第一篇：特种陶瓷材料

特种陶瓷材料

电气05

黄纯

内容摘要：材料是人类用以制作有用物件的物质，是人类社会进步的物质基础和先导。人类历史的发展无不伴随着材料的发明，应用和发展。从原始社会以来，人类经历了石器时代，青铜时代和铁器时代。现在已经跨进按照人类需要设计材料，合成材料和应用材料的新时代。目前，材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。

关键词：特种精细陶瓷材料

性能 形成基础

应用发展

陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷材料分为普通陶瓷（传统陶瓷）材料和特种陶瓷（现代陶瓷）材料两大类。

普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。

特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。

人们研究构成陶瓷的陶瓷材料的基础，使陶瓷的概念发生了很大的变化。陶瓷内部的力学性能是与构成陶瓷的材料的化学键结构有关，在形成晶体时能够形成比较强的三维网状结构的化学物质都可以作为陶瓷的材料。这重要包括比较强的离子键的离子化合物，能够形成原子晶体的单质和化合物，以及形成金属晶体的物质。他们都可以作为陶瓷材料。其次人们借鉴三维成键的特点发展了纤维增强复合材料。更进一步拓宽了陶瓷材料的范围。因此陶瓷材料发展成了可以借助三维成键的材料的通称。陶瓷的概念就发展成为可以借助三维成键的材料，通过成型和高温烧结所得到的烧结体。

研究陶瓷的结构和性能的理论的展开：陶瓷材料，内部微结构（微晶晶面作用，多孔多相分布情况）对力学性能的影响得到了发展。材料（光，电，热，磁）性能和成形关系，以及粒度分布，胶着界面的关系也得到发展，陶瓷应当成为承载一定性能物质存在形态。这里应该和量子力学，纳米技术，表面化学等学科关联起来。陶瓷学科成为一个综合学科。

陶瓷材料又称精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及 电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过 1360 度左右高温 烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种 功能。如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能，以及耦合功能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类：1.结构陶瓷 这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等 都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。2电子陶瓷 指用来生产电子原器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。3生物陶瓷 生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷 材料。精细陶瓷是新型材料特别值中得注意的一种，它有广阔的发展前途。这种具有优良性能的精细陶瓷，有可能在很大的范围内代替钢铁以及其他金属而得到广泛应用，达到节约能源、提高效率、降低成本的目的；精细陶瓷和高分子合成材料相结合．可以使交通运输工具轻量化、小型化和高效化。

精陶材料将成为名副其实的耐高温的高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变护壁材料反应堆、无公害的外燃式发动机材料等。精细陶瓷与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料。有些科学家预言．由于精细陶瓷的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代

参考文献：工程材料与成形工艺基础 高等教育出版社

材料学导论 河北大学出版社

新材料与现代文明

湖北教育出版社

精细陶瓷材料

中国物资出版社代文明

第二篇：特种陶瓷 小

1、什么是陶瓷？这种由无机非金属材料作为基本组分组成的固体制品统称为陶瓷。以粘土、长石、石英为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品

2、陶和瓷的重要区别？

坯体的孔隙度，即吸水率，取决于原料和烧结温度。

3、陶瓷材料的三个发展趋势？

复合化：利用加和及乘积效应，开发出单一材料中不存在的新功能获由于单一材料性能的综合功能材料。多功能化：将功能性与结构性相结合，如集低介电常数、高绝缘、高导热性、高机械强度、微型化于一体的基片材料。多功能材料的发展对促进产品向轻、小、薄的发展提供了基础。低维化：低维材料是低于三位材料的总称。零维的是超微粒子，包括团聚体、那你材料和亚微米材料；一维材料包括晶须、纤维、以及纳米丝和纳米管；二维材料主要为薄膜材料

4、陶瓷的分类？

传统陶瓷和先进陶瓷两大类。

5、结构陶瓷的分类？

氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷

6、先进陶瓷与传统陶瓷的区别？

在原料上：突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限，先进陶瓷一般以提纯的化合物为主要原料。在成分上：传统陶瓷的组成由黏土的成分决定，所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地，由于先进陶瓷的原料是纯化合物，因此成分由人工配比决定，其性质的优劣由原料的纯度和工艺决定。在制备工艺上：突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段。近些年来，还相继开发了多种“软化学”方法来制备先进陶瓷，如溶胶-凝胶（sol-gel）法、水热法、自组装法等。

在性能上：先进陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能，从而使其在高温、机械、电子、计算机、宇航、医学工程等各方面得到广泛的应用。

7、陶瓷材料的结构组成是什么？

陶瓷材料的结构是由晶体、玻璃体和气孔所组成的。

8、陶瓷材料晶体结构可以分为哪两种？

其晶体结构可分为典型晶体结构和硅酸盐晶体结构。

9、钛酸钙结构属于什么晶系？ 立方晶系。

10、硅酸盐的基本结构单元式是什么？ Si和O组成的[SiO₄]⁴ˉ四面体。

11、根据 [SiO4]4-连接方式的不同。硅酸盐晶体可以分成哪五种结构？

孤岛状、组群状、链状、层状和骨架状。

12、硬度是材料抵抗局部压力而不产生变形的能力。

13、什么是陶瓷的塑性？为什么陶瓷材料一般是脆性材料？塑性形变是指外力除去后不能恢复的形变。材料受这种形变而不破坏的能力称为塑性。

①陶瓷多为离子键和共价键，具有明显的方向性，滑移系少；②大部分陶瓷的晶体结构复杂，满足滑移的条件困难；

③陶瓷中位错不易形成，位错运动困难，难以产生塑性形变。

14、陶瓷坯料分为哪三类？

注浆料；可塑料；压制粉料

15、陶瓷材料成型方法可分为哪三类？ 注浆成型、可塑成型和压制粉料成型。

16、由于注浆成型所用坯料含水量大，干燥和烧结时收缩较大，易开裂。为了提高注浆速度和坯体的质量，又发展了压力注浆、离心注浆和真空注浆。

17、什么是挤压成型？ 挤压成型是将真空炼制的泥料，放入挤压机内，通过挤压机的螺旋或活塞的挤压，经机嘴出来达到要求的形状。适合于挤制棒状、管状的坯体。

18、什么是等静压成型？有什么优点？

等静压成型是利用液体或气体能均匀地向各个方向传递压力的特性来实现均匀受压成型的方法。

等静压成型的优点有：(a)得到的生坯密度高；(b)不会在压制过程中使生坯内部产生很大的应力；(c)得到的生坯强度高；(d)可以采用较干的粉料进行成型；(e)对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有很大限制。

19、什么是烧结？

烧结是生坯在高温下致密化过程和现象的总称。随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键连，晶粒长大，空隙减少，体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体，这个工艺过程称为烧结。20、粉体的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这就是陶瓷烧结的驱动力。

21、陶瓷粉体在一定压力和温度下进行烧结，称为热压烧结。热压烧结与常压烧结相比，烧结温度低，烧结体中气孔率低，由于在较低温度下烧结，防止了晶粒长大，烧结体致密，具有较高的强度。22、99瓷的主晶相是什么？说明氧化镁掺杂量对99瓷烧结性能影响的微观机制。

主晶相是Al2O3

MgO的作用与其加入量有关：

当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（<0.3wt%）时，固溶反应：

2MgO →2MgAl '+2O0x+V0••

生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结

当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应：

MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石)尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al2O3主晶相的晶界上,阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于晶界移动过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。气孔在晶界上通过晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果还可以细化晶粒。

23、α-Al2O3的性质的性能是怎样的？

33、致密氮化硅制备工艺有如下几种：

热压烧结；无压（常①硬度高。莫氏硬度为9，具有优良的抗磨性能；②抗弯强度压）烧结；气压烧结；反应烧结重烧结；热等静压烧结。高。普通多晶烧结体的抗弯强度可达250MPa, 热压产品的抗弯

34、通过何种途径可获得致密的高性能AlN陶瓷？ 强度可达500MPa。强度可保持到900 ℃以上温度；③熔点高。AlN自扩散系数小,烧结非常困难。通过以下三种途径： 熔点达202_ ℃，抗高温腐蚀；④优良的化学稳定性；⑤与人(1)使用超细粉；(2)热压或等静压；(3)引入烧结助剂。体亲和性好。用作人工骨头、人工关节等生物植入体；⑥绝缘

35、六方晶型的氮化硼(h-BN)具有什么结构？ 性能好；⑦特殊的光学特性。对红外线、可见光透明。类似石墨的结构，其内部由平坦网状结构以ABABAB双层序

24、列举降低氧化铝陶瓷烧结温度可能采取的措施，说明其原列有规律地堆叠而成，层面内原子以不易破坏的共价键相结合，因。层间则以弱的范德华力结合，所以层面间易滑移。MgO作为助烧剂的作用机制

37、SiC陶瓷较氧化物陶瓷难以烧结的原因何在？可以采用哪MgO的作用与其加入量有关： 些措施促进SiC陶瓷的烧结？阐明其机理。

当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（<0.3wt%）时，SiC是共价性很强的化合物，烧结时的扩散速率相当低。即使固溶反应：

2MgO →2MgAl '+2O0x+V0•• 在2100oC的高温下，C和Si的自扩散系数也仅为1.5 × 10-10

32生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结 和2.5 × 10 cm/s。所以，SiC很难烧结，必须借助添加剂、当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应：

外部压力或渗硅反应才能实现

SiC颗粒之间的紧密结合。MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石)SiC陶瓷的烧结工艺主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧SiO ₂助燃机制是由相图可以知道SiO ₂与Al2O3之间在1595℃结和反应烧结等。可以形成液相。①热压烧结，通过在SiC粉中加入少量的Al或Fe，成功地实

25、Al2O3陶瓷最常用的成型方法有哪些？ 现了SiC陶瓷的致密化；②热等静压烧结，通过HIP烧结的方干压成型、注浆成型、挤压成型、注射成型、流延成型、热压法，在2000oC和138MPa压力下，可成功实现无添加剂SiC陶成型与热等静压成型以及近几年新开发的压滤成型、离心注浆瓷的致密烧结；③无压烧结，由于B固溶到SiC中，使晶界能成型、直接凝固注模成型等。降低，同时C把SiC粒子表面的SiO2还原除去，提高了表面

26、通过什么方法可改善氧化铝的透光性？ 能，因此，B和C的添加为SiC的致密化创造了热力学方面的①提高密度，以减少气孔；②限制气孔的尺寸，使其不与透过有利条件；④反应烧结，利用坯体中添加的C与从外部渗入的光干涉；③限制晶粒尺寸（减少晶粒尺寸），从而限制缺陷尺寸；Si发生反应，生成SiC并与原料中的SiC颗粒相结合，从而实④提高材料的纯度，以减少玻璃相和杂质相。现SiC的烧结。

具体措施：采用高纯、细的Al2O3粉为原料（一般用硫酸铝氨

38、碳化硼(B4C)陶瓷是一种仅次于金刚石和立方氮化硼的超热分解法生产的高纯Al2O3粉体为原料），掺杂MgO（0.5wt%），硬材料。在氢气氛下烧结。

39、多孔陶瓷的制备方法有哪些？

机械成孔法、颗粒堆积

27、制备透明氧化铝时，掺杂MgO（0.5wt%）和在氢气氛下法、添加造孔剂法、发泡法、模板复制法等；此外还有溶胶－烧结的用意与机制是什么？ 凝胶法、冷冻干燥法、表面活性剂自组装法等。MgO作为助烧剂的作用机制 40、什么是电介质陶瓷？

电介质陶瓷即是指电阻率大于108MgO的作用与其加入量有关：（8次方）Ωm的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（<0.3wt%）时，41、电介质陶瓷评价其特性主要指标有（体积电阻率）、（介电固溶反应：

2MgO →2MgAl '+2O0x+V0•• 常数）和（介电损耗）等参数。生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结

42、什么是导电陶瓷？

在一定条件（温度、压力等）下具当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应： 有电子（或空穴）电导或离子电导的陶瓷叫导电陶瓷。MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石)

43、什么是压电效应？

在没有对称中心的晶体上施加压尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al2O3主晶相的晶界力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时上，阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于晶界移动在晶体两端将出现正负电荷。反之，当在晶体上施加电场引起过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。气孔在晶界上通过极化时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力。正、晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果还可以细化晶粒。逆效应统称为压电效应。氢气氛下烧结的用意：

44、什么是压电陶瓷的极化？

还原气氛或原子尺寸大小的气氛对烧结更有利。还原气氛的影压电陶瓷必须经过极化后才有压电性。极化就是在直流电场作响机理是增加了氧空位，促进了扩散过程。用下使电畴沿电场方向取向。

28、氧化锆存在哪三种稳定的多型体？

45、什么是陶瓷的半导化？ 单斜相（m-ZrO2）、立方相（c-ZrO2）和四方相（t-ZrO2）。就是指在禁带中形成附加能级：施主能级或受主能级。这些施

29、为什么ZrO2陶瓷一定要掺杂？常用哪些掺杂剂？说明氧主能级多数是靠近导带底的，而受主能级多数是靠近价带顶的。化钙和氧化钇掺杂的ZrO2陶瓷的导电机制。它们的电离能一般比较小，在室温下就可以受到热激发产生导通过掺杂，使材料在烧结或使用温度范围内只有一个相稳定，电载流子，从而形成半导体。或者为立方相，或者为四方相，或者为单斜相。通常是将高温

46、什么是热敏陶瓷？ 的立方相或者四方相稳定至室温。由于氧化锆的的三种不同晶热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的材料，用于制作形间存在密度差，升降温过程伴随这相变，产生较大的体积变温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件-------热敏电阻。化。如四方氧化锆与单斜氧化锆之间的转变伴随有7％~9％的47、说明粉末干压成型中出现密度不均匀现象的原因及减缓该体积变化。现象可能采取的措施。

加热时，单斜相向四方相转变，体积收缩；冷却时，四方相向干压成型时，粉料各组分分布不均匀，体积密度不高，流动性单斜相转变，体积膨胀；这种相变造成的体积变化很大，产生不好，团粒大小不一，水份不均匀，就容易造成密度不均匀现很大的内应力，容易使材料开裂破坏。象。采取的措施为：对于大型、壁厚、形状复杂的产品，开始掺杂物通常有氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)。加压宜慢，中间宜快，后期宜慢，这样有利于气体排出和压力为了稳定ZrO2，由于稳定剂的金属离子会与Zr 4+进行不等价的传递。

置换，产生氧离子缺位。以Ca2+为例，当Ca2+取代了Zr 4+

48、陶瓷基复合材料使材料的韧性大大改善，同时其强度、模之后，使正电荷减少了+2价，于是在Ca2+周围必须失掉一个量有了提高。

在正常位置上的O2-离子，才能保持晶格中的电中性，于是便

49、什么是热等静压烧结？

产生一个氧空位。同样，用Y3+取代Zr4+使正电荷少了+1价。采用高温高压气体作为压力传递介质，对制品进行的烧结，它所以在两个钇离子周围存在一个氧空位。从而保持了稳定ZrO2具有各向均匀受压特点，因此适合于形状复杂的制品。

晶格的电中性。因此在稳定的ZrO2晶格内存在大量的氧空位，51、微波加热是把能量直接作用到预制体上。能量效率很高，使ZrO2陶瓷称为导电陶瓷。加热均匀，再加上辐射与对流，在样品表面上有热量损失，产30、ZrO2陶瓷通常掺有氧化钇，其目的何在？氧化钇掺杂氧生了（反向）热梯度。

化锆陶瓷时生成点缺陷，写出其反应式；详细说明掺杂有氧化

52、纳米陶瓷粉体合成主要有（气相法）（液相法）（固相法）钇的氧化锆陶瓷在力学性能、电学性能方面的特点及原因。等方法。

为了避免相变，通过掺杂，使材料在烧结或使用温度范围只有

53、与传统陶瓷相比，先进陶瓷一般以（人工合成或提炼处理一个相稳定，或者为立方相，或者为四方相，或者为单斜相。过的化工原料）为主要原料。通常是将高温的立方相或者四方相稳定至室温。

基于该目的的掺杂物通常有氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)。

用Y3+取代Zr4+使正电荷少了+1价，在两个钇离子周围存在一个氧空位。从而保持了稳定ZrO2晶格的电中性。因此在稳定的ZrO2晶格内存在大量的氧空位，使ZrO2陶瓷称为导电陶瓷。

31、莫来石陶瓷是主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)的一类陶瓷的总称。

32、莫来石的结构：莫来石晶体是由硅氧四面体与铝氧四面体有规则地连接成双链式的硅铝氧结构团，由六配位的铝离子把一条条双链连接起来，构成了莫来石的整体结构。

第三篇：特种陶瓷 整理版

绪论

1名词解释

特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，具有优异特性的陶瓷。

结构陶瓷：具有高硬、高强、耐磨、耐蚀、耐高温、润滑性好等性能，可用作机械结构零部件的陶瓷材料。功能陶瓷：具有声、光、电、热、磁特性和化学、生物功能的陶瓷材料。

2简述特种陶瓷和传统陶瓷的区别

①原材料不同。传统陶瓷以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用；而现代陶瓷则使用经人工合成的高质量粉体作起始材料，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界线，代之以“高度精选的原料”。

②结构不同。传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，不同产地的陶瓷有不同的质地，所以由于原料的不同导致传统陶瓷材料中化学和相组成的复杂多样、杂质成分和杂质相较多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，多气孔；先进陶瓷的化学和相组成较简单明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，所以先进陶瓷材料的显微结构一般均匀而细密。

③制备工艺不同。传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型，如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃-1400℃，烧成后一般不需加工；而先进陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型，材料的烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工。在制备工艺上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等先进手段。

④性能不同。由于以上各点的不同，导致传统陶瓷和先进陶瓷材料性能的极大差异，不仅后者在性能上远优于前者，而且特种陶瓷材料还发掘出传统陶瓷材料所没有的性能和用途。传统陶瓷材料一般限于日用和建筑使用，而特种陶瓷具有优良的物理力学性能，高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震，而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能，某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料。因而登上新材料革命的主角地位，在工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织和汽车等行业，以及很多尖端技术领域如航天、核工业和军事工业中有着广泛的应用价值和潜力。

3特种陶瓷的分类方法和怎样进行分类

特种陶瓷材料根据所需的特性不同，可作为机械材料、耐热材料、化学材料、光学材料、电气材料和生物医学材料，在不同的领域得到广泛的应用。根据性能及用途的不同，特种陶瓷可分为结构材料用陶瓷(主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料)和功能陶瓷(包括电磁功能、光电功能和生物—化学功能等陶瓷制品和材料，另外还有核陶瓷材料和其他功能材料等)两大类。特种陶瓷材料按化学组成可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。此外，为了改善陶瓷的性能，有时要在陶瓷基体中添加各种纤维、晶须、超细微粒等，这样就构成了多种陶瓷基复合材料。

4特种陶瓷韧化主要途径有哪些

①氧化锆相变增韧，②微裂纹增韧；③纤维(晶须)补强增韧；④颗粒弥散补强增韧；⑤纳米陶瓷增强增韧。

①氧化锆相变增韧

把相变作为陶瓷增韧的手段并取得显著效果是从部分稳定氧化锆提高抗热震性的研究开始的。下面以氧化锆为例,简单说明这一问题。从相图可知，纯氧化锆在1000℃附近有固相转变，从高温正方氧化锆变为低温单斜氧化锆。由于相变需消耗大量功，因此使裂纹尖端应力松弛，故阻碍裂纹的进一步扩展,材料得到韧化。②微裂纹增韧

在裂纹扩展中，弥散于陶瓷基体中的韧性相起着附加的能量吸收作用，从而使裂纹尖端区域高度集中的应力得以部分消除，抑制了原先可能到达的临界状态，提高了材料对裂纹扩展的抗力，相应改善了材料的韧性。③纤维(晶须)补强增韧

高强度和高模量的纤维既能为基体分担大部分外加应力，又可阻碍裂纹的扩展，并能在局部纤维发生断裂时以“拔出功”的形式消耗部分能量,起到提高断裂能并克服脆性的效果。④颗粒弥散补强增韧

用颗粒作为增韧剂制作颗粒增韧陶瓷基复合材料，其原料混合均匀化及烧结致密化都比纤维和晶须复合材料简便易行。因此，尽管颗粒的增韧效果不如晶须和纤维，但如晶粒种类、粒径、含量及基体材料选择得当仍有一定韧化效果，同时会带来高温强度、高温蠕变性能的改善。

5特种陶瓷主要研究内容和任务

特种陶瓷材料的研究，主要是探求和了解材料的组成、结构与性能之间的关系。特种陶瓷的研究任务

（1）研究现有材料的性能及改变它的途径；（2）发掘材料新的性能；（3）探索和发展新的材料；（4）研究制备材料的最佳工艺；

（5）对烧后的制品进行的冷加工技术。

6特种陶瓷的发展趋势

(1)气相凝集法制备纳米粉体将成为先进陶瓷粉体研究发展的重点(2)快速原型制造技术(RPM)和胶态成型将向传统成型技术挑战

(3)微波烧结和放电等离子烧结(SPS)是获得纳米块状陶瓷材料的有效烧结方法(4)纳米材料的应用将为先进陶瓷材料带来新的活力

第一章 特种陶瓷粉体的性能表征制备及其设备

1名词解释

粉体颗粒：指在物质的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态基本颗粒。团聚体：由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒，它是很多一次颗粒的集合体。胶粒：即胶体颗粒。胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳定胶体而无沉降现象。

2了解常用的表征颗粒尺寸大小的等体积球相当径、等面积球相当径、斯托克斯径、马丁径、费莱特径

等体积球相当径是说某颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小即等体积相当径。例如：某边长为1的正方体，其体积等于直径为1．24的圆球体积，那么，该正方体颗粒的等体积球相当径就为1．24。由于这种方法局限于颗粒体积可求的条件，因此，适用范围不太广。但由于它直接与颗粒的质量对应，所以又很有用处。

等面积球相当径是用与实际颗粒有相同表面积的球的直径来表示粒度的一种方法。显然，当颗粒形状简单或者比较规则时，表面积容易求得。然而，实际颗粒的形状都较复杂，不易直接求得。但在实际应用中，一般都是通过流体透过法或吸附法等间接方法得到。这种方法比较实用。

等沉降速度相当径也称为斯托克斯径。斯托克斯假设：当速度达到极限值时，在无限大范围的粘性流体中沉降的球体颗粒的阻力，完全由流体的粘滞力所致。

马丁径也称定向径，是最简单的粒径表示法。它是指颗粒影象的对开线长度。该对开线可以在任何方向上画出，只要对所有颗粒来说，保持同一方向。

费莱特径是指颗粒影象的二对边切线(相互平行)之间的距离。但只要选定一个方向之后，任意颗粒影象的切线都必须与该方向平行。以上两种表示法都是以各颗粒按随机分布为条件的。

3什么是粒度分布，常用的粒度分布方式有哪些

粉体通常由不同尺寸的颗粒组成，即颗粒分布，可分为频率分布和积累分布。颗粒分布常见的表达形式有粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。

粒度分布是表征多分散体系中颗粒大小不均一程度的物理量。粒度分布范围越窄，我们就说分布的分散程度越小，其集中度越高。

4试述特种陶瓷粉体的特征(1)化学组成精确。

(2)化学组成均匀性好。

(3)纯度高。

(4)适当小的颗粒尺寸。(5)球状颗粒，且尺寸均匀单一。

(6)分散性好，无团聚。

5目前在实际生产中粒度测定方法有哪些 ① X射线小角度散射法

② X射线衍射线线宽法 ③ 沉降法 ④ 激光散射法 ⑤ 比表面积法 ⑥ 显微镜分析法

6什么是固相法、气相法、液相法，简述工艺流程

固相法就是以固态物质为出发原料，通过一定的物理与化学过程来制备陶瓷粉体的方法。

固相原料——配料——混合——合成——粉碎——粉体

气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成粉体的方法。

蒸发-凝聚法（PVD）：原料——高温气化——急冷——粉体

蒸发-凝聚法是将原料加热至高温(用电弧或等离子流等加热)，使之气化，接着在电弧焰和等离子焰与冷却环境造成的较大温度梯度条件下急冷，凝聚成微粒状物料的方法。

气相化学反应法(CVD)：金属化合物蒸气——化学反应——粉体

气相化学反应法是挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应合成所需物质的方法。

液相合成法也称湿化学法或溶液法。溶液法从均相的溶液出发，将相关组分的溶液按所需的比例进行充分的混合，再通过各种途径将溶质与溶剂分离，得到所需要组分的前驱体，然后将前驱体经过一定的分解合成处理，获得特种陶瓷粉体，可以细分为脱溶剂法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。溶液制备——溶液混合——脱水——前驱体——分解合成——粉体

7常用的气相法有哪些，各有何特点（3个）

一种是系统中不发生化学反应的蒸发-凝聚法（PVD），另一种是气相化学反应法(CVD)。

8简述水热法制备陶瓷粉体的特点

（1）由于反应是在相对高的温度和压力下进行，因此有可能实现在常规条件下不能进行的反应。

（2）改变反应条件（温度、酸碱度、原料配比等）可能得到就有不同晶体结构、组成、形貌和颗粒尺寸的产物。（3）工艺相对简单，经济实用，过程污染小。

9试述溶胶-凝胶法制备陶瓷粉体的特点和工艺过程

1、在溶液中进行反应，均匀度高；

2、化学计量准确，易于改型掺杂；

3、烧结温度可较大降低；

4、制得的粉料粒径小，分布均匀，纯度高。工艺过程：

10溶剂蒸发法包括哪些方法，各有何特点

(1)冰（冷）冻干燥法

1)在溶液状态下均匀混合，适于添加微量组分，有效合成特种陶瓷材料，精确控制最终组分； 2)制备的粉体粒度为10~500nm，容易获得易烧结的特种陶瓷粉体； 3)操作简单，特别适用于高纯材料用微粉的制备。(2)喷雾干燥法

喷雾干燥法是将浴液分散成小液滴喷入热风中，使之迅速干燥的方法。1)应用广泛，工艺简单；

2)制得的粉体具有化学均匀性好，重复性、稳定性与一致性好，以及球状颗粒，流动性好的特点； 3)适于工业化大规模生产微粉。

(3)喷雾热分解法

喷雾热分解法是一种将金属盐溶液喷入高温气氛中，立即引起溶剂的蒸发和金属盐的热分解，从而直接合成氧化物粉料的方法。

1)不需过滤、洗涤、干燥、烧结及再粉碎等过程；

2)产品纯度高，分散性好，粒度均匀可控，能够制备多组分复合粉体。

11沉淀法制备陶瓷粉体有哪些方法，各有何特点（1）直接沉淀法

1)沉淀剂通常使用氨水等，来源方便，经济便宜，不引入杂质离子。2)沉淀过程是不平衡的。（2）均匀沉淀法

1)不外加沉淀剂，而是使溶液内生成沉淀剂，消除了沉淀剂的局部不均匀性； 2)沉淀的纯度很高，而且由于体积小，因而容易进行过滤、清洗操作； 3)难以限制晶粒的生长程度和团聚作用。（3）共沉淀法

1)原料纯度和组成的均匀性好；

2)合成的粉末原料化学均匀性良好且易烧结

12机械法制备粉体的设备有哪些，各有何特点

1)颚式破碎机

a)粗碎设备，主要用于块状料的前级处理； b)设备结构简单，操作方便，产量高；

c)颚式破碎机的粉碎比不大(约4)，而进料块度又很大； d)其出料粒度一般都较粗，而且细度的调节范围也不大。2)轧辊破碎机

a)粉碎效率高，粉碎比大(＞60)，粒度较细(通常可达到44微米)；

b)当细磨硬质原料时，使得粉料中混入较多的铁，影响原料纯度，要求后续去铁； c)其粉料粒度分布比较窄，不宜用于处理有粒度分布要求的原料。3)轮碾机

a)中碎设备，也可用于混合物料； b)轮碾机的粉碎比大(约10)；

c)轮碾机通过碾、压、挤、搓等机械力学的功能，达到了机械力活化的效果，通过轮碾原混合材料的结构成为活性材料，从而提高制品的强度；

d)它适应混合各种干湿物料及胶状物如耐火泥、黏土、粉煤灰，尾矿渣、炉渣、型砂等，广泛地用于耐火材料，陶瓷，建材等行业；

e)效果好、生产效率高、节能效果显著、密封性好、无环境污染，适应性强等优点。

13球磨工艺的主要目的

a)提高原料粉的分散度、减小粒度。

由于粒度的减小，粉体的成形性和烧结性会提高，从而可以降低烧结温度或提高产品密度、强度和其他性能。在某些情况下，为了获得晶粒度细的制品也必须将粉末磨细。

b)当球磨混合配料时，粉碎作用可以使各组分混合更均匀。

在使用强力研磨方法时，可以得到局部“合金化”或全部“合金化”的粉末。这在粉末冶金中称为机械合金化。在多种单一化合物粉研磨时，可以得到复杂化合物粉。

c)由于粉末粒度变细，粉末颗粒内部的杂质暴露出来，有利于以后的净化。

14影响球磨效率的主要因素（1）球磨机转速。

球磨机转速直接影响磨球在筒内的运动状态，转速过快，磨球附着在磨筒内壁，失去粉碎作用；转速太慢，低于临界转速太多，磨球在磨筒内上升不高就落下来，粉碎作用很小；当转速适当时，磨球紧贴在筒壁上，经过一段距离，磨球离开筒壁下落，给粉料以最大的冲击与研磨作用，具有最高的粉碎效率。（2）磨球。

球磨时加入磨球越多，破碎效率越高，但过多的磨球将占据有效空间，导致整体效率降低。

（3）水与电解质的加入量。

湿磨时水的加入对球磨效率也有影响，当料:水=1:(1.16-1.2)时球磨效率最高。为了提高效率，还可加入电解质使原料颗粒表面形成胶粘吸附层，对颗粒表面的微裂缝发生劈裂作用，提高破碎效率。（4）装载量。

球磨机中磨球、水和原料的装载量对球磨效率有很大影响。通常总装料量占磨筒空间的4／5。而原料、磨球、水的重量比为1:(1.2-1.5):(1.0-1.2)。

除以上因素外，原料原始颗粒度以及加料的先后顺序对球磨效率也有影响。

第二章

特种陶瓷的成型工艺

1什么是成型，成型在陶瓷生产中的作用;

常用的成型工艺分成哪几类，各有何特点

成型是将粉末制成要求形状的半成品。作用：成型工艺是制造高技术陶瓷产品最为关键的环节之一。引起材料破坏的缺陷大多源于坯体中，亦即形成于成型过程，成型过程所造成的缺陷往往是陶瓷材料的主要危险缺陷，控制和消除这些缺陷的产生是促使人们深入研究成型工艺的主要原因，它可以有效地降低烧结温度和坯体收缩率，加快致密化进程，减少烧结制品的机加工量，消除和控制烧结过程中的开裂、变形、晶粒长大等缺陷，调控界面结构组成。因此，成型工艺在整个陶瓷制备科学技术中起着承上启下的作用，是制备高性能陶瓷及其部件的关键。

特种陶瓷的主要成型方法可分为：

① 压力成型方法，如干压成型、冷等静压成型、干袋式等静压成型等。

② 可塑成型方法，或称塑性料团成型方法。如可塑毛坯挤压、轧膜成型等。

③ 浆料成型方法，或称注浆成型方法。如粉浆浇注、离心浇注、流延成型、热压铸等。④ 注射成型(CIM)⑤ 其他成型方法。如压滤法、固体自由成型制备技术、直接凝固注模成型、温度诱导成型、电泳沉积成型等。

2在确定陶瓷配方前应遵循哪些原则

1．产品的物理化学性质以及使用性能要求是考虑坯料组成的主要依据。

2．在拟定配方时可采用一些工厂或研究单位积累的经验和数据，这样可节省时间，有助于提高效率。3．了解各种原料对产品性质的影响是配料的基础。4．配方应满足生产工艺的要求。

5.采用的原料希望来源丰富、性能稳定、运输方便、价格低廉，还应强调就地取材量材使用、物尽其用。

3常用特种陶瓷配料计算方法

在特种陶瓷生产中，常用的配料计算方法有两种：一种是按化学计量式进行计算，一种是根据坯料预期的化学组成进行计算。

4特种陶瓷成型前处理方法有哪些，目的是什么 ① 原料煅烧 ② 原料混合 ③ 塑化 ④ 造粒 ⑤ 瘠性物料的悬浮

原料进行处理的目的是调整和改善其物理、化学性质，使之适应后续工序和产品性能的需要

5原料煅烧的主要目的 煅烧的主要目的是：

1)去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附的水分气体、有机物等，从而提高原料的纯度； 2)使原料颗粒致密化及结晶长大，这样可以减小在以后烧结中的收缩，提高产品的合格率； 3)完成同质异晶的晶型转变，形成稳定的结晶相，如γ－Al2O3煅烧成α－Al2O3。

6特种陶瓷成型前原料混合应注意什么 1）加料的次序

在特种陶瓷的坯料中常常加入微量的添加物，达到改性的目的，它们占的比例往往很小，为了使这部分用量很小的原料在整个坯料中均匀分布，在操作上要特别仔细。这就要研究加料的次序。一般，先加入一种用量多的原料，然后加用量很少的原料，最后再把另一种用量较多的原料加在上面。这样，用量很少的原料就夹在两种用量较多的原料中间，可以防止用量很少的原料粘在球磨筒筒壁上，或粘在研磨体上，造成坯料混合不均匀，以致于使制品性能受到影响。

2）加料的方法

在特种陶瓷的制备中，常常需要使用两种或两种以上的原料，这就需要混合。有时虽然是一种原料，但要加入一些微量的添加剂，也需混合。混合的好坏直接影响到产品的性能，特别是当被混合物料的密度、配料比相差悬殊，或物料性质十分特殊时就增加了混料的难度。混合可以干混也可湿混，湿混的介质可以是水、酒精或其他有机物质。3）湿法混合时的分层

在配料时，虽然采用湿磨混合，其分散性、均匀性都较好，但由于原料的密度不同，特别是当含密度大的原料，料浆又较稀时，更容易产生分层现象，对于这种情况，应在烘干后仔细地进行混合，然后过筛，这样可以减少分层现象。4）球磨筒的使用

在特种陶瓷研究和生产中，球磨简（或混合用器）最好能够专用，或者至少同一类型的坯料应专用。否则，由于前后不同配方的原料因粘球磨筒及研磨体，引进杂质而影响到配方组成，从而影响到制品的性能。

7什么是塑化，常用的塑化剂包括哪两大类

所谓塑化是指在物料中加入塑化剂使物料具有可塑性的过程。塑化剂有两大类：一类是无机塑化剂，一类是有机塑化剂。

8塑化剂对坯体性能的影响(1)还原作用的影响

因为塑化剂在焙烧时，由于氧化不完全，而产生CO气体。因此，将会同坯体中某些成分发生作用，导致还原反应，使制品的性能变坏。因此，对焙烧工艺要特别注意。(2)对电性能的影响

除了上面的还原作用对坯体的性能影响外，由于塑化剂挥发时产生一定的气孔，也会影响到制品的绝缘性和电性能。(3)对机械强度的影响

塑化剂挥发是否完全、塑化剂用量的大小，会影响到产生气孔的多少，从而将影响到坯体的机械强度。(4)塑化剂用量的影响

一般塑化剂的含量越少越好，但塑化剂过低，坯体达不到致密化，也容易分层。

(5)塑化剂挥发速率的影响

当然选择塑化剂其挥发温度要求低于坯体的烧成温度，而且挥发温度范围要大一些，有利于控制，否则因塑化剂集中在一个很窄的温度范围内剧烈挥发，而产生开裂等

9什么是造粒，常用造粒方法 所谓造粒就是在很细的粉科中加入一定塑化剂（如水)，制成粒度较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性好的粒子(约20～80目），又叫团粒。

常用的造粒方法有普通造粒法、压块造粒法、喷雾造粒法和冻结干燥法。

10注浆成型中对浆料有何要求

①良好的流动性，足够小的粘度，以便浇注。

②当粉浆中固液比发生某种程度的变化时，其粘度变化要小，以便在浇注空心件时，容易倾除模内剩余的粉浆。③良好的悬浮性，足够的稳定性，以便粉浆可以贮存一定的时间，同时在大批量浇注时，前后粉浆性能一致。④粉浆中水分被石膏吸收的速度要适当，以便抑制空心坯件的壁厚和防止坯件开裂。⑤干燥后坯件易于与模壁脱开，以便脱模。

⑥脱模后的坯件必须有足够的强度和尽可能大的密度。

11成型技术的发展趋势

1、制备低粘度高固含量浆料，保证素坯强度。

如果不考虑对粉体的要求，那么成型工艺的首要问题将是低粘度高固体含量浆料的制备，因为这是保证素坯密度和强度的前提。低粘度将使浆料顺利进行，而且低粘度还是成形复杂形状陶瓷部件的要求；高固含量是提高素坯密度和强度的基础，高密度的坯体可降低烧结温度，减小收缩率，避免坯体在烧结过程中可能产生的变形、开裂等缺陷。实现低粘度高固含量粉体浆料的制备要综合考虑多种因素，例如对原料粉体进行适当的表面改性，降低高价反离子杂质浓度，引入高效的分散剂等。

2、过程尽量避免少用有机添加剂。

由于成型工艺大多需要加入不同量剂的粘接剂、分散剂等有机添加剂，因而在烧结之前常需脱脂，而脱脂过程将会引起坯体开裂等缺陷，因此要尽量避免脱脂过程。目前解决这一问题的有效途径是在坯体强度或密度的前提下，不用或尽量少用有机添加剂。

3、实行净尺寸原位凝固，避免坯体收缩。

高性能陶瓷是一种脆性的难加工材料，净尺寸成型可以减少烧结体的机加工量，而原位凝固技术使得坯体在固化过程中避免收缩，浆料进行原位固化，这样就避免了浆料在固化过程中可能引起的浓度梯度等缺陷，从而为成型坯体的均匀性和可靠性提供保证。净尺寸原位凝固技术通常是在物理化学的理论基础上，借助一些可操作的物理反应（如温度诱导絮凝成型和胶态振动注模成型等）或化学反应（如注凝成型和直接凝固注模成型等）使物料快速实现固化。开展新的符合要求的物理反应或化学反应的研究并将之应用于陶瓷成型领域，仍是21世纪陶瓷成型工艺发展的重要方向之一。

4、实现自动化成型，降低材料成本。

众所周知，陶瓷材料具有许多优异性能，但目前仍因成本问题使其实际应用受到很大的限制。从陶瓷生产过程的各个环节入手，进行低成本陶瓷材料的研究开发将是21世纪陶瓷材料领域面临的最艰巨的任务，其中，连续化、自动化的成型工艺将是解决这一问题的有力手段之一。

12干压成型的工艺原理及其特点

干压成型的实质是在外力作用下，颗粒在模具内相互靠近，并借助内摩擦力牢固地把各颗粒联系起来，保持一定形状。这种内摩擦力作用在相互靠近的颗粒外围结合剂薄层上。

优点：干压成型在特种陶瓷生产中是较常用的成型方法，因为它具有工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行自动化生产。此外，坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高，电性能好。

缺点：干压成型对大型坯体生产有困难，模具磨损大、加工复杂、成本高，其次加压只能上下加压，压力分布不均匀，致密度不均匀，收缩不均匀，会产生开裂、分层等现象。随着现代化成型方法的发展，达一缺点逐渐为等静压成型所克服。

第三章 特种陶瓷成型工艺

1.简述烧结过程

烧结前，陶瓷粉料在外部压力作用下，形成一定形状的、具有一定机械强度的多孔坯体。在烧结前期，陶瓷生坯中一般含有百分之几十的气孔，颗粒之间只有点接触。在表面能减少的推动力下，物质通过不同的扩散途径向颗粒间的颈部和气孔部位填充，使颈部渐渐长大，并逐步减少气孔所占的体积，细小的颗粒之间开始逐渐形成晶界，并不断扩大晶界的面积，使坯体变得致密化。在这个相当长的过程中，连通气孔不断缩小；两个颗粒之间的晶界与相邻晶界相遇，形成晶界网络；晶界移动，晶粒逐步长大。其结果是气孔缩小，致密化程度提高，直至气孔相互不再连通，形成孤立的气孔分布于几个晶粒相交的位置。这时坯体的密度达到理论密度的90％以上。接着进入烧结后期阶段，孤立的气孔扩散填充，使致密化继续进行，同时晶粒继续均匀长大，一般气孔随晶界一起移动，直至致密化，得到致密的陶瓷材料。

2.什么是烧结，烧成，固相反应，有何异同

烧结与烧成。烧成包括多种物理和化学变化。例如脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。而烧结仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程，显然烧成的含义及包括的范围更宽，一般都发生在多相系统内。而烧结仅仅是烧成过程的一个重要部分。

烧结和熔融。烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。

烧结和熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组元都转变为液相，而烧结时至少有一组元是处于固态。

烧结与固相反应。这两个过程均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的。并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。两个过程不同之处是固相反应必须至少有两组元参加。而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应。仅仅是在表面能驱动下，由粉体变成致密体。从结晶化学的观点来看，烧结体除可见的收缩外，微观晶相组成并未变化，仅仅是晶相显微组织上排列致密和结晶程度更加完善。当然随着粉体变为致密体，物理性能也随之有相应的变化。实际生产中往往不可能是纯物质的烧结。例如纯氧化铝烧结时，除了为促使烧结而人为地加入一些添加剂外，往往“纯”原料氧化铝中还或多或少含有杂质、少量添加剂与杂质的存在，就出现了烧结的第二组元、甚至第三组元，因此固态物质烧结时，就会同时伴随发生固相反应或局部熔融出现液相。实际生产中，烧结、固相反应往往是同时穿插进行的。

综上所述，特种陶瓷的烧结可扼要地叙述如下：烧结是陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称。随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的只有某种显微结构的多晶烧结体，这种现象称为烧结。烧结是减少成型体气孔，增强颗粒之间结合，提高机械强度的工艺过积。在烧结过程中，随着温度升高和热处理时间延长，气孔不断减少，颗粒之间结合力不断增加，当达到一定温度和一定热处理时间，颗粒之间结合力呈现极大值。超过极大值后，就出现气孔微增的倾向，同时晶粒增大，机械强度减小。

3.常用的烧结方法，各有何特点

1、低温烧结（Low temperature sintering）

这种方法可以降低能耗，使产品价格降低。

2、热压烧结（Hot pressed sintering）

如果加热粉体的同时进行加压，那么烧结主要取决于塑性流动，而不是扩散。对于同一材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧结温度低得多，而且烧结体中气孔率也低。另外，由于在较低的温度下烧结，就抑制了晶粒成长，所得的烧结体致密，且具有较高的强度（晶粒细小的陶瓷，强度较高）。

3、气氛烧结（Atmosphere sintering）

对于空气中很难烧结的制品（如透光体或非氧化物），为防止其氧化等可采用气氛烧结。

4、其他烧结方法

（1）电场烧结（Sintering in electric field）

可获得有压电性的陶瓷样品

(2)超高压烧结（Ultra-high pressure sintering）

其特点是，不仅能够使材料迅速达到高密度，具有细晶粒（小于1μm），而且使晶体结构甚至原子、电子状态发生变化，从而赋予材料在通常烧结或热压烧结工艺下所达不到的性能。而且可以合成新型的人造矿物。此工艺比较复杂，对模具材料、真空密封技术以及原料的细度和纯度均要求较高。

(3)活化烧结（Activated sintering）

它具有降低烧结温度，缩短烧结时间、改善烧结效果等优点。

(4)活化热压烧结（Activated hot pressing sintering）

是一种高效率的热压技术。4.烧结过程易出现的主要问题

应力集中，裂纹，收缩，塌陷，气孔，结石

5.试述烧结过程中的物质传递机理（1）蒸发和凝聚；

在高温过程中，由于表面曲率不同，必然在系统的不同部位有不同的蒸气压，于是通过气相有一种传质趋势，这种传质过程仅仅在高温下蒸气压较大的系统内进行，如氧化铅、氧化铍和氧化铁的烧结。物质将从蒸气压高的凸形颗粒表面蒸发，通过气相传递而凝聚到蒸气压低的凹形颈部，从而使颈部逐渐被填充。

式中P 1—曲率半径为ρ处的蒸气压；P0—球形颗粒表面蒸气压；γ—表面张力；d—密度。

上式反映了蒸发-凝聚传质产生的原因（曲率半径差别）和条件（颗粒足够小时压差才显著）。同时也反映了颗粒曲率半径与相对蒸气压差的定量关系。只有当颗粒半径在10μm以下，蒸气压差才较明显地表现出来。而约在5μm以下时，由曲率半径差异而引起的压差已十分显著，因此一般粉末烧结过程较合适的粒度至少为10μm。

蒸发-凝聚传质的特点是烧结时颈部区域扩大，球的形状改变为椭圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心距不变，也就是在这种传质过程中坯体不发生收缩。气孔形状的变化对坯体一些宏观性质有可观的影响，但不影响坯体密度。气相传质过程要求把物质加热到可以产生足够蒸气压的温度。对于几微米的粉末体，要求蒸气压最低为10～1Pa，才能看出传质的效果。而烧结氧化物材料往往达不到这样高的蒸气压，如A1203在1200℃时蒸气压只有10-41Pa，因而一般硅酸盐材料的烧结中这种传质方式并不多见。（2）扩散；

在高温下挥发性小的陶瓷原料，其物质主要通过表面扩散和体积扩散进行传递，烧结是通过扩散来实现的。目前主要的扩散机理：

(1)直接交换。相邻同种离子交换位置。由于这种扩散的活化能大，一般情况下很难发生。

(2)空穴迁移。靠近空穴的离子，移动到空穴位置，相当于空穴沿相反方向移动。

(3)间隙迁移。在间隙位置的离子，通过空的间隙位置进行移动。

(4)准间隙迁移。间隙离子把正常位置的离子推到其它的间隙位置，占据正常的晶格位置。

(5)循环移动。离子作为一个集团同时移动，由于引起点阵畸变小，扩散活化能也小。

在扩散传质中要达到颗粒中心距离缩短必须有物质向气孔迁移，气孔作为空位源，空位进行反向迁移。颗粒点接触处的应力促使扩散传质中物质的定向迁移。

颗粒不同部位空位浓度不同，颈表面张应力区空位浓度大于晶粒内部，受压应力的颗粒接触中心空位浓度最低。空位浓度差是自颈到颗粒接触点大于颈至颗粒内部。系统内不同部位空位浓度的差异对扩散时空位的漂移方向是十分重要的。扩散首先从空位浓度最大部位(颈表面)向空位浓度最低的部位(颗粒接触点)进行。其次是颈部向颗粒内部扩散。空位扩散即原子或离子的反向扩散。因此，扩散传质时，原子或离子由颗粒接触点向颈部迁移，达到气孔充填的结果。

扩散可以沿颗粒表面进行，也可以沿着两颗粒之间的界面进行或在晶粒内部进行，我们分别称为表面扩散、界面扩散和体积扩散。不论扩散途径如何，扩散的终点是颈部。当晶格内结构基元(原子或离子)移至颈部，原来结构基元所占位置成为新的空位，晶格内其它结构基元补充新出现的空位，就这样以“接力”方式物质向内部传递而空位向外部转移。空位在扩散传质中可以在以下三个部位消失：自由表面、内界面(晶界)和位错。随着烧结进行，晶界上的原子(或离子)活动频繁，排列很不规则，因此晶格内空位一旦移动到晶界上，结构基元的排列只需稍加调整空位就易消失。随着颈部填充和颗粒接触点处结构基元的迁移出现了气孔的缩小和颗粒中心距逼近。表现在宏观上则气孔率下降和坯体的收缩。

（3）粘滞流动与塑性流动

液相烧结的基本原理与固相烧结有类似之处，推动力仍然是表面能。不同的是烧结过程与液相量、液相性质、固相在液相中的溶解度、润湿行为有密切关系。因此，液相烧结动力学的研究比固相烧结更为复杂。

(1)粘性流动

在液相含量很高时，液相具有牛顿型液体的流动性质，这种粉体的烧结比较容易通过粘性流动而达到平衡。除有液相存在的烧结出现粘性流动外，弗仑克认为，在高温下晶体颗粒也具有流动性质，它与非晶体在高温下的粘性流动机理是相同的。在高温下物质的粘性流动可分为两个阶段：第一阶段，物质在高温下形成粘性流体，相邻颗粒中心互相逼近，增加接触面积，接着发生颗粒间的粘合作用和形成一些封闭气孔；第二阶段，封闭气孔的粘性压紧，即小气孔在玻璃相包围压力作用下，由于粘性流动而密实化。

而决定烧结致密化速率主要有三个参数：颗粒起始粒径、粘度、表面张力。原料的起始粒度与液相粘度这两项主要参数是相互配合的，它们不是孤立地起作用，而是相互影响的。为了使液相和固相颗粒结合更好，液相粘度不能太高，若太高，可用加入添加剂降低粘度及改善固-液相之间的润湿能力。但粘度也不能太低，以免颗粒直径较大时，重力过大而产生重力流动变形。也就是说，颗粒应限制在某一适当范围内，使表面张力的作用大于重力的作用，所在液相烧结中，必须采用细颗粒原料且原料粒度必须合理分布。

(2)塑性流动

在高温下坯体中液相含量降低，而固相含量增加，这时烧结传质不能看成是牛顿型流体，而是属于塑性流动的流体，过程的推动力仍然是表面能。为了尽可能达到致密烧结，应选择尽可能小的颗粒、粘度及较大的表面能。

在固-液两相系统中，液相量占多数且液相粘度较低时，烧结传质以粘性流动为主，而当固相量占多数或粘度较高时则以塑性流动为主。实际上，烧结时除有不同固相、液相外，还有气孔存在，因此实际情况要复杂得多。塑性流动传质过程中纯固相烧结中同样也存在，可以认为晶体在高温、高压作用下产生流动是由于晶体晶面的滑移，即晶格间产生位错，而这种滑移只有超过某一应力值才开始。（4）溶解-沉淀机理

在烧结时固、液两相之间发生如下传质过程：细小颗粒（其溶解度较高）以及一般颗粒的表面凸起部分溶解进入液相，并通过液相转移到粗颗粒表面（这里溶解度较低）而沉淀下来。这种传质过程发生于具有下列条件的物系中：有足量的液相生成；液相能润湿固相；固相在液相中有适当的溶解度。

而传质过程是以下列方式进行的：首先，随着烧结温度提高，出现足够量液相。固相颗粒分散在液相中，在液相毛细管的作用下，颗粒相对移动，发生重新排列，得到一个更紧密的堆积，结果提高了坯体的密度。

这一阶段的收缩量与总收缩的比取决于液相的数量。当液相数量大于35%（体积）时，这一阶段是完成坯体收缩的主要阶段，其收缩率相当于总收缩率的60%左右。第二，被薄的液膜分开的颗粒之间搭桥，在接触部位有高的局部应力导致塑性变形和蠕变。这样促进颗粒进一步重排。第三，是通过液相的重结晶过程。这一阶段特点是细小颗粒和固体颗粒表面凸起部分的溶解，通过液相转移并在粗颗粒表面上析出。在颗粒生长和形状改变的同时，使坯体进一步致密化。颗粒之间有液相存在时颗粒互相压紧，颗粒间有压力作用下又提高了固体物质在液相中的溶解度。

如：Si3N4是高度共价键结合的化合物，共价键程度约占70%，体扩散系数（bulk diffu-sion coefficient）不到10-7cm2/s，因此纯Si3N4很难进行固相烧结，而必须加入添加剂，如MgO，Y2O3，Al2O3等，这样在高温时它们和α-Si3N4颗粒表面的SiO2形成硅酸盐液相，并能润湿和溶解α-Si3N4，在烧结温度下，析出β-Si3N4。

6.影响烧结的主要因素（分析）1．原始粉料的粒度

无论在固态或液态的烧结中，细颗粒由于增加了烧结的推动力，缩短了原子扩散距离和提高颗粒在液相中的溶解度而导致烧结过程的加速。一般烧结速率与起始粒度的1/3次方成比例，从理论上计算，当起始粒度从2μm缩小到0.5μm，烧结速率增加64倍。这结果相当于粒径小的粉料烧结温度降低150~300℃。

2．外加剂的作用

在固相烧结中，少量外加剂(烧结助剂)可与主晶相形成固溶体促进缺陷增加；在液相烧结中，外加剂能改变液相的性质(如粘度、组成等)，因而都能起促进烧结的作用。

3．烧结温度和保温时间

在晶体中晶格能愈大，离子结合也愈牢固，离子的扩散也愈困难，所需烧结温度也就愈高。各种晶体键合情况不同，因此烧结温度也相差很大，即使同一种晶体，烧结温度也不是一个固定不变的值。提高烧结温度无论对固相扩散或对溶解-沉淀等传质都是有利的。但是单纯提高烧结温度不仅浪费燃料，会促使二次再结晶而使制品性能恶化。而且在有液相的烧结中，温度过高会使液相量增加，粘度下降，制品变形。因此，不同制品的烧结温度必须仔细试验来确定。

4．盐类的选择及其煅烧条件

在通常条件下，原始配料均以盐类形式加入，经过加热后以氧化物形式发生烧结。盐类具有层状结构，当将其分解时，这种结构往往不能完全破坏，原料盐类与生成物之间若保持结构上的关联性，那么盐类的种类、分解温度和时间将影响烧结氧化物的结构缺陷和内部应变，从而影响烧结速率与性能。

5．气氛的影响

烧结气氛一般分为氧化、还原和中性三种，在烧结中气氛的影响是很复杂的。一般地说，在由扩散控制的氧化物烧结中，气氛的影响与扩散控制因素有关，与气孔内气体的扩散和溶解能力有关。

6．成型压力的影响

粉料成型时必须加一定的压力，除了使其有一定形状和一定强度外，同时也给烧结创造了颗粒间紧密接触的条件，使其烧结时扩散阻力减小。一般地说，成型压力愈大，颗粒间接触愈紧密对烧结愈有利。但若压力过大使粉料超过塑性变形限度，就会发生脆性断裂。适当的成型压力可以提高生坯的密度，而生坯的密度与烧结体的致密化程度有正比关系。

影响烧结因素除了以上六点以外还有生坯内粉料的堆积程度、加热速度、粉料的粒度分布等。

7.外加剂（添加剂）对烧结有何影响

在固相烧结中，少量外加剂(烧结助剂)可与主晶相形成固溶体促进缺陷增加；在液相烧结中，外加剂能改变液相的性质(如粘度、组成等)，因而都能起促进烧结的作用。外加剂在烧结体中的作用现分述如下：

(1)外加剂与烧结主体形成固溶体

当外加剂与烧结主体的离子大小、晶格类型及电价数接近时，它们能互溶形成固溶体，致使主晶相晶格畸变，缺陷增加，便于结构基元移动而促进烧结。一般地说它们之间形成有限置换型固溶体比形成连续固溶体更有助于促进烧结。外加剂离子的电价和半径与烧结主体离子的电价、半径相差愈大，使晶格畸变程度增加，促进烧结的作用也愈明显。例如A12O3烧结时，加入3％Cr2O3，形成连续固溶体可以在1860℃烧结，而加入1％~2％TiO2只需在1600℃左右就能致密化。

(2)外加剂与烧结主体形成液相

外加剂与烧结体的某些组分生成液相，由于液相中扩散传质阻力小、流动传质速度快，因而降低了烧结温度和提高了坯体的致密度。例如在制造95％Al2O3材料时，一般加入CaO、SiO2，在CaO：SiO2＝1时，由于生成CaO-A12O3-SiO2液相，而使材料在1540℃即能烧结。

(3)外加剂与烧结主体形成化合物

在烧结透明的A12O3制品时，为抑制二次再结晶，消除晶界上的气孔，一般加入MgO或MgF2。高温下形成镁铝尖晶石(MgAl3O4)而包裹在A12O3晶粒表面，抑制晶界移动速率，充分排除晶界上的气孔，对促进坯体致密化有显著作用。

(4)外加剂阻止多晶转变

ZrO2由于有多晶转变，体积变化较大而使烧结发生困难，当加入5％CaO以后，Ca2+离子进入晶格置换Zr4+离子，由于电价不等而生成阴离子缺位固溶体，同时抑制晶型转变，使致密化易于进行。

(5)外加剂起到扩大烧结范围的作用

加入适当外加剂能扩大烧结温度范围，给工艺控制带来方便。例如锆钛酸铅材料的烧结范围只有20~40℃，如加入适量La2O3和Nb2O5以后，烧结范围可以扩大到80℃。

必须指出的是外加剂只有加入量适当时才能促进烧结，如不恰当地选择外加剂或加入量过多，反而会引起阻碍烧结的作用，因为过多量的外加剂会妨碍烧结相颗粒的直接接触，影响传质过程的进行。

8.烧结过程推动力是什么

粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能,这就是烧结的推动力。

9.确定烧结工艺的原则及所考虑你的问题

1成本，经济 2物理化学变化 3最高烧成温度 4保温时间 5升温时间 6气氛、压力、温度制度

第四章 特种陶瓷后续加工

1.特种陶瓷常用后续加工方法有哪些，试举例说明 特种陶瓷的冷加工、热加工、表面金属化和封接等

冷加工：磨削加工、研磨、抛光、超声波加工、粘弹性流动加工 热加工：激光加工、电子束加工、表面金属化：被银法、烧结金属粉末法

封接：钎焊、玻璃焊料封接法、扩散封接、过渡液相封接、摩擦焊、卤化物法 2.特种陶瓷后续加工有何特殊性，表现在哪些方法

陶瓷大多数属于多晶体，是由阳离子和阴离子，或阴离子和阴离子之间的化学键结合而成，所以化学键以离子键和共价键为主体，化学键具有方向性时，原子的堆积密度低，因而原子间距离大。另外，由于电子密度低，因而表面能小。所以陶瓷材料杨氏模量大，不易变形。由于陶瓷材料的上述结构特点，决定了陶瓷材料的性能特点，硬度大，高于金属材料；性脆，不变形。所以陶瓷被称为硬脆材料。硬度大、强度高是陶瓷材料的一个优点，然而又成为陶瓷材料后续加工的一大难题。

此外，陶瓷材料导电性低、化学稳定性高。因此，在进行后续加工时不能不考虑陶瓷材料的这些特点。陶瓷的后续加工是以加工点部位的材料微观变形或去除作用的积累方式进行的。随着加工量(加工屑的大小)与被加工材料的不均匀度(材料内部缺陷或加工时引起的缺陷)之间的关系不同，其加工原理也不同。

3.影响超声波加工的主要因素（1）进给压力的大小（2）磨料硬度的高低（3）磨料悬浮液的浓度（4）被加工材料的性质

4.简述被银法的工艺过程

1、瓷件的预处理

陶瓷件金属化之前必需预先进行净化处理。清洗的方法很多，通常可用70-80℃的热肥皂水浸洗，再用清水冲洗。也可以用合成洗涤剂超声波振动清洗。小量生产时可用酒精浸洗或蒸馏水煮洗，洗后在100-110℃烘箱中烘干。当对银层的质量要求较高时，可放在电炉中煅烧到500-600℃，烧去瓷坯表面的各种有机污秽。对于独石电容，则可在轧膜、冲片后直接被银。

2、银浆的配制

银浆的种类很多，按照所用含银原料的不同，可分为碳酸银浆、氧化银浆及分子银浆。按照用途的不同，可分为电容器银浆、装置瓷银浆及滤波器银浆等。

3、涂敷

涂银的方法很多，有手工、机械、浸涂、喷涂或丝网印刷等。涂敷前要将银浆搅拌均匀，必要时可加入适量溶剂以调节银浆的稀稠。由于一次被银，银层的厚度只有2.5-3微米，并且难以均匀一致，甚至会产生局部缺银的现象，因此生产上有时采用二被一烧、二被二烧和三被三烧等方法。一般二次被银可得厚度达10微米的银层。对那些只能一次被银的地方，如独石电容进行丝网印刷时，可以采用分子银浆以增加银层厚度。

4、烧银

烧银前要在60℃的烘箱内将银层烘干，使部分熔剂徐徐挥发，以免烧银时银层起鳞皮。烧银设备可用箱式电炉或小型电热隧道窑。银的烧渗过程可分为四个阶段。

第一阶段由室温至350℃，主要是烧除银浆中的粘合剂。熔剂最早挥发，200℃左右树脂开始熔化，使银膏均匀地覆盖在瓷件表面。温度继续升高，所有的粘合剂碳化分解，全部烧除干净。这一阶段因有大量气体产生，要注意通风排气，并且升温速度每小时最好不超过150-200℃，以免银层起泡或开裂。

第二阶段由350℃至500 ℃，该阶段的升温速度可稍快，但因仍有气体逸出，也应适当控制。

第三阶段由500℃到最高烧渗温度，碳酸银及氧化银分解还原为金属银。

第四阶段为冷却阶段。从缩短周期及获得结晶细密的优质银层来看，冷却速度越快越好。但降温过快要防止陶瓷件开裂，因此降温速度要根据瓷件的大小及形状等因素来决定，一般每小时不要超过350-400℃。烧银的整个过程都要求保持氧化气氛。因为碳酸银及氧化银的分解是可逆过程，如不及时把二氧化碳排出，银层会还原不足，增大了银层的电阻和损耗，同时也降低银层与瓷件表面的结合强度。对于含钛陶瓷，当在500-600℃的还原气氛下，Ti02会还原成低价的半导体氧化物，使瓷件的电气性能大大恶化。除烧渗银作电极外，对于高可靠性元件，有时还要求烧渗其他贵金属，如金、铂、钯等。方法类似被银，只是烧渗温度可以提高。

5.简述封接的方法和结构

机械连接、粘接、焊接

1钎焊（间接钎焊、活性金属钎焊）2玻璃焊料封接法 3扩散封接 4过渡液相封接 5摩擦焊 6卤化物法

第四篇：特种陶瓷

特种陶瓷发展，技术改革与经济影响综述 摘要：高性能特种陶瓷在许多方而都突破了传统陶瓷的概念和范畴，是陶瓷发展史上的一次革命性的变化。目前，在新材料世界里，陶瓷材料已与金属材料、有机材料并称为现代三大材料。由于陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特征，使之成为新材料的发展中心，受到广泛关注。

关键字：特种陶瓷 发展历史 工业改革 正文：

特种陶瓷又叫精细陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷、高技术陶瓷或高性能陶瓷。一般认为，特种陶瓷是“采用高度精选的原材料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工成的，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷”。其是在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。特种陶瓷的发展历史

陶瓷是陶器与瓷器的总称。它是一种既古老而又现代的工程材料，亦称无机非金属材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘等优点。其发展经历了三次重大飞跃。从陶器发展到瓷器，是陶瓷发展史上的第一次重大飞跃；从传统陶瓷发展到先进陶瓷，是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃；从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。逐渐，陶瓷的作用也从单纯的审美需求应用到了各种其他更广泛的领域。也正因为此，在技术与生产需求的作用下，特种陶瓷得以出现。特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们“繁殖”得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。目前，根据化学组成，特种陶瓷材料可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。此外，为了改善陶瓷的性能，有时要在陶瓷基体中添加各种纤维、晶须、超细微粒等，这样就构成了多种陶瓷基复合材料。按所需特性分，特种陶瓷材料可作为机械材料、耐热材料、化学材料、光学材料、电气材料和生物医学材料，在不同的领域得到广泛的应用。按性能用途分类，特种陶瓷可分为结构材料用陶瓷和功能陶瓷两大类。特种陶瓷与工业技术改革

为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，大量人力、物力和财力已被投入研究开发特种陶瓷，因此特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要，也对整体材料研究应用领域有极大的影响。

2.1 粉末制备

在粉末制备方面，目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。超高温技术具有能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质：大幅度提高生产率；使作业程序简化、易行等优点。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中，绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。

2.2 成型及烧结

在成型及烧结方面，在制备工艺上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等先进手段。传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型，如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃-1400℃，烧成后一般不需加工；而特种陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型，材料的烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工。其中，热等静压法最为引人注目。该法与热压法相比能使物料受到各向同性的压力，因而其瓷质均匀，此外由于热压静法可以施加几千个大气压的高压，这样就使得要烧结的材料能在极低的温度下得以烧结。

2.3 精密加工

在特种陶瓷的精密加工方面，真空扩散焊接法是一种最有前途的方法。采用真空扩散焊接法不仅可获得高强度、高致密度、高几何尺寸精度的金属陶瓷制品(泄漏率不大于5×10ˉ11立方米·帕/秒)，而且无需使用贵重的稀有焊料，可用于制作各种形状、各种尺寸，特别是大规格的金属陶瓷制品。另外，采用刀具加工陶瓷也引起了人们的极大兴趣。目前，这方面的工作仅处于研究实验阶段，由于用超高精度的车床和金刚石单晶车刀进行加工，以微米数量级的微小吃刀深度和微小的走刀量，能获得0.1微米左右的加工精度，因而许多国家把这种加工技术作为超精密加工的一个方面而加以开发研究。特种陶瓷与国民经济发展

由于特种陶瓷具有其他材料所没有的各种优良性能，例如：耐高温、高强度、重量轻、耐磨、耐腐蚀、优异的电、磁、声、光、热学件能等，它在国民经济中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金、石油化工和生物等各方面都有广阔的应用前景，成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料，在国防现代化建设中，武器装备的发展也离不开特种陶瓷材料。

耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等；同时其也可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面。高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等，这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等。具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，目前国外正在加紧研究。生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等。

在特种陶瓷在多个国民领域的应用下，其对国民工业建设的作用也在逐步提升，使得工业发展多样挂，产业链加长与产品竞争力提高，同时也促进着国民经济的发展。

总结：高性能陶瓷材料技术作为材料利学的高新技术，一直以来得到了迅速的发展，并取得了巨大的成功。可以相信：随着利学技术的发展，高性能陶瓷技术的不断开发、研究，此项技术一定能为人类新的文明做出卓越的贡献。参考文献：

【1】曹茂盛,李大勇．陶瓷材料导论．哈尔滨工程大学出版社.202_ 【2】毕见强.特种陶瓷工艺与性能．哈尔滨工业大学出版社.202_

【3】刘军,佘正国.粉末冶金与陶瓷成形技术.北京化学工业出版社.202_.【4】王树海,李安明,乐红志,崔文亮.先进陶瓷的现代制备技术.北京化学工业出版社.202_.【5】于思远.工程陶瓷材料的加工技术及其应用.北京机械工业出版社.202_ 【6】王祖德.建材无机非金属新材料的开发与发展.新材料产业.202_(10)19-23.【7】付志伟.现代技术陶瓷发展现状研究.艺术与设计(理论).202_(11):239-241.

第五篇：西宁特种陶瓷项目实施方案

西宁特种陶瓷项目

实施方案

MACRO 泓域咨询

摘要

氮化铝陶瓷是一种高温耐热材料，其热导率高，较氧化铝陶瓷高 5 倍以上，膨胀系数低，与硅性能一致。使用氮化铝陶瓷为主要原材料制造而成的基板，具有高热导率、低膨胀系数、高强度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展，我国市场对 PCB 基板的需求不断上升，氮化铝陶瓷基板凭借其优异性能，市场占有率正在不断提升。

该陶瓷基板项目计划总投资 18685.26 万元，其中：固定资产投资15749.60 万元，占项目总投资的 84.29%；流动资金 2935.66 万元，占项目总投资的 15.71%。

达产年营业收入 24982.00 万元，总成本费用 19501.03 万元，税金及附加 311.12 万元，利润总额 5480.97 万元，利税总额 6548.09 万元，税后净利润 4110.73 万元，达产年纳税总额 2437.36 万元；达产年投资利润率29.33%，投资利税率 35.04%，投资回报率 22.00%，全部投资回收期 6.05年，提供就业职位 516 个。

报告根据项目建设进度及项目承办单位能够提供的资本金等情况，提出建设项目资金筹措方案，编制建设投资估算筹措表和分资金使用计划表。

陶瓷基板材料以其优良的导热性和气密性，广泛应用于功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块。

报告主要内容：概述、项目背景及必要性、市场分析预测、项目建设规模、项目选址可行性分析、土建工程说明、工艺分析、环境保护可行性、职业安全、项目风险评估分析、项目节能情况分析、实施安排、投资计划、项目经济效益、项目总结等。

西宁特种陶瓷项目实施方案目录

第一章

概述

第二章

项目背景及必要性

第三章

市场分析预测

第四章

项目建设规模

第五章

项目选址可行性分析

第六章

土建工程说明

第七章

工艺分析

第八章

环境保护可行性

第九章

职业安全

第十章

项目风险评估分析

第十一章

项目节能情况分析

第十二章

实施安排

第十三章

投资计划

第十四章

项目经济效益

第十五章

项目招投标方案

第十六章

项目总结

第一章

概述

一、项目承办单位基本情况

（一）公司名称

xxx 科技公司

（二）公司简介

未来，在保持健康、稳定、快速、持续发展的同时，公司以“和谐发展”为目标，践行社会责任，秉承“责任、公平、开放、求实”的企业责任，服务全国。公司坚持“以人为本，无为而治”的企业管理理念，以“走正道，负责任，心中有别人”的企业文化核心思想为指针，实现新的跨越，创造新的辉煌。热忱欢迎社会各界人士咨询与合作。

公司实行董事会领导下的总经理负责制，推行现代企业制度，建立了科学灵活的经营机制，完善了行之有效的管理制度。项目承办单位组织机构健全、管理完善，遵循社会主义市场经济运行机制，严格按照《中华人民共和国公司法》依法独立核算、自主开展生产经营活动；为了顺应国际化经济发展的趋势，项目承办单位全面建立和实施计算机信息网络系统，建立起从产品开发、设计、生产、销售、核算、库存到售后服务的物流电子网络管理系统，使项目承办单位与全国各销售区域形成信息互通，有效提高工作效率，及时反馈市场信息，为项目承办单位的战略决策提供有利的支撑。公司紧跟市场动态，不断提升企业市场竞争力。基于大数据分析

考虑用户多样化需求，以此为基础制定相应服务策略的市场及经营体系，并综合考虑用户端消费特征，打造综合服务体系。

公司以生产运行部、规划发展部等专业技术人员为主体，依托各单位生产技术人员，组建了技术研发团队。研发团队现有核心技术骨干 十余人，均有丰富的科研工作经验及实践经验。贯彻落实创新驱动发展战略，坚持问题导向，面向未来发展，服务公司战略，制定科技创新规划及实施计划，进行核心工艺和关键技术攻关，建立了包括项目立项审批、实施监督、效果评价、成果奖励等方面的技术创新管理机制。公司将继续坚持以客户需求为导向，以产品开发与服务创新为根本，以持续研发投入为保障，以规范管理为基础，继续在细分领域内稳步发展，做大做强，不断推出符合客户需求的产品和服务，保持企业行业领先地位和较快速发展势头。

（三）公司经济效益分析

上一，xxx 科技公司实现营业收入 16800.96 万元，同比增长15.00%（2191.28 万元）。其中，主营业业务陶瓷基板生产及销售收入为14120.43 万元，占营业总收入的 84.05%。

上主要经济指标

序号 项目 第一季度 第二季度 第三季度 第四季度 合计 1

营业收入

3528.20

4704.27

4368.25

4200.24

16800.96

主营业务收入

2965.29

3953.72

3671.31

3530.11

14120.43

2.1

陶瓷基板(A)

978.55

1304.73

1211.53

1164.94

4659.74

2.2

陶瓷基板(B)

682.02

909.36

844.40

811.92

3247.70

2.3

陶瓷基板(C)

504.10

672.13

624.12

600.12

2400.47

2.4

陶瓷基板(D)

355.83

474.45

440.56

423.61

1694.45

2.5

陶瓷基板(E)

237.22

316.30

293.70

282.41

1129.63

2.6

陶瓷基板(F)

148.26

197.69

183.57

176.51

706.02

2.7

陶瓷基板(...)

59.31

79.07

73.43

70.60

282.41

其他业务收入

562.91

750.55

696.94

670.13

2680.53

根据初步统计测算，公司实现利润总额 3552.08 万元，较去年同期相比增长 809.41 万元，增长率 29.51%；实现净利润 2664.06 万元，较去年同期相比增长 529.39 万元，增长率 24.80%。

上主要经济指标

项目 单位 指标 完成营业收入

万元

16800.96

完成主营业务收入

万元

14120.43

主营业务收入占比

84.05%

营业收入增长率（同比）

15.00%

营业收入增长量（同比）

万元

2191.28

利润总额

万元

3552.08

利润总额增长率

29.51%

利润总额增长量

万元

809.41

净利润

万元

2664.06

净利润增长率

24.80%

净利润增长量

万元

529.39

投资利润率

32.27%

投资回报率

24.20%

财务内部收益率

27.67%

企业总资产

万元

34460.80

流动资产总额占比

万元

26.72%

流动资产总额

万元

9209.42

资产负债率

37.30%

二、项目建设符合性

（一）产业发展政策符合性

由 xxx 科技公司承办的“西宁特种陶瓷项目”主要从事陶瓷基板项目投资经营，其不属于国家发展改革委《产业结构调整指导目录（202_ 年本）》（202_ 年修正）有关条款限制类及淘汰类项目。

（二）项目选址与用地规划相容性

西宁特种陶瓷项目选址于某产业集聚区，项目所占用地为规划工业用地，符合用地规划要求，此外，项目建设前后，未改变项目建设区域环境功能区划；在落实该项目提出的各项污染防治措施后，可确保污染物达标排放，满足某产业集聚区环境保护规划要求。因此，建设项目符合项目建设区域用地规划、产业规划、环境保护规划等规划要求。

（三）

“ 三线一单 ” 符合性

1、生态保护红线：西宁特种陶瓷项目用地性质为建设用地，不在主导生态功能区范围内，且不在当地饮用水水源区、风景区、自然保护区等生态保护区内，符合生态保护红线要求。

2、环境质量底线：该项目建设区域环境质量不低于项目所在地环境功能区划要求，有一定的环境容量，符合环境质量底线要求。

3、资源利用上线：项目营运过程消耗一定的电能、水，资源消耗量相对于区域资源利用总量较少，符合资源利用上线要求。

4、环境准入负面清单：该项目所在地无环境准入负面清单，项目采取环境保护措施后，废气、废水、噪声均可达标排放，固体废物能够得到合理处置，不会产生二次污染。

三、项目概况

（一）项目名称

西宁特种陶瓷项目

在如今的电子时代，几乎每个人都有属于自己的电子设备，现如今的电子设备，也不仅仅只限于手机电脑这种了，包括汽车、家居等等都在物联网的推动下变成了“电子设备”。在互联网基础上的物联网，正在突飞猛进的发展。什么无人驾驶、智能家居、智能穿戴都像是春天的花朵一样，扎堆盛开，当然，这也是电子制造业的“春天”。

氧化铝陶瓷覆铜板电容压力传感器在各种汽车上用量巨大，市场达近百亿，但是目前氧化铝陶瓷覆铜板主要依赖进口，国内的陶瓷氧化铝板在材料的弹性模量、弹性变形循环次数、使用寿命和可靠性凤方面还有差距，尚未进入商业化实际应用。

（二）项目选址

某产业集聚区

西宁，古称青唐城、西平郡、鄯州，是青海省省会，国务院批复确定的中国西北地区重要的中心城市。截至 202_ 年，全市下辖 5 个区、2 个县，总面积 7660平方千米，建成区面积 129平方千米，常住人口 238.71 万人，城镇人口 173.90 万人，城镇化率 72.85%。西宁地处中国西北地区、青海省东部、湟水中游河谷盆地，是青藏高原的东方门户，古丝绸之路南路和唐蕃古道的必经之地，自古就是西北交通要道和军事重地，素有西海锁钥、海藏咽喉之称，是世界高海拔城市之一，青海省的政治、经济、科教、文化、交通和通讯中心，也是国务院确定的内陆开放城市，中央军委西宁联勤保障中心驻地。西宁历史文化渊源流长，有着得天独厚的自然资源，绚丽多彩的民俗风情，是青藏高原一颗璀璨的明珠，取西陲安宁之意。先后荣获全国卫生城市、中国特色魅力城市 200 强、中国优秀旅游城市、中国园林绿化先进城市、国家森林城市、全国文明城市等荣誉称号，是无废城市建设试点城市。

（三）项目用地规模

项目总用地面积 55100.87平方米（折合约 82.61 亩）。

（四）项目用地控制指标

该工程规划建筑系数 66.21%，建筑容积率 1.11，建设区域绿化覆盖率5.24%，固定资产投资强度 190.65 万元/亩。

（五）土建工程指标

项目净用地面积 55100.87平方米，建筑物基底占地面积 36482.29平方米，总建筑面积 61161.97平方米，其中：规划建设主体工程 47914.09平方米，项目规划绿化面积 3203.29平方米。

（六）设备选型方案

项目计划购置设备共计 130 台（套），设备购置费 4455.54 万元。

（七）节能分析

1、项目年用电量 965163.49 千瓦时，折合 118.62 吨标准煤。

2、项目年总用水量 22857.95 立方米，折合 1.95 吨标准煤。

3、“西宁特种陶瓷项目投资建设项目”，年用电量 965163.49 千瓦时，年总用水量 22857.95 立方米，项目年综合总耗能量（当量值）120.57 吨标准煤/年。达产年综合节能量 34.01 吨标准煤/年，项目总节能率 24.49%，能源利用效果良好。

（八）环境保护

项目符合某产业集聚区发展规划，符合某产业集聚区产业结构调整规划和国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。

（九）项目总投资及资金构成

项目预计总投资 18685.26 万元，其中：固定资产投资 15749.60 万元，占项目总投资的 84.29%；流动资金 2935.66 万元，占项目总投资的 15.71%。

（十）资金筹措

该项目现阶段投资均由企业自筹。

（十一）项目预期经济效益规划目标

预期达产年营业收入 24982.00 万元，总成本费用 19501.03 万元，税金及附加 311.12 万元，利润总额 5480.97 万元，利税总额 6548.09 万元，税后净利润 4110.73 万元，达产年纳税总额 2437.36 万元；达产年投资利润率 29.33%，投资利税率 35.04%，投资回报率 22.00%，全部投资回收期6.05 年，提供就业职位 516 个。

（十二）进度规划

本期工程项目建设期限规划 12 个月。

项目承办单位要在技术准备、人员配备、施工机械、材料供应等方面给予充分保证。项目承办单位一定要做好后勤供应和服务保障工作，确保不误前方施工。

四、项目评价

1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求，符合某产业集聚区及某产业集聚区陶瓷基板行业布局和结构调整政策；项目的建设对促进某产业集聚区陶瓷基板产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。

2、xxx 科技公司为适应国内外市场需求，拟建“西宁特种陶瓷项目”，本期工程项目的建设能够有力促进某产业集聚区经济发展，为社会提供就

业职位 516 个，达产年纳税总额 2437.36 万元，可以促进某产业集聚区区域经济的繁荣发展和社会稳定，为地方财政收入做出积极的贡献。

3、项目达产年投资利润率 29.33%，投资利税率 35.04%，全部投资回报率 22.00%，全部投资回收期 6.05 年，固定资产投资回收期 6.05 年（含建设期），项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。

4、国家支持民营经济发展，是明确的、一贯的，而且是不断深化的，不是一时的权宜之计，更不是过河拆桥式的策略性利用。对于非公有制经济的地位和作用，“三个没有变”的判断：“非公有制经济在我国经济社会发展中的地位和作用没有变，我们毫不动摇鼓励、支持、引导非公有制经济发展的方针政策没有变，我们致力于为非公有制经济发展营造良好环境和提供更多机会的方针政策没有变。”同时，公有制为主体、多种所有制经济共同发展，是写入党章和宪法的基本经济制度，这是不会变的，也是不能变的。进入新时代，中国的民营经济只会壮大、不会离场，只会越来越好、不会越来越差。

综上所述，项目的建设和实施无论是经济效益、社会效益还是环境保护、清洁生产都是积极可行的。

五、主要经济指标

主要经济指标一览表

序号 项目 单位 指标 备注

占地面积

平方米

55100.87

82.61 亩

1.1

容积率

1.11

1.2

建筑系数

66.21%

1.3

投资强度

万元/亩

190.65

1.4

基底面积

平方米

36482.29

1.5

总建筑面积

平方米

61161.97

1.6

绿化面积

平方米

3203.29

绿化率 5.24%

总投资

万元

18685.26

2.1

固定资产投资

万元

15749.60

2.1.1

土建工程投资

万元

4624.48

2.1.1.1

土建工程投资占比

万元

24.75%

2.1.2

设备投资

万元

4455.54

2.1.2.1

设备投资占比

23.85%

2.1.3

其它投资

万元

6669.58

2.1.3.1

其它投资占比

35.69%

2.1.4

固定资产投资占比

84.29%

2.2

流动资金

万元

2935.66

2.2.1

流动资金占比

15.71%

收入

万元

24982.00

总成本

万元

19501.03

利润总额

万元

5480.97

净利润

万元

4110.73

所得税

万元

1.11

增值税

万元

756.00

税金及附加

万元

311.12

纳税总额

万元

2437.36

利税总额

万元

6548.09

投资利润率

29.33%

投资利税率

35.04%

投资回报率

22.00%

回收期

年

6.05

设备数量

台（套）

130

年用电量

千瓦时

965163.49

年用水量

立方米

22857.95

总能耗

吨标准煤

120.57

节能率

24.49%

节能量

吨标准煤

34.01

员工数量

人

516

第二章

项目背景及必要性

一、陶瓷基板项目背景分析

氮化铝陶瓷是一种高温耐热材料，其热导率高，较氧化铝陶瓷高 5倍以上，膨胀系数低，与硅性能一致。使用氮化铝陶瓷为主要原材料制造而成的基板，具有高热导率、低膨胀系数、高强度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展，我国市场对 PCB 基板的需求不断上升，氮化铝陶瓷基板凭借其优异性能，市场占有率正在不断提升。

氮化铝陶瓷基板应用范围宽广，在通信、消费电子、电力、LED、汽车电子、轨道交通、新能源等各个领域都可以得到广泛应用。相较于氧化铝陶瓷基板，受制于生产工艺要求高、价格偏高等因素的影响，现阶段我国氮化铝陶瓷基板应用范围相对较窄，主要应用于高端电子领域。但随着电子信息产业技术不断升级，PCB 基板小型化、功能集成化成为趋势，市场对散热基板与封装材料的散热性与耐高温性要求不断提升，性能相对普通的基板材料难以满足市场需求，氮化铝陶瓷基板行业发展迎来机遇。

氮化铝陶瓷基板行业进入技术壁垒高，全球市场中，具有批量化生产能力的企业主要集中在日本，日本企业在国际氮化铝陶瓷基板市场中处于垄断地位，此外，中国台湾地区也有部分产能。随着中国电子信息产业快速发展，技术水平不断提高，国内市场对氮化铝陶瓷基板的需求快速上升，在市场的拉动下，进入行业布局的企业开始增多，但现阶段我国拥有量产能力的企业数量依然极少。氧化层会对氮化铝陶瓷的热导率产生影响，在基板生产过程中，其加工工艺需进行严格把控，才能保证氮化铝陶瓷基板的优异性能。尽管我国氮化铝陶瓷基板行业在研究领域已经取得一定成果，与国际先进水平的差距不断缩小，但批量生产能力依然不足，仅有军工背景的斯利通具有量产能力。斯利通以及部分台湾企业氮化铝陶瓷基板产量无法满足国内市场需求，我国氮化铝陶瓷基板市场对外依赖度高。

氮化铝陶瓷是现阶段性能最为优异的 PCB 基板材料，由于其生产难度大、生产企业数量少，其产品价格较高，应用范围相对较窄。但随着氮化铝陶瓷基板技术工艺不断进步，生产成本不断下降，叠加电子产品小型化、集成化、多功能化成为趋势，行业未来发展潜力巨大。在此情况下，我国 PCB 基板行业中有实力的企业需尽快突破氮化铝陶瓷基板量产瓶颈，实现进口替代。

二、陶瓷基板项目建设必要性分析

陶瓷基板材料以其优良的导热性和气密性，广泛应用于功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块。

现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有 HTCC、LTCC、DBC、DPC 四种，其中 HTCC 属于较早期发展的技术，但由于烧结温度较高使其电极材料的选择受限，且制作成本相对昂贵，这些因素促使 LTCC 的发展，LTCC 虽然将共烧温度降至约 850℃，但缺点是尺寸精确度、产品强度等不易控制。

而 DBC 与 DPC 则为国内近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，DBC 是利用高温加热将 Al2O3 与 Cu 板结合，其技术瓶颈在于不易解决 Al2O3 与 Cu 板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战，而 DPC 技术则是利用直接镀铜技术，将 Cu 沉积于 Al2O3 基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入 DPC 产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。

热导率代表了基板材料本身直接传导热能的一种能力，数值愈高代表其散热能力愈好。在 LED 领域散热基板最主要的作用就是在于，如何有效的将热能从 LED 芯片传导到系统散热，以降低 LED 芯片的温

度，增加发光效率与延长 LED 寿命，因此，散热基板热传导效果的优劣就成为业界在选用散热基板时，重要的评估项目之一。

工艺能力，主要是表示各种散热基板的金属线路是以何种工艺技术完成，由于线路制造/成型的方法直接影响了线路精度、表面粗糙镀、对位精准度等特性，因此在高功率小尺寸的精细线路需求下，工艺分辨率便成了必须要考虑的重要项目之一。

LTCC 与 HTCC 均是采用厚膜印刷技术完成线路制作，厚膜印刷本身即受限于网版张力问题，一般而言，其线路表面较为粗糙，且容易造成有对位不精准与累进公差过大等现象。此外，多层陶瓷叠压烧结工艺，还有收缩比例的问题需要考量，这使得其工艺分辨率较为受限。

而 DBC 虽以微影工艺备制金属线路，但因其工艺能力限制，金属铜厚的下限约在 150~300um 之间，这使得其金属线路的分辨率上限亦仅为 150~300um 之间(以深宽比 1:1 为标准)。而 DPC 则是采用的薄膜工艺制作，利用了真空镀膜、黄光微影工艺制作线路，使基板上的线路能够更加精确，表面平整度高，再利用电镀/电化学镀沉积方式增加线路的厚度，DPC 金属线路厚度可依产品实际需求(金属厚度与线路分辨率)而设计。一般而言，DPC 金属线路的分辨率在金属线路深宽比为

1:1 的原则下约在 10~50um 之间。因此，DPC 杜绝了 LTCC/HTCC 的烧结收缩比例及厚膜工艺的网版张网问题。

陶瓷散热基板会因应需求及应用上的不同，外型亦有所差别。另一方面，各种陶瓷基板也可依产品制造方法的不同，作出基本的区分。LTCC 散热基板在 LED 产品的应用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功率产品为主，基本上外观大多呈现凹杯状，且依客户端的需求可制作出有导线架&没有导线架两种散热基板，凹杯形状主要是针对封装工艺采用较简易的点胶方式封装成型所设计，并利用凹杯边缘作为光线反射的路径，但 LTCC 本身即受限于工艺因素，使得产品难以备制成小尺寸，再者，采用了厚膜制作线路，使得线路精准度不足以符合高功率小尺寸的 LED 产品。而与 LTCC 工艺与外观相似的 HTCC，在LED 散热基板这一块，尚未被普遍的使用，主要是因为 HTCC 采用1300~1600℃高温干燥硬化，使生产成本的增加，相对的 HTCC 基板费用也高，因此对极力朝低成本趋向迈进 LED 产业而言，面临了较严苛的考验 HTCC。

然而，DBC 产品因受工艺能力限制，使得线路分辨率上限仅为150~300um，若要特别制作细线路产品，必须采用研磨方式加工，以降低铜层厚度，但却造成表面平整度不易控制与增加额外成本等问题，使得 DBC 产品不易于共晶/复晶工艺高线路精准度与高平整度的要求之应用。DPC 利用薄膜微影工艺备制金属线路加工，具备了线路高精准度与高表面平整度的的特性，非常适用于复晶/共晶接合方式的工艺，能够大幅减少 LED 产品的导线截面积，进而提升散热的效率。

第三章

市场分析预测

一、陶瓷基板行业分析

在如今的电子时代，几乎每个人都有属于自己的电子设备，现如今的电子设备，也不仅仅只限于手机电脑这种了，包括汽车、家居等等都在物联网的推动下变成了“电子设备”。在互联网基础上的物联网，正在突飞猛进的发展。什么无人驾驶、智能家居、智能穿戴都像是春天的花朵一样，扎堆盛开，当然，这也是电子制造业的“春天”。

《中国制造 202_》战略的颁布，例如“工业 4.0”的来临，又例如陶瓷基板的来临。202_ 年李克强总理正式提出《中国制造 202_》的概念，202_ 年就已经由国务院印发，但是在 202_ 年之前，我国的制造业都是处于一个比较劣势的地位，制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。十八世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。新一轮的科技革命和产业变革正在悄然发生，我们必须要牢牢抓住这一重大的历史机遇，才能把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。

在中国的制造业中，有非常重要的一个行业，叫做材料行业，新材料的研发对我国制造的进程有着深刻的影响。像刚刚提到的陶瓷基板行业，就属于新材料研发衍生出来的行业，每个顺应市场的新材料研发，都足以在电子行业掀起迭代大潮。陶瓷基板也不例外。

目前市面上的 PCB 从材料大类上来分主要可以分为三种：普通基板、金属基板还有就是陶瓷基板。普通的基板就是我们平时看到的电脑里的主板手机里的主板，都是普通的环氧树脂基板，优点是便于设计，成本低廉。所以至今仍在大范围使用。

金属基板主要有三种：铝基板、铜基板、铁基板。铁基板因为算是个伪命题，并没有应用市场，所以渐渐被人们给遗忘。铝基板是目前金属基板中使用最多的基板，铝基板拥有比环氧树脂基板高出 10 倍的导热率，所以一般应用大功率的电子器件上铜基板与铝基板同理，铜基板的导热率会比铝基板还要好一些。

陶瓷基板按材料分也可以分为两种：氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板。氧化铝陶瓷基板的导热率差不多是金属基板的 10 倍，接近环氧树脂基板的 100 倍，氮化铝陶瓷基板的导热率是氧化铝陶瓷基板的10 倍，是金属基板的 100 倍，环氧树脂基板的 1000 倍。除了导热率以

外，陶瓷基板还有很多陶瓷材料的优点，例如耐高压、耐高温、防腐蚀，介质损耗低等等。

我国的陶瓷基板是从 202_ 年之后才开始发展的，202_ 年，中国八四二研究所正式研发出我国自己的陶瓷基板，代表着我国正式突破陶瓷基板的技术封锁，拥有我国自主研发生产的陶瓷基板，到现今也不过 13 年，这 13 年，正好是中国快速腾飞的 13 年，我国的电子制造业在这 13 年当中经历了巨大的变化，陶瓷基板也不例外。

之前国内陶瓷基板技术被国外封锁，国内陶瓷基板的使用基本都是依靠进口，国际上现在陶瓷基板市场主要被日本京瓷、首尔半导体、美国罗杰斯等公司占据，国内进口的陶瓷基板也基本来自于日本和韩国。如果把关税物流等等都计算进去，成本会偏高，导致我们的陶瓷基板参与的产品，从成本上没办法取得优势。

众所周知，陶瓷基板的应用市场主要是大功率的电子元件，大功率电子元件基本都属于电子设备里面高端产品，我国在电子制造业的规模上数一数二，但是在高精尖的高端产品上，并没有什么优势，直接导致了我们陶瓷基板就算推出了市场也不会有应用。不管是电子市场还是科研技术，都是水到渠成的事。

在从前，国外高端的陶瓷基板统治国内市场的时候，当时的人们根本想不到会有国产的品牌跳出来。在同样的基板比较下，国内的成本可以比进口低 40%，40%是什么概念，足以使我国高端大功率设备打入世界舞台。

目前我国已经部署了自己陶瓷基板市场，相信要不了多久，便会解决目前中国陶瓷基板的命脉被其他国家掌控的尴尬局面，可以把自己的高端产品彻底掌握在自己的手中。

二、陶瓷基板市场分析预测

氧化铝陶瓷覆铜板电容压力传感器在各种汽车上用量巨大，市场达近百亿，但是目前氧化铝陶瓷覆铜板主要依赖进口，国内的陶瓷氧化铝板在材料的弹性模量、弹性变形循环次数、使用寿命和可靠性凤方面还有差距，尚未进入商业化实际应用。

在航天发动机、风力发电、数控机床等高端装备所使用的陶瓷转承，不但要求高的力学性能和热学性能，而且要求优异的耐磨性、可靠性和长寿命，目前国产的氮化硅陶瓷轴承球与日本东芝陶瓷公司还有明显差距；与国际上著名的瑞典 SKF 公司、德国的 FAG 公司和日本的 KOYO 等轴承公司相比，我们的轴承还处于产业产业链的中低端，像风电和数控机床等高端产品还依赖进口。

在汽车、冶金、航天航空领域的机械加工大量使用陶瓷刀头，据统计市场需求达数十亿元。陶瓷刀具包括氧化铝陶瓷基、氮化硅基、氧化锆增韧氧化铝、氮碳化钛体系等，要求具有高硬度。高强度和高可靠性。目前国内企业只能生产少量非氧化铝陶瓷刀具，二像汽车缸套加工用量巨大的氧化铝套擦刀具还依赖从瑞典 sandvik、日本京瓷、日本 NTK 公司、德国 CeranTec 公司进口。

在军工国防用到的透明和透红线陶瓷材料，如果氧化钇、氧化镁、阿隆、镁铝尖晶石）陶瓷以及具有激光特性透明陶瓷。目前我们的技术还限于制备有限的尺寸，对于国际上已经达到半米大尺寸透明陶瓷材料我们还很困难，无论在工艺技术和装备上均有差距。

氧化层会对氮化铝陶瓷的热导率产生影响，在基板生产过程中，其加工工艺需进行严格把控，才能保证氮化铝陶瓷基板的优异性能。尽管我国氮化铝陶瓷基板行业在研究领域已经取得一定成果，与国际先进水平的差距不断缩小，但批量生产能力依然不足，仅有军工背景的斯利通具有量产能力。斯利通以及部分台湾企业氮化铝陶瓷基板产量无法满足国内市场需求，我国氮化铝陶瓷基板市场对外依赖度高。

氮化铝陶瓷是现阶段性能最为优异的 PCB 基板材料，由于其生产难度大、生产企业数量少，其产品价格较高，应用范围相对较窄。但

随着氮化铝陶瓷基板技术工艺不断进步，生产成本不断下降，叠加电子产品小型化、集成化、多功能化成为趋势，行业未来发展潜力巨大。在此情况下，我国 PCB 基板行业中有实力的企业需尽快突破氮化铝陶瓷基板量产瓶颈，实现进口替代。

第四章

项目建设规模

一、产品规划

项目主要产品为陶瓷基板，根据市场情况，预计年产值 24982.00 万元。

通过对国内外市场需求预测可以看出，我国项目产品将以内销为主并扩大外销，随着产品宣传力度的加大，产品价格的降低，产品质量的提高和产品的多样化，项目产品必将更受欢迎；通过对市场需求预测分析，国内外市场对项目产品的需求量均呈逐年增加的趋势，市场销售前景非常看好。

二、建设规模

（一）用地规模

该项目总征地面积 55100.87平方米（折合约 82.61 亩），其中：净用地面积 55100.87平方米（红线范围折合约 82.61 亩）。项目规划总建筑面积 61161.97平方米，其中：规划建设主体工程 47914.09平方米，计容建筑面积 61161.97平方米；预计建筑工程投资 4624.48 万元。

（二）设备购置

项目计划购置设备共计 130 台（套），设备购置费 4455.54 万元。

（三）产能规模

项目计划总投资 18685.26 万元；预计年实现营业收入 24982.00 万元。

第五章

项目选址可行性分析

一、项目选址原则

投资项目对其生产工艺流程、设施布置等都有较为严格的标准化要求，为了更好地发挥其经济效益并综合考虑环境等多方面的因素，根据项目选址的一般原则和项目建设地的实际情况，该项目选址应遵循以下基本原则的要求。投资项目对其生产工艺流程、设施布置等都有较为严格的标准化要求，为了更好地发挥其经济效益并综合考虑环境等多方面的因素，根据项目选址的一般原则和项目建设地的实际情况，该项目选址应遵循以下基本原则的要求。对周围环境不应产生污染或对周围环境污染不超过国家有关法律和现行标准的允许范围，不会引起当地居民的不满，不会造成不良的社会影响。

二、项目选址

该项目选址位于某产业集聚区。

西宁，古称青唐城、西平郡、鄯州，是青海省省会，国务院批复确定的中国西北地区重要的中心城市。截至 202_ 年，全市下辖 5 个区、2 个县，总面积 7660平方千米，建成区面积 129平方千米，常住人口 238.71 万人，城镇人口 173.90 万人，城镇化率 72.85%。西宁地处中国西北地区、青海省东部、湟水中游河谷盆地，是青藏高原的东方门户，古丝绸之路南路和唐蕃古道的必经之地，自古就是西北交通要道和军事重地，素有西海锁钥、海藏咽喉之称，是世界高海拔城市之一，青海省的政治、经济、科教、文化、交通和通讯中心，也是国务院确定的内陆开放城市，中央军委西宁联勤保障中心驻地。西宁历史文化渊源流长，有着得天独厚的自然资源，绚丽多彩的民俗风情，是青藏高原一颗璀璨的明珠，取西陲安宁之意。先后荣获全国卫生城市、中国特色魅力城市 200 强、中国优秀旅游城市、中国园林绿化先进城市、国家森林城市、全国文明城市等荣誉称号，是无废城市建设试点城市。

园区不断培育壮大新兴产业，推进制造强国建设。发展战略性产业是把握新一轮科技革命引发的重大产业发展机遇的必然选择。党的十九大提出要坚定实施创新驱动发展战略，加快建设创新型国家，培育新增长点，形成新动能。因此，去产能调结构转动能应摆在各项工作的突出位置，着力培育壮大战略性新兴产业，力促工业经济高质量发展。

三、建设条件分析

随着世界经济一体化的发展，项目产品及相关行业在国际市场竞争中已具有龙头地位，同时，xx 省又是相关行业在国内的生产基地，这就使本行业在国际市场有不可估量的发展空间；项目承办单位通过参加国外会展和网络销售，可以使公司项目产品在国际市场中占有更大的市场份额。

四、用地控制指标

投资项目土地综合利用率 100.00%，完全符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【202_】24 号）中规定的产品制造行

业土地综合利用率≥90.00%的规定；同时，满足项目建设地确定的“土地综合利用率≥95.00%”的具体要求。undefined

五、用地总体要求

本期工程项目建设规划建筑系数 66.21%，建筑容积率 1.11，建设区域绿化覆盖率 5.24%，固定资产投资强度 190.65 万元/亩。

土建工程投资一览表

序号 项目 占地面积（㎡）

基底面积（㎡）

建筑面积（㎡）

计容面积（㎡）

投资（万元）

主体生产工程

25792.98

25792.98

47914.09

47914.09

3985.08

1.1

主要生产车间

15475.79

15475.79

28748.45

28748.45

2470.75

1.2

辅助生产车间

8253.75

8253.75

15332.51

15332.51

1275.23

1.3

其他生产车间

202_.44

202_.44

2779.02

2779.02

239.10

仓储工程

5472.34

5472.34

8611.12

8611.12

520.87

2.1

成品贮存

1368.09

1368.09

2152.78

2152.78

130.22

2.2

原料仓储

2845.62

2845.62

4477.78

4477.78

270.85

2.3

辅助材料仓库

1258.64

1258.64

1980.56

1980.56

119.80

供配电工程

291.86

291.86

291.86

291.86

19.86

3.1

供配电室

291.86

291.86

291.86

291.86

19.86

给排水工程

335.64

335.64

335.64

335.64

17.76

4.1

给排水

335.64

335.64

335.64

335.64

17.76

服务性工程

3465.82

3465.82

3465.82

3465.82

209.64

5.1

办公用房

1428.20

1428.20

1428.20

1428.20

123.77

5.2

生活服务

202_.62

202_.62

202_.62

202_.62

91.74

消防及环保工程

977.73

977.73

977.73

977.73

66.53

6.1

消防环保工程

977.73

977.73

977.73

977.73

66.53

项目总图工程

145.93

145.93

145.93

145.93

-311.37

7.1

场地及道路硬化

9600.17

1835.52

1835.52

7.2

场区围墙

1835.52

9600.17

9600.17

7.3

安全保卫室

145.93

145.93

145.93

145.93

绿化工程

3317.45

116.11

合计

36482.29

61161.97

61161.97

4624.48

六、节约用地措施

投资项目依托项目建设地已有生活设施、公共设施、交通运输设施，建设区域少建非生产性设施，因此，有利于节约土地资源和节省建设投资。土地既是人类赖以生存的物质基础，也是社会经济可持续发展必不可少的条件，因此，项目承办单位在利用土地资源时，严格执行国家有关行业规定的用地指标，根据建设内容、规模和建设方案，按照国家有关节约土地资源要求，合理利用土地。

七、总图布置方案

（一）平面布置总体设计原则

同时考虑用地少、施工费用节约等要求，沿围墙、路边和可利用场地种植花卉、树木、草坪及常绿植物，改善和美化生产环境。

（二）主要工程布置设计要求

项目承办单位项目建设场区主干道宽度 6.00 米，次干道宽度 3.00 米，人行道宽度采用 1.20 米。道路路缘石转弯半径，一般需通行消防车的为

12.00 米，通行其它车辆的为 9.00 米、6.00 米。道路均采用砼路面，道路类型为城市型。应与场外道路衔接顺畅，便于企业运输车辆直接进入国道、高速公路等国家级道路网络，场区道路应与总平面布置、管线、绿化等协调一致。

（三）绿化设计

场区植物配置以本地区树种为主，绿化设计的树木花草配置应依据项目建设区域的总体布置、竖向、道路及管线综合布置等要求，并适合当地气象、土壤、生态习性与防护性能，疏密适当高低错落，形成一定的层次感。场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境”之目的。投资项目绿化的重点是场区周边、办公区及主要道路两侧的空地，美化的重点是办公区，场区周边以高大乔木为主，办公区以绿色草坪、花坛为主，道路两侧以观赏树木、绿篱、草坪为主，适当结合花坛和垂直绿化，起到环境保护与美观的作用，创造一个“环境优美、统一协调”的建筑空间。

（四）辅助工程设计

1、场内供水采用生活供水系统、消防供水系统、生产补给水系统，消防供水系统在场区内形成供水管网。

2、投资项目厂房排水方案采用室内悬吊管接入主管排至室外，室外排水采用暗沟、雨水井、检修井、下水管组成的排水系统。undefined

3、变压器低压总出线设有功计量和无功计量，照明用电和动力用电分开计量，动力用电每个配出回路根据需要装设有功电度表。用电设备单台电机容量在 75.00KW 及以上，电热设备单台容量 50.00KW 及以上的设备均应单独装设电度表。按国家有关规范进行防雷接地系统设计，并尽量利用建筑物屋面、柱内、圈梁及基础内主钢筋做防雷与接地设施；生产线接地保护采用 TN-C-S 接地系统；场区按Ⅲ类建筑物考虑防雷设施，采用沿四周山墙设置避雷带，变压器中性点接地，接地电阻小于 4.00 欧姆。

4、项目承办单位外部运输和内部运输可采用送货制；采用合适的运输方式和运输路线，使企业的物流组成达到合理优化；把企业的组成内部从原材料输入、产品外运以及车间与车间、车间与仓库、车间内部各工序之间的物料流动都作为整体系统进行物流系统设计，使全场物料运输形成有机的整体。项目建设规划区内部和外部运输做到物料流向合理，场内部和外部运输、接卸、贮存形成完整的、连续的工作系统，尽量使场内、外的运输与车间内部运输密切结合统一考虑。

5、车间采用传统的热水循环取暖形式，其他厂房及办公室采用燃气辐射采暖形式。有空调要求的办公室和生活间夏季设置空调，空调温度范围要求为 26.00℃-28.00℃，空调设备采用分体式空调控制器。冬季室内采暖要求计算温度：各主体工程 14.50℃-16.50℃，需采暖的库房 5.50℃-8.50℃，公用站房 14.50℃，办公室、生活间 18.50℃，卫生间 15.50℃；采暖热媒为 95.50℃-75.00℃采暖热水，由市政外网集中供应，供水压力为

0.40Mpa。工业电视部分：在场内主要场所进行重点监视，适时录像并存储图像，不仅可以了解工作人员及场内来往人员的情况，还可通过查询录像资料，为事故鉴定、责任划分提供法律认可的视频图像证据。

八、选址综合评价

建设项目平面布置符合产品制造行业、重点产品的厂房建设和单位面积产能设计规定标准，达到《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【202_】24 号）文件规定的具体要求。

第六章

土建工程说明

一、建筑工程设计原则

项目承办单位本着“适用、安全、经济、美观”的原则并遵照国家建筑设计规范进行项目建筑工程设计；在满足投资项目生产工艺设备要求的前提下，力求布局合理、造型美观、色彩协调、施工方便，努力建设既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。项目承办单位本着“适用、安全、经济、美观”的原则并遵照国家建筑设计规范进行项目建筑工程设计；在满足投资项目生产工艺设备要求的前提下，力求布局合理、造型美观、色彩协调、施工方便，努力建设既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。

二、项目总平面设计要求

本次设计融入了全新的设计理念，以建设和谐企业为前提条件，以建筑“功能、美观、经济”三要素前提为出发点，全盘考虑场区可持续发展、建筑节能等各方面要素，极力打造一个功能先进、生产高效的现代化企业。本次设计充分考虑现有设施布局及周边现状，力求设施联系密切浑然一体，总体上达到功能分区明确、布局合理、联系方便、互不干扰的效果。

三、土建工程设计年限及安全等级

建筑结构的安全等级是根据建筑物结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失）的严重性来划分的，本工程结构安全等级设计为Ⅰ级。

四、建筑工程设计总体要求

项目总体布置要按照使用功能要求，进行功能分区，做到人流、车流路线通畅，空间布置和周围环境协调，同时，应符合相应满足噪音控制、采光、透视、日照、温度、净化等及其他特殊要求；所有建筑物设计应满足防火、防空、防腐、防盗等要求；环境美化、绿化要同周围环境协调并且别致新颖有特色；所有建筑物设计，应尽可能采用布置一体化、尺寸模数化、构件标准化，以便于施工和降低成本。本项目设计必须认真执行国家的技术经济政策及现行的有关规范，根据国民经济发展的需要，按照市规划和环境保护等规划的要求，统筹安排、因地制宜，做到技术先进、经济合理、安全适用、功能齐全、确保建筑工程质量。

五、土建工程建设指标

本期工程项目预计总建筑面积 61161.97平方米，其中：计容建筑面积61161.97平方米，计划建筑工程投资 4624.48 万元，占项目总投资的24.75%。

第七章

工艺分析

一、原辅材料采购及管理

投资项目原料采购后应按质量（等级）要求贮存在原料仓库内，同时，对辅助材料购置的要求均为事先检验以保证辅助材料的质量和生产需要，不合格原材料不得进入公司仓库，应严把原材料质量关，确保生产质量。验收材料应根据领料单或原始凭证进行清点实测验收，发现规格、质量、数量不符等问题应及时与有关人员联系处理；做好原辅材料原始记录和资料积累，及时准确地做好月报、季报和各种统计报表工作。按目前市场的需求情况，原料存储时间约为 20-30 天，存放在原料仓库内；投资项目将建设原料仓库和辅助材料仓库，以满足投资项目生产的需要。

二、技术管理特点

项目产品数据管理技术（PDM）：项目承办单位数据管理技术即是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。PDM 明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。

三、项目工艺技术 设计方案

（一）工艺技术方案要求

遵循“高起点、优质量、专业化、经济规模”的建设原则，积极采用新技术、新工艺和高效率专用设备，使用高质量的原辅材料，稳定和提高

项目产品质量，制造高附加值的产品，不断提高企业的市场竞争力。工艺技术先进性与适用性相结合的原则：项目产品生产技术含量较高而产品质量的稳定性、可靠性却取决于其生产技术及采用工艺是否先进；为适应市场竞争要求，根据项目项目产品生产纲领、生产特性并结合项目承办单位的自身条件，本着高起点、高效率的设计原则，采用先进、可靠、适用技术，制订合理、简捷、科学先进的生产工艺，确保产品质量稳定可靠。

（二）项目技术优势分析

投资项目采用的技术与国内资源条件适应，具有良好的技术适应性；该技术工艺路线可以适应国内主要原材料特性，技术工艺路线简洁，有利于流程控制和设备操作，工艺技术已经被国内生产实践检验，证明技术成熟，技术支援条件良好，具有较强的可靠性。投资项目采用国内先进的产品技术，该技术具有资金占用少、生产效率高、资源消耗低、劳动强度小的特点，其技术特性属于技术密集型，该技术具备以下优势：

四、设备选型方案

根据项目的建设规模和项目承办单位生产经验以及对国内外设备性能的了解，投资项目工艺设备及检测设备选用原则是以国产设备为主，关键设备拟从国外进口，国内采购以人民币支付。主要设备的配置应与产品的生产技术工艺及生产规模相适应，同时应具备“先进、适用、经济、环境保护、节能”的特性，能够达到节能和清洁生产的各项要求；投资项目所选设备必须达到目前国内外先进水平，经生产厂家使用证明运转稳定可靠，能够满足生产高质量产品的要求。项目承办单位根据项目产品生产工艺的要求，对比考察了多个生产设备制造企业，优选了项目产品生产专用设备和检测设备等国内先进的环境保护节能型设备，确保投资项目生产及产品质量检验的需要。

项目拟选购国内先进的关键工艺设备和国内外先进的检测设备，预计购置安装主要设备共计 130 台（套），设备购置费 4455.54 万元。

第八章

环境保护可行性

坚持绿色发...