什么是结构陶瓷？

于材料的广袤家族之中，存在一类发挥着“中流砥柱”效用的成员，名曰结构材料。它们依凭自身的强度、硬度、韧性等机械性能，支撑起了数不胜数的建筑、机械以及设备。长久以来，金属始终是应用最为宽泛的结构材料，然而，其亦存有显著的缺陷，于高温环境之下，易遭腐蚀、不耐氧化，此状况极大地制约了其运用范畴。

结构陶瓷是一类具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高硬度、高强度、低蠕变速率等诸多优异力学、热学、化学性能的先进陶瓷，常用于各种结构部件，是材料领域当之无愧的 “全能选手”。无论是面对高温的炙烤、酸碱的侵蚀，还是高强度的机械冲击，它都能稳如泰山，展现出卓越的稳定性与机械性能，备受材料工业瞩目，应用范围也在不断拓展。

结构陶瓷的分类

氧化物陶瓷

氧化物陶瓷是以氧化物为主要成分的陶瓷材料，原子结合以离子键为主，还存在部分共价键，具有熔点高、电绝缘性能良好、化学稳定性和抗氧化性优异等特点。

氧化铝陶瓷，又称刚玉瓷，一般以 α-Al₂O₃为主晶相。依据 Al₂O₃含量以及添加剂的差异，可划分出不同系列。

氧化锆（ZrO₂）陶瓷，ZrO₂存在二种锆同素异形体，即立方结构（c 相）、四方结构（t 相）及单斜结构（m 相）。根据所含相的成分不同，ZrO₂陶瓷可细分为稳定 ZrO₂陶瓷材料、部分稳定 ZrO₂陶瓷。

氮化物陶瓷

氮化硅（Si₃N₄）陶瓷是非氧化物陶瓷中发展较快的一种工程陶瓷，硅、氮之间以共价键结合形成［SiN₄］四面体结构单元，使其具备高强度、高硬度、优良的抗氧化和耐腐蚀性能。

氮化硼（BN）有两种典型的晶体结构，即六方氮化硼和立方氮化硼。高纯度氮化硼粉体是制备高性能氮化硼陶瓷的前提，主要制备方法有先驱体法、水热法、化学气相合成法以及高温自蔓延合成法等。

氮化铝（AlN）陶瓷是一种高导热（热导率超过 200Ｗ・ｍ⁻¹・Ｋ⁻¹）但绝缘的陶瓷材料，具有高强度、高硬度、耐高温等特性，用于大功率集成电路和电子元器件的散热基片具有独特优势。

碳化物陶瓷

碳化硅（SiC）陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。

碳化硼（B₄C）是核能系统中重要的中子吸收材料、控制棒材料和屏蔽材料，其密度低、熔点和硬度高，化学性质稳定，B₄C 中主要的中子吸收核素为 ¹⁰B，¹⁰B 的热中子吸收截面大，在不同反应堆中，B₄C 具有不同的使用形式。

硼化物陶瓷

硼化物陶瓷是间隙相化合物，B 与 B 之间可能形成多种复杂的共价键，同时，硼又与许多金属原子可以形成离子键，大部分硼化物中包含 M - M 金属键、B - B 共价键、B - M 离子键，这些特点决定了它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、和高抗腐蚀性。

结构陶瓷的应用

航空航天领域：像航天飞机的隔热瓦，能有效阻挡热量向航天器内部传递，保护舱内设备与宇航员的安全。飞机发动机的燃烧室与涡轮部位，工作温度极高，普通材料难以承受，而结构陶瓷凭借耐高温特性，可作为燃烧室衬里、涡轮叶片等部件的材料，大幅提升发动机的热效率与性能，为飞行器的高效运行提供有力支撑。

汽车工业领域：部分汽车发动机采用氮化硅等结构陶瓷制造气缸套、活塞顶等部件，有效提高了发动机的热效率，降低了燃油消耗，增强了动力性能。

电子信息领域：氮化铝等结构陶瓷具备高导热性与绝缘性，是理想的散热基板材料，能快速将芯片产生的热量散发出去，保障电子元件稳定运行，广泛应用于电脑 CPU、手机处理器等散热模块。

能源领域：碳化硅等结构陶瓷因其出色的耐高温、抗辐照、耐腐蚀性能，可用于制造核燃料包壳、反应堆控制棒等关键部件，保障核能系统的安全稳定运行。

医疗领域：氧化锆、羟基磷灰石等生物相容性良好的结构陶瓷，可制成人工关节、骨钉、骨板等，与人体骨骼组织紧密结合，减少排异反应，为患者恢复骨骼功能带来希望。

随着研究的深入与应用的拓展，结构陶瓷必将在更多新兴领域崭露头角，为人类科技进步与社会发展持续赋能，开创更加辉煌的未来。