談到特種陶瓷，華南理工大學(xué)材料學(xué)院的饒平根教授絕對(duì)是一個(gè)夠資格的專業(yè)人士。他自1988年參加工作起就一直從事高性能陶瓷及超細(xì)粉體等方面的研究和開發(fā)工作，作為主要成員先后參與并完成了國(guó)家重大攻關(guān)項(xiàng)目、國(guó)家863項(xiàng)目、國(guó)家基金及省部級(jí)項(xiàng)目共20余項(xiàng)，并主持完成了多個(gè)省級(jí)科技項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目。
特種陶瓷作為一種新材料，近十幾年來(lái)得到了迅速的發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，迫切要求研制與發(fā)展高溫、高強(qiáng)、高韌、耐磨并具有特殊性能的新材料，使得特種陶瓷在高技術(shù)、新技術(shù)領(lǐng)域中的地位日趨重要。
日前，記者一行人懷揣著關(guān)于特種陶瓷發(fā)展?fàn)顩r的一些問(wèn)題，來(lái)到華南理工大學(xué)拜訪饒教授。拜訪之時(shí)，饒教授剛忙完一個(gè)關(guān)于清潔生產(chǎn)項(xiàng)目的鑒定驗(yàn)收，為了接待記者一行，饒教授匆匆趕回辦公室，稍稍喘了口氣，就滔滔不絕地向我們講述目前特種陶瓷的發(fā)展情況。
現(xiàn)狀：三大瓶頸制約特種陶瓷發(fā)展
饒教授介紹，目前在中國(guó)，生產(chǎn)特種陶瓷的企業(yè)比較多，分布散，不像建陶企業(yè)集中度那么高，特陶沒(méi)有形成一個(gè)個(gè)生產(chǎn)基地。雖然如此，我國(guó)對(duì)特種陶瓷的需求仍然比較大，其主要應(yīng)用于現(xiàn)代冶金、機(jī)械工程、信息技術(shù)、航天航空、動(dòng)力工程、核能技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、軍事工程等技術(shù)領(lǐng)域，這就要求材料有更長(zhǎng)的工作壽命，更高的使用溫度，更能承受各種殘酷的環(huán)境。
然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)特種陶瓷遇到了一些發(fā)展上的瓶頸，一是原料，饒教授告訴記者，目前各種高端原料都在日本，特種陶瓷的原料不像建筑陶瓷那樣，在周邊地區(qū)就可以采集，特種陶瓷對(duì)于原料的純度和燒結(jié)活性要求高，因?yàn)檫@會(huì)影響特陶質(zhì)量的穩(wěn)定性；另一個(gè)發(fā)展瓶頸是技術(shù)，原料可以依靠國(guó)外進(jìn)口，但最主要的還是技術(shù)，我國(guó)的特陶生產(chǎn)技術(shù)水平及總體實(shí)力與美國(guó)、日本相比，差距比較大，特別在實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)水平和工業(yè)化程度上仍然與發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)；還有一個(gè)發(fā)展瓶頸是設(shè)備問(wèn)題，氧化物陶瓷對(duì)燒結(jié)設(shè)備的要求不是很高，但非氧化物如碳化物、硼化物、硅化物等材料對(duì)燒結(jié)設(shè)備要求很高，使用的設(shè)備大都依靠國(guó)外進(jìn)口，而且燒結(jié)設(shè)備非常昂貴。饒教授補(bǔ)充道，國(guó)產(chǎn)設(shè)備一直都在發(fā)展之中，但是高端設(shè)備只能從國(guó)外進(jìn)口。
“我給你看樣?xùn)|西，你就知道我們和國(guó)外的技術(shù)水平相差有多少�！闭f(shuō)完，饒教授便從書柜里拿出一個(gè)“寶盒”，里面裝著各類特陶樣板，他在其中挑出一塊氧化鋁小圓板向記者介紹，“不要小看這塊氧化鋁，這是我1998年剛到日本的時(shí)候，我的日本老板告訴我，現(xiàn)在日本有家公司生產(chǎn)的氧化鋁粉的純度可高達(dá)99.99%，但燒結(jié)溫度只需1300℃。當(dāng)時(shí)我感到十分驚訝！隨后幾天就用該氧化鋁粉壓制和燒結(jié)了幾個(gè)小圓板，燒結(jié)性能果然如此。一般來(lái)說(shuō)，氧化鋁純度越高，燒結(jié)溫度就越高，而我國(guó)生產(chǎn)的氧化鋁純度僅為99.5%，但燒結(jié)溫度還需要1600~1700℃。與此同時(shí)，該日本氧化鋁，其抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、維氏硬度、沖蝕磨損率均比國(guó)產(chǎn)氧化鋁的要好得多。目前世界上能生產(chǎn)出這樣的氧化鋁粉的企業(yè)，就只有日本這一家公司。”
目前，由于國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的政策，一些財(cái)力雄厚的建陶企業(yè)也產(chǎn)生向特種陶瓷這些新材料轉(zhuǎn)型的想法，饒教授表示：“這些企業(yè)并不缺錢，但如果要將特種陶瓷產(chǎn)業(yè)化，我們的技術(shù)力量還是比較薄弱，特種陶瓷不像建筑陶瓷一樣，買了設(shè)備也就有了技術(shù)，特種陶瓷對(duì)技術(shù)要求比較高，像金剛的輥棒，從80年代開始，經(jīng)過(guò)這么多年的研發(fā)，才做到如今的‘世界老大’�！边@也說(shuō)明，特種陶瓷與建筑陶瓷、日用陶瓷不同的是，其進(jìn)入門檻高，體現(xiàn)在技術(shù)要求高、資金需求多，與此同時(shí)，它的附加值也會(huì)比較高。
前景：克服陶瓷脆性，擴(kuò)大特陶應(yīng)用范圍
雖然特種陶瓷有高彈性模量、高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，但其斷裂韌性低，屬于脆性材料，所以特種陶瓷在應(yīng)用上的主要障礙是脆性、可靠性和加工成本。
饒教授解釋，脆性是陶瓷的特征，也是陶瓷的致命弱點(diǎn)，它間接地反映在陶瓷較低的抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度和較差的抗溫度驟變性，直觀地表現(xiàn)在一旦受到臨界的外加負(fù)荷，陶瓷的斷裂則具有爆發(fā)性的特征和災(zāi)難性的后果。而斷裂韌性是衡量材料脆性的指標(biāo)，是材料固有的性能，是材料阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的度量。
“作為最常用的工程材料之一的氧化鋁陶瓷，其斷裂韌性只有一般的鑄鐵材料的1/6左右，抗彎強(qiáng)度也僅僅為350MPa左右，因此，克服陶瓷材料的脆性，提高陶瓷材料的強(qiáng)度，達(dá)到材料的強(qiáng)化和韌化是進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵�！�
那么如何克服陶瓷材料斷裂韌性低這一固有的性能呢？饒教授介紹：“目前可以通過(guò)氧化鋯相變?cè)鲰g、纖維（或晶須）增強(qiáng)增韌、第二相顆粒彌散強(qiáng)化等途徑來(lái)增韌和強(qiáng)化陶瓷，像日本Tosho公司的氧化鋯復(fù)合氧化鋁陶瓷，其抗彎強(qiáng)度可達(dá)2500MPa�！迸c此同時(shí)，饒教授還向我們展示了一塊集金屬、高分子、陶瓷三大材料于一身的多層復(fù)合材料，“多層復(fù)合材料汲取了各種材料的優(yōu)點(diǎn)，即陶瓷的耐磨、耐高溫、高分子較好的彈塑性和金屬良好的韌性，這也使得該材料在更高、更嚴(yán)酷的環(huán)境下仍可保持優(yōu)良的綜合性能。然而，這塊多層復(fù)合材料并沒(méi)有根本解決陶瓷的脆性，只可以說(shuō)，這塊復(fù)合材料的斷裂韌性和斷裂功比較高。”
饒教授認(rèn)為，現(xiàn)在不管是建筑陶瓷還是日用陶瓷，都已經(jīng)達(dá)到一種飽和的狀態(tài)，一些建陶企業(yè)想要加快轉(zhuǎn)型升級(jí)，考慮進(jìn)軍特種陶瓷領(lǐng)域，但由于國(guó)內(nèi)特種陶瓷的技術(shù)仍有待加強(qiáng)，這類企業(yè)如果想成功轉(zhuǎn)型，可通過(guò)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作來(lái)實(shí)現(xiàn)�！皣�(guó)內(nèi)高校與國(guó)外高校的特陶研究水平差距并不大，而且很多產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目都得到了國(guó)家的大力支持，尤其資金方面的支持力度比較大。”
每當(dāng)談到我國(guó)特種陶瓷與國(guó)外水平上的差距，饒教授總有一股緊迫感，他認(rèn)為，特種陶瓷目前還存在成本高的現(xiàn)狀，力學(xué)性能、可靠性和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步改善等問(wèn)題，這也是制約特種陶瓷大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的重要瓶頸，高性能、低成本、高可靠性陶瓷材料的設(shè)計(jì)和制備方法的研究顯得尤為重要，任重道遠(yuǎn)。
