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新能源在陶瓷行业中的应用
目前全世界范围内正在各个工业领域，全面展开一场新的技术革命。这次技术革命以新兴的信息产业为中心，加上生物工程、海洋工程和新材料，构成了这场新技术革命的四大支柱。另外，还包括一些新的科学技术，如空间技术、新能源技术、激光技术、光纤通讯技术和微电子技术等等。这些新的科学技术的发展，几乎都与材料的开发息息相关。可以说，没有新材料的突破，就没有新科学技术的发展，当然，新科学技术的发展，也迫使人们努力去研究开发新材料。新材料千千万万，归结起来，主要包括三大类:即金属材料、有机高分子材料和无机非金属材料。
一、无机非金属材料的特点
普通陶瓷的抗弯强度只有儿百到上千公斤/平方厘米，而新型陶瓷材料如SIC和SisN‘，不仅常温强度已达到1500MPa以上，相当于优质合金钢的强度，而且高温强度可以保持在一千几百度的温度下而不降低。此外，陶瓷弹性模量大，极不容易变形，特别是Al:O。、SisN‘和SIC等陶瓷材料，即使在高温下，蟋变也很小。这是它较金属可贵的性能。有机高分子材料，由于它不耐高温，就是所谓塑料王一聚四氟乙烯在40。℃下就软化变形了。普通陶瓷的抗热震性较差，但有些新型元件。由于这些敏感元件大都是用半导体材料制成，因此也称之为半导体电阻器。半导体敏感材料应用广泛，热敏电阻器可用于温度测量与控制、火焰报警、霜冻探测、过流保护和微波功率测量等。气敏电阻器用于可燃气体报警、煤气管道检漏、化工厂用毒气报警及交通管理检查酗酒行车等。无机非金属材料如铁氧体，还具有独特的磁学性能，与金属磁性材料比较，铁氧体的主要特点是电阻率高，较金属电阻率大1千亿倍。在高频磁场中，金属磁性材料由于电阻率低，会产生涡流，从而引起相当大的电能损耗。陶瓷磁性材料的涡流损耗比较小，在电子技术中，广泛用于继电器、变压器、电感线圈、天线以及电子计算机的记忆元件等。
陶瓷材料有一个致命的弱点，那就是它的脆性大，虽然静负荷强度高，但不耐机械冲击。金属材料、有机高分子材料在这方面的性能就较陶瓷材料优越得多。陶瓷学家正千方百计克服这个缺点，70年代以来，进行了大量工作，已取得较好的成果，主要采取了下面两个措施。
1.相变增韧:就是利用ZrO:在不同温度下的晶型转变时体积变化所产生的应变，达到增韧的目的。ZrO:相变增韧的作用机理已提出多种模型来解释，较为多数人所接受的是所谓“应力诱导相变增韧”。这种机理认为:在复合材料中，保留亚稳的四方相ZrO:是应力诱导增韧的必要条件，在基质的束缚下，四方相ZrO:，处于亚稳状态，不发生相变。在外力作用下，裂纹尖端的张应力，减弱或抵消了压应力，解除了四方相ZrO:的束缚，发生相变，转化为单斜ZrO:，产生应变，吸收了能量，由此抑制裂纹向前扩展，一直到裂纹端部相变区内的四方相ZrO:全部相变后，裂纹再向前继续扩展。ZrO:增韧氧化物住口Al:O。部份稳定ZrO:、ZnO莫来石等)陶瓷，已取得好的效果，ZrO:增韧AI:03，K:、可达到i5Mpam十，强度高达1200MPa。
2.纤维补强陶瓷复合材料这类材料对改善脆性、提高韧性具有重要的意义。韧性的主要表征是断裂功，就是使断裂纹扩展每一单位面积所需要作的功。无机非金属材料断裂功只有10焦尔/米么，而金属材料可达104~1。。焦耳/米“，这是无机非金属材料属于脆性材料的主要标志。纤维补强无机非金属材料，其断裂功可达到金属材料的下限，效果显著，因而受到十分重视，作为结构材料，这是很重要的性能指标。有报导，用碳纤维补强硼硅酸盐玻璃或铿铝硅酸盐玻璃，强度已接近或超过I000MPa，断裂功可达
3000焦尔/米“。
2.新能源技术
能源是发展工农业、交通、国防、和改善人民生活所必需的重要资源。随着工农业的加速发展，人民生活水平不断提高，对能量需求也急剧增加，但已有的能源逐渐在减
少，因此，出现了所谓“能源危机”。为了有效地利用热能就要提高能量转换过程的温度。新能源的开展如磁流体发电、原子能发电和太阳能发电，都离不开高温工程结构陶
瓷材料。
(1)磁流体发电:一般火力发电是将热能变成机械能再转变成电能，热效率较低，只有30~40纬。磁流体发电是将热能直接转变成电能的一种方式，热效率可提高到50~60%。如果利用废热与燃气轮机，蒸气推动的汽轮发动机多级发电装置串联起来时，效率可提高到大约70%。关键问题之一是材料，电极材料要能承受2500~3000“K的高温，800~2000米/秒的高速而且是强碱性腐蚀性强的气流的冲刷，还要有良好的导电能力，金属是难以胜任的。最有希望的就是陶瓷导电材料，如稳定的ZrO:、LaCrO3等。
(2)原子能发电:原子能就是原子核结构发生变化时放出的能量。原子量大的重原子核分裂为两个质量相近的核，即所谓裂变(Nuelearfission)，会放出巨大的能量。用中子照射U“3”就会发生核裂变并释放出能量。:U23‘+。n‘，。。Ba“。+:。Kr。‘+2。n‘可以看出，当U”5受到中子轰击后，会发出2~3个中子，这些中子又轰击新的铀原子核，又产生中子。要控制反应堆的核反应，就要控制中子的增生，如果任其联锁反应继续下去，就会产生危险的后果，为了不让中子跑到反应堆外面去，就要有能阻挡中子而又不吸收中子的外壁，BeO或石墨可作为中子反射屏，同时还可作为中子减速剂，以控制中子的速度，为了保证反应堆的安全运转，还需要有一种能吸收中子的材料来控制反应速度，这种吸收中子的控制棒就是用
B.C陶瓷来制作的。此外，还有供反应堆产生抗反应的核燃料，也是采用高熔点的陶瓷
材料，如氧化铀、碳化铀和氮化铀等，它们的熔点分MIJ为2800℃、2500oC和2550℃，这
样可使反应堆的温度和效率大大提高。原子量小的轻原子核聚合为较重的原子核，叫聚变反应(Nuelearfusion)，在反应过程中也有巨大能量放出来，利用这种核能转换成为电能的就叫核聚变发电。核聚变反应的物质是氢的同位素氖(:DZ)和佩(，T3)，其反应如下，
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为了使两个核聚合在一起，需要将聚变反应物质加热到上亿度以上这样的极高温度，使变成高离子态。在这样高的温度下，核运动加剧到足以使它们聚合发生反应，这高温的等离子体，任何材料制成的容器都化为灰烬。科学家们利用“磁约束”的办法将等离子约束在强磁场中，使等离子体同容器隔离开来，但容器内壁山于受到等离子体的热辐射和各种粒子的冲击，温度可升到1800℃左右。因此，容器内壁必须选用一种耐高温的材料，据目前研究报导，A1203是核聚变容器内壁较合适的材料。
(3)太阳能发电:它是将太阳能直接变成热能，然后再转换成电能的一种方式，这种方法是将太阳光通过几千块抛物面型反射聚光镜自动跟踪太阳，将太阳光聚焦到-座几十米高塔的热交换器_匕热交换器的材料，要求耐高温，导热性好，强度高，SIC材料能满足这些要求。聚集太阳光将管内空气加热到1000~1100℃，压力可达10个大气压，将这种高温气体引入燃气轮机即可发电。
(4)热机材料:自19世纪末Otto和D泌sel发动机问世以来，大约只有]/3的嫩料被转变成动能输出，其余都被排出的废气和冷却系统带走。所以，提高气体透平和内燃机的热效率是人们迫切要研究解决的重要课题。
以燃气轮机为例，目前进口温度在1000℃以下，约为900℃左右，热效率只能达到46%，要提高燃气轮机的效率，必须提高进口温度、如能将燃气进口温度提高到1500℃，当利用废气与蒸气发电联合装置时，热效率可提高55%以上。提高温度并不难，关键是材料。美国、日本、西德等国家正大力开展这方面的研究，SIC、Si3N4可能是
最好的最有希望的候选材料。进展较快的是将SIC、Si3N‘陶瓷材料
作为发动机的耐热部件，与一般汽车发动机比较，陶瓷发动机能承受较高的工作温度，能省去传统汽车水冷却系统，减轻自重，因而能减小启动惯性，所以是一种节能效益
大，功率高的发动机。
机械工业
(1)刀具:AI:03刀具在40年代末期开始研制，由于质量不够稳定，未能推广。70年出现了Al:O:十TIC复合刀具，近年来制成ZrO:增韧Al:O:的刀具，切削性能有提高。用TIC作为弥散增强Si3N‘的陶瓷具，较AI:O:车刀优越得多，以SisN-TIC的复合刀具对冷硬铸铁轧辊为例，其削耐用度较一般硬质合金高约30倍。。
(2)机械密封环:在输送液体或气体泵中，为了防止液体或气体的渗漏(特别那些有害气体或腐蚀性强的酸液)，往往用一对相对转动的机械密封环，如化工厂盐酸泵和三抓化铁泵，当采用反应烧结sN4代替耐酸陶瓷机械密封环时，使用寿命
提高6~7倍以上。农村输送含砂量较高的体时，所用的潜水泵，用反应烧结Si3N动环，不锈钢作静环，也取得良好的效。
(3)轴承:SisN‘耐磨性好，强度高，有自滑润性，可作为轴承材料。与轴承钢作的轴承比较，转速可加快，负载可加大，且寿命可延长2~7倍，重量可减轻60%。
(4)转子发动机刮片:转子发动机或旋转活塞发动机，它是50年代末期出现的种新型内嫌机，与往复式发动机比较，它有结构简单、体积小、重量轻、时速高和于维修等优点、关键技术是密封，要在高旋转下，保持工作腔之间的密封，而刮片
是决定密封性能和使用寿命的一个关键部，采用热压毖，N‘陶瓷作成的刮片，性能大超过硫精刮片和合金铸铁刮片。
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