精細陶瓷材料的應用障礙及發展前景

        精細陶瓷的優越性能對武器裝備性能的提升具有重要意義，加快精細陶瓷在武器裝備中的應用步伐、擴大其使用范圍已成武器裝備發展必然趨勢。但昂貴的加工成本和較低的可靠性成為了束縛精細陶瓷在武器裝備中應用的“瓶頸”。因此，要實現陶瓷在武器裝備中的實用化和普及化，關鍵在于提高陶瓷的使用的可靠性，降低其加工成本。

        為實現工程陶瓷的實用化和普及化，世界各國紛紛投入大量的人力、物力、財力進行研究，其中最具代表性的為美國。美國自1993 年起實施了一項為期5 年的熱機用低成本陶瓷計劃，研究開發先進的陶瓷制備工藝和質量控制技術，以期在提高質量和性能的同時，將陶瓷部件的成本降低一個數量級以上。從2000 年開始，美國又實施了一項為期20 年的美國先進陶瓷發展計劃，該計劃旨在將基礎研究、應用開發和產品使用幾個環節有機地結合在一起，力爭到2020 年時使精細陶瓷能成為一種經濟適用、性能可靠的首選材料，并廣泛應用于工業制造業、航空、航天、軍事以及消費品制造等領域。


        經過半個世紀的發展，陶瓷的性能得到顯著提升，加工成本明顯下降。為解決精細陶瓷的脆性問題，人們相繼提出了纖維增韌、晶須增韌、相變增韌、協同增韌及粒子強化等多種增韌強化措施，取得了很多有益的研究成果。特別是納米技術的廣泛應用，使得陶瓷材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，為精細陶瓷的應用開拓了新領域。此外，人們還受貝殼、竹、骨骼等天然生物材料的啟發，提出了仿生結構設計概念，為陶瓷材料的強韌化提供了一條嶄新的研究和設計思路。

        陶瓷作為一種硬脆材料，其加工方式主要以金剛石砂輪磨削為主，加工成本占到陶瓷部件總成本的60% ～ 80%，部分甚至高達90%。因此，要降低陶瓷部件的成本關鍵在于降低其加工成本。為降低精細陶瓷的加工成本，在發展傳統機械加工的基礎上，ELID 磨削加工、化學機械加工、電火花加工、超聲加工、激光/等離子加工、高壓磨料水射流加工以及各種復合加工工藝等先進加工方法和加工工藝如雨后春筍，大大提高了陶瓷的加工效率并降低了加工成本。