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        低碳經(jīng)濟(jì)背景下新型陶瓷的應(yīng)用及環(huán)境效應(yīng)研究

        2018-02-11 17:58:33陳子軒
        學(xué)周刊 2018年9期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境效益低碳經(jīng)濟(jì)

        陳子軒

        摘 要:新型陶瓷由于原材料的選擇及制作工藝的不同,它具有傳統(tǒng)陶瓷不具備的特殊性能。強(qiáng)度高、性能好的新型陶瓷材料被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,同時(shí)其具備良好的環(huán)境效應(yīng)與環(huán)保價(jià)值。低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念為新型陶瓷的發(fā)展帶來(lái)了更廣闊的發(fā)展前景。

        關(guān)鍵詞:新型陶瓷;環(huán)境效益;低碳經(jīng)濟(jì)

        中圖分類號(hào):G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9132(2018)09-0191-02

        DOI:10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.09.118

        傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品既有實(shí)用性又有藝術(shù)性,因而一直受到推崇。隨著科技與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,陶瓷材料也在不斷更新,開始向新型功能方向邁進(jìn)。特別是隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念及有效利用能源的現(xiàn)實(shí)需求,新型陶瓷材料研究開發(fā)成為關(guān)注的熱點(diǎn),新型陶瓷的應(yīng)用也逐步得到推廣。

        一、新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別

        二戰(zhàn)期間,由于缺少制作高質(zhì)量電容器的天然云母,因而人們嘗試用介電常數(shù)高的陶瓷來(lái)代替,這就推動(dòng)了人們對(duì)陶瓷材料深入研究。但是,在后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),陶瓷中的玻璃相妨礙了陶瓷強(qiáng)度的進(jìn)一步提高,影響陶瓷的高頻絕緣性能,因此,在現(xiàn)實(shí)需求的推動(dòng)下,區(qū)別于傳統(tǒng)陶瓷的強(qiáng)度高、性能好的新型陶瓷材料應(yīng)運(yùn)而生。

        傳統(tǒng)陶瓷主要采用天然的巖石、礦物、粘土等材料做原料,新型陶瓷則采用人工合成的高純度無(wú)機(jī)化合物為原料,在嚴(yán)格控制的條件下,經(jīng)成型、燒結(jié)和其他處理而制成具有微細(xì)結(jié)晶組織的無(wú)機(jī)材料[1]。新型陶瓷因特殊的物理化學(xué)性能及生物性能,其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)陶瓷。

        二、新型陶瓷的分類及功能

        (一)新型陶瓷的分類

        通常,按其應(yīng)用將新型陶瓷分為兩類:結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷又稱工程陶瓷,是主要利用陶瓷的強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性、硬度等力學(xué)性能的陶瓷材料,主要種類有高強(qiáng)度陶瓷、(超)高溫陶瓷、(超)低溫陶瓷、高韌性陶瓷、超硬度陶瓷和納米陶瓷等;功能陶瓷是利用陶瓷的電磁光聲熱等性能及其耦合效應(yīng)的陶瓷材料,主要種類有電子陶瓷、敏感陶瓷、光學(xué)陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷和超導(dǎo)陶瓷等[2]。

        (二)新型陶瓷的功能

        新型陶瓷因化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)陶瓷,因而有獨(dú)特的性能。在熱性能和機(jī)械性能方面,有耐高溫、隔熱、高硬度、耐磨耗等特點(diǎn);在電性能方面有絕緣性、壓電性、半導(dǎo)體性、磁性等特點(diǎn);在化學(xué)方面有催化、耐腐蝕、吸附等功能;在生物方面,具有一定生物相容性能,可作為生物結(jié)構(gòu)材料等[3]。如碳化硅陶瓷硬度大、耐高溫、耐腐蝕,氮化硅陶瓷具有潤(rùn)滑性、耐磨損、抗氧化,氧化鋁陶瓷熔點(diǎn)高、硬度大。因?yàn)檫@些特殊的性能,新型陶瓷材料可應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、醫(yī)學(xué)、核反應(yīng)、航天等多個(gè)領(lǐng)域。

        三、新型陶瓷在生活中的應(yīng)用

        新型陶瓷材料應(yīng)用范圍廣泛,在與人們密切相關(guān)的生活中的運(yùn)用最具有普遍性與普及意義。生產(chǎn)全新低碳陶瓷產(chǎn)品已成為陶瓷行業(yè)普遍追求的目標(biāo)。

        1.生物陶瓷材料:生物陶瓷材料無(wú)毒無(wú)害,有良好的生物活性與生物相容性,可作為骨骼、牙床、心臟瓣膜等的修補(bǔ)材料或替代材料,如陶瓷牙套、陶瓷氧化物應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換、陶瓷透明頭骨植入物等都是這方面的應(yīng)用。

        2.電子陶瓷材料:具有高機(jī)械強(qiáng)度,耐高溫高濕,抗輻射,介質(zhì)常數(shù)在很寬的范圍內(nèi)變化,被廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)和信息領(lǐng)域,如利用陶瓷電氣性能減少手機(jī)對(duì)人體的輻射,壓電陶瓷用于超聲波燃料探頭制作等。

        3.汽車制造:新型陶瓷應(yīng)用在汽車上,對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、減少排氣污染、降低油耗等都有積極作用。如應(yīng)用于火花插絕緣子、玻璃窗戶及計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的制造;將陶瓷組件引入重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)和氣閥構(gòu)件;陶瓷燃料電池將實(shí)現(xiàn)近零排放等。

        4.陶瓷生活用品:我們常用的餐具、衛(wèi)生設(shè)備、裝飾品等,更是遍布我們生活的各個(gè)角落。如發(fā)泡陶瓷、陶瓷透水磚、陶瓷保溫新材料等新型陶瓷建筑材料,用于建筑裝飾以及墻體或道路保溫;如無(wú)鉛無(wú)鎘低溫陶瓷制品,具有環(huán)保節(jié)能特性。

        四、新型陶瓷的環(huán)境效應(yīng)

        (一)新型陶瓷綠色產(chǎn)業(yè)鏈

        新型陶瓷因其在原料選擇、工藝過(guò)程都有傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)不可比擬的優(yōu)勢(shì),最終實(shí)現(xiàn)原料節(jié)能、工藝節(jié)能及產(chǎn)品節(jié)能。

        原料選擇:新型陶瓷的生產(chǎn)選用無(wú)硫或低硫原料,避免生產(chǎn)過(guò)程中生成大量硫氧化物污染環(huán)境;不用、少用含碳素和有機(jī)物多的原材料,避免生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量碳氧化物污染環(huán)境。

        工藝革新:工藝與生產(chǎn)技術(shù)是發(fā)展新型陶瓷的關(guān)鍵所在,無(wú)模成形技術(shù)、近凈成形技術(shù)、內(nèi)高壓成形技術(shù)、綠色制造技術(shù)、陶瓷窯爐減排技術(shù)等成形方法及燒結(jié)工藝技術(shù)近年來(lái)都有新進(jìn)展,克服了傳統(tǒng)陶瓷工藝的工藝技術(shù)局限。

        成品節(jié)能:原材料的選擇與工藝技術(shù)的大幅提升,決定了新型陶瓷產(chǎn)品的環(huán)保節(jié)能。多孔陶瓷的隔熱保溫效果好,在防止熱輻射、保溫節(jié)能方面有廣泛的應(yīng)用。納米陶瓷材料的耐久性和抗彎強(qiáng)度對(duì)于建筑陶瓷材料的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響。

        (二)新型陶瓷的環(huán)保價(jià)值

        陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用一直與能源、環(huán)境息息相關(guān)。傳統(tǒng)陶瓷在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗大量礦石、土地等資源,環(huán)境污染也很嚴(yán)重。減少對(duì)環(huán)境有污染的廢氣(SO2、CO、CO2、NOx及煙塵等),減排對(duì)人類有害的廢水(含鉛、鎘、汞、鉻等重金屬元素)、粉塵等,生產(chǎn)和工作環(huán)境清潔、干凈、舒適,這些都是新型陶瓷工業(yè)與工藝生產(chǎn)的要求。因?yàn)橛刑厥獾男阅芤约熬G色產(chǎn)業(yè)鏈,新型陶瓷成為解決能源和環(huán)境問(wèn)題的重要材料??茖W(xué)利用資源,生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污染低能耗,使用時(shí)無(wú)害于人類健康是新型陶瓷工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。

        五、低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代與新型陶瓷的發(fā)展前景

        (一)新型陶瓷發(fā)展遇到的瓶頸

        新型陶瓷材料較之于傳統(tǒng)陶瓷有很大的優(yōu)勢(shì),同時(shí),也面臨發(fā)展的瓶頸,最重要的體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是材料的成本較高;二是市場(chǎng)的開拓也有限制;三是從技術(shù)角度來(lái)說(shuō),需要不斷突破技術(shù)壁壘。以功能陶瓷為例,當(dāng)前功能陶瓷在向復(fù)合化、多功能化、智能化方向發(fā)展。我們說(shuō)智能材料是功能陶瓷發(fā)展的更高階段,它是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然結(jié)果。但是,研究過(guò)程遇到的技術(shù)瓶頸也是較難克服的,這就需要研究人員深入跨學(xué)科研究,才能不斷在陶瓷行業(yè)的發(fā)展中取得更好的成績(jī)。

        (二)新型陶瓷的發(fā)展前景

        在新能源時(shí)代,以低能耗低污染為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)是發(fā)展方向。目前,全球都在提倡發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),低碳經(jīng)濟(jì)是減少能源消耗的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,其實(shí)質(zhì)是提高能源利用效率、建立清潔能源結(jié)構(gòu)和清潔能源機(jī)制[4],核心理念是發(fā)展觀的改變。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)與人類的生活方式密切相關(guān),與國(guó)家利益緊密相連,在當(dāng)下環(huán)境污染嚴(yán)重與能源缺乏的形勢(shì)下,只有將材料科學(xué)技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念緊密結(jié)合起來(lái),開發(fā)新材料,發(fā)展先進(jìn)低碳技術(shù),才能推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及全球環(huán)境的優(yōu)化。

        新型陶瓷的發(fā)展符合低碳綠色理念,在未來(lái)有廣闊的發(fā)展空間。那些在新型陶瓷研究方面走在世界前列的國(guó)家,他們都有各自的研發(fā)重點(diǎn)。美國(guó)新型陶瓷研發(fā)的重點(diǎn)是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,目標(biāo)是充分利用先進(jìn)陶瓷的優(yōu)越性能,將新型陶瓷廣泛應(yīng)用于交通、軍事、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。日本由于能源材料的缺乏,一直在材料研究領(lǐng)域投入大量的技術(shù)支持和項(xiàng)目支撐,因此新型陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有比較穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。在新能源時(shí)代,新型低碳陶瓷的廣泛應(yīng)用,不僅利于環(huán)境保護(hù),還可促進(jìn)新能源的發(fā)展。新型陶瓷材料已成為解決能源問(wèn)題的重要材料。中國(guó)陶瓷產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量大,在新型陶瓷研究領(lǐng)域取得了不少成績(jī),特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后,功能陶瓷的研究得到了突破,不斷打破國(guó)外技術(shù)壟斷,但從新型陶瓷的總體水平來(lái)看,國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力仍較弱,在低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)面前,中國(guó)陶瓷更需加快提升技術(shù)能力,向應(yīng)用化、規(guī)?;?、高端化方向發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 劉道春.低碳經(jīng)濟(jì)為新型陶瓷材料產(chǎn)業(yè)點(diǎn)燃綠色商機(jī)[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2012(3):27.

        [2] 王強(qiáng)華.工業(yè)陶瓷材料及其制品的市場(chǎng)研究[J].玻璃鋼,2012(2):16.

        [3] 肖九梅.低碳經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)新型陶瓷材料行業(yè)的未來(lái)[J].陶瓷,2010(6):12.

        [4] 高為.發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的途徑與潛力[J].環(huán)境保護(hù),2010(14):38.

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