陶瓷塔轮新材料研究

方向发展，在其燃烧系统中工作的许多零部件将经受严酷的高温、高应力、热冲击、燃气腐蚀、粒子冲蚀作用。燃烧室衬套、燃气发生器涡轮、动力涡轮、导向器、涡管、叶冠、过渡管道、换热器、过滤器等零部件均可采用陶瓷材料或陶瓷基复合材料。核聚变能将是人类实现可持续发展最理想的清洁而又取之不尽的新能源。从目前来看，超导核聚变系统最有可能实现。现在超导核聚变系统一般采用合金类低温超导体，但是其使用高价的液氦，同时维护不便，液氮温度下使用的氧化物陶瓷高温超导体将成为核聚变超导系统的发展方向。

3）生物医用材料

生物陶瓷是先进陶瓷、生命科学、医学的交叉研究领域，近年来日益受到重视，主要涉及医疗修补和替换陶瓷、仿生陶瓷（结构仿生和制造工艺仿生）、生命科学和医用的各类陶瓷材料。

目前全球植入医用植入体的患者已逾3000万人，对于具有良好力学性能和生物相容性、生物活性的种植体的需求越来越大。用于临床修复的材料种类很多，金属和聚合物是最早用于临床的生物材料，它们具有机械强度高、便于加工等优点。但是因金属离子析出，聚合物降解为单体，导致慢性感染或整体反应，发生排斥、炎症，甚至致癌；而且除钛之外，它们与骨组织之间的结合不牢固，从而使结合界面损坏。陶瓷植入体内不被排斥，具有优良的生物相容性和化学稳定性，不会被体液腐蚀，自身也不老化。生物陶瓷在医疗临床上的应用主要有义齿、人工骨、人工关节等，同时其可作为药物的缓释载体，并且利用生物陶瓷的生物相容性和磁性或放射性,能有效地治疗肿瘤。目前在美国生物陶瓷的使用量仅次于耐磨部件，占据了结构陶瓷20％的份额，市场规模达1亿美元。

陶瓷是最常采用的制作义齿的材料。牙科瓷修复体用途广泛、市场容量大，占有生物陶瓷市场大多数份额。目前国内牙科瓷修复主要采用长石瓷及瓷熔附金属修复体(PFMRs)，用这类瓷粉烧制成的牙修复体光泽好、美观，和强度高的合金或陶瓷联合应用。我国牙科已广泛用应PFMRs，但是制作PFMRs所用的长石瓷完全依赖进口，其价格昂贵，约20元人民币/克。我国从80年代中期开始研制制作PFMRs所用的长石瓷，至今仍停留在实验、试用阶段，产品质量与进口产品相比差距较大，难以被牙医和患者所接受。另外国外开发了高强度铝瓷，主要用作复合瓷冠的底层材料，铝瓷在我国牙科应用极少，主要原因是进口材料及设备价格高，而国内尚未开发出可供临床使用的铝瓷产品。近年来，国外开发了可铸造、可切削、注入型、植入型的玻璃陶瓷（GC），并且计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)技术开始应用义齿制作，用可切削GC在数控机床上加工义齿，极大地提高了义齿的制作速度。

Al2O3、ZrO2作为惰性生物陶瓷，具有优良的生物相容性、摩擦系数小、耐磨损、抗疲劳、耐腐蚀等特性，用于人工关节和牙种植体。Al2O3-Al2O3髋关节(即关节窝和球均用Al2O3陶瓷)经精心对磨抛光,该关节表面的磨损率比金属-PE(聚乙烯)关节低10倍左右,并且避免了金属和聚乙烯产生的磨损颗粒和腐蚀导致的感染,也不会因老化而失败。高纯高致密Al2O3髋关节在12000N的应力下,寿命预测为30年,对年轻患者来说具有很重要的价值。部分稳定的氧化锆陶瓷表现出更高的机械强度与韧性，将取代一部分烧结氧化铝材料正式用于临床使用，但成本相对高一些。在人工骨的研发中，生物活性陶瓷以其优异的特性脱颖而出。生物活性陶瓷主要包括α-TCP,β-TCP及羟基磷灰石HAP和它们的混合物。由于该类陶瓷的脆性较大，一般应用于不承力的部位。承力的人工骨一般采用金属支撑与外部覆盖生物活性陶瓷涂层的方法来解决，如喷涂HAP的钛合金，涂层与基体间的结合至为重要，梯度涂层的方法为解决此问题提供了一个好

的方向。

生物陶瓷不仅可用来替代受损伤的组织，还可通过原位杀死癌细胞,消除被损害的组织使其康复,而不用切除受损害的组织。生物陶瓷的生物相容性与铁磁性,可作为治疗癌的热源。例如由LiFe3O5和α-Fe2O3与Al2O3-SiO2-P2O5玻璃体复合物,制得致密的玻璃，具有热磁性。将上述玻璃微珠注射在肿瘤的周围,并置于频率为10kHz,磁场强度达500Oe的交变磁场中,通过磁滞损失,使肿瘤部位加热到43℃以上,达到有效治疗癌症,并且骨组织的功能和形状均得到恢复。

疾病早期诊断采用的先进的医疗设备（如高分辨Ｂ超仪、高速CT和正电子断层扫描成像仪PET等）中最关键的探测材料，如超声波发射与探测材料、高能射线探测材料是陶瓷或晶体材料。

5、面向战略性竞争的关键新材料技术 1）纳米材料

高品质的原料粉是先进陶瓷研究和生产的前提和基础。粉体制备的研究方向是: 高纯、超细、无团聚、颗粒分布窄的低成本制备技术。超细的功能陶瓷粉末是片式、集成化、微型化的电子陶瓷器件所必需的低温烧结的基础。纳米超细结构陶瓷原料粉是开展纳米陶瓷、纳米复合陶瓷研究以及低温快速烧结等的前提。而超细粉末的一个关键问题是其极易团聚，恶化产品的性能。研究不同的超细粉体的分散与解聚原理及技术，以及颗粒内部可溶性微量元素对粉体活和胶体行为的影响，研究颗粒尺寸、形貌与流动性对成型堆积密度的关系及理论模型，是必须解决的问题。我国在此方面起步较早，具有一定的技术水平。高品质功能陶瓷超细粉末一般采用软化学技术，包括Sol-Gel技术、化学共沉淀技术、水热合成技术、电化学技术等,相关的合成机理、工艺过程、组成-结构-工艺的优化选择研究。高品质结构陶瓷粉末一般采用高温、超

高温技术合成，如高温还原技术、高温直接氮化技术，等离子技术，燃烧合成技术等。美国、日本等陶瓷研究领先的国家在高品质先进陶瓷原料粉方面已比较成熟并工业化。日本对精细陶瓷粉末制备技术的研究与生产十分重视，在80年代的中后期基本上解决了精细陶瓷发展的关键性基础问题——高纯、超细陶瓷粉末的供应，不但为其国内精细陶瓷的研究、生产提供了高质量的原料粉末，而且大量供应美、欧等国家。目前日本精细陶瓷产品能在世界市场上占据主要地位与他们对精细陶瓷粉末的大力开发密切相关。

我国高品质陶瓷粉体的生产加工相对落后，体现在专用粉体生产缺乏，产量低，质量稳定性差，从而影响产品质量的稳定性和可靠性，因而目前许多生产线所需原材料必须从国外进口，可以说这是影响我国先进陶瓷发展的一个“瓶颈”。这种状况正逐渐改善，在国家的大力支持下，我国原料粉的研究开发取得了一定的进展。国内近几年已有几家大型粉料专业生产厂建成投产，且产业发展势头很猛。但是总体来说，我国在高品质陶瓷粉末生产的系列化、标准化和质量稳定性方面差距明显，电子陶瓷特别是敏感元件所需粉体的专业化企业仍很缺乏。

2）材料设计、制备与性能评价技术

要获得高性能、低成本的先进陶瓷材料，必须对制备过程中的基础理论问题进行深入研究，通过材料的结构设计研究和发现新型材料来实现。因此，陶瓷材料结构设计与制备科学（尤其是制各过程中结构形成过程的控制）成为当前先进陶瓷材料各主要研究方向上的共同热点。

对于以离子键和共价键为主、多晶的陶瓷材料，虽然从物理化学的角度已经形成了较为丰富的科学认识，但从物理基础理论的角度看，尚需进一步充实和丰富。首先在材料内部的分子层次上，原子、离子间的相互作用和化学键合对材料性能产生决定性的作用，这个根本问题还