陶瓷材料应用及其前景（范文模版）

第一篇：陶瓷材料应用及其前景（范文模版）

陶瓷材料应用及其前景

摘要：根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。通过对各类陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。一.陶瓷的分类及性质 1.1氧化物陶瓷 1.2非氧化物陶瓷 1.3纳米陶瓷 1.4陶瓷基复合材料 1.5电子陶瓷 1.6热、光学功能陶瓷 1.7生物、抗菌陶瓷和多孔陶瓷 二.陶瓷的生产 三.陶瓷材料的性能特点 四.陶瓷材料的发展趋势和前景 五.结 束 语 六.参考文献

一.陶瓷的分类及性质

陶瓷材料优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、高导热性能、低膨胀系数、质轻等特点，因而在很多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。

1.1氧化物陶瓷

氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷，氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。

氧化铝陶瓷，利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能，可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。利用其强度和硬度较大的性能，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。

氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。

氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数，约为209.34W/（m.k），可用来做散热器件；氧化铍陶瓷还具有良好的核性能，对中子减速能力强，可用作原子反应堆的减速剂和防辐射材料；另外，利用它的高温比体积电阻较大的性质，可用来做高温绝缘材料；利用它的耐碱性，可以用来作冶炼稀有金属和高纯金属铍、铂、钒的坩埚。

1.2非氧化物陶瓷

非氧化物陶瓷包括碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷不同于氧化物陶瓷，在自然界中存在的很少，需要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺制成成品。氮化物、碳化物、硫化物的标准生成自由焓一般都大于相应氧化物，说明生成的氧化物更为稳定。所以，在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物。氧化物原子间的化学键主要是离子键，非氧化物之间一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷难熔、难烧结。

碳化硅陶瓷共价键性极强，在高温下仍保持高的键和强度，强度降低不明显，且膨胀系数小，耐蚀性优良，可作高温结构零部件。碳化硅陶瓷由于熔点高、硬度大主要用作超硬材料、工具材料、耐磨材料，以及高温结构材料；利用它导热系数高、膨胀系数低的特点，可作导热材料、发热材料等。碳化硅陶瓷主要应用于石油工业、化学工业、汽车、飞机、火箭、机械矿业、造纸工业、热处理、核工业、微电子工业、激光等行业。

氮化物陶瓷种类很多，它包括氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化钛陶瓷等。氮化硅陶瓷具有耐高温、耐磨性，在陶瓷发动机中用于燃气轮机的转子、锭子和涡形管；由于抗震性好、耐腐蚀、摩擦系数小、热膨胀系数小等特点，广泛应用于冶金和热加工工业中。

氮化铝陶瓷可作为熔融金属用坩埚、保护管、真空蒸度用容器，还可用作真空中蒸镀Au的容器、耐热转、耐热夹具等。电绝缘电阻高、优良的介电系数和低的介电损耗，机械性能好，耐腐蚀，透光性强，根据以上特性可用作高温构件、热交换材料、浇注模具材料以及非氧化电炉的炉衬材料等。

氮化硅陶瓷硬度高、熔点高、化学稳定性好且具金黄色金属光泽是一种较好的耐熔耐磨材料，代金装饰材料。在机械加工工业中，在刀具上涂TiN涂层，提高耐磨性。

1.3纳米陶瓷

纳米陶瓷又称纳米结构材料，纳米复合材料是21世纪的新材料。它的研究是从微米复合向纳米复合方向发展，纳米陶瓷材料不仅能在低温条件下象金属材料那样任意弯曲而不产生裂纹，而且能够象金属材料那样进行机械切削加工甚至可以做成陶瓷弹簧。纳米陶瓷可作防护材料、高温材料、人工器官的制造、临床应用、以碳化硅为吸收剂的吸收材料、以陶瓷粉末为吸收剂的吸收材料、以及压电性能的应用。它的应用领域为微包覆、超级过滤、吸附、除臭、触媒、固定氧、传感器、光学功能元件、电磁功能元件等。

1.4陶瓷基复合材料

复合材料是两种或两种以上不同化学性质或不同组织相的物质，以微观或宏观形式组合而成的材料。基于提高韧性的陶瓷基复合材料可分为两类：氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。

1.5电子陶瓷

电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为六类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷，具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。

1.6热、光学功能陶瓷

耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、ZrO2、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性、可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。

陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。

1.7生物、抗菌陶瓷和多孔陶瓷

生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用于作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。

抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域，家用电器是目前应用最广泛，使用量最大的行业之一。近几年来我国的抗菌材料行业发展很快，在无机抗菌剂、有机抗菌剂、光催化型抗菌剂的产业化及应用开发等领域迅速发展。

多孔陶瓷具有透光率高、比表面积大、低密度、低传导率、耐高温、耐腐蚀等优点被应用于汽车尾气处理，工业污水处理，熔融金属过滤，催化剂载体，隔热、隔音材料等。近几年，多孔陶瓷的应用扩展到了航空领域、电子领域、医用材料领域及生物领域等，已引起全球材料界的高度重视，并迅速发展。

二.陶瓷的生产

(1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）

普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）

特种陶瓷（人工的化学或化工原料---各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物）(2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形）(3)烧成或烧结

三.陶瓷材料的性能特点

众所周知，金属材料(纯金或合金)的化学健大都是金属键，是由金属键和充满其间的电子云所组成，金属键没有方向性．因此金属有很好的塑性变形性能。而作为无视非金属化合物的陶瓷来讲，其化学定是高于健和共价键。这种化学性有很强的方向性和很高的结合能。因此，陶瓷材料很难产生塑性变形．脆性大，裂纹敏感性强。这就是陶瓷材料的致命弱点。但也正是由于它具有这种化学健类型，使结构陶瓷具有一系列比金属材料优异的特殊性能。①高硬度，决定了它具有优异的耐磨性； ②高焰点。决定了它具有杰出的耐热性；

③高化学稳定性．决定了它具有良好的耐蚀性。尽管陶瓷材料有如此优异的特殊性能．但由于其致命的缺点——脆性，因而限制了其特性的发挥和实际应用。因此，陶瓷的韧化使成为世界瞩目的陶瓷材料研究领域的核心课题。(1)硬度 是各类材料中最高的。（高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）(2)刚度 是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2)(3)强度 理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。（E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。(4)塑性： 在室温几乎没有塑性。

(5)韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。

(6)热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K）(7)热稳定性—抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220℃）

(8)化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐）(9)导电性—大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等）(10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低

四.陶瓷材料的发展趋势和前景 4.1纳米陶瓷材料

“纳米”(nm)是一个尺度的度量，1nm=0.000000001m,即10-9 m。纳米材料就是材料中至少有一相的晶粒尺寸小于100nm的材料。纳米陶瓷是纳米材料的一个分支，是指平均晶粒尺寸小于100nm的陶瓷材料。纳米陶瓷除了保持陶瓷耐磨损、耐腐蚀等优良性能外，还赋予陶瓷高的韧性，将彻底改变陶瓷为“易碎品”的形象。纳米陶瓷的烧结性能极佳，其烧结温度比普通陶瓷粉体的低几百度。不少纳米陶瓷已实现在1000℃以下致密化，而且有可能继续降低。低温烧结可以节省能源，有利于环境的净化，还可以用于陶瓷材料的连接，使陶瓷材料的物理化学性能甚至力学性能都保持一致。纳米陶瓷的显微硬度极高。纳米陶瓷在功能方面也有着重要的应用。如纳米氧化锌陶瓷的非线性伏安特性。

4.2.梯度材料

为适应同一时间内不同的使用环境，在同一材料内从不同方向上由一种功能逐步连续分布为另一种功能的材料称为梯度功能材料，简称梯度材料。

4.3.智能材料

同时具备自检查功能（传感器功能）、信息处理功能以及指令和执行功能的材料。它具有自诊断、自调节、自修复等功能。

4.4纳米材料的发展前景

近几十年来，陶瓷材料的应用及发展是非常迅速的，陶瓷材料作为继金属材料、高分子材料后最有潜力的发展材料之一，它在各方面的综合性能明显优于现在使用的金属材料和高分子材料。陶瓷材料的应用前景还是相当广阔的，尤其是能源、信息、空间技术和计算机技术的快速发展，更加拉动了具有特殊性能材料的应用。先进陶瓷材料的制备技术日新月异，世界科学技术的发展令人瞩目，展望未来，纳米陶瓷材料的发展已经取得惊人的成绩，有了重大突破。相信在不久的将来，陶瓷材料会有更好、更快的发展，展示出其重要的应用价值。

五.结 束 语 通过一个学期对新材料的学习，拓展了我的知识面，使我重新认识了不少东西，陶瓷材料的发展，超导材料的用途，高分子材料在各个方面的应用，纳米材料的好处与发展前景，合金的优越性，汽车材料应用前景、研究现状，还有我国材料学的发展状况。所以以后还得在平时的学习生活中多多了解一些有关材料的知识。

六.参考文献: 1.张里德、牟季美，纳米材料和纳米结构，北京：科学出版社2002 2.高濂，李尉，纳米陶瓷，北京：化学工艺出版社2002 3.李世谱，特种陶瓷工艺学，武汉：武汉理工大学出版社2007 4.郭卫红，汪济奎，现代功能材料及其应用，北京：化学工业出版社2002 5.刘维良，李佑华，先进陶瓷工艺学，武汉：武汉理工大学出版社2004

第二篇：陶瓷压力传感器原理及应用

陶瓷压力传感器原理及应用

工作原理：抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥闭桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

第三篇：陶瓷的分类及其应用

陶瓷的分类及其应用

(一)按瓷种分类

目前市场上流通的主要有日用瓷器、骨灰瓷器、玲珑日用瓷器、釉下（中）彩日用瓷器、日用精陶器、普通陶瓷和精细陶瓷烹调器等。除骨灰瓷外，其余产品又按外观缺陷的多少或幅度的大小分为优等品、一等品、合格品等不同等级。

(二)按花面装饰方式分类

按花面特色可分为釉上彩、釉中彩、釉下彩和色釉瓷及一些未加彩的白瓷等。釉上彩陶瓷就是用釉上陶瓷颜料制成的花纸贴在釉面上或直接以颜料绘于产品表面，再经700~850℃烤烧而成的产品。因烤烧温度没有达到釉层的熔融温度，所以花面不能沉入釉中，只能紧贴于釉层表面。如果用手触摸，制品表面有凹凸感，肉眼观察高低不平。

釉中彩陶瓷彩烧温度比釉上彩高，达到了制品釉料的熔融温度，陶瓷颜料在釉料熔融时沉入釉中，冷却后被釉层覆盖。用手触摸制品表面平滑如玻璃，无明显的凹凸感。

釉下彩陶瓷是我国一种传统的装饰方法，制品的全部彩饰都在瓷坯上进行，经施釉后高温一次烧成，这种制品和釉中彩一样，花面被釉层覆盖，表面光亮、平整，无高低不平的感觉。

色釉瓷则在陶瓷釉料中加入一种高温色剂，使烧成后的制品釉面呈现出某种特定的颜色，如黄色、兰色、豆青色等。

白瓷通常指未经任何彩饰的陶瓷，这种制品市场上销量一般不大。

以上不同的装饰方式，除显示其艺术效果外，主要区别铅、镉等重金属元素含量上。其中釉中彩、釉下彩和绝大部份的色釉瓷、白瓷的铅、镉含量是很低的，而釉上彩如果在陶瓷花纸加工时使用了劣质颜料，或在花面设计上对含铅、镉高的颜料用量过大，或烤烧时温度、通风条件不够，则很容易引起铅、镉溶出量的超标。

（三）按用途的不同分类

1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗等。

2、艺术{工艺}陶瓷：如花瓶、雕塑品．园林陶瓷 器皿 陈设品等。

3、工业陶瓷：指应用于各种工业的陶瓷制品。又分以下6各方面： ①建筑一卫生陶瓷： 如砖瓦，排水管、面砖，外墙砖，卫生洁其等；

②化工{化学}陶瓷： 用于各种化学工业的耐酸容器、管道，塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等；

③电瓷： 用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。电机用套管，支柱绝缘于、低压电器和照明用绝缘子，以及电讯用绝缘子，无线电用绝缘子等；

④特种陶瓷： 甩于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品，有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英

石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。

（二）按所用原料及坯体的致密程度分类可分为：

粗陶（brickware or terra-cotta），细陶（potttery），炻器（stone Ware），半瓷器（semivitreous china），以至瓷器（130relain），原料是从粗到精，坯体是从粗松多孔，逐步到达致密，烧结，烧成温度也是逐渐从低趋高。

（四）陶瓷的应用

陶瓷制品种类繁多，其中主要用于建筑装饰工程中的陶瓷制 品有以下几类。

（l）琉璃制品（琉璃瓦）琉璃制品是用优质粘土塑制成型后烧成的，表面上釉，釉的颜色有黄、绿、黑、蓝、紫等色，富丽堂皇，经久耐用。琉璃瓦多用于民 族色彩的宫殿式大屋顶建筑中。

琉璃瓦主要有两种形式：筒瓦与板 瓦。其它屋面用的琉璃瓦为屋脊、兽头、人物、宝顶等。除用于屋面 外，通过造型设计，已制成的有花窗、栏杆等琉璃制品，广泛用于庭 院装饰中。

（2）陶瓷墙地砖 陶瓷墙地砖是釉面砖、地砖与外墙砖的总称。地砖中包括锦砖（马赛克）、梯沿砖、铺路砖和大地砖等。外墙砖包括彩釉外墙砖和 无釉外墙砖。

釉面砖是用于建筑物内墙装饰的薄板状精陶制品，有时也称 为瓷片。釉面砖的结构由两部分组成，即坯体和表面釉彩层。釉面 砖按正面形状分为正方形砖、长方形砖和异型配砖三种。按表面釉 的颜色分为单色（含白色）砖、花色砖和图案砖三种。异型配砖主要 用于墙面阴阳角及各种收口部位，对装饰效果影响较大。

用釉面砖 装饰建筑物内墙，可使建筑物具有独特的卫生、易清洗和清新美观 的建筑效果。外墙面砖是指用于建筑物外墙的陶质或烟质建筑装饰砖。外 墙面砖有施釉和不施釉之分。从外观上看，表面有光泽或无光泽，或表面光且平和表面粗糙，也就是具有不同的质感。

外墙面砖的颜 色有红、黄、褐等。外墙面砖坚固耐用、色彩鲜艳、易清洗、防火、防 水、耐磨、耐腐蚀、维修费用低，外墙面砖是高档饰面材料，一般用 于装饰等级要求较高的工程，它不仅可以防止建筑物表面被大气 侵蚀，而且可使立面美观。但外墙饰面的不足之处是造价偏高、工 效低、自重大。地砖又称防潮砖或缸砖，有不上釉的也有上釉的，形状有正方 形、六角形、八角形、叶片形等。

地砖表面平整，质地坚硬，耐磨、耐 压、耐酸碱、吸水率小；可擦洗，不脱色不变形；色釉丰富，色调均 匀，可拼出各种图案。新型的仿花岗岩地砖，还具有天然花岗岩的 色泽和质感，经磨削加工后表面光亮如镜。梯沿砖又称防滑条，它坚固耐用，表面有凸起条纹，防滑性能 好，主要用于楼梯，站台等处的边缘。陶瓷锦砖也称马赛克或纸皮砖，是由有多种颜色和多种形状 的锦砖按一定图案反贴在牛皮纸上而成。

它具有抗腐蚀、耐磨、耐 火、吸水率小、抗压强度高、易清洗和永不褪色等优点，而且质地坚 硬、色泽多样，加之规格小，不易踩碎，因而是建筑装饰中常用的一 种材料。

（3）陶瓷壁画 陶瓷壁画是以陶瓷面砖、陶板、锦砖等为原料而制作的具有较 高艺术价值的现代装饰材料。它不是原画稿的简单复制，而是艺术 的再创造。它巧妙地运用绘画技法和陶瓷装饰艺术于一体，经过放 样、制版、刻画、配釉、施釉、烧成等一系列工序，采用浸点、涂、喷、填等多种施釉技法和丰富多彩的窑变技术而产生出神形兼备、巧 夺天工的艺术效果。陶瓷壁画既可镶嵌在高层建筑上，也可陈设在公共场所，如候 机室、候车室、大型会议室、会客室、园林旅游区等地，给人以美的 享受。北京地铁的建国门车站镶嵌着一幅面积达180m’的特大型 陶板壁画一《天文纵横》。

（4）卫生洁具 卫生洁具是现代建筑中室内配套不可缺少的组成部分。陶瓷 质卫生洁具是传统的卫生洁具，主要有洗面器、浴缸、大便器等。

（5）瓷砖，所谓瓷砖，是以耐火的金属氧化物及半金属氧化物，经由研磨、混合、压制、施釉、烧结之过程，而形成之一种耐酸碱的瓷质或石质等之建筑或装饰之材料，主要用于室内室外都使用瓷砖进行装饰，譬如：地面、墙面、台面、壁炉、喷泉以及外墙等等。

第四篇：超高温陶瓷及其应用

超高温陶瓷及其应用讲座小结

超高温陶瓷（UHTCs：Ultra High Temperature Ceramics）是指能在1800℃以上温度下使用的陶瓷材料。这类陶瓷材料有望用于航天火箭的发动机部件，太空往返飞行器和高超音速运载工具的防热系统，先进核能系统用抗辐照结构材料和惰性基体材料，以及金属高温熔炼和连铸用的电极、坩埚和相关部件等。目前，针对超高温陶瓷的主要研究内容包括：微结构调控与强韧化、抗氧化－耐烧蚀－抗热震性能的提升、抗辐照性能的改善等。

超高温陶瓷材料最早的研究从1960’s年代开始。当时在美国空军的支持下，Manlab开始了超高温陶瓷材料的研究，研究对象主要是ZrB2和HfB2及其复合材料。研发的80vol%HfB2-20vol%SiC复合材料能基本满足高温氧化环境下持续使用的需要，但采用的热压工艺对部件制备有很大的限制。到1990’s，NASA Ames 实验室也开始了相关研究。与此同时，美国空军从 1960’s年代开始进行尖锐前缘飞行器及其热防护系统的分析和设计，经过三十多年的研究，取得了很大进展。Ames 实验室及其合作伙伴开展了系统热分析、材料研发和电弧加热器测试等一系列研究工作，并于1990’s年代进行了两次飞行实验（SHARP-B1、SHARP-B2）。其中，SHARP-B2 的尖锐翼前缘根据热环境的不同分为三部分，分别采用的是ZrB2 /SiC/C、ZrB2/SiC和HfB2/SiC材料，展示了基于二硼化铪和二硼化锆为主体的一类超高温陶瓷材料作为大气层中高超声速飞行器热防护系统材料的应用前景。2003年2 月1 日，美国航天飞机发生了“哥伦比亚”号的爆炸惨剧，为了保障未来的航天飞机具有更可靠的飞行安全性，美国航天宇航局（NASA）在“哥伦比亚”号失事后迅速启动了相关的研究计划，其中就包括研究新一代超高温陶瓷，用于航天飞机的阻热材料。研究计划目的在于开发出熔点高于3000℃的超高温陶瓷材料，主要是 ZrB2、HfB2以及它们的复合材料，作为航天飞机的新型阻热材料。

从材料种类来看，超高温陶瓷主要包括高熔点硼化物和碳化物。其中HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高温陶瓷熔点都超过 3000℃，无相变，具有优良的热化学稳定性和优异的物理性能，包括高弹性模量、高硬度、低饱和蒸汽压、高热导率和电导率、适中的热膨胀率和良好抗热震性能等，并能在高温下保持很高的强度。成为超高温陶瓷最具潜力的候选材料。硼化物陶瓷基复合材料，主要指HfB2、ZrB2为基体的陶瓷基复合材料，材料的脆性可以通过合理选择原材料的组分、纯度和颗粒度来克服。它们的共价键很强的特性决定了它们很难烧结和致密化。为了改善其烧结性，提高致密度，可通过提高反应物的表面能、提高材料的体扩散率、延迟材料的蒸发、加快物质的传输速率、促进颗粒的重排及提高传质动力学来解决。单相ZrB2或HfB2在1200℃以下具有良好的抗氧化性，这是由于液态B2O3玻璃相的生成，起到了良好的抗氧化保护作用。在1200℃以上时，B2O3快速蒸发，从而降低了它作为一种扩散障碍的效用，ZrB2或HfB2将会发生快速氧化。加入SiC可以显著提高它的抗氧化性能，在高温时形成玻璃相的硅酸盐来覆盖材料的表层，在1600℃以下具有良好的保护作用。

碳化物陶瓷基复合材料，主要指碳化铪（HfC）、碳化锆（ZrC）和碳化钽（TaC）为基体的陶瓷基复合材料，这三种物质的熔点较硼化物高，加热过程中不会发生任何固相相变，具有较好的抗热震性，在高温下仍具有高强度。这类碳化物陶瓷的断裂韧性和抗氧化性非常低，为了克服陶瓷的脆性，通常采用纤维来增强增韧。2000 年，NASA 对RCI公司生产的炭纤维增强HfC基复合材料效果最好，它完成所有的10min10次循环，3次循环质量1.30%，5次循环质量损失3.28%，10次循环质量损失10.33%；完成了 1h的持续加热，质量损失1.12%。

超高温陶瓷粉体的制备，原料纯度和粒度对超高温陶瓷材料的烧结性能和高温性能有十分重要的影响。在制备过程中残留的杂质或工艺过程加入的添加剂，能与超高温陶瓷化合物形成低熔点产物，在很大程度上会对高温性能产生不利影响。超细的陶瓷粉体可以提高其烧

结性能。因此，发展高纯、超细的超高温陶瓷粉体合成技术，是制备高性能超高温陶瓷材料的基础。

超高温陶瓷致密化烧结通常采用放电等离子烧结，放电等离子体烧结技术是使可烧结性差的材料（例如 ZrB2、ZrC等）致密化的最有力手段之一。它比其它大多数传统烧结方法用的烧结温度低、时间短。

超高温陶瓷材料由于具有潜在的高温综合性能优异的特点，是未来超高温领域很有前途的材料，对其开展包括材料体系、粉体合成、烧结和应用等方面的基础科学研究和科学技术研究，具有重要的科学意义和应用价值。

第五篇：电除尘器的应用前景

对电除尘能否适应新标准的调查

跨过这道坎，又是海阔天空

日期：2010-10-20 作者：班健 来源：中国环境报第6版

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■电除尘到底能否满足新标准更严格的要求？

■在国外发展了百年的电除尘为何没有遭遇这种危机？

■中国电除尘行业面临什么样的特殊问题？

■电除尘如何面对目前复杂的外部市场环境？

■布袋真的能取而代之吗？

■能否考虑生命周期算总账？

图为华能海门电厂6×1000MW超临界燃煤机组和电除尘器，标志着国内百万机组电除尘器低排放(30mg/Nm3)的时代已经来临

核心提示:在西方走过百年历史的电除尘，在中国也已发展30多年，成为成熟的产业。但在一个特殊的节点上，却遭遇了信任危机，这个特殊节点就是国家将提高燃煤锅炉烟尘排放标准。

随着环境保护要求的日益提高，国家制定了更加严格的排放标准，新的《火电厂大气污染物排放标准》将要推出，有些管理部门和用户对电除尘器能否达到30毫克/立方米的新排放标准表示了担忧，社会上甚至有观点认为电除尘器已不能满足当前国家或者某些发达地区的环保要求，今后应该由袋式除尘器或电袋复合除尘器取而代之。一句话，有舆论认为，电除尘很难适应新标准要求。

记者走访行业内外和相关企业，希望能将相关问题调查清楚。

记者了解到，电除尘行业此次举全行业力量，中国环保产业协会电除尘委员会以行业组织名义发布《关于中国电除尘产业发展和节能减排的报告》，意在向相关部门澄清认识——这种看法是非常不科学的。无论是看当今发达国家电除尘器的使用情况，还是看国内电除尘器的大量应用实例，都充分说明:即使粉尘排放标准提高到30毫克/立方米甚至更严格，电除尘器仍将是消烟除尘的主要设备和技术途径。

中国环境报 记者班健

成熟行业遭遇信任危机

发展了30年的电除尘行业，目前状况如何？记者从中国环保产业协会电除尘委员会了解到，我国目前从事电除尘行业的生产企业有200多个，还有一批高等院校、科研、设计院所，主要骨干企业可与世界知名厂商相媲美。目前，我国已经作为电除尘大国出现在国际舞台，在这个领域的排名位居前列。产品除了满足国内的需求，还出口到世界上数十个国家和地区。去年调查统计的23家企业，出口量已超过14亿元。在我国环保产业中，电除尘行业是唯一能与国际厂商相抗衡且具有竞争力的一个行业。

但电除尘在国内为何被质疑呢？行业权威人士认为，电除尘一直满足的是以前比较低的排放标准，导致大家习惯性地认为其只能满足低标准。

实际上，发展了上百年的电除尘在西方却没有被怀疑过达标问题，世界发达国家粉尘排放要求较高的欧、美及日本燃煤电厂主要采用电除尘器，出口排放一般都低于20毫克/立方米～30毫克/立方米，运行情况良好。如欧盟2001/80/EC指令中规定粉尘排放限值为30毫克/立方米，其电除尘器约占85％左右，目前西欧电除尘的平均排放小于10毫克/立方米；美国2005年规定粉尘排放限值为20毫克/立方米，其电除尘器约占80％左右；日本大部分地方政府制定的粉尘排放标准均低于20毫克/立方米，其燃煤电厂几乎全部采用电除尘器。

发达国家燃煤条件较好，热值高，灰分低，应用电除尘器比较有利。但是值得注意的是，印度、越南等发展中国家燃煤电站也大都采用电除尘器。印度煤种具有高灰分、高比电阻、低热值、低硫、低氧化钠等特性，电除尘器对粉尘的收集比较困难，但近年新建660兆瓦机组燃煤电厂还是选择了具有多电场和大比集尘面积的电除尘器。有数据显示，印度燃煤电厂90％以上均使用电除尘器。

电除尘一直因其具有处理烟气量大、除尘效率高、适应范围广、设备阻力低、使用简单可靠、运行维护费用低且无二次污染等优点，成为工业烟尘治理领域尤其是电力行业众多除尘设备的首选产品。不论是煤好还是煤不好，电除尘器有着许多独特的优点为各国所认识。

退一步说，连印度这样煤种很差的国家也采用电除尘器，在中国，为何电除尘器会被怀疑呢？

在中国，到底有何特殊情况？行业自身有没有问题？暴露出什么问题？

如何把自己的事做好？

30年河东，30年河西，走过30年的电除尘恰好面临这样的节点。如何把自身做好？出现问题了怎么办？也是电除尘需要回答的问题。

如何把自己的事做好？电除尘在感受到布袋的山雨欲来之势时，最明智的选择就是检视自身问题，并从根本上予以解决。

首先，不论争议如何，保持稳定达标将是行业面临的头等大事，比如虽然设计煤种能达到达标要求，但如果煤种变化，如用了电除尘很怕的准格尔煤等怎么办？类似问题应该提前考虑。

业内专家介绍说，应按最差煤种来设计；此外，要设计裕量，煤种比中国还差的印度，之所以稳定使用电除尘，就是因为在设计上要求一定的裕量。近年新建660兆瓦机组燃煤电厂选择了具有多电场和大比集尘面积的电除尘器。

印度这样的国家怎样用电除尘满足高标准要求呢？恰巧，龙净中标印度最大的除尘项目，他们应该很有发言权。

郭俊介绍说，印度的煤种在世界上对电除尘器来说是最差的。那么，煤种差的印度为什么不用布袋呢？记者了解到，印度也有过尝试，但有几个问题比较难解决，一个进口浓度高，一个烟气温度也偏高；另外，整个运行成本比我们算得清楚。郭俊感慨地说，国内没人算总账。

郭俊介绍说，印度和我国的差距实际上反映的就是电场数量。龙净收到的印度国家电力招标书，把电场数定死了，集尘面积不能小于多少，也定死了，在这个基础上再来投标。我们希望国内也能这样，恶性竞争实际上损害了业主的长期利益。因为投入不长时间就要改造再升级，其实是很复杂的事情。

借危机整肃行业规范也很必要。业内专家指出，设计要按照最差煤种来设计。国外有些好办法值得学习，一个是最小设备容量的限制，印度在投标时有最小容量的限制。但在国内是让厂家投，业主不管规模多大，只要能保证达标就行，不会去管里面究竟有没有问题。国外业主对常用煤种质量心里有数，他们会提出一个最基本的要求，对除尘器、比集尘面积都有要求，国内提要求的很罕见。另外选型应该留一定裕量，烟气量要加10％，烟气温度也要提高10摄氏度。

记者了解到，行业已经意识到电除尘普遍存在的问题，拟制定电除尘器选型指导书。相关企业反映，这个行业再也不能用低价竞争，根据煤质和技术要求电除尘器选用几个电场，在行业里要有统一的规范，把方案做小了不行。

谈起自律，在这个行业工作了20多年的郭俊非常有感触，他坦言，我们怎么把自身做好，老标准是一个原因，恶性竞争是深层次原因。电除尘行业应该深刻解剖自己，亮出真情实况。这次的报告不是简单推介，而是用数据说话，把所有大型机组的除尘器都调查了一遍:是什么状态，归到哪里去，占的比例是多少„„这样外界看得就清楚了。现在确实有些观点说布袋解决问题，所以最重要的是让客户和政府主管部门认识这个行业。

行业面临四大问题

山雨欲来。发展了30年的产业面对信任危机时，必须自我反思。

业内资深人士自揭家丑，告诉记者，电除尘确实对一些煤种很敏感，确实有一些项目有冒烟的问题，这样难免会让人担心，习惯于满足老标准的电除尘经得起新标准的考验吗？

到底国内哪些煤种电除尘器适应性差？福建龙净环保股份有限公司副总经理、教授级高工郭俊介绍说，很多厂家都因一些煤种吃过亏，有过经验教训。比如准格尔煤、河南煤等。

虽然个别煤种不适应，但大多数煤种还是适应的。为什么还会有怀疑呢？郭俊坦言，由于历史的原因，我国原来制定的火电厂粉尘排放标准比较低，也无规范的电除尘器设计选型标准和要求，各厂家设计制造的电除尘器比集尘面积普遍偏小或裕量不够。此外，低价竞争也始终是困扰电除尘行业的一个顽疾。

郭俊的概括代表了行业的共识。

此次报告对一些在役运行不佳，排放达不到50毫克/立方米的电除尘进行详细分析，总结出几点原因。

一是原设计参照较低的排放标准。我国1997～2003年执行的《火电厂大气污染物排放标准》规定新建电厂烟尘排放浓度限值为200毫克/立方米，依据这个标准设计的电除尘器大多电场数偏少，比集尘面积偏小。

二是燃煤电厂实际燃用煤种与设计煤种偏差很大。为了减少投资，电厂通常提供较好的煤种作为设计煤种，或提供较小的烟气量作为设计参数。一旦实际煤种变化或烟气量超过设计值时，烟尘排放就会超标。

三是电除尘器选型设计不合理。早期对国内有些难收尘煤种认识不足，特别是高硅、高铝、低硫、低钠、含湿量低、比电阻高的煤灰，使电除尘的除尘效果变差。实际上许多制造厂在选型设计时电除尘器容量选择过于“临界”，故而埋下隐患。

四是市场竞争无序低价。以前由于我国粉尘排放标准要求较低，一般电除尘器都能轻易达到排放标准，导致采用先进技术或按高标准设计的企业成本增高，反而成了市场竞争的弱势。市场准入门槛低，“低价中标”误导市场，用户普遍缺乏电除尘器设计参数和保证值之间关系的认识，错误认为谁的价格低就选谁的。

这4点原因其实也是行业普遍面临的问题。

电、袋之争起

的确，自从新标准发布后，相关行业就有弃用电除尘改用布袋的想法，记者从水泥行业协会了解到，水泥企业目前除尘的确出现“电改布”的倾向，很多水泥厂的相关项目在实施；国内滤料行业上市公司三维丝也判断，随着新标准颁布，布袋行业将引来井喷式需求。

而这边，发展30年，已经非常成熟的电除尘，能否经受住考验，难道真的很担心袋式这个初生牛犊的冲击？这是记者反复求证电除尘行业的问题。

一位权威人士指出，国内对技术的认识存在着一窝蜂，说布袋好，似乎布袋就能包治百病，全忘了以前的教训了。

记者了解到，布袋比较娇贵，酸、油、高温、高湿、高氧都受不了。电除尘材质是钢铁，耐受能力较高，高温300摄氏度的电除尘也能设计。但对袋式来说，锅炉点火烧油要设计走旁路，爆管时的水汽也要走旁路，锅炉出现异常时高温也要走旁路。

今年6月环境保护部出台《关于火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封的通知》，严禁脱硫的旁路。显然，布袋的旁路将引起脱硫的严重堵塞。另外国家新标准大幅提高了对氮氧化物排放极限值，烟气脱硝必将普遍应用，脱硝产生的硝酸氢氨对布袋有糊袋的威胁，但这些即将面临的问题眼前却被忽略了。

事实上，这份电除尘报告里确实也提到布袋的脆弱。

报告中指出，到目前为止，我国1000兆瓦等级燃煤机组全部采用电除尘器。袋式除尘器在我国火电厂的应用及研发经历了多次起落。上个世纪70年代在内江、山东淄博等地的小机组以及90年代巡检司和杨树浦电厂应用的袋式除尘器均因破袋、糊袋等原因被迫拆除。2000年以后年高井电厂、焦作电厂、托克托电厂等燃煤机组都先后采用袋式除尘器，在滤袋没破损时出口排放浓度小于30毫克/立方米，但滤袋寿命没超过3万小时(即不到3年半)就出现破袋和局部“糊袋”而面临改造。

布袋的确比较娇贵，不能作主流，却能作补充，尤其是在煤种不好的情况下，近年来，龙净等企业积极发展电袋除尘，可视为积极的开拓新领域、寻找融合点，电袋复合除尘器是我国新开发的除尘设备，2004年开始在我国燃煤电厂应用，目前已经投运的25兆瓦～600兆瓦机组几十台，设备最长运行时间超过5年。

中国环保产业协会电除尘委员会专家王励前表示，电除尘、袋式除尘和电袋除尘这3代除尘方式互相补充，各自有各自的适用条件，比如老厂改造时，为了达到更严格的排放标准，如果将电除尘全部改成袋式除尘，会造成巨大浪费，而保留原有电除尘设备的同时增加滤袋，使用电袋除尘方式就更为合理。

这些问题致命吗？

这些问题致命吗？到底能否满足新标准？事实上，能否满足新标准要求，是电除尘必须回答的问题。

我国燃煤电厂电除尘器30多年的应用历史、大量的实际应用情况和经验表明:只要规划和选型设计时能充分考虑方案的合理性，确保足够的比集尘面积，电除尘器完全能够达到50毫克/立方米甚至30毫克/立方米以下低排放要求。最近，中国环境保护产业协会电除尘委员会组织我国18位电除尘知名专家对电除尘器在我国煤种适应性情况进行了认真分析和总结，对燃煤电厂而言，煤、飞灰成分对电除尘器性能影响最大。通常电除尘行业通行使用表观驱进速度(ωk)作为“收尘难易参数”来定性分析评价电除尘器对煤种的除尘难易程度。

对国内138个电除尘器投标项目分布进行统计表明:对电除尘器“难”的煤种有3种，占总煤种数量的2.46％；“较难”的煤种有14种，占总煤种数量的11.48％；“一般”的煤种有40种，占总数的32.79％；“较容易”的煤种有49种，占总数的40.16％；“容易”的煤种有16种，占总数的13.11％。显然，对于电除尘器而言，国内86％的煤种包含在“容易”到“一般”的范围，即使放在国际视角上比较，电除尘器对我国煤种的适应性也是比较好的。

再看看福建龙净、浙江菲达、天洁集团、兰州电力、上海冶矿等全国5家骨干生产厂的电除尘器应用情况。经统计，2004年至今，上述5家企业已投运并经第三方测试的600兆瓦机组以上(含600兆瓦)配套电除尘器共175台，全部达到合同规定的技术要求。其中在电除尘器电场数3～4个、比集尘面积80～110平方米/立方米/秒这一低电场数量及较低比表面积前提下，电除尘器实测排放低于50毫克/立方米的有83台，占测试项目总数的47.4％，排放低于30毫克/立方米的也有22台。1000兆瓦机组配套电除尘器实测排放值低于30毫克/立方米的情况较普遍。尤其是应用了高频电源等新技术后低排放和节能效果特别好。

另一方面，对以前一些大型机组项目有没有改造能力，也关系到电除尘的行业信任度。

好在世博会给了电除尘行业一个证明自己的机会。地处上海浦东的上海外高桥第三发电有限公司，是目前我国电力行业单台装机容量最大、单位能耗指标最优的火力发电厂之一，其中8号1000兆瓦超超临界机组除尘效率99.8％，电除尘器出口烟尘浓度稳定维持在42毫克/立方米，优于国家规定的50毫克/立方米。但是因为厂区距离世博会主展区仅20多公里，必须满足更苛刻的标准。

在世博会开幕之前，为了进一步节能减排，电厂用电除尘最新技术高频电源替换了原24台工频电源。华东电力试验研究院对8号发电机组现场跟踪测试表明，在同等工况下，电除尘器出口烟尘排放浓度由改造前的42毫克/立方米降低到15.7毫克/立方米，同时电除尘器功耗也有较大幅度的降低，一台百万机组的电除尘器全部电耗功率仅400千瓦左右，下降幅度超过50％。

实际上，此前华能北京热电厂已接受考验。华能北京热电厂的4台220兆瓦机组的电除尘器电控改造，实现了粉尘排放20毫克/立方米，并节能60％，为改善北京地区空气质量和奥运会做出了贡献。

业界专家指出，只要把新建和改造的电除尘器比集尘面积选择到合理范围，同时大力重点推广电除尘器新技术的应用，电除尘器完全可以满足30毫克/立方米低排放的要求。从投资和长期运行费用综合来看，电除尘器具有极其优越的技术经济性。但电除尘的诸多优点，在新标准面前，却似乎很难打动用户。

市场也在悄悄发生变化，作为电除尘市场领先者，龙净是国内大型机组除尘招标上的常客，近半年来也敏感地发现了一种变化。

记者从龙净了解到，今年新建机组除尘项目，电除尘器比例下降很快。因为龙净是国内龙头企业，没参加投标的项目很少。从龙净掌握的数据看，今年上半年，投标了两台百万、4台60万机组，最终3台60万机组用的是布袋或电袋，只有1台是电除尘器。而目前60万机组布袋投运的就只有1台。从现在只有1台60万机组在用布袋，到上半年投标就出现了3台；新投标的项目布袋比例在抬高，电除尘比例下降很快。

这个变化很迅速。而在某一方面，来自环评单位的意见，也倾向于用布袋，用了30年的电除尘，似乎被大家定格在只能满足旧标准的水平中。

电除尘行业对这种变化非常忧虑。

能否考虑生命周期算总账？

布袋在推广过程中，一些问题有意无意被忽视了。郭俊坦言，我们自己做袋式控制系统时发现其可靠性要求其实非常高、难题多，风险比电除尘大很多，管理难度也大很多。有时到现场查看布袋运行，一直交代工作人员定期检测探头，如果有异常就要怀疑，“不敢有问题啊”。

龙净环保技术中心办公室主任吴华秀讲了一个故事，有一次在一个电厂调试，空预器突然出了问题，烟气温度一下子上升到200多摄氏度。电厂采取了紧急措施，但温度不可能一下子降下来。结果整个过程持续了大约1个多小时才恢复正常。1个小时的高温对布袋来说是破坏性的，但对电除尘器就是膨胀一下就回去了，没有大问题。电除尘器的优点是全钢结构，耐高温耐酸，维护相对简单。

不同煤种对布袋的除尘效率没有影响，但是对袋本身有影响。假如是高硫煤，酸的成分对布袋的腐蚀就加强了。如果运行温度低，就会冷凝。有些项目发现坏袋很多，原因就是酸的问题。

电、袋之争到底只是两个行业之间出于自身利益的口水战，还是有其他原因呢？

如同节能灯在大范围推广后才发现，废弃节能灯的汞污染问题非常严重。业内人士接受采访时指出，新建项目怎么用布袋，国家应该重视，有些问题应该提前想到。

从全生命周期来考虑，选择袋式也许意味着很多问题的开始。电除尘寿命是30年，而布袋寿命有限，能达到3年就不错了，且布袋的成本至少是整个除尘系统的1/3。

电收尘器整个生命周期本身产生的废物少，更换下来的部件大都是钢铁质材料，回收利用方便，基本不会对环境再产生污染。在一般情况下，滤袋的使用寿命在3年以上，但如果使用过程中出现异常，滤袋往往半年甚至3个月就需要进行更换。袋收尘器整个生命周期产生的废物较多，需要更换大量滤袋，更换下来的滤袋回收利用难度大，处理成本高，且容易对环境形成二次污染。

从发达国家的情况来看，欧盟环保署早已将被危险物质污染的滤料列入危险固废目录(《欧洲废物目录和危险废物名录》)，大量废弃的滤袋除小部分得到再利用外，其他大部分因其含有重金属等有害物质直接进行焚烧和深埋处理。目前火电厂袋式除尘器所占比例约5％，需使用高温滤袋337.28万平方米。若将滤袋平均使用周期按3年计算，则火电行业每年废弃滤袋量达112.43万平方米。如果将火电厂袋式除尘器的应用量扩大到30％，则每年废弃的滤袋量将达到674.5万平方米。

水泥行业以袋式除尘为主，火电行业正在扩大袋式除尘器的应用，仅从这两个典型行业的估算数据来看，废弃的滤袋数量已达到2282.43万平方米之巨。

据统计，去年我国用于袋式除尘的滤袋量已超过7000万平方米，其中化纤滤袋和玻纤滤袋分别占75％和25％，年产生的废弃滤袋量至少在4000万平方米以上，这些废弃的滤袋都是自行抛弃，并没有进行有效的处理，造成严重的二次污染。随着袋式除尘器在电力等行业的进一步推广，这种情况正在加剧。

对废弃布袋的处理执行怎样的标准？现在国家仍没有相关规定，大部分把布袋当普通垃圾扔掉。环保部门应该尽早制定相关标准，明确废弃布袋怎么处理。