探究含硅陶瓷材料在家电上的应用潜力

摘要：陶瓷材料在家电技术当中的运用是一项新兴技术，该技术在2017年被提出，在2021年，已经成为研究热点。中科院化学研究所张宗波博士在2017年中国家用电器技术大会上介绍了一种全新含硅材料——陶瓷前驱体。在国际上，人们将陶瓷基复合材料运用在航空发动机当中，该技术目前仍旧处于研究当中。从整体上来看探究含硅陶瓷材料在家电上的应用潜力对当前行业创新有非常重要的作用，我国鼓励创新，这对行业发展大有裨益。

关键词：含硅材料;陶瓷;家电

我国是一个历史悠久的陶瓷古国，在世界上享有盛誉，当前陶瓷研究成为人们研究重点主要是含硅陶瓷材料在工业方面发挥的巨大优势。半个多世纪以来陶瓷材料研究成为人们的重点，当前广泛运用在电子、通讯、能源、交通、航空等方面，现代工业与生产都离不开陶瓷材料，陶瓷材料的运用给人们的生活方式带来了翻天覆地的变化。陶瓷材料一般分为传统陶瓷、现代技术陶瓷，传统陶瓷是使用天然硅酸盐粉末作为原料的产品，这一类材料运用在建筑和日用容器方面;现代技术陶瓷能够运用在高温、腐蚀介质环境，潜力巨大。

1.含硅陶瓷前驱体在家电中的运用

据相关报告，陶瓷前驱体已经运用在高铁、汽车漆面、机车、光伏玻璃等当中，预计在未来的发展还会延伸到家装、卫浴、厨电等产品当中。从专业角度上来看，普通陶瓷是由陶瓷粉烧制制作，但是陶瓷前驱体是通过含硅材料的聚合反应实现的，合成方式改变了其性能结构，这种材料本身具有高透明度、高抗腐蚀性、高硬度、高耐温性、致密性等。本身优良的结构让这种材料具备更广泛的空间，这一类材料最经典的运用就是运用在航空领域内，作为航空设备涂层、导弹武器的高温防护涂层。含硅材料在工业领域内运用优势有：①耐高温、耐低温、易清洁，人们对该材料进行防冰防凝露实验，即在普通铝板和陶瓷前驱体涂层铝板上进行水滴结冰实验，实验结果陶瓷涂层的铝板冰滴直接滑脱掉落，在普通铝板上冰滴牢牢粘住铝板[1]。②具有耐磨、抗氧化、附着力低、耐高温的特征，在1000℃高温下氧化有陶瓷涂层的材料，实验之后该材料在显微镜下无变化。③该材料还可以运用在家电产品精细化图案的设计构筑上。一般颜料都是化学生色实现，色彩主要是分析结构对光的选择和吸收，在常温下活泼但是容易被破坏，物品使用时间久容易褪色。而陶瓷前驱体属于光子晶体、物理生色，色彩表现在人们对分析结构的干涉，可以伴随着角度变化而形成虹彩效果，原材料可选择范围广，绿色环保无污染、无毒害、耐高温耐磨等。中科院化学研究所张宗波博士称之：“能够运用在锅具外涂层、电视屏幕、油烟机、冰箱等。”

2.结构陶瓷

和金属材料相比陶瓷最大优势在于高温机械性能、腐蚀性能非常好、容易耐高温氧化、耐磨损、比重小等，因此当前陶瓷材料被广泛运用，逐渐取代了价格昂贵的超高合金钢、金属材料等，比如发动机气缸套、轴瓦、密封圈等等。在市场上人们将结构陶瓷划分为三类：①氧化物陶瓷，比如氧化铝、氧化铍等，这一类材料主要运用在陶瓷切削工具、高温炉管、密封圈等;莫来石室温是陶瓷发动机的重要选择对象之一，将该材料制作成泡沫纤维、高温保温材料等;②非氧化物陶瓷，含硅非氧化物陶瓷有很高的耐高温的腐蚀性、抗氧化性，因此一直是陶瓷发动机的主要材料，在目前取代了很多超高合金钢部件材料，该材料在能源使用、环保方面具有非常重要的意义。非氧化陶瓷也广泛运用在陶瓷切削刀具中，和氧化物陶瓷相比该物质成本高，但是在强度、硬度等方面有天然的优势，寿命长且切削速度很快，因此在刀具市场当中地位非常重要。该材料还运用在陶瓷轴承、密封件内。③玻璃陶瓷，玻璃的优势是可以在玻璃软化温度和熔点之间成型，工艺简单、成本较低，在工艺上兼备玻璃工艺、陶瓷机械性能，录用玻璃成型技术来制造产品，在经过高温结晶化处理之后得到陶瓷。比如硅酸盐等，这一类材料常常被运用在制造耐高温产品、热冲击产品，同时也被运用在建筑装饰材料当中，比如底板与装饰玻璃等[2]。④陶瓷基复合材料，这是一种制作而成的多相材料，具備性能最佳，而唯一 缺点是韧性比较低，在使用的时候复合材料会为了达到某些性能指标见两种以上材料混合在一起，会产生不可预测性突然断裂。陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷的韧性，在当前主要有两类，分别是氧化铍相变增韧、陶瓷纤维强化复合材料，目前这一类材料在切削工具方面得到了广泛使用。⑤功能陶瓷，这一部分陶瓷有光、电、热等特征，具备较高产业化程度。比如在导电区间的使用，从绝缘体转向半导体、超导体，其中大多数陶瓷都有很高的电绝缘性，因此被广泛运用。半导体可以分为电子型、离子型半导体，以晶体管集成电路为代表。离子型半导体材料有氧传感器、氧泵等燃料电池材料，这一部分材料在计算机和精密仪器生产当中得到了广泛运用。陶瓷还具有非常高的介电性能，有很高的介电常数、低介电损耗，介电陶瓷主要运用是陶瓷电容器，用途广泛，市场上的产品有压力传感元件、超声波发生器等。在光学方面的运用主要包括吸收光陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信号、光导纤维。

当前新型陶瓷材料还广泛运用在汽车制造、飞机发动机零部件方面，让燃料燃烧更方便，降低了对能源的浪费。同时人们还将陶瓷材料运用在 放射性废弃物保证中，同时针对有害废弃料还可以使用陶瓷材料来回收，将其运用无害消费品的生产中，该材料还被运用在石油运输领域内[3]。

针对我国家电行业使用含硅陶瓷材料的前景分析

以热水器为例，国内热水器使用搪瓷内胆，制造过程需要高温高压锻造，资源消耗非常高，而且这一项技术还被国外垄断，国内生产需要进口，成本也随之增加。想象一下，将含硅材料合成制作成搪瓷内胆，节能效果好，防腐技术也更好，降低了成本。也可以将含硅材料运用在家电智能化方面，运用含硅材料实现家电智能，在专家预想的场景当中，可以将含硅材料运用在冰箱制作当中，通过设计智能感受食品温度变化，呈现出温度形态。如果食品编制新材料的色彩也会发生变化，灵敏度增加，实用性效果较高。但是目前唯一局限是生产企业在研发方面缺乏驱动力，与科研所的信息交流不够及时。除了冰箱之外，油烟机烟罩清洁也是老大难，因此可以考虑在油烟机产品上涂抹含硅新材料，这些问题就可以被轻易解决，不仅仅耐腐蚀性，而且刮擦方便，机械使用寿命也会延长。含硅材料本身形成色彩的特质，也让该材料使用市场大大增加。

结束语：

现阶段人们在研究当中，关心陶瓷材料与环境和谐之间的共生点，力求陶瓷材料发展的同时促进社会和谐。十九大提出创新是发展的第一动力，重视基础研究拓展国家重点项目，突出关键-技术创新、引领技术发展，为建设科技强国物的质量强国等，为社会发展提供有力支撑。新材料的研究在家电领域内是比较新的课题，但是这一课题的研究已经成为趋势。

参考文献：

[1]贾换， 刘俊茹， 孙召英. 引入碳化钽对钛硅碳陶瓷材料制备和性能的影响[J]. 黑龙江科技信息， 2020， 000（003）：73-74.

[2]江雨航、宋瑶婷、王宝华. 多孔氮化硅陶瓷的研究进展及应用[J]. 江苏陶瓷， 2020， 53;228（04）：35-37+41.

[3]郝巍， 赵晓峰， 倪娜，等. 聚合物前驱体硅基陶瓷的制备，性能及其高温领域应用的研究进展[J]. 中原工学院学报， 2019， 030（001）：1-20.

作者简介：

甘伟（1987年12月）;性别：男;民族：汉;籍贯：四川省邻水县;职务职称：主管结构工程师;学历：本科;单位：杭州九阳小家电有限公司;研究方向：小家电结构设计

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