低碳经济背景下新型陶瓷的应用及环境效应研究

陈子轩

摘 要：新型陶瓷由于原材料的选择及制作工艺的不同，它具有传统陶瓷不具备的特殊性能。强度高、性能好的新型陶瓷材料被广泛应用于机械、电子、化工、医学等多个领域，同时其具备良好的环境效应与环保价值。低碳经济的发展理念为新型陶瓷的发展带来了更广阔的发展前景。

关键词：新型陶瓷；环境效益；低碳经济

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2018）09-0191-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.09.118

传统陶瓷产品既有实用性又有艺术性，因而一直受到推崇。随着科技与经济的不断发展，陶瓷材料也在不断更新，开始向新型功能方向迈进。特别是随着低碳经济的发展理念及有效利用能源的现实需求，新型陶瓷材料研究开发成为关注的热点，新型陶瓷的应用也逐步得到推广。

一、新型陶瓷与传统陶瓷的区别

二战期间，由于缺少制作高质量电容器的天然云母，因而人们尝试用介电常数高的陶瓷来代替，这就推动了人们对陶瓷材料深入研究。但是，在后来的研究发现，陶瓷中的玻璃相妨碍了陶瓷强度的进一步提高，影响陶瓷的高频绝缘性能，因此，在现实需求的推动下，区别于传统陶瓷的强度高、性能好的新型陶瓷材料应运而生。

传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料，新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下，经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料[1]。新型陶瓷因特殊的物理化学性能及生物性能，其应用范围远远大于传统陶瓷。

二、新型陶瓷的分类及功能

（一）新型陶瓷的分类

通常，按其应用将新型陶瓷分为两类：结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷又称工程陶瓷，是主要利用陶瓷的强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度等力学性能的陶瓷材料，主要种类有高强度陶瓷、（超）高温陶瓷、（超）低温陶瓷、高韧性陶瓷、超硬度陶瓷和纳米陶瓷等；功能陶瓷是利用陶瓷的电磁光声热等性能及其耦合效应的陶瓷材料，主要种类有电子陶瓷、敏感陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷和超导陶瓷等[2]。

（二）新型陶瓷的功能

新型陶瓷因化学组成、结构不同于传统陶瓷，因而有独特的性能。在热性能和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等特点；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等特点；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等[3]。如碳化硅陶瓷硬度大、耐高温、耐腐蚀，氮化硅陶瓷具有润滑性、耐磨损、抗氧化，氧化铝陶瓷熔点高、硬度大。因为这些特殊的性能，新型陶瓷材料可应用于机械、电子、化工、医学、核反应、航天等多个领域。

三、新型陶瓷在生活中的应用

新型陶瓷材料应用范围广泛，在与人们密切相关的生活中的运用最具有普遍性与普及意义。生产全新低碳陶瓷产品已成为陶瓷行业普遍追求的目标。

1.生物陶瓷材料：生物陶瓷材料无毒无害，有良好的生物活性与生物相容性，可作为骨骼、牙床、心脏瓣膜等的修补材料或替代材料，如陶瓷牙套、陶瓷氧化物应用于关节置换、陶瓷透明头骨植入物等都是这方面的应用。

2.电子陶瓷材料：具有高机械强度，耐高温高湿，抗辐射，介质常数在很宽的范围内变化，被广泛应用于微机电系统和信息领域，如利用陶瓷电气性能减少手机对人体的辐射，压电陶瓷用于超声波燃料探头制作等。

3.汽车制造：新型陶瓷应用在汽车上，对提高发动机热效率、减少排气污染、降低油耗等都有积极作用。如应用于火花插绝缘子、玻璃窗户及计算机控制设备的制造；将陶瓷组件引入重型柴油发动机的燃油系统和气阀构件；陶瓷燃料电池将实现近零排放等。

4.陶瓷生活用品：我们常用的餐具、卫生设备、装饰品等，更是遍布我们生活的各个角落。如发泡陶瓷、陶瓷透水砖、陶瓷保温新材料等新型陶瓷建筑材料，用于建筑装饰以及墙体或道路保温；如无铅无镉低温陶瓷制品，具有环保节能特性。

四、新型陶瓷的环境效应

（一）新型陶瓷绿色产业链

新型陶瓷因其在原料选择、工艺过程都有传统陶瓷产业不可比拟的优势，最终实现原料节能、工艺节能及产品节能。

原料选择：新型陶瓷的生产选用无硫或低硫原料，避免生产过程中生成大量硫氧化物污染环境；不用、少用含碳素和有机物多的原材料，避免生产过程中产生大量碳氧化物污染环境。

工艺革新：工艺与生产技术是发展新型陶瓷的关键所在，无模成形技术、近净成形技术、内高压成形技术、绿色制造技术、陶瓷窑炉减排技术等成形方法及烧结工艺技术近年来都有新进展，克服了传统陶瓷工艺的工艺技术局限。

成品节能：原材料的选择与工艺技术的大幅提升，决定了新型陶瓷产品的环保节能。多孔陶瓷的隔热保温效果好，在防止热辐射、保温节能方面有广泛的应用。纳米陶瓷材料的耐久性和抗弯强度对于建筑陶瓷材料的发展有深远的影响。

（二）新型陶瓷的环保价值

陶瓷产品的生产与使用一直与能源、环境息息相关。传统陶瓷在生产过程中需要消耗大量矿石、土地等资源，环境污染也很严重。减少对环境有污染的废气（SO2、CO、CO2、NOx及烟尘等），减排对人类有害的废水（含铅、镉、汞、铬等重金属元素）、粉尘等，生产和工作环境清洁、干净、舒适，这些都是新型陶瓷工业与工艺生产的要求。因为有特殊的性能以及绿色产业链，新型陶瓷成为解决能源和环境问题的重要材料。科学利用资源，生产过程中无污染低能耗，使用时无害于人类健康是新型陶瓷工业的发展目标。

五、低碳经济时代与新型陶瓷的发展前景

（一）新型陶瓷发展遇到的瓶颈

新型陶瓷材料较之于传统陶瓷有很大的优势，同时，也面临发展的瓶颈，最重要的体现在三个方面：一是材料的成本较高；二是市场的开拓也有限制；三是从技术角度来说，需要不断突破技术壁垒。以功能陶瓷为例，当前功能陶瓷在向复合化、多功能化、智能化方向发展。我们说智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是现代科技发展的必然结果。但是，研究过程遇到的技术瓶颈也是较难克服的，这就需要研究人员深入跨学科研究，才能不断在陶瓷行业的发展中取得更好的成绩。

（二）新型陶瓷的发展前景

在新能源时代，以低能耗低污染为基础的低碳经济是發展方向。目前，全球都在提倡发展低碳经济，低碳经济是减少能源消耗的经济发展模式，其实质是提高能源利用效率、建立清洁能源结构和清洁能源机制[4]，核心理念是发展观的改变。发展低碳经济与人类的生活方式密切相关，与国家利益紧密相连，在当下环境污染严重与能源缺乏的形势下，只有将材料科学技术和低碳经济的发展理念紧密结合起来，开发新材料，发展先进低碳技术，才能推动经济的可持续发展及全球环境的优化。

新型陶瓷的发展符合低碳绿色理念，在未来有广阔的发展空间。那些在新型陶瓷研究方面走在世界前列的国家，他们都有各自的研发重点。美国新型陶瓷研发的重点是高温结构陶瓷，目标是充分利用先进陶瓷的优越性能，将新型陶瓷广泛应用于交通、军事、工业等各个领域。日本由于能源材料的缺乏，一直在材料研究领域投入大量的技术支持和项目支撑，因此新型陶瓷产业的发展有比较稳定的优势。在新能源时代，新型低碳陶瓷的广泛应用，不仅利于环境保护，还可促进新能源的发展。新型陶瓷材料已成为解决能源问题的重要材料。中国陶瓷产业产量大，在新型陶瓷研究领域取得了不少成绩，特别是进入21世纪以后，功能陶瓷的研究得到了突破，不断打破国外技术垄断，但从新型陶瓷的总体水平来看，国际竞争能力仍较弱，在低碳经济的发展趋势面前，中国陶瓷更需加快提升技术能力，向应用化、规模化、高端化方向发展。

参考文献：

[1] 刘道春.低碳经济为新型陶瓷材料产业点燃绿色商机[J].现代技术陶瓷，2012（3）：27.

[2] 王强华.工业陶瓷材料及其制品的市场研究[J].玻璃钢，2012（2）：16.

[3] 肖九梅.低碳经济驱动新型陶瓷材料行业的未来[J].陶瓷，2010（6）：12.

[4] 高为.发展低碳经济的途径与潜力[J].环境保护，2010（14）：38.