结构陶瓷、功能陶瓷和陶瓷基复合材料。工程陶瓷凭借其耐高温、耐磨损、耐腐蚀、化学稳定性强以及独特的电、热、光、磁等功能，在新材料领域占据着非常重要的位置。以下是几种常见工程陶瓷材料及其应用的简要介绍：

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷是研究最广泛、应用最广的工程陶瓷之一，具有熔点高（2050℃）、硬度大（HRA 90–92）、绝缘性能好（体积电阻率高达10¹⁵ Ω·cm）、化学稳定性好等优点。被广泛应用于高温结构材料、耐磨材料、电气绝缘材料和耐腐蚀材料等领域，如高温窑具、耐磨内衬及磨料体、电真空外壳和陶瓷基板、高温烟气净化陶瓷膜材料、化工陶瓷、透明陶瓷电子产品镜头盖板、耐磨涂层等。

半透明氧化铝一体管

制备高性能氧化铝陶瓷的关键在于原料粉体的纯度、颗粒形貌及粒径分布。近年来，随着对透明氧化铝陶瓷和蓝宝石晶体的需求不断增长，高纯超细甚至纳米氧化铝粉体的制备技术得到了迅速发展。透明氧化铝陶瓷采用纯度达4N、粒径小于100nm的高纯超细粉体制备，而蓝宝石晶体生长则需粉体纯度达到5N。

氧化锆陶瓷

在所有金属氧化物陶瓷中，氧化锆具有最好的高温稳定性，最适合作为陶瓷涂层和高温耐火材料。氧化锆的热导率是常见陶瓷材料中最低的，而热膨胀系数又与金属材料接近。

氧化锆陶瓷的相变增韧特性使其成为韧性陶瓷研究的热点，其优异的力学性能和热物理性能也使其成为金属基复合材料的重要增强相。目前，氧化锆陶瓷在各种金属氧化物陶瓷中的应用量仅次于氧化铝陶瓷。

部分稳定氧化锆（PSZ，陶瓷常用3% ω 氧化钇稳定的氧化锆纳米粉体为原料）是目前强度和韧性最高的陶瓷材料。PSZ陶瓷晶粒细小、强度高、韧性好、耐磨性高（通常为氧化铝陶瓷的5-10倍），且具有良好的自润滑性，广泛应用于磨机、球磨机、轴承材料、人造关节、日用陶瓷刀具等耐磨结构材料领域。

氧化锆球

碳化硅陶瓷

碳化硅陶瓷是在非氧化物陶瓷材料中研究与应用最广泛的一种。由于硅与碳以共价键形成类似金刚石的四面体结构，具有高强度、高硬度、抗氧化性和优异的耐腐蚀性能。因制备工艺不同，碳化硅陶瓷表现出不同的性能和应用领域。

其可作为高温结构材料、耐火材料、机械密封耐磨材料、耐酸碱腐蚀材料及高温换热材料等使用。

氮化硅陶瓷

氮化硅（Si₃N₄）陶瓷是一种在非氧化物陶瓷中发展迅速的工程陶瓷。其结构单元[SiN₄]由硅和氮之间的共价键形成四面体结构，使其具有高强度、高硬度、优异的抗氧化性和耐腐蚀性。氮化硅有α和β两种晶型，α-Si₃N₄呈颗粒状，β-Si₃N₄呈针状棱柱体。

在烧结温度下，原料中的α-Si₃N₄细颗粒可转变为β-Si₃N₄针状晶体，实现自增韧作用。因此，氮化硅陶瓷的强度与韧性高于碳化硅陶瓷，更适用于制备高强度与高韧性的陶瓷制品，如磨削介质、陶瓷刀具、陶瓷轴承等。

氮化硅陶瓷具有出色的红硬性，特别适合在高速数控机床上进行高速切削或磨削。

氮化硅刀具

石英陶瓷

石英陶瓷又称熔融石英陶瓷，具有低热膨胀系数和优异的热震稳定性。除传统模压成型与浆料注浆工艺外，近年来发展出的凝胶注模技术也被成功应用于石英陶瓷的成型，成功制造出玻璃水平钢化辊、浮法玻璃窑炉闸砖等大型石英陶瓷产品。

石英陶瓷应用领域包括冶金、电力、玻璃、航空、光伏等行业。此外，也被广泛用于单晶硅和多晶硅熔炼坩埚、导弹雷达罩等。

石英陶瓷坩埚

氮化铝陶瓷

氮化铝陶瓷是一种兼具高热导率与绝缘性能的陶瓷材料，具备高强度、高硬度和耐高温特性。因此在高功率集成电路和电子器件的散热基板中具有独特优势。

选用高纯度、性能稳定、粒径细小且分布窄的氮化铝粉末，辅以少量烧结助剂（如纳米氧化钇），并采用热压烧结工艺，是制备高热导氮化铝陶瓷的理想技术方案。

氮化硼陶瓷

氮化硼（BN）有两种典型晶体结构：六方氮化硼与立方氮化硼。当前，六方氮化硼陶瓷主要用于高温绝缘材料、高级口红填料、润滑材料（如热压模具的脱模剂）以及金属熔炼用坩埚；而立方氮化硼陶瓷则主要用于制造刀具、磨料和研磨抛光材料。

六方氮化硼呈白色，结构与石墨相似，具有许多与石墨相同的性能，如低硬度、润滑性等。它是陶瓷材料中热导率极高的材料之一，其热导率是石英的10倍。高热导率的热压产品（如热压氮化硼）可达33 W/m·K，与纯铁相当。立方氮化硼结构类似金刚石，是目前仅次于金刚石的第二种超硬材料。

by Chin Trento

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