先进陶瓷材料研究现状及发展趋势-ppt课件.ppt
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1、1PPT课件目录目录先进陶瓷材料概念及分类先进陶瓷材料概念及分类国内外研究现状及发展趋势国内外研究现状及发展趋势先进陶瓷制备技术发展情况先进陶瓷制备技术发展情况宜兴先进陶瓷产业发展现状宜兴先进陶瓷产业发展现状2PPT课件一、先进陶瓷材料概念及分类传统上,陶瓷的概念是指以粘土及其天然矿物为原料,经过粉碎混合、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品。亦称为“普通陶瓷”。 先进陶瓷是“采用高度精选或合成的原料,具有精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计,并且有优异特性的陶瓷。”3PPT课件透明陶瓷灯透明陶瓷灯l 功能陶瓷:功能陶瓷:功能陶瓷是具有电、磁、光、热、化学、生物等特
2、性,且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额,其余为结构陶瓷。l 结构陶瓷:结构陶瓷:是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。陶瓷球阀陶瓷球阀 先进陶瓷先进陶瓷可分为可分为结构陶瓷结构陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷两大类。两大类。一、先进陶瓷材料概念及分类4PPT课件种种 类类性性 能能应应 用用结构陶瓷结构陶瓷高温陶瓷高温陶瓷800800以上长期使用,超高温短期使用以上长期使用,超高温短期使用窑炉器件、柴油机等发动机、航空航天、空间技术等窑炉器件、柴油机等发动机、航空航天、空间技术等高强陶瓷高强
3、陶瓷高韧性、高强度、良好的抗冲击性高韧性、高强度、良好的抗冲击性机床主轴轴承、密封环、模具等机床主轴轴承、密封环、模具等超硬陶瓷超硬陶瓷热稳定性、化学稳定性、弹性模量优良热稳定性、化学稳定性、弹性模量优良高速磨削道具、防弹装备等高速磨削道具、防弹装备等耐腐蚀陶瓷耐腐蚀陶瓷优良的化学稳定性和耐冲刷性能优良的化学稳定性和耐冲刷性能化工设备、舰船潜艇密封、金属液体防护、过滤陶瓷等化工设备、舰船潜艇密封、金属液体防护、过滤陶瓷等功能陶瓷功能陶瓷电子陶瓷电子陶瓷压电、光电、热释电、铁电、绝缘性压电、光电、热释电、铁电、绝缘性电子元器件、超高压绝缘子等电子元器件、超高压绝缘子等超导陶瓷超导陶瓷超导特性、耐
4、低温超导特性、耐低温超导光缆、空间、电子、生物等超导光缆、空间、电子、生物等光学陶瓷光学陶瓷透波性能、透明性、荧光性透波性能、透明性、荧光性基板、天线罩、发光器、陶瓷传感器、激光器件等基板、天线罩、发光器、陶瓷传感器、激光器件等生物陶瓷生物陶瓷与血液、器官良好的生物相容性与血液、器官良好的生物相容性陶瓷关节、骨骼、牙齿等陶瓷关节、骨骼、牙齿等磁性陶瓷磁性陶瓷磁导率、矫顽力大、硬度高磁导率、矫顽力大、硬度高微波器件、量子无线电等微波器件、量子无线电等储能陶瓷储能陶瓷能量转换与存储特性能量转换与存储特性热、电、光、氢储能等热、电、光、氢储能等先先 进进 陶陶 瓷瓷 应应 用用 性性 能能 分分 析
5、析一、先进陶瓷材料概念及分类力学性能力学性能物理、化学性能物理、化学性能5PPT课件一、先进陶瓷材料概念及分类国民经济新的增长点国民经济新的增长点国家经济实力的重要标志之一国家经济实力的重要标志之一6PPT课件二、国内外研究现状及发展趋势美国美国日本日本欧盟欧盟l 全球第二大先进陶瓷材料生产基地,占全球第二大先进陶瓷材料生产基地,占全球市场份额全球市场份额20%20%以上;以上;l 国家航空和宇航局对结构陶瓷的大规模国家航空和宇航局对结构陶瓷的大规模研究与开发;研究与开发;l “脆性材料设计脆性材料设计”等十大计划;等十大计划;l 业内知名企业:格鲁曼、杜邦、赛瑞丹业内知名企业:格鲁曼、杜邦、
6、赛瑞丹l 全球最大先进陶瓷材料生产基地,全球最大先进陶瓷材料生产基地,占全球市场份额占全球市场份额50%50%以上;以上;l 功能陶瓷领域垄断国际市场;功能陶瓷领域垄断国际市场;l “月光计划月光计划”、300kW300kW陶瓷燃气轮机陶瓷燃气轮机研制计划研制计划等;等;l 业内知名企业:京瓷、东芝、旭硝业内知名企业:京瓷、东芝、旭硝子、住友、村田、东陶子、住友、村田、东陶l 市场份额仅次于日本和美国;市场份额仅次于日本和美国;l 德国、法国在结构陶瓷领域重点研发;德国、法国在结构陶瓷领域重点研发;l “尤里卡尤里卡”等研发计划等研发计划1. 1. 国外研究发展情况国外研究发展情况7PPT课件
7、二、国内外研究现状及发展趋势8PPT课件01002003004005001995200020102015产值 / 亿元年份1995-2015年我国先进陶瓷产值功能陶瓷的研究得到了国家功能陶瓷的研究得到了国家和各科研院所的高度重视和各科研院所的高度重视进入快速发展期,不断打破国外垄断和进入快速发展期,不断打破国外垄断和技术封锁技术封锁现代现代工艺工艺推动推动了了特种纤维、特种纤维、连续纤维复合连续纤维复合材料制备技术材料制备技术快速发展快速发展纳米技术纳米技术的的应应用使用使某些陶瓷某些陶瓷材料性能发生材料性能发生根本性变化根本性变化学科交叉学科交叉大大幅提高幅提高了了材材料的性能料的性能198
8、0-19901980-19901980-1990进入进入21世纪世纪现在现在2. 2. 国内研究发展情况国内研究发展情况二、国内外研究现状及发展趋势9PPT课件二、国内外研究现状及发展趋势太阳能熔融石英方坩埚1101100mm系列产品应用领域:太阳能光伏行业的多晶硅铸锭环节形状要求:大件、壁薄性能要求:密度均匀、强度高、热传导性强、热膨胀系数低10PPT课件二、国内外研究现状及发展趋势 1) 技术及新产品工程转化极度匮乏技术及新产品工程转化极度匮乏虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料,但绝大部分仍停留在实验室样品上,有的产品由于成本高及可靠性等问题,市场还不能接受,所以产品的销售额与发达国家
9、相比相差甚远。 2)高端粉体制备及分散技术远远落后高端粉体制备及分散技术远远落后我国对陶瓷粉料的制备仍未引起足够的重视,多种陶瓷粉料尚无专业化生产企业,许多企业不得不“自产自销”。受部分发达国家限制,国内企业在粉料质量上仍存在较大的波动;同时,粉体的高效分散技术也存在较大差距。 3)制造装备加工技术落后)制造装备加工技术落后虽然我国引进了国外先进的工艺装备,像气压烧结炉、热等静压、注射成型机、流延机等来提高我国的技术装备水平,但因投资大,在经济上给企业造成了很大压力,从而限制了先进陶瓷的发展。而国内仿制设备因加工水平差距,可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。11PPT课件二、国内外研究现状及
10、发展趋势产业发展的产业发展的技术保障技术保障打破国际垄断,满足打破国际垄断,满足产业发展的基本需求产业发展的基本需求注模成型、注凝成型、固体无模成型、注模成型、注凝成型、固体无模成型、微波烧结、放电等离子烧结微波烧结、放电等离子烧结储能陶瓷、环保过滤储能陶瓷、环保过滤陶瓷、光电陶瓷、功陶瓷、光电陶瓷、功能能- -结构一体化陶瓷等结构一体化陶瓷等降低降低生产成本生产成本批量化生产的新型批量化生产的新型成型技术、新型环成型技术、新型环保烧结技术保烧结技术符合符合“十十三五三五”和工和工业发展的要求业发展的要求基础理论研究基础理论研究和结构设计和结构设计粉体技术粉体技术的研发及产业化的研发及产业化增
11、韧技术增韧技术突破应用局限突破应用局限性的关键因素性的关键因素12PPT课件三、先进陶瓷的制备技术发展情况先进陶瓷材料的制备工艺坯体成型坯体烧结精密加工粉体制备13PPT课件三、先进陶瓷的制备发展情况1. 1. 陶瓷粉体的制备方法陶瓷粉体的制备方法固相反应法固相反应法液相反应法液相反应法气相反应法气相反应法粉体制备方法粉体制备方法活性高 纯度高粒径小14PPT课件三、先进陶瓷的制备发展情况粉体制备方法粉体制备方法优点优点缺点缺点细分类细分类固相反应法固相反应法成本低、便于批量生产成本低、便于批量生产反应过程中能量利反应过程中能量利用率低;用率低;粉体粒径大且分布粉体粒径大且分布宽,杂质多宽,杂
12、质多碳热还原法碳热还原法高温固相合成法高温固相合成法自蔓延合成法自蔓延合成法盐类分解法盐类分解法液相反应法液相反应法粉料粒径小、活性高;粉料粒径小、活性高;精确控制化学组成;精确控制化学组成;化学掺杂方便,能够合化学掺杂方便,能够合成复合粉体成复合粉体化学沉淀法化学沉淀法溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法醇盐水解法醇盐水解法水热法水热法溶剂蒸发法溶剂蒸发法气相反应法气相反应法粉体纯度高、粉料分散粉体纯度高、粉料分散性好、粒度均匀性好、粒度均匀设备投资较大、能设备投资较大、能耗大、成本高耗大、成本高物理气相沉积法物理气相沉积法化学气相沉积法化学气相沉积法目前实验室和工业上应用最广泛的粉体制备方法目前实验
13、室和工业上应用最广泛的粉体制备方法15PPT课件三、先进陶瓷的制备发展情况2. 2. 先进陶瓷的成型技术先进陶瓷的成型技术成型技术成型技术干法压制成型干法压制成型塑性成型塑性成型干压成型干压成型冷等静压成型冷等静压成型挤压成型挤压成型注射成型注射成型热蜡铸成型热蜡铸成型扎膜成型扎膜成型浆料成型浆料成型固体无模成型固体无模成型注浆成型注浆成型流延成型流延成型凝胶注模成型凝胶注模成型原位凝固成型原位凝固成型熔融沉积成型熔融沉积成型三维打印成型三维打印成型分层实体成型分层实体成型立体光刻成型立体光刻成型激光选取烧结成型激光选取烧结成型16PPT课件三、先进陶瓷的制备发展情况(1) 冷等静压成型冷等静
14、压成型 冷等静冷等静压成型压成型分类分类工艺工艺缺点缺点优点优点三、先进陶瓷的制备发展情况将粉体放入柔性模具将粉体放入柔性模具或包套中,通过对其或包套中,通过对其施加各项均匀的压力施加各项均匀的压力成型成型干袋式等静压干袋式等静压湿袋式等静压湿袋式等静压成本低、模具简单;成本低、模具简单;生坯强度高;生坯强度高;制品密度高制品密度高, ,不易变形不易变形制品尺寸不精确;制品尺寸不精确;复杂形状成型较困难;复杂形状成型较困难;自动化生产率低自动化生产率低(目前国内应用最为广泛、最为成熟的工艺)(目前国内应用最为广泛、最为成熟的工艺)17PPT课件冷等静压成型超特高压绝缘子冷等静压成型超特高压绝缘
15、子三、先进陶瓷的制备发展情况18PPT课件流延成型法制备的Al2O3陶瓷基片三、先进陶瓷的制备发展情况(2) 流延成型流延成型坯体制备坯体制备加工处理加工处理料浆制备料浆制备步骤:步骤:料浆薄膜基带刮刀流延成型薄膜制备过程流延成型薄膜制备过程 优点:工艺稳定,生产效率高,自动化程度高,坯体韧性高、强度优点:工艺稳定,生产效率高,自动化程度高,坯体韧性高、强度高,可制备厚度为高,可制备厚度为10-1000m的高质量陶瓷薄膜。的高质量陶瓷薄膜。 缺点:坯体粘结剂含量高,密度小,烧成收缩率高达缺点:坯体粘结剂含量高,密度小,烧成收缩率高达20-21%。(广泛应用在电容器瓷片、(广泛应用在电容器瓷片、
16、AlAl2 2O O3 3基片和压电陶瓷膜片中)基片和压电陶瓷膜片中)19PPT课件三、先进陶瓷的制备发展情况(3) 其他成型方法其他成型方法成型方法成型方法主要应用领域主要应用领域主要产品主要产品注射成型注射成型小尺寸、高精度、复杂形状陶瓷小尺寸、高精度、复杂形状陶瓷部部件件的大批量生产的大批量生产领域领域发动机转子叶片、滑动轴承、发动机转子叶片、滑动轴承、陶瓷轴承球、光纤连接器用陶陶瓷轴承球、光纤连接器用陶瓷插芯、陶瓷牙、陶瓷手表瓷插芯、陶瓷牙、陶瓷手表凝胶注模成型凝胶注模成型大尺寸薄壁陶瓷或形状复杂产品大尺寸薄壁陶瓷或形状复杂产品的的大规模批量化生产大规模批量化生产领域领域大尺寸熔融石英
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