陶瓷材料是人類生活和現代化建設中不可缺少的一種材料。它是繼金屬材料，非金屬材料之後人們所關注的無機非金屬材料中最重要的材料之一。它兼有金屬材料和高分子材料的共同優點，在不斷改性的過程中，已經使其易碎性得到很大的改善。陶瓷材料以其優異的性能在材料領域獨樹一幟，受到人們的高度重視，在未來的社會發展中將發揮非常重要的作用。
陶瓷材料按其性能及用途可分為2大類：結構陶瓷和功能陶瓷。現代先進陶瓷的性能穩定、強度高、硬度高、耐高溫、耐腐蝕、耐酸鹼、耐磨損、抗氧化以及良好的光學性能、聲學性能、電磁性能、敏感性等性能遠優於金屬材料和高分子材料；而且先進陶瓷是根據所要求的產品性能，經過嚴格的成分和生產工藝製造出來的高性能材料，因此可用於高溫和腐蝕介質的環境當中，是現代材料科學發展最活躍的領域之一。在此，小編將對先進陶瓷的種類及其應用領域做詳細的介紹。
結構陶瓷
其陶瓷材料優異的特性在於高強度、高硬度、高的彈性模量、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗震性、高導熱性能、低膨脹係數、質輕等特點，因而在很多領域逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應用到金屬材料所不可勝任的領域，如發動機氣缸套、軸瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。結構陶瓷可分為4大類：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、納米陶瓷、陶瓷基複合材料。
1.氧化物陶瓷
氧化物陶瓷主要包括氧化鎂陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化錫陶瓷、二氧化矽陶瓷、莫來石陶瓷。氧化物陶瓷最突出的優點是不存在氧化問題。氧化鋁陶瓷具有機械強度較高、絕緣電阻較大的特性，可用作真空器件、裝置瓷、厚膜和薄膜電路基板、可控矽和固體電路外殼、火花塞絕緣體等。其強度和硬度較大，可用作磨料磨具、紡織瓷件、刀具等。
氧化鎂陶瓷具有良好的電絕緣性，屬於弱鹼性物質，幾乎不被鹼性物質侵蝕，對鹼性金屬熔渣有較強的抗侵蝕能力。不少金屬如鐵、鎳、鈾、釷、鉬、鎂、銅、鉑等都不與氧化鎂作用。因此，氧化鎂陶瓷可用作熔鍊金屬的坩堝，澆注金屬的模具，高溫熱電偶的保護管以及高溫爐的爐襯材料等。氧化鎂在空氣中易吸潮並水化生成Mg(OH)2，在製造過程中必須注意。為了減少吸潮，應適當提高煅燒溫度，增大粒度，也可增加一些添加劑，如TiO2等。氧化鈹陶瓷具有與金屬相似的良好的導熱係數，約為209.34W/(m·k)，可用來做散熱器件；
氧化鈹陶瓷還具有良好的核性能，對中子減速能力強，可用作原子反應堆的減速劑和防輻射材料；另外，利用它的高溫比體積電阻較大的性質，可用來做高溫絕緣材料；利用它的耐鹼性，可以用來作冶煉稀有金屬和高純金屬鈹、鉑、釩的坩堝。氧化鋯陶瓷耐火度高，比熱和導熱係數小，是理想的高溫絕緣材料；化學穩定性好，高溫時仍能抗酸性和中性物質的腐蝕。
2.非氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷包括碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、矽化物陶瓷、硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷不同於氧化物陶瓷，在自然界中儲量很少，需要人工合成原料，然後再按陶瓷工藝製成成品。氮化物、碳化物、硫化物的標準生成自由焓一般都大於相應氧化物，說明生成的氧化物更為穩定。所以，在原料的合成和陶瓷燒結時易生成氧化物。氧化物原子間的化學鍵主要是離子鍵，非氧化物之間一般是鍵性很強的共價鍵，因此，非氧化物陶瓷難熔、難燒結。
（1）碳化矽陶瓷共價鍵性極強，在高溫下仍保持較高的鍵和強度，強度降低不明顯，且膨脹係數小，耐蝕性優良，可用作高溫結構零部件。碳化矽陶瓷由於熔點高、硬度大，主要用作超硬材料、工具材料、耐磨材料以及高溫結構材料；利用它導熱係數高、膨脹係數低的特點，可用作導熱材料、發熱材料等。碳化矽陶瓷主要應用於石油工業、化學工業、汽車、飛機、火箭、機械礦業、造紙工業、熱處理、核工業、微電子工業、雷射等行業。
（2）氮化物陶瓷種類很多，它包括氮化矽陶瓷、氮化鋁陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化鈦陶瓷等。氮化矽陶瓷具有耐高溫、耐磨，在陶瓷發動機中用於燃氣輪機的轉子、錠子和渦形管；由於具有抗震性好、耐腐蝕、摩擦係數小、熱膨脹係數小等特點，廣泛應用於冶金和熱加工工業中。氮化鋁陶瓷可作為熔融金屬用坩堝、保護管、真空蒸鍍用容器，還可用作真空中蒸鍍Ａｕ的容器、耐熱轉、耐熱夾具等。電絕緣電阻高、優良的介電係數和低的介電損耗，機械性能好，耐腐蝕，透光性強，根據以上特性可用作高溫構件、熱交換材料、澆注模具材料以及非氧化電爐的爐襯材料等。
氮化硼陶瓷較好的耐高溫性、電絕緣性，可用作電氣工業部門的絕緣材料。由於導熱性幾乎不隨溫度變化，及對微波輻射的穿透性能，可用作雷達的傳遞窗。氮化硼中有硼原子存在，故具較強中子吸收能力用作原子反應堆的結構材料。利用它的熔點高、熱膨脹係數小及幾乎對所有熔融金屬都穩定的性能，可用作高溫金屬冶煉坩堝、耐火材料、熱片及導熱材料，是製造發動機部件的最佳材料。
氮化矽陶瓷硬度高、熔點高、化學穩定性好且具有金黃色金屬光澤，是一種較好的耐熔耐磨材料，代金裝飾材料。在機械加工工業中，在刀具上塗ＴｉＮ塗層，可以提高其耐磨性。
3.納米陶瓷
納米陶瓷又稱納米結構材料，納米複合材料是21世紀開發的新材料。它的研究是從微米複合向納米複合方向發展，納米陶瓷材料不僅能在低溫條件下像金屬材料那樣任意彎曲而不產生裂紋，而且能夠像金屬材料那樣進行機械切削加工，甚至可以做成陶瓷彈簧。納米陶瓷可作防護材料、高溫材料、人工器官的製造、臨床應用、以碳化矽為吸收劑的吸收材料、以陶瓷粉末為吸收劑的吸收材料以及壓電性能的應用。它的應用領域為微包覆、超級過濾、吸附、除臭、觸媒、固定氧、傳感器、光學功能元件、電磁功能元件等。
4.陶瓷基複合材料
複合材料是２種或２種以上不同化學性質或不同組織相的物質，以微觀或宏觀形式組合而成的材料。基於提高韌性的陶瓷基複合材料可分為２類：氧化鋯相變增韌複合材料和陶瓷纖維強化複合材料。氧化鋯相變增韌複合材料是把部分的氧化鋯粉末與其他陶瓷粉末混合後製成的高韌性材料，這種材料在陶瓷切削刀具方面得到了廣泛的應用。
纖維強化被認為是提高陶瓷韌性最有效、最有前途的方法。纖維強度一般比基體高得多，它對基體具有強化作用；同時纖維具有顯著阻礙裂紋擴展的能力，從而提高材料的韌性。目前韌性最高的陶瓷就是纖維強化的複合材料。另一種增強材料是陶瓷晶須，晶須尺寸非常小，但卻是近乎完美的纖維狀單晶體，其強度和模量接近材料的理論值，極適用於陶瓷的強化，目前這類材料在陶瓷切削刀具方面得到廣泛應用。
功能陶瓷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、生物等功能，以及耦合功能，如壓電、壓磁、熱電、電光、聲光、磁光等功能。功能陶瓷已在能源開發、空間技術、電子技術、傳感技術、雷射技術、光電子技術、紅外技術、生物技術、環境科學等領域得到廣泛應用。
1.電子陶瓷
電子陶瓷包括絕緣陶瓷、介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及導電、超導陶瓷。根據電容器陶瓷的介電特性將其分為６類：高頻溫度補償型介電陶瓷、高頻溫度穩定型介電陶瓷、低頻高介電係數型介電陶瓷、半導體型介電陶瓷、疊層電容器陶瓷、微波介電陶瓷。其中微波介電陶瓷具有高介電常數、低介電損耗、諧振頻率係數小等特點，廣泛應用於微波通信、移動通信、衛星通信、廣播電視、雷達等領域。
2.熱、光學功能陶瓷
耐熱陶瓷、隔熱陶瓷、導熱陶瓷是陶瓷在熱學方面的主要應用。其中，耐熱陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由於它們具有高溫穩定性好，可作為耐火材料應用到冶金行業及其他行業。隔熱陶瓷具有很好的隔熱效果，被廣泛應用於各個領域。
陶瓷材料在光學方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信號發生器和光導纖維，利用陶瓷光係數特性在生活中隨處可見，如塗料、陶瓷釉。核工業中，利用含鉛、鋇等重離子陶瓷吸收和固定核輻射波在核廢料處理方面廣泛應用。陶瓷還是固體雷射發生器的重要材料，有紅寶石雷射器和釔榴石雷射器。光導纖維是現代通信信號的主要傳輸媒介，具有信號損耗低、高保真性、容量大等特性優於金屬信號運輸線。
透明氧化鋁陶瓷是光學陶瓷的典型代表，在透明氧化鋁的製造過程中，關鍵是氧化鋁的體積擴散為燒結機制的晶粒長大過程，在原料中加入適當的添加劑如氧化鎂，可抑制晶粒的長大。其可用作熔制玻璃的坩堝，紅外檢測窗材料，照明燈具，還可用於製造電子工業中的集成電路基片等。
3.生物、抗菌陶瓷
生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用於測量、診斷、治療外，主要是用作生物硬質組織的代用品，可應用於骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要應用於家庭用品、家用電器、玩具及其他領域，家用電器是目前應用最廣泛、使用量最大的行業之一。近幾年來我國的抗菌材料行業發展很快，在無機抗菌劑、有機抗菌劑、光催化型抗菌劑的產業化及應用開發等領域得到迅速發展。
4.多孔陶瓷
多孔陶瓷具有透光率高、比表面積大、密度低、傳導率低、耐高溫、耐腐蝕等優點，被應用於汽車尾氣處理、工業汙水處理、熔融金屬過濾、催化劑載體、隔熱、隔音材料等。近幾年，多孔陶瓷的應用擴展到了航空領域、電子領域、醫用材料領域及生物領域等，已引起全球材料界的高度重視，並得到迅速發展。為了得到不同的多孔陶瓷，各種製備方法相繼提出，如添加造孔劑法、溶膠凝膠法、熱壓法、離子交換法等。
結語
近幾十年來，陶瓷材料的應用及發展是非常迅速的，陶瓷材料作為繼金屬材料、高分子材料後最有潛力的發展材料之一，它在各方面的綜合性能明顯優於目前使用的金屬材料和高分子材料。陶瓷材料的應用前景還是相當廣闊的，尤其是能源、信息、空間技術和計算機技術的快速發展，更加拉動了具有特殊性能材料的應用。先進陶瓷材料的製備技術日新月異，世界科學技術的發展令人矚目，納米陶瓷材料的發展已經取得驚人的成績，有了重大突破。相信在不久的將來，陶瓷材料會有更好、更快的發展，展示出其重要的應用價值。
來源：材料科學與工程