(續(xù)上期)

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主題策劃

工業(yè)陶瓷

(續(xù)上期)

8 耐磨耐腐蝕陶瓷

8.1 陶瓷刀具

1)工業(yè)陶瓷刀具。20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始研究與開(kāi)發(fā)工業(yè)陶瓷刀具并在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。目前，我國(guó)從事工業(yè)陶瓷刀具的科研和生產(chǎn)企業(yè)有30多家，生產(chǎn)20多個(gè)品種的氧化鋁基陶瓷(占總量的2/3)、10多個(gè)品種的氮化硅基陶瓷(占1/3)，帶孔和不帶孔刀片的生產(chǎn)能力也很強(qiáng)。其中，重慶利特高新技術(shù)陶瓷有限公司、清華方大、山東工業(yè)大學(xué)、北京天龍、重慶渝倫及湖南長(zhǎng)沙工程陶瓷公司生產(chǎn)的刀片性能已達(dá)到與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平且有一些具有我國(guó)特色的產(chǎn)品，如陶瓷與硬質(zhì)合金的復(fù)合刀片、梯度功能陶瓷刀片、納米金屬陶瓷刀片等。目前，我國(guó)刀具市場(chǎng)上的工業(yè)陶瓷刀具絕對(duì)數(shù)量?jī)H占1%～3%，但已在機(jī)械、冶金、礦山、汽車(chē)、拖拉機(jī)、軸承、水泵、交通、能源、精密儀器、航空航天等20多個(gè)行業(yè)的幾百家工廠(chǎng)推廣應(yīng)用。第一汽車(chē)制造廠(chǎng)、第一汽車(chē)制造廠(chǎng)和石家莊水泵廠(chǎng)等單位用陶瓷刀具切削難加工材料，一汽含硼和含磷汽車(chē)缸套的加工已實(shí)現(xiàn)了全部陶瓷刀具化。寶鋼的軋輥和軸承加工使用陶瓷刀具切削淬硬鋼件及精密鑄件。

氧化鋁基陶瓷刀具20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始研制和推廣應(yīng)用Al2O3陶瓷刀具。1953 年起，南京電瓷廠(chǎng)與中國(guó)科學(xué)院上海冶金陶瓷所開(kāi)始研究氧化鋁陶瓷刀具。后來(lái)上海、南京、唐山的工廠(chǎng)也投入生產(chǎn)，在上海、東北一些工廠(chǎng)推廣使用。60年代中期，成都工具研究所研制出以MgO或以MgO+Fe為添加劑的Al2O3陶瓷刀具，在成都量具刃具廠(chǎng)應(yīng)用效果良好。

70年代后期到80年代，國(guó)內(nèi)許多單位開(kāi)發(fā)碳化物或碳氮化物和Al2O3，復(fù)合材料。1979年，成都工具研究所研制成功熱壓Al2O3+TiC復(fù)合陶瓷刀具，在二些軋輥廠(chǎng)加工冷硬鑄鐵軋輥取得良好效果。1980年以后，山東工業(yè)大學(xué)(現(xiàn)山東大學(xué))、濟(jì)南市冶金研究所和中南礦冶學(xué)院等單位先后研制成功熱壓復(fù)合Al2O3+TiC陶瓷刀具，用于精車(chē)、半精車(chē)、精銑淬硬鋼和高硬合金、白口鑄鐵等難加工材料的加工。

80年代從事復(fù)合Al2O3，陶瓷刀具生產(chǎn)的主要單位有成都工具研究所、湖南冷水江陶瓷工具廠(chǎng)和濟(jì)南冶金所等。湖南冷水江陶瓷廠(chǎng)年產(chǎn)約20余萬(wàn)片是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的陶瓷刀具生產(chǎn)廠(chǎng)家。

90年代初，陜西機(jī)械學(xué)院推出Al2O3+(W，Ti)C+金屬、Al2O3+TiC十金屬和Al2O3+TiCN+金屬共三個(gè)體系、四種牌號(hào)的復(fù)合陶瓷刀具并形成一定規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。90年代以氯國(guó)內(nèi)不少單位進(jìn)行過(guò)ZrO2增韌Al2O3陶瓷刀具和SiC晶須增韌Al2O3陶瓷刀具的研究，取得一定的成果，但未能形成規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。

氮化硅基陶瓷刀具1975～1977年，清華大學(xué)探索采用Si3N4陶瓷作為金屬切削刀具取得成功，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了用熱壓Si3N4陶瓷刀具對(duì)多種難加工材料(冷硬鑄鐵、淬硬鋼、熱解石墨和玻璃鋼等)進(jìn)行多種工序(車(chē)、銑、螺紋車(chē)削和絲杠挑扣等)的加工和生產(chǎn)應(yīng)用。

70年代后期，清華大學(xué)又利用硬質(zhì)相彌散強(qiáng)化、單相固溶體和晶界玻璃相結(jié)晶化的協(xié)同作用來(lái)提高Si3N4陶瓷刀具材料的硬度，減少至消除高溫性能差的晶界玻璃相。首鋼、武鋼等幾十家企業(yè)用復(fù)合Si3N4陶瓷刀具加工冷硬鑄鐵軋輥，切削效率提高3～7倍，節(jié)省工時(shí)和用電50%～80%。

90年代以來(lái)，國(guó)家科委，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和國(guó)家計(jì)委分別把復(fù)合Si3N4陶瓷刀具項(xiàng)目列為“國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目”、“國(guó)家級(jí)產(chǎn)學(xué)研工程高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”和“國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程”。清華大學(xué)和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的研究，先后研制成功1 600 ℃雙爐體大型自動(dòng)化氮化爐、2 000 ℃雙爐體雙工位自動(dòng)化熱壓爐、經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)化周邊磨床以及用先進(jìn)的熱等靜壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜形狀的陶瓷刀具，解決了從原料到最終產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。清華大學(xué)將復(fù)合Si3N4陶瓷刀具的生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給北京紫光方大高技術(shù)陶瓷有限公司、湖南冷水江陶瓷工具廠(chǎng)等企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)。

氮化硅基陶瓷刀具已在冶金、水泵、礦山機(jī)械、汽車(chē)、軍工、軸承等十幾個(gè)行業(yè)上千家企業(yè)應(yīng)用，給國(guó)家?guī)?lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2)日用陶瓷刀具。日用陶瓷刀具刀身采用氧化鋯陶瓷。日用陶瓷刀具的產(chǎn)品款式很多，手柄可采用ABS塑料、陶瓷、橡膠、原木、彩木、竹子等流行材料。我國(guó)主要生產(chǎn)日用陶瓷刀具的企業(yè)有重慶利特高新技術(shù)有限公司、廣東東方鋯業(yè)有限公司、佛山市陶瓷研究所有限公司、山東硅苑、中材高新博航電子陶瓷有限責(zé)任公司等。

8.2 耐磨球與襯

1)氧化鋁球與襯。1977年山東工陶院與山東電力試驗(yàn)所、濟(jì)南肉聯(lián)廠(chǎng)等單位，采用注漿工藝生產(chǎn)的75%氧化鋁耐磨襯片在煤粉鼓風(fēng)機(jī)葉片上使用取得良好效果，比錳鋼質(zhì)葉片的耐磨性提高4倍。20世紀(jì)90年代開(kāi)始，中博先進(jìn)材料股份公司、廣東特高特陶瓷有限公司、鄭州夢(mèng)達(dá)結(jié)構(gòu)陶瓷實(shí)業(yè)有限公司、山東奧克羅拉集團(tuán)公司、山東東瓷科技有限公司(原名淄博聯(lián)興特種瓷業(yè)有限公司)、連云港中奧鋁業(yè)有限公司等單位先后開(kāi)發(fā)并大批量生產(chǎn)75%～99%微晶氧化鋁耐磨球與襯磚。氧化鋁球徑一般直徑為2～60 mm左右。各廠(chǎng)生產(chǎn)規(guī)模為92或95系列均為萬(wàn)噸左右，最大可達(dá)3.5萬(wàn)t，75系列產(chǎn)品規(guī)模較大，最大可達(dá)5萬(wàn)t以上。

2)氧化鋯耐磨球與制品。一般采用加5%氧化釔+95%氧化鋯混合料制成。淄博華創(chuàng)工程陶瓷有限公司利用脫硅鋯(鋯英石)生產(chǎn)耐磨球。同時(shí)，青島康恩達(dá)先進(jìn)陶瓷公司(屬美資企業(yè))、東營(yíng)市五環(huán)高技術(shù)陶瓷有限公司等生產(chǎn)的高韌、高強(qiáng)部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷在石油、采油泵、球閥、隔膜泵球襯等方面得到應(yīng)用。

3)氮化硅軸承球。1991～1995年期間，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院承擔(dān)了國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，“氮化硅軸承球的研制與開(kāi)發(fā)”;1997年，開(kāi)展了“80萬(wàn)粒軸承毛坯球制備技術(shù)及精球批量生產(chǎn)技術(shù)”的開(kāi)發(fā)；2001年，在山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院內(nèi)開(kāi)始建設(shè)900萬(wàn)粒精密軸承球生產(chǎn)線(xiàn)，后遷移至北京中材高新人工晶體研究院內(nèi)繼續(xù)完善相關(guān)工藝裝備，采用噴霧干燥造粒、等靜壓成形、氣氛壓力爐燒結(jié)后進(jìn)行精加工，軸承球的精度可達(dá)G5～G10水平，能滿(mǎn)足高速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)軸承球的要求。同時(shí)上海材料研究所等也生產(chǎn)氮化硅軸承球。

8.3 密封件與潤(rùn)滑材料

8.3.1 密封件

目前，適于制造陶瓷密封件的材料有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅、碳化鎢及其他們的復(fù)合材料。國(guó)內(nèi)密封件材料已形成一定的生產(chǎn)能力與規(guī)模，可生產(chǎn)制造各種材質(zhì)的陶瓷密封件。陶瓷水龍頭密封閥片是20世紀(jì)90年代在我國(guó)出現(xiàn)的，是陶瓷密封件中用量最大、最具有代表性的產(chǎn)品，常用材料是剛玉陶瓷。產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《陶瓷片密封水嘴》(GB/T 18145-2000)。目前，福建、浙江等地均有大批量生產(chǎn)。

8.3.2 潤(rùn)滑陶瓷材料

1)潤(rùn)滑陶瓷。高性能陶瓷潤(rùn)滑和密封材料具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐磨損、機(jī)械強(qiáng)度高、潤(rùn)滑性能良好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、原子能、微電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，中科院蘭州化學(xué)物理研究所通過(guò)對(duì)晶粒尺寸和增強(qiáng)相成分與結(jié)構(gòu)的精確控制以及合理的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)，將納米陶瓷與陶瓷潤(rùn)滑技術(shù)成功結(jié)合起來(lái)，采用熱壓燒結(jié)工藝備具有優(yōu)異力學(xué)和摩擦學(xué)性能的陶瓷及其復(fù)合材料。

2)潤(rùn)滑油陶瓷添加劑。隨著現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的工況條件(載荷、速度、溫度等)的提高，潤(rùn)滑油中原有的減摩劑和抗磨劑已不能完全滿(mǎn)足減摩抗磨性能要求。20世紀(jì)90年代以來(lái)，現(xiàn)由于某些納米陶瓷材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有特殊的摩擦學(xué)性能，以這些納米陶瓷粒子制成的納米潤(rùn)滑油添加劑可使?jié)櫥偷臏p摩抗磨性能得到大幅度提高，為潤(rùn)滑領(lǐng)域中長(zhǎng)期未能解決的難題開(kāi)辟了新的解決途徑。

我國(guó)對(duì)納米陶瓷粒子作為潤(rùn)滑油添加劑的研究還處于起步階段，目前，將納米陶瓷粉體制作成納米陶瓷潤(rùn)滑油添加劑的有許多種類(lèi)，如含有低濃度氮化硅(Si3N3)納米陶瓷粒子的分散溶液(納米陶瓷粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%)，再將納米陶瓷添加劑加入PAO類(lèi)基礎(chǔ)油中。此外，由羥基硅酸鋁、氧化物催化劑及其他添加劑等構(gòu)成的復(fù)雜組分，以1%的比例與石蠟混合成添加劑成品。

8.4 紡織瓷件與拉絲模

目前，紡織陶瓷零件大致分為三類(lèi)，即摩擦盤(pán)、導(dǎo)紗件和切線(xiàn)器具。摩擦盤(pán)可調(diào)節(jié)紗線(xiàn)速度、張力、彈性、韌性等其他變形特性。切線(xiàn)器具常見(jiàn)于自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)風(fēng)門(mén)剪刀與張力剪刀等。導(dǎo)紗件名目繁多，用途廣泛，形狀復(fù)雜。導(dǎo)紗件分為一般導(dǎo)紗件和特殊導(dǎo)紗件。一般導(dǎo)紗件又分為棒形、管形、偏口形、滾筒形、環(huán)形、孔眼形、摻合嘴、止捻器等系列。特殊導(dǎo)紗件分為盤(pán)孔形、飛碟形、槽柱形、月牙形、楓葉形、彎管、螺旋管、退捻管、捻結(jié)室腔等系列。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，紡織陶瓷材料有4大類(lèi)、數(shù)十種。Al2O3瓷、TiO2瓷、Al2O3-ZrO2瓷和ZrO2瓷。其中Al2O3瓷品種最多，95瓷直到99瓷、微晶剛玉瓷、鉻剛玉瓷(也叫紅瓷)、鋯剛玉瓷、硼剛玉瓷、釔剛玉瓷等。TiO2瓷又分為奶油色瓷、藍(lán)黑色瓷、棕色瓷等。

我國(guó)紡織瓷件的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在江蘇省和浙江省。主要生產(chǎn)企業(yè)有宜興市前錦特陶科技有限公司、浙江省德清縣國(guó)泰紡織瓷件廠(chǎng)、蘇州市中天化纖紡織瓷件廠(chǎng)、中環(huán)集團(tuán)蘇州市誠(chéng)昌精細(xì)陶瓷有限公司、泰榮特種陶瓷廠(chǎng)等。

8.5 造紙行業(yè)用陶瓷耐磨部件

自1966年以來(lái)，山東硅苑開(kāi)始研制和生產(chǎn)造紙工業(yè)中剛玉瓷件近40余年，開(kāi)發(fā)的主要產(chǎn)品有：陶瓷成形板，全陶瓷三片刮水板、外嵌陶瓷刮水板、全陶瓷五片刮水板、單片脫水板、水腿濕吸箱面板、低真空濕吸箱面板、真空吸水箱面板、毛布及方型毛布吸水箱、成形器、加壓靴、高濃陶瓷除砂器、除砂嘴及各種陶瓷耐磨部件等。材質(zhì)以氧化鋁質(zhì)(適合低、中速造紙機(jī))和氧化鋯增韌氧化鋁質(zhì)(適合1 800～2 000 m/min及2 000～2 500 m/min中、高速造紙機(jī)中)。湖南湘瓷科藝股份有限公司亦生產(chǎn)造紙機(jī)用脫水元件。

9 導(dǎo)電陶瓷及制品

9.1 碳化硅發(fā)熱元件

1955年，沈陽(yáng)鑄造研究所、北京鋼鐵研究院、第四砂輪廠(chǎng)、第一砂輪廠(chǎng)等單位聯(lián)合組成實(shí)驗(yàn)組開(kāi)始研究碳化硅電熱元件的制備工藝技術(shù)，1957年研制成功，1958年在山東進(jìn)行工業(yè)性批量生產(chǎn)。到目前為止，已有30余家工廠(chǎng)生產(chǎn)碳化硅電熱元件，主要有山東淄博生建八三廠(chǎng)、泰興高熱電熱元件有限公司、山東省濰北硅碳棒廠(chǎng)、鄭州嵩山電熱元件有限公司等。1987年成立的鄭州嵩山電熱元件有限公司是世界三大高溫電熱元件生產(chǎn)廠(chǎng)商之一，主要從事碳化硅電熱元件和二硅化鉬電熱元件的研究和生產(chǎn)。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)硅碳棒熱端的生產(chǎn)工藝一直停留在反應(yīng)埋燒老工藝。近幾年來(lái)，開(kāi)始采用重結(jié)晶工藝。我國(guó)硅碳棒執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《碳化硅特種制品硅碳棒》JB/T 3980-2008)。

9.2 二硅化鉬發(fā)熱元件

1961～1965年，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院開(kāi)始研究二硅化鉬及其制品。20世紀(jì)70年代初期，上海電機(jī)玻璃纖維總廠(chǎng)開(kāi)始小批量生產(chǎn)并推向市場(chǎng)。1987年，天津硅酸鹽研究所和上海硅酸鹽研究所研制成功質(zhì)量較高的硅鉬棒。

1998年，我國(guó)開(kāi)始專(zhuān)門(mén)研究高品質(zhì)硅鉬電熱元件，2000年研制出性能基本達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平的硅鉬電熱元件并成功地解決了形狀單一的問(wèn)題，形成了5種規(guī)格型號(hào)的系列產(chǎn)品。嵩山高溫元件電爐廠(chǎng)首先建廠(chǎng)生產(chǎn)，是目前我國(guó)最大的MoSi2生產(chǎn)廠(chǎng)。其他生產(chǎn)單位有上海常興、康泰、彩興高溫元件廠(chǎng)，上海試驗(yàn)電容器廠(chǎng)，蘇州高溫元件廠(chǎng)，唐山九博高溫元件廠(chǎng)，煙臺(tái)火炬超高溫材料研制有限公司，當(dāng)城高溫元件廠(chǎng)，四川廣元高溫元件廠(chǎng)等。

9.3 硼化鈦與導(dǎo)電氮化硼

1979年，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院陶瓷研究所開(kāi)始研究8N-TIB，導(dǎo)電復(fù)合陶瓷，經(jīng)過(guò)中間試驗(yàn)和推廣應(yīng)用，1984年推廣到山東青州東方特種陶瓷有限公司(原青州鋁箔總公司特鋼分廠(chǎng))和淄博嘉昌特種材料有限公司(原淄博特種陶瓷廠(chǎng))，先后生產(chǎn)出BN、TiB2粉末及一者復(fù)合而成的導(dǎo)電氮化硼制品。2003年后，青州東方特陶有限公司的主導(dǎo)產(chǎn)品導(dǎo)電陶瓷蒸發(fā)舟年銷(xiāo)售40萬(wàn)支，居同行業(yè)之首。此外，濰坊博鳴凱股份公司、青州龍基物特陶新材料有限公司、濰坊邦佳特種材料有限公司和淄博鵬程特種陶瓷廠(chǎng)等亦生產(chǎn)導(dǎo)電氮化硼。

1988年10月，蘭江冶煉廠(chǎng)和中南工業(yè)大學(xué)開(kāi)始進(jìn)行以氧化物為原料，以炭粉為還原劑，利用高溫電阻爐直接合成硼化鈦的工業(yè)性試驗(yàn)，并于1989年5月8日生產(chǎn)出第一爐近10 kg硼化鈦粉，開(kāi)始了國(guó)內(nèi)的硼化鈦的工業(yè)化生產(chǎn)，建成月產(chǎn)500 kg硼化鈦的生產(chǎn)線(xiàn)。冶金工業(yè)部西南地質(zhì)勘查局成都西南冶金新材料開(kāi)發(fā)公司工業(yè)化生產(chǎn)TIB，粉末并已申請(qǐng)國(guó)家專(zhuān)利。

9.4 氧化鋯導(dǎo)電陶瓷

1971年，冶金部鋼鐵研究總院在國(guó)內(nèi)首先研制成功以鉑銠作引線(xiàn)的氧化鋯質(zhì)發(fā)熱元件；1973年，又在國(guó)內(nèi)外首先成功地采用了以鉻酸鍶鑭代替鉑銠作引線(xiàn)體的氧化鋯質(zhì)發(fā)熱元件。多年來(lái)，該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種形式的高溫電爐，1988年獲國(guó)際發(fā)明展覽會(huì)金獎(jiǎng)。從1985年起，氧化鋯質(zhì)發(fā)熱元件先后出口美國(guó)、瑞典、日本等國(guó)，用元件組裝的超高溫電爐也已開(kāi)始出口。

20世紀(jì)70年代初，我國(guó)開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)鋼水直接快速定氧傳感器技術(shù)，80年代初開(kāi)始研制穩(wěn)定氧化鋯材料并取得大量成果?，F(xiàn)在，浙江樂(lè)清儀表元件廠(chǎng)、石家莊市萬(wàn)利鑫工貿(mào)有限公司等單位已批量生產(chǎn)氧化鋯基鋼水快速定氧傳感器。

煙道氣氧傳感器、汽車(chē)尾氣傳感器等ZrO2氧傳感器已經(jīng)被廣泛使用，成為固體電解質(zhì)真正商業(yè)化的典范。主要的生產(chǎn)單位包括中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、南京分析儀器廠(chǎng)、南京化工研究院、沈陽(yáng)陶瓷廠(chǎng)、洛陽(yáng)耐火材料研究院等。

固體氧化物燃料電池(SOFC)是以ZrO2等導(dǎo)電陶瓷為隔膜，采用全固態(tài)設(shè)計(jì)的一種燃料電池，在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均是能源領(lǐng)域重點(diǎn)支持的對(duì)象。20世紀(jì)90年代，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的燃料電池課題組開(kāi)始研究固態(tài)氧化物燃料電池，承擔(dān)了國(guó)家科技部和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合下達(dá)的固態(tài)氧化物燃料電池“九五”攻關(guān)任務(wù)，1999年3月成功組裝和運(yùn)行了一個(gè)電解質(zhì)膜面積為40 mm×40 mm的含十個(gè)單體的SOFC電池堆。2001年3月，組裝和運(yùn)行了由80個(gè)面積為100 mm×100 mm的單體組成的電池堆，最大輸出功率810 W，是迄今為止國(guó)內(nèi)運(yùn)行的最大功率的電池堆。

9.5 β-AlO3導(dǎo)電陶瓷

中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所是國(guó)內(nèi)主要的β-AlO3陶瓷研制單位，多年來(lái)，對(duì)從原料到陶瓷、從組成到顯微結(jié)構(gòu)、從制備工藝到各種特性等進(jìn)行一系列系統(tǒng)深入的研究，具備制備各種規(guī)格、具有良好性能的各種β-AlO3陶瓷制品，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

9.6 鉻酸鑭發(fā)熱元件

鉻酸鑭發(fā)熱元件可用于錄相機(jī)磁頭鐵氧體單晶的制備、寶石變色處理等，是目前最好的陶瓷電熱元件之一。包頭稀土研究院和山東大學(xué)聯(lián)合研制的鉻酸鑭電熱元件使用壽命可達(dá)2 000 h以上，性能和日本元件相當(dāng)。包頭稀土研究院在20世紀(jì)80年代初期研制完成了啞鈴形鉻酸鑭發(fā)熱材料的工作，并通過(guò)了部級(jí)技術(shù)鑒定，在1995～1996年研制開(kāi)發(fā)成功了鉻酸鑭等直徑發(fā)熱元件。我國(guó)目前只有包頭稀土研究院能生產(chǎn)鉻酸鑭電熱元件。

10 陶瓷纖維與制品

10.1 硅酸鋁纖維(含高鋁纖維)與制品

硅酸鋁纖維與制品是一種輕質(zhì)、隔熱、耐溫的絕熱材料。20世紀(jì)70年代，我國(guó)的陶瓷纖維工業(yè)開(kāi)始起步，唐山第十瓷廠(chǎng)等企業(yè)利用燒礬土與廢耐火磚分別粉碎后按一定比較配合、熔融噴吹、水選清渣制成各種氈等制品。80年代初，山東淄博、河南鞏縣等利用當(dāng)?shù)卦现圃旃杷徜X纖維與制品。

1985年，我國(guó)先后從美國(guó)CE公司、B.W公司及Ferro公司引進(jìn)4條耐火(陶瓷)纖維針刺毯生產(chǎn)線(xiàn)，推動(dòng)了陶瓷纖維制品的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展。

1986年，國(guó)家經(jīng)委、冶金部在南京銅井耐火纖維廠(chǎng)、湖北襄沙化工廠(chǎng)等單位組織了電阻法電絲成纖“干法針刺制毯”的引進(jìn)線(xiàn)的消化吸收。1987年，又組織了電阻法噴吹成纖“干法針刺毯”引進(jìn)線(xiàn)的消化吸收。這兩項(xiàng)工作均由冶金部馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)。

1991年12月，山東沂源節(jié)能材料廠(chǎng)(現(xiàn)改為山東魯陽(yáng)股份有限公司)建成一條CBC-1型耐火纖維針刺毯生產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)成功，至1997年共建成7條生產(chǎn)線(xiàn)，1998年又建成CBC出連熔連甩生產(chǎn)線(xiàn)1條，真空成形、真空吸濾生產(chǎn)線(xiàn)4條。目前，魯陽(yáng)公司的生產(chǎn)能力已達(dá)15萬(wàn)t，成為亞洲最大的硅酸鋁纖維及制品的生產(chǎn)基地，并躋身于世界陶瓷纖維行業(yè)三強(qiáng)的行列。

20世紀(jì)80年代中后期，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)晶體纖維(含97%AlO3或莫來(lái)石質(zhì)纖維等)。陜縣電器廠(chǎng)引進(jìn)美國(guó)技術(shù)生產(chǎn)氧化鋁含量大于95%的晶體纖維，年產(chǎn)量為100t/年。90年代，杭州宏達(dá)晶體纖維有限公司、浙江歐詩(shī)漫集團(tuán)保溫晶體纖維廠(chǎng)等相繼自主開(kāi)發(fā)莫來(lái)石晶體纖維。目前，產(chǎn)量分別300t/年和500t/年左右。

10.2 石英纖維及制品

1958～1960年，湖北沙市石英玻璃廠(chǎng)(現(xiàn)為湖北菲利華石英玻璃股份有限公司)采用氧一乙炔火焰加熱拉制成第一根石英纖維；1976年以氫氧火焰為熱源試制出直徑為20睥的石英纖維；1980年試制成功直徑為7～10 m的石英纖維；1987年采用氫氧火焰噴吹工藝生產(chǎn)出超細(xì)無(wú)渣球的石英棉。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，先后開(kāi)發(fā)出石英纖維紗、定長(zhǎng)石英纖維絲、超細(xì)石英纖維絲、空心石英纖維、石英棉、石英纖維布、石英纖維薄帶、石英纖維縫線(xiàn)、石英纖維套管等10多個(gè)品種的石英纖維制品。目前，湖北菲利華石英玻璃股份有限公司是國(guó)內(nèi)唯一能提供連續(xù)纖維供編織石英纖維體的生產(chǎn)企業(yè)。經(jīng)過(guò)有關(guān)部門(mén)采用2.5D或三維多向等編織工藝編織制成各種所需形狀的纖維產(chǎn)編織體，可制成石英纖維一陶瓷基復(fù)合材料、石英纖維一樹(shù)脂基復(fù)合材料，用做透波一隔熱一承載一體化的結(jié)構(gòu)件，在航空、航天、冶金行業(yè)中發(fā)揮重大作用。

10.3 碳化硅纖維與晶須

20世紀(jì)80年代中期，長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)等單位進(jìn)行了連續(xù)SIC纖維的研制，首先合成聚合物——聚碳硅烷，然后經(jīng)過(guò)熔融紡絲成纖，再經(jīng)過(guò)不熔化處理與高溫?zé)芍频眠B續(xù)SiC纖維。目前，國(guó)防科技大學(xué)是國(guó)內(nèi)唯一可小批量連續(xù)生產(chǎn)SiC纖維的單位。

碳化硅晶須是指直徑0.2～1.5 μm、長(zhǎng)度10～40 μm之間的一種低密度、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低熱膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性好的單晶微晶材料，廣泛用于增強(qiáng)陶瓷基、金屬基的復(fù)合材料的制造。20世紀(jì)90年代，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、攀枝花鋼鐵研究院、四川聯(lián)合大學(xué)等單位對(duì)碳化硅晶須進(jìn)行了大量研究。一般以稻殼為原料，在催化劑的作用下制成SiC晶須。21 世紀(jì)初，徐州宏武納米材料有限公司、西安眾鑫特種材料有限公司等單位才開(kāi)始形成一定的生產(chǎn)能力。2002年，徐州宏武納米材料有限公司開(kāi)始生產(chǎn)各種納米粉體，其中β-SiC(W)有2種規(guī)格，即納米級(jí)和微米級(jí)2種晶須，生產(chǎn)能力為500～600 kg/月。

10.4 ZrO2纖維與布膜

ZrO2纖維具有熔點(diǎn)高(2 715 ℃)、導(dǎo)熱率低[<2.4 W/(m·K)]的特點(diǎn)，是氧化或惰性氣氛下最佳的高溫隔熱材料。

1979年，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院開(kāi)始用前驅(qū)體工藝制備ZrO2紙、氈等制品；1987年開(kāi)始小批量生產(chǎn)ZrO2纖維氈，成功地用于微波加熱爐和1 800 ℃高溫電爐中的隔熱材料；1995年，列入軍工攻關(guān)項(xiàng)目并研制衛(wèi)星電池用ZrO2纖維布膜；2001～2005年期間，通過(guò)改進(jìn)工藝等使ZrO2布膜的強(qiáng)度、吸堿率等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到美國(guó)同類(lèi)產(chǎn)品的水平并開(kāi)始在電池中試用和壽命考核試驗(yàn)。

2000年，山東大學(xué)化學(xué)所開(kāi)始用溶膠一凝膠工藝進(jìn)行定長(zhǎng)ZrO2纖維的研制和ZrO2纖維的研究。同時(shí)，山東大學(xué)晶體研究所采用含鋯聚丙烯材料，用甩絲成纖工藝制備ZrO2纖維，申報(bào)專(zhuān)利和成果轉(zhuǎn)化工作，現(xiàn)已形成小批量生產(chǎn)能力。

10.5 連續(xù)氮化硼纖維

在惰性或氨氣氛下，氮化硼可以在2 800 ℃下使用，是良好的熱導(dǎo)體和電絕緣材料。纖維材料可以用作金屬線(xiàn)陶瓷復(fù)合材料中的增強(qiáng)劑，具有改善其他性能(如抗熱震性學(xué))的特點(diǎn)。

1978年，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院開(kāi)始采用化學(xué)轉(zhuǎn)化法制備定長(zhǎng)氮化硼纖維；1986年后開(kāi)始承擔(dān)國(guó)家“863”項(xiàng)目——氮化硼纖維工藝改進(jìn)和性能提高研究，使定長(zhǎng)氮化硼纖維的主要性能達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平。2003年開(kāi)始進(jìn)行連續(xù)氮化硼纖維的研制，先后解決了B2O3纖維的吸潮、氮化工藝參數(shù)的調(diào)整及進(jìn)行高溫?zé)崂焯幚砗?，使連續(xù)氮化硼纖維的抗拉強(qiáng)度、彈性模量均達(dá)到國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的生產(chǎn)水平，連續(xù)纖維的總長(zhǎng)度可達(dá)510 m，可供編織氮化硼纖維制品使用。2006年，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院開(kāi)展連續(xù)氮化硼纖維的編織和氮化硼編織體與氮化硅復(fù)合的試驗(yàn)工作。2009～2010年，進(jìn)行連續(xù)氮化硼纖維的擴(kuò)大產(chǎn)量等工作以滿(mǎn)足工業(yè)部門(mén)的需求。

(完)