精细陶瓷材料的应用障碍及发展前景

        精细陶瓷的优越性能对武器装备性能的提升具有重要意义，加快精细陶瓷在武器装备中的应用步伐、扩大其使用范围已成武器装备发展必然趋势。但昂贵的加工成本和较低的可靠性成为了束缚精细陶瓷在武器装备中应用的“瓶颈”。因此，要实现陶瓷在武器装备中的实用化和普及化，关键在于提高陶瓷的使用的可靠性，降低其加工成本。

        为实现工程陶瓷的实用化和普及化，世界各国纷纷投入大量的人力、物力、财力进行研究，其中最具代表性的为美国。美国自1993 年起实施了一项为期5 年的热机用低成本陶瓷计划，研究开发先进的陶瓷制备工艺和质量控制技术，以期在提高质量和性能的同时，将陶瓷部件的成本降低一个数量级以上。从2000 年开始，美国又实施了一项为期20 年的美国先进陶瓷发展计划，该计划旨在将基础研究、应用开发和产品使用几个环节有机地结合在一起，力争到2020 年时使精细陶瓷能成为一种经济适用、性能可靠的首选材料，并广泛应用于工业制造业、航空、航天、军事以及消费品制造等领域。


        经过半个世纪的发展，陶瓷的性能得到显著提升，加工成本明显下降。为解决精细陶瓷的脆性问题，人们相继提出了纤维增韧、晶须增韧、相变增韧、协同增韧及粒子强化等多种增韧强化措施，取得了很多有益的研究成果。特别是纳米技术的广泛应用，使得陶瓷材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，为精细陶瓷的应用开拓了新领域。此外，人们还受贝壳、竹、骨骼等天然生物材料的启发，提出了仿生结构设计概念，为陶瓷材料的强韧化提供了一条崭新的研究和设计思路。

        陶瓷作为一种硬脆材料，其加工方式主要以金刚石砂轮磨削为主，加工成本占到陶瓷部件总成本的60% ～ 80%，部分甚至高达90%。因此，要降低陶瓷部件的成本关键在于降低其加工成本。为降低精细陶瓷的加工成本，在发展传统机械加工的基础上，ELID 磨削加工、化学机械加工、电火花加工、超声加工、激光/等离子加工、高压磨料水射流加工以及各种复合加工工艺等先进加工方法和加工工艺如雨后春笋，大大提高了陶瓷的加工效率并降低了加工成本。