超韧陶瓷是一类先进陶瓷材料,相比于传统陶瓷,具有更高的断裂韧性。韧性是是材料受外力作用时在塑性变形过程中吸收能量的能力,陶瓷材料普遍具有断裂韧性低、脆性大、受冲击易破碎等问题,限制了其在高载荷、强磨损和热冲击环境等苛刻工况下的应用。
超韧陶瓷克服了传统陶瓷脆性大、易断裂的缺点,同时保留了陶瓷材料的高硬度、耐高温、耐腐蚀等本征特性,在汽车、建筑、消费电子、精密仪器、生物医疗、航天航空、新能源、军工等拥有广阔应用空间。在生物医疗领域,超韧陶瓷具有良好的生物相容性,可用于制造人工骨、人工关节等植入性医疗器械。
根据新思界产业研究中心发布的《
2025-2030年中国超韧陶瓷行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,先进陶瓷是国家“十四五”规划明确列为的关键战略材料之一,超韧陶瓷作为先进陶瓷的重要细分品类,市场迎来了良好发展机遇。超韧陶瓷应用边界在不断拓展,预计2030年,我国超韧陶瓷市场规模将达300亿元以上。
超韧陶瓷是在传统陶瓷基础上,通过纳米结构优化、相变增韧、颗粒弥散增韧、纤维/晶须增强、高密度位错、纳米复合等技术手段得到。根据增韧机制不同,超韧陶瓷分为相变增韧陶瓷、自增韧陶瓷、纤维/晶须增韧陶瓷、微裂纹增韧陶瓷等类别。
晶须/纤维增韧是在陶瓷基体中引入高性能的陶瓷纤维或晶须,以改善材料的断裂韧性,碳化硅(SiC)晶须、碳纤维、氧化铝纤维等是常见的增韧相。高密度位错是一种新型增韧方式,可通过表面处理法、施加动态压力、成分设计等方式增加陶瓷材料位错密度,提高其断裂韧性。
随着先进制造技术发展,我国在陶瓷强韧化方面取得了显著进展,相关专利数量不断增长,研发单位及企业包括西安交通大学、武汉理工大学、中科院上海硅酸盐研究所、清华大学、河北工业大学、广东芬芳陶瓷有限公司、山东国瓷功能材料股份有限公司等。
新思界
行业分析人士表示,超韧陶瓷兼具高强度、高韧性等特点,在医疗、航天航空、新能源等领域拥有更广阔的应用前景。目前陶瓷增韧技术在不断发展迭代,多重增韧机制的协同作用将是未来超韧陶瓷研究重要方向,而新型增韧技术及工艺的应用,也将进一步拓宽超韧陶瓷材料的应用范围和潜力。
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