以下是工业陶瓷几个常见的应用举例:
高级发动机技术——工业陶瓷的高硬度刚度和超耐高温性,为开发汽车高级发动机(如绝热柴油发动机,燃气轮机和斯特林发动机)提供了更好的材料选择。因为汽车发动机的高温环境需要高度耐用且耐高温的材料来承受这些条件,工业陶瓷材料的使用确保最高的发动机性能,同时还延长了发动机和所有发动机组件的整体使用寿命。
焊接技术——工业陶瓷非常适合用于焊接技术。由氧化锆制成的部件,例如定心销,由于其韧性高且在焊接过程中不易磨损而特别适合。特别是在自动化生产过程中,由工业陶瓷制成的组件还具有明显的成本优势,产品的质量更高并且机器的使用寿命明显更长。
流体技术——在流体技术领域,对组件的关键要求是耐腐蚀性,耐磨性,和低比重。由工业陶瓷制成的部件具有这些特性,并且还具有生物相容性,这意味着它们也可以用于食品工业和医疗技术。
机械工业——陶瓷组件在机械和工厂工程应用中需要满足不同的要求。这些包括高机械强度、耐磨性、隔热或电绝缘性能以及导热性。这些都是工业陶瓷可以具备的特性。
感应技术——工业陶瓷在感应领域的应用非常广泛。氮化硅最常被用作一种材料,因为这种材料具有耐磨、电绝缘和非磁性的特性。另外,它对温度变化具有极大的抵抗力。
当然,工业陶瓷的用途远不止以上的行业或技术,但是它们也具有拉伸强度差(可以比金属拉伸强度低15倍)、点受力强度差、脆,以及难以设计的缺点,这些造成工业陶瓷不能像金属、玻璃、塑料、聚合物、耐火材料等其他通用性材料那样普遍使用。但是,它们在工程特性上的优异表现,使得高度专业化陶瓷材料制成的组件越来越成为解决传统技术无法克服的技术难题的唯一解决方案。并且各行各业也都在积极尝试用这些特性来实现之前不能达成的各种创新应用,或对现有的产品进行更新升级,以实现更佳性能、更长的使用寿命。迄今为止,全球工业陶瓷市场行业的价值约为600多亿美元。
就拿环保这一领域来说,在过去的几年中,将工业陶瓷材料纳入环境保护行业的各个领域的趋势一直在持续增长,在用于控制空气污染水平、生物燃料、碳固存、煤气化、环境修复、绿色建筑技术、大容量储能、太阳能技术等的先进核心技术中,都可以找到一些工业陶瓷的最新应用。其中某些产品(例如,固体氧化物燃料电池(SOFC)系统)完全由工业陶瓷组成,此外,用陶瓷代替单个关键组件(例如绝缘材料)同样具有益处。
固体氧化物燃料电池(SOFC)——自从2002年首次投放市场以来,SOFC表现出了作为高效、无污染能源的巨大潜力,与所有其他不可再生能源相比,已证明SOFC释放的温室气体(GHG)排放量最低。而SOFC就需要使用氧化物导电陶瓷材料作为电解质,以确保释放电子并产生电。上图为SOFC工作原理示意图。
工业陶瓷和太阳能——最近,普渡大学的一组研究人员开发了一种新型的碳化锆和钨的陶瓷-金属复合材料,以取代目前太阳能发电厂的热交换器中使用的材料。与不锈钢或镍合金基热交换器相比,该复合材料已显示出了改善热交换的效果,同时还大大降低了成本。
过去几年来,对工业陶瓷材料的开发,已经发展到能对其特定的微观结构的控制和操纵,这将大大扩张其在各行各业的应用范畴。所以,工业陶瓷被认为是当今最有效的材料之一。