【佛山陶瓷网】原材料开发是现代陶瓷产业主攻方向

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    原材料开发是现代陶瓷产业主攻方向

传统而古老的中国建筑卫生陶瓷业，经过改革开放三十年来的发展，取得了不少成就。作为传统的陶瓷生产工艺，为此直接使用了大量的天然矿物原料。不仅如此，国内生产的建筑卫生陶瓷消费趋向规格尺寸愈来愈大，消耗的原料与能源也愈来愈多，从国家长远利益来看，实在是一种很大的浪费。从原料消费来看，消耗大量的天然矿产资源，对自然生态环境损害极大。今天我们要创新，首先要在材料方面创新，建立新型的陶瓷材料科学。陶瓷行业产品不能窠臼于传统原料，从高新技术领域发展，从基础研究，工艺技术和新产品开发来研究新的原料材料。笔者认为无机纤维在建筑卫生陶瓷原料中，掺入可作为复合材料来代替传统的陶瓷原材料，这是对陶瓷原料的一次改进和提高。

复合材料是在传统的陶瓷原料中增加无机纤维，以克服单一材料的某些弱点，发挥综合性能，大大提高建筑卫生陶瓷产品的构件抗冲击性能、抗疲劳性能、减震性能，高温性能和减少破损和改善成型工艺。从而改进设计理念，建立新的设计概念，根据构件特点而有效地进行设计，新的构件对减轻产品的重量和外观尺寸，减震和减少破损，提高质量，降低能耗有着明显的效果。

无机纤维是一种有机质经过高温处理除去非碳物质的碳质纤维。其纤维长度为0.1～1微米,如果加入陶瓷原料中将变成一种复合材料。因不同高温处理的碳纤维有着不同的拉伸强度和抗压强度：温度在1000℃以下为普通的碳纤维，超过1600℃以上的为高强度的碳纤维，加入碳纤维的陶瓷原料变成了复合材料。这种复合材料有下列特点：

首先是比强度（强度除以比重之值）和比模量高（量除以比重之值）,)这是陶瓷材料承载能力的一个指标。对于建筑卫生陶瓷的空间结构而言，兼有较高的比强度和高的模量的材料是十分理想的，从而有可能改善结构的强度。

复合材料基体中加入了天机纤维，每平方厘米上的纤维数少至几千根，多至几万根。从力学观点来看，是典型的年青不定体系，这类材料的构件大大提高了抗断裂和抗冲击性能。据试验可以达到70kg/cm，极大的增强了材料的拉伸和压缩强度，改变现有建筑卫生陶瓷的冲击性，不易断裂，制作时可以做的更薄，因而可以减轻产品的重量。在制作上工艺更加简单，适合整体成型，能用模具制造一次成型，大大减少建筑卫生陶瓷的结构零件，连接并可节省原材料。由于采用一次成型工艺，减少手工操作，可实行机械操作与自动化，采用复合材料最大的优点是使结构重量为最小的结构设计，可以把产品做得更薄更精巧。陶瓷作为脆性固体，实际强度比理论上由原于间结合力推导出来的强度要低得多，但加入无机纤维后，就跟钢筋混凝土一样增重了陶瓷产品的强度。作为增强材料的强度，主要取决于无机纤维的强度，纤维与基体界面的粘接强度，基体的剪切强度。纤维增强材料的增强效果，主要取决于碳纤维特性，而基体作用达到了传递应力的作用，不易破损。

陶瓷材料在耐热、耐氧化、耐摩擦、耐腐蚀，电性能等方面有很多突出的优点，但是在抗冲击性能较差是这种“脆性材料”的致命弱点。因此在使用时与较为“韧性材料”的金属相比有较多的顾虑，而不得不加某些限制。在陶瓷材料中加入无机纤维后就能大幅度地提高抗断裂和抗震性能，改善脆性并降低加工温度进一步提高使用温度。在陶瓷复合材料中以碳纤维增强和增强石英最好，碳在常压下是不熔融、不溶解的，因此不能直接作为基体材料。目前的做法是先制成以有高分子物质为基体的纤维复合体，然后裂解为碳基体。但目前碳纤维成本较高，如果生产普通产品可以采用断裂伸长大，价格又便宜的玻璃纤维或高模量有机纤维混合使用的方法。在这些纤维中完全是无机材料，它和陶瓷原料完全可以混合挤压成型，在常温常压下烧结温度一般达到材料的熔点0.5—0.8即可。在此温度下固相烧结能引起原子扩散。液相烧结可促进扩散和粘滞流动的发生。在烧结过程中还要制定一套合理的烧成制度和技术参数。由于产品尺寸厚度变薄，重量体积减少，产品烧成结构有很大变化，同时无机材料本身也是一种化合物，能起到变化起到复合熔剂作用。在烧成工艺中，可以通过材料自身快速力学放热反应而制成产品，合适的烧结温度制度才能保证防止产品开裂与结构缺陷现象，提高成品率。这种烧结方法还能节能并可减少费用。今天我们采用无机纤维陶瓷原料的复合材料不仅可以生产精要的陶瓷产品，开辟新的高技术高质量的产品。目前我国每年的陶瓷原料的消耗在两亿吨以上，如果节约三分之一，将节省开采运输及能源消耗，估计400亿人民币，且有利于保护环境，延长陶瓷行业的发展空间。

过去30年的经验教训告诉我们：材料研发是现代陶瓷产业发展的主改方向。合理利用资源在很大程度上也是关系到陶瓷行业自身的发展。面对未来，我们要有新的思路，新的材料研究不仅可以提高产品质量、降低成本、节省资源，在更大程度上是保护自然生态环境，所以作者认为利用无机纤维作为陶瓷的复合材料是一种技术创新。技术创新不仅将产生新的设计理念、生产工艺，而且必将推动陶瓷行业的可持续发展，意义深远。笔者愿意和感兴趣的企业合作研究这个课题。

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