超韌陶瓷是一類先進陶瓷材料,相比于傳統陶瓷,具有更高的斷裂韌性。韌性是是材料受外力作用時在塑性變形過程中吸收能量的能力,陶瓷材料普遍具有斷裂韌性低、脆性大、受沖擊易破碎等問題,限制了其在高載荷、強磨損和熱沖擊環境等苛刻工況下的應用。
超韌陶瓷克服了傳統陶瓷脆性大、易斷裂的缺點,同時保留了陶瓷材料的高硬度、耐高溫、耐腐蝕等本征特性,在汽車、建筑、消費電子、精密儀器、生物醫療、航天航空、新能源、軍工等擁有廣闊應用空間。在生物醫療領域,超韌陶瓷具有良好的生物相容性,可用于制造人工骨、人工關節等植入性醫療器械。
根據新思界產業研究中心發布的《
2025-2030年中國超韌陶瓷行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示,先進陶瓷是國家“十四五”規劃明確列為的關鍵戰略材料之一,超韌陶瓷作為先進陶瓷的重要細分品類,市場迎來了良好發展機遇。超韌陶瓷應用邊界在不斷拓展,預計2030年,我國超韌陶瓷市場規模將達300億元以上。
超韌陶瓷是在傳統陶瓷基礎上,通過納米結構優化、相變增韌、顆粒彌散增韌、纖維/晶須增強、高密度位錯、納米復合等技術手段得到。根據增韌機制不同,超韌陶瓷分為相變增韌陶瓷、自增韌陶瓷、纖維/晶須增韌陶瓷、微裂紋增韌陶瓷等類別。
晶須/纖維增韌是在陶瓷基體中引入高性能的陶瓷纖維或晶須,以改善材料的斷裂韌性,碳化硅(SiC)晶須、碳纖維、氧化鋁纖維等是常見的增韌相。高密度位錯是一種新型增韌方式,可通過表面處理法、施加動態壓力、成分設計等方式增加陶瓷材料位錯密度,提高其斷裂韌性。
隨著先進制造技術發展,我國在陶瓷強韌化方面取得了顯著進展,相關專利數量不斷增長,研發單位及企業包括西安交通大學、武漢理工大學、中科院上海硅酸鹽研究所、清華大學、河北工業大學、廣東芬芳陶瓷有限公司、山東國瓷功能材料股份有限公司等。
新思界
行業分析人士表示,超韌陶瓷兼具高強度、高韌性等特點,在醫療、航天航空、新能源等領域擁有更廣闊的應用前景。目前陶瓷增韌技術在不斷發展迭代,多重增韌機制的協同作用將是未來超韌陶瓷研究重要方向,而新型增韌技術及工藝的應用,也將進一步拓寬超韌陶瓷材料的應用范圍和潛力。
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