五分钟深入了解什么是陶瓷材料?

ACMT协会

五分钟深入了解什么是陶瓷材料?的图1

邱耀弘(Dr.Q)

• ACMT 材料科学技术委员会主任委员/ 粉末注射成型委员会副主任委员

• 兼任中国粉末注射成型联盟(PIMA-CN) 轮值主席

• 大中华区辅导超过10 家MIM 工厂经验，多次受日本JPMA 邀请演讲

专长：

• PIM(CIM+MIM) 技术

• PVD 镀膜（离子镀膜）技术

• 钢铁加工技术

摘要

陶瓷，相信是与人类最早由石器时代进入到文明时代的关键，也是Dr.Q 常常讲的「聚沙成塔」的粉末成型技术中三大基本材料：金属、陶瓷与高分子之一；陶瓷带给人们的第一印象就是坚硬，最常见的陶瓷材料的代表就是玻璃(Glass)，俗语中”破镜难重圆”，相信就是形容陶瓷材料最令人诟病的硬脆易碎的传统印象。

一般来说，陶器(K)(Pottery, earthenware, crockery,pottery ware, and keramics) 和精密陶瓷(C)(Fine and/or advantage ceramic) 是必须分开来讨论的，但是人们因为陶瓷易碎而经常会把它们混为一谈，其实也不是不行，Dr. Q 习惯的用K and C 顺序来区分两者的性能特性，C 的排位高于K 所以来得精密一些。

定义与分类

怎样定义陶瓷材料？在元素周期表上的金属与轻质气体或活性高元素作用，其化合物就是广义的陶瓷材料，再明确的定义，陶瓷是由无机物单独或混合其他物质制成的材料，通常泛指由硅酸盐(SiXOy)、铝酸盐(AlxOy)、硼酸盐(BxOy)、磷酸盐(PxOy) 等原料以及或是氧化物(Oxide)、氮化物(Carbide)、碳化物(Nitride)、硼化物(Boride)、硫化物(Sulfides) 等原料经一定的工艺制备而成的材料。但是Dr. Q 担心写得太过于深入无助于读者们入门，我们在这里只针对常接触的陶瓷以其功能性来作为解说，包含如下：

●传统陶瓷 - 在一般家庭生活中，最容易看到的陶瓷餐具如锅碗瓢盆杯，传统陶瓷的应用大宗，加上艺术的设计成为人类生活不可或缺的器物，许多昂贵的骨董陶瓷是人类文明的最好纪录与见证。传统陶瓷的杂项成分多，也便宜容易取得，但是只能作为日常生活的器皿来用。

●金属-2 精细陶瓷 – 在台湾称为精密陶瓷，主要是把各种陶瓷精炼后保持99% 以上的纯度，不论要混合或是单独使用，都必须能够定性定量的加以控制包含其粉末粒径、纯度、形貌以及添加物的控制，才能够精确地让陶瓷发挥其特殊的功能性，包含下列：

i. 结构陶瓷 – 人类最早认识的精细陶瓷要从氧化铝说起，主要在于地球含有丰富的铝且是氧化态的氧化铝存在，人们首先发现纯炼的氧化铝对于结构是很有应用上的帮助，尤其是在恶劣环境和绝缘特性的应用，所以非常多的电缆线下的陶瓷支撑座就是以氧化铝来制作，

图1: 陶瓷材料

如图(1)；近代的结构陶瓷责备具有丰富色彩可能性的氧化锆(Zirconia, ZrO2) 抢走风采，因为它具有陶瓷材料中最佳的破坏韧性( 直逼锌合金)，加上硬度高比重略低于锌合金，所以在这几年中国智能手机品牌选用的微晶锆就是指这种晶粒大小在烧结后，控制小于1 微米的氧化锆材料，也因为相对密度高可以抛光后呈现镜面的感觉，手表也经常采用这样的特性来作为商品特征。

图2: 陶瓷材料服务人类的五官

图3：高分子材料

图4：金属-1

图5：金属-2

图6：金属材料

图7：陶瓷

ii. 电子陶瓷 – 陶瓷作为固态被动组件其实是最大宗主流，例如陶瓷电容器、陶瓷压敏电阻、压电陶瓷等等，人类早在300 年以前便懂得使用这些陶瓷材料作为电子元器件；近代的电子三基本组件：电感(L)、电容(C)、电阻(R) 更是大举开发新的陶瓷材料来使用，用料成本低功能性强大，重点是耐用度和稳定性，是其他材料无可比拟的。请见图(8)

图8: 电子陶瓷

iii. 环境耐受陶瓷– 针对包含如绝缘、耐热、耐磨与耐酸碱的陶瓷，采用陶瓷通常都要伴随这些功能的之一或是多选，世界很奇妙，金属被气体或是活性元素极化以后，由金属键(Metal bond) 结改变成共价键(Covalent bond) 或是离子键(Ion bond)，就让陶瓷呈现不一样的性质与被利用性。

材料界最不引人注意的广泛角色

为什么这样说陶瓷材料？说实在的，如果不是美国苹果公司的青睐和华为、欧珀、小米手机挖空心思推出高档上位名词，陶瓷界的众家兄弟一直是低调、默默地为人类服务并且贡献，地位极为卑微。Dr. Q 真心来帮陶瓷材料来平反一下，好，请见图(2)。

●视觉服务：在视觉上，首先是眼镜镜片，是玻璃也是一种陶瓷材料，还有玻璃上的镀膜是属于多层膜镀膜由陶瓷薄膜所构成的抗反射(Anti-Reflection, AR)、抗指纹(Anti-Finger printing, AF)、抗磨损(Wearresistance)、抗眩光(Anti-Glare ) 等等，更别说那些五颜六色用在手表和手机外壳，视觉上高亮度又丰富的色彩也是陶瓷服务视觉的强项。

图9：陶瓷-1

图10：陶瓷-2

●听觉服务：很多人认为服务听觉是很困难的，Dr. Q也同意，但是想到有关声响就不能不提到由压电陶瓷(Piezo) 所制作的蜂鸣器，利用其接受电流产生机械震动造成声音，在很多机器设备上至少有百年的服务历史，呵呵，提醒人类避免发生危险，听觉是关不掉的，只有你去关掉它，所以，这也算是安全服务的一个重要材料吧。

●味觉服务：虽然陶瓷材料没有什么好吃的，但是陶瓷的过滤材料和餐具( 锅、碗、瓢、盆、块，茶具与杯子)，纯化水质并装盛食物服务您的嘴巴，人类老祖宗很早就用陶瓷器皿，那些挖掘出来的历史文物有多少可像陶瓷一样，默默地记录着历代人类的演绎，传承着一代又一代，如同石头般可以保留数千年而呈现在我们现代呢！