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  • 先进陶瓷材料的研发与产业化应用发展状况报告(二)

    时间:2019-05-31 10:19 作者:长玉特陶

    接上文


           能源与环保往往与高温、过滤、腐蚀、反应等过程有关联,因此应用于这一领域的先进结构陶瓷产品在欧美发达国家增长迅速。市场最大的是汽车尾气净化用的堇青石蜂窝陶瓷,用作净化汽车排放的废气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HXC)和氮氧化物(NOX)等有害气体的催化剂载体;国际上的主流生产企业有美国康宁公司、日本NGK公司和日本电装公司,这三家公司已占到世界市场的80%,其产品具有非常优异的综合性能。例如,康宁公司的600孔/in2蜂窝陶瓷,壁厚仅为1.7mm,热膨胀系数为0.6x10-6-1(25~1000℃),抗热震性可达700℃以上。其次陶瓷滤膜,因具有耐高温、耐酸碱、抗微生物侵蚀、机械性能好、孔径均匀、化学稳定性好、分离效率高等特点,在污水废液处理、饮料除菌去杂、高温烟气的净化、分离与合成和催化反应等工程领域应用广泛。在这一领域美国陶氏化学最先推出FT-30反渗透复合膜;柯氏(Koch)制备出Φ18英寸,60英寸长的最大型反渗透膜组件、日本的日东电工和东丽也均开发出多品种的反渗透复合膜组件,东洋纺开发出多品种的CTA中空纤维膜组件。有关国内外反渗透膜公司所占市场份额见图12




           陶瓷热交换器比金属热交换器提高工作温度数百度,可有效将许多工业窑炉、治金、化工工业中排除的高温烟气中的热能通过物理的热交换过程进行回收和利用,可使各类炉与高温设备节省20%-40%的能源消耗,同时用着高温燃烧喷嘴和燃烧器等,以高导热SiC为代表的陶瓷热交换器和燃烧喷嘴在美国欧洲和日本等国家的应用越来越多,见图13,主要生产企业有德国ESK公司、美国Carborundum公司、日本京瓷公司等。这是因为SiC导热系数是钽的2倍,是不锈钢的5倍,是哈氏合金10倍;优异的抗氧化和侵蚀性,即使在超高温度下也能工作于热的气体和液体环境及氧化和腐蚀性气氛以及强酸和强碱中;即便在极端高温和压力下,也具有超强的耐磨性和完全的不渗透性,允许介质以高速通过,且热交换率高。



           航天领域用于控制卫星轨道的火箭燃烧室必须轻质且能够承受高温气体的燃烧,氮化硅陶瓷推进器能够承受1500℃以上更高的温度,从而取代了铌合金、图14(左)为日本京瓷公司生产的火箭燃烧室氮化硅陶瓷高温尾喷管。此外,近十年太空陶瓷反射镜的产业发展很快,从过去直径为0.5米已发展到2米甚至更大。图14(右)为美国CoorsTec高技术陶瓷公司特别设计的光学系统碳化硅陶瓷反射镜,反射镜重量轻的镜子约为10kg/m2,反射镜表面经过抛光后的形状误差低于光的波长的1/10,表面粗糙度小于2埃,采用常压烧结碳化硅光学系统设计,具有结构简便、轻巧、无热设计等特点,从而提供增强的系统性能和可靠性,同时降低了系统成本。



           陶瓷防弹装甲在国际上因反恐战争而成为快速成长的一个产业。不论是人体防护还是车俩装甲防护,先进陶瓷拥有许多优于常规材料不具备的优点,主要包括质量轻,硬度高,可对微结构进行统一控制,因此可以抵御更高层次的威胁。防弹陶瓷材料主要包括碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)等高硬度陶瓷材料,其中碳化硅陶瓷因硬度高防弹效果好且制造成本远低于防弹性能更好的碳化硼陶瓷,近几年成为国际防弹陶瓷的主流产品,包括人体防弹背心、直升机腹部防弹层、坦克装甲车防弹层,如图15所示。其中美国赛瑞丹公司(Ceradyne)每年给美国军方提供的防弹陶瓷装甲达到10亿美元以上。表2示出国际上几家公司生产的SiC防弹陶瓷材料的性能比较。


           综上所述,在国际上特别是美国、西欧、日本等发达国家由于其现代工业和高科技产业发达,近十年来对于性能优异的新一代陶瓷需求持续増加,保持每年近8%的增长速率,成为一些世界500强企业(如日本京瓷公司、法国圣戈班公司、美国康宁公司)的主营业务和增长点。表3列出全球先进陶瓷产品与应用领域及代表性企业。



           近几年,陶瓷的3D打印技术发展迅猛,其中最流行的陶瓷3D打印机供应商有奥地利Lithoz和法国3D CERAM,都是基于光固化陶瓷-树脂浆料的成形原理,可打印精密和形状复杂的氧化铝、氧化锆、氧化硅、氮化硅、碳化硅等陶瓷零部件;2018年4月慕尼黑国际先进陶瓷展已展出大尺寸的碳化硅复杂形状陶瓷部件和样品,见图16



    来源于:中国工陶




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