5.5.3　先进陶瓷的发展趋势

（1）由单相、高纯材料向多相复合陶瓷方向发展，它包括纤维（或晶须）补强的陶瓷基复合材料，异相颗粒弥散强化复相陶瓷，两种或两种以上主晶相组合的自补强材料，梯度功能复合材料以及纳米微米复合材料。

（2）从微米级尺度（从粉体到显微结构）向纳米级方向（1-数百纳米）发展，即向介于原子或分子与常规的微米结构之间的过渡性结构区发展。将出现与以往的微米级陶瓷材料不同的化学和物理性质，如超塑性、电、磁性质的变化。

（3）陶瓷材料的裁剪和设计，随制备科学的进步，相图等基础知识的积累；组成、显微结构与性能之间关系的规律性了解，为材料的性能剪裁和按性能设计材料提供丰硕的科学基础，使之在理论上和工艺上均成为可能。(https://www.daowen.com)

（4）层状陶瓷材料。近年来，材料科学家合成了一类新的312型陶瓷材料，它们的通式为M3XZ2，其中，M是一种或几种过渡金属元素（如Ti、V等），X是一种或几种主族元素，多位Ⅲ、Ⅳ主族元素（如Al、Ge、Si等），Z是一种或几种非金属元素（如C、N、B等），目前人们研究的312性三元化合物主要有Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti3GeC2。它们具有相同的晶体结构，同属于P63/mmc空间群。这类化合物的典型代表是钛碳化硅（Ti3SiC2）。

Ti3SiC2是一种综合陶瓷材料，既具有耐高温、抗氧化、高强度的性能，同时又具有金属材料的导电、导热、可加工性、塑性等。该项材料的发展契机大致在20世纪80年代，由于纤维、晶须等增强剂的迅速发展和航空高推重比发动机的要求，陶瓷基复合材料成为研究热点。采用纤维、晶须增强使其韧性得到改善，但因制备成本高和可靠性差，仍难以应用。针对这一问题研究人员开始探索兼有金属和陶瓷性质的高温材料，最后在Ti-Si-C系统中找到一种钛碳化硅（Ti3SiC2）。Ti3SiC2既有金属的特性，在常温下有很好的导热性能和导电性能，相对较低的维氏硬度和较高的弹性模量；在常温下有延展性，可以像金属一样进行加工，在高温下具有塑性；同时，它又具有陶瓷材料的性能，有高的屈服强度，高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能，在高温下能保持高强度。更有意义的是它又比传统的固体润滑剂石墨、二硫化钼有更低的摩擦系数和良好的自润滑性能。Ti3SiC2综合了陶瓷和金属的特性，高的弹性模量、高熔点和高温稳定性等反映类似陶瓷的性质；而高的电导率、高的弹性模量、高熔点和高温稳定性等反映其类似陶瓷的性质。对Ti3SiC2抗损伤性研究表明，其压痕之下的亚表面有很大的伪塑性损伤区。原因在于Ti3SiC2在接触损伤时有多重能量吸收机制，如扩散微裂纹、裂纹偏转、晶粒拔出、晶粒弯折等。而且，这类材料具有很好的自润滑性。这种材料作为高温结构材料、电刷材料、自润滑材料、热交换材料等具有广泛的应用前景。但相对较低的硬度、耐磨性及相对其他陶瓷材料较低的抗氧化性限制了其应用于耐疲劳、耐磨损及抗氧化等敏感场合。

主要应用：①生物医学上的应用。在牙科里要求口腔环境所使用的材料或部件，既能经受长时间的氧化作用，保持稳定性，又需要有良好的可加工性和可塑性。Ti3SiC2这种既有陶瓷材料的性能又有金属特性，同时又兼具较好的生物相容性，使其应用于人体成为可能。Ti3SiC2能够被加工出尺寸精确的螺纹，且无须润滑剂，因此可以制作成种植体或修复体等在口腔医疗临床方面应用。Ti3SiC2弹性模量与氧化锆（1.9×105 MPa）相比，更接近牙釉质或牙本质，这使它应用于桩或烤瓷牙内冠的潜力增加。自蔓延高温法所得的Ti3SiC2材料含有多孔组织，可能更易于组织与其结合。低的摩擦系数使它可能应用于正畸，以增加滑动性降低摩擦阻力。抗腐蚀性以及抗氧化性是该材料应用于口腔环境并保持其稳定性的重要条件。该材料与瓷粉皆属陶瓷材料，其结合程度可能好于金属与瓷的结合，因此对于烤瓷牙内冠，其应用范围也许要更广；②耐火材料上的应用。窑具作为一种高级耐火材料，其质量好坏对烧成制品的质量有着重要的影响。Ti3SiC2陶瓷材料对热震不敏感，其独有的层状结构和高温下的塑性行为都可以缓解热应力的作用。材料经过ΔT=1400℃的热震残余强度仍在300 MPa以上，抗热震性能最好的可以承受900℃的温差。同时Ti3SiC2陶瓷材料具有较好的耐化学腐蚀性、易加工、原料相对成本低等优势，使其成为一种可待开发的理想窑具材料。