先進陶瓷通常指的是采用高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料，具有精確的化學組成，精密的制造加工技術和結構設計，并具有優(yōu)異特性的陶瓷。先進陶瓷按種類可分為具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點的結構陶瓷，以及具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點的功能陶瓷。先進陶瓷廣泛應用于高溫、腐蝕，電子、光學領域，作為一種新興材料，以其優(yōu)異的性能在材料領域獨樹一幟，受到人們的高度重視，在未來的社會中將發(fā)揮重要的作用。
一、結構陶瓷
結構陶瓷主要有：切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發(fā)動機部件、熱交換器和裝甲等。主要材料有氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、碳化硼(B4C)、二硼化鈦(TiB2)、氧化鋁(A12O3)和賽隆(Sialon)等。
（1）Si3N4基陶瓷材料
C纖維增強Si3N4基陶瓷材料，用ZrO2的變相效應防止由于纖維與基體的熱膨脹系數(shù)上的不匹配而產(chǎn)生的裂紋，所獲得的復合材料的斷裂韌性提高5倍。氮化硅陶瓷以其優(yōu)異的綜合性能和豐富的資源成為高性能陶瓷中最有應用潛力的一種切削工具，每年約有140噸氮化硅粉末用于刀具制造，價值約3億美元。
（2）碳化硅基陶瓷
用熱壓工藝制得的碳化硅陶瓷，其密度可以接近理論密度，彎曲強度即使在1400℃左右的高溫仍可達到500～600MPa。用CVI法制得的C纖維補強的碳化硅復合材料，強度為520MPa，而斷裂韌性達到16.5MPa·m。加入25vol％TiB的碳化硅復相陶瓷，如果嚴格控制起始的顆粒尺寸，可使強度達到888MPa，斷裂強度達到8.8MPa·m。可以說碳化硅是高溫空氣中強度最高的材料，其熱導率僅次于氧化鈹陶瓷材料。中國有很多企業(yè)生產(chǎn)碳化硅粉 ，其中很大一部分出口，但是主要都是低品味的用于制造耐火磚用的碳化硅粉。東歐有15萬噸／年的生產(chǎn)能力，北美的生產(chǎn)量為10萬噸／年。高純、高活性的碳化硅微細粉價格很高，為14-40美元／公斤，年需求額約1500萬美元，這種粉末用于制造高性能的碳化硅陶瓷。
（3）氧化鋯增韌陶瓷
氧化鋯增韌陶瓷在結構陶瓷研究中取得了重大的進展，經(jīng)過增韌的陶瓷品種也很多，目前已經(jīng)知道的可使氧化鋯穩(wěn)定的添加物有：氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化釔、氧化鈰等單一的氧化物或它們的復合氧化物。被增韌的材料，除了穩(wěn)定的氧化鋯以外，還有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷。在氧化鋁中添加16vol％的氧化鋯增韌處理，得到材料的強度為1200MPa，斷裂韌性為15.0MPa.m。氧化鋯增韌陶瓷材料在室溫下具有最高的強度和斷裂韌性，今后將著重提高其高溫的性能。
二、功能陶瓷
功能陶瓷是知識和技術密集型產(chǎn)品。人們先后發(fā)現(xiàn)了氧化物導體，固體電解質，壓電、非線性光學材料，鐵氧體、記憶材料，太陽能電池，高溫氧化物超導體等。隨著電子產(chǎn)品向輕薄短小、多功能、高可靠性和高密度表面、高集成化的發(fā)展，功能材料也有著不斷的發(fā)展。
功能陶瓷的品種繁多，這類材料具有微波介電性能、氣敏性能、超導性能、電阻梯度性能、鐵電性能及其相變行為、多層驅動性、弛豫性能等多種優(yōu)良的功能，應用十分廣泛。
（1）電子絕緣材料
目前國內(nèi)外常用的電子絕緣材料是Al2O3。近年來出現(xiàn)的新型電子絕緣材料，如AlN陶瓷，具有高強度、高絕緣性、低介電常數(shù)、高的熱導率等優(yōu)良的性能，且其熱膨脹系數(shù)能夠與單晶硅相匹配，主要應用是作為大規(guī)模集成電路和電力模塊電路的散熱基板。
（2）電介質材料
用于調(diào)諧電路、保護邏輯及記憶單元的陶瓷電容器介質材料多數(shù)為BaTiO3基材料，此外還有高介的復合鈣鈦礦材料，以研制出頻率為105Hz時，介電常數(shù)高達105的高介材料目前晶界層電容器的出現(xiàn)，使常規(guī)瓷介電容器的介電常數(shù)提高數(shù)倍甚至數(shù)十倍。
（3）壓電陶瓷材料
常用的壓電元件：傳感器、氣體點火器、報警器、音響設備、醫(yī)療診斷設備及通訊等。通常的壓電材料是PZT，新型的壓電陶瓷材料主要有：高靈敏、高穩(wěn)定壓電陶瓷材料、電致伸縮陶瓷材料，熱釋電陶瓷材料等。
（4）磁性陶瓷材料
磁性陶瓷材料可分為硬磁性和軟磁性材料兩類，前者不易磁化，也不易失去磁性。代表性硬磁材料為鐵氧體磁鐵和稀土磁體，主要用于磁鐵和磁存儲元件。軟磁性材料易磁化及去磁，磁場方向可以改變，主要用于交變磁場響應的電子部件。
（5）超導陶瓷材料
從二十世紀80年代對超導陶瓷的研究有重大突破以來，對高溫超導陶瓷材料的研究及應用就倍受關注。近十幾年以來，我國在這方面的研究一直處于世界先進水平。目前高溫超導材料的應用正朝著大電流應用、電子學應用、抗磁性等方面發(fā)展。
（6）抗殺菌陶瓷材料
抗殺菌陶瓷材料是隨著科學的發(fā)展及社會的文明而產(chǎn)生的新一代功能材料。無機抗殺菌劑按作用于微生物的機理可分為三類：一類是主要通過物理吸附或離子交換將銀 、 銅 、鋅等具有抗殺菌作用的金屬或其離子固定在沸石、磷灰石、硅膠、玻璃等無機材料載體上而制成；第二類是二氧化鈦粒子光催化抗殺菌劑，二氧化鈦在光照下能使氧分子變成活性氧，使水產(chǎn)生活性氧自由基而發(fā)揮抗菌殺菌的作用；第三類是具有遠紅外輻射功能的抗殺菌材料，遠紅外線的抗殺菌功能效果有限，因此這種材料必須與前兩種材料配合使用，才能有更好的應用價值。
三、先進陶瓷材料在汽車上的應用
對于汽車行業(yè)來說，使用特殊材料打造汽車并不是什么新鮮事了，早就有廠商使用過碳纖維、鋁鎂等材料來裝點前衛(wèi)時尚的高性能轎車。但是陶瓷不是用來做精細瓷器和衛(wèi)浴產(chǎn)品的么？
這輛獨一無二的陶瓷版布加迪威龍白金跑車是法國超級跑車制造商布加迪與柏林皇家瓷器建造廠去年聯(lián)合推出的。它采用陶瓷材質進行整車制造，油箱蓋、車標和輪蓋部位由特殊材料制成。它由一個8升W16引擎提供動力，可產(chǎn)生1000馬力，由于動力十足，時速從0加速到62英里(約100公里)僅需2.5秒，最大時速可達253英里(約407公里)，出廠售價為160萬英鎊。強迫癥的我真擔心聽到“嘩啦”一聲，這下再也不用擔心別人是不是來碰瓷的了.......
陶瓷在汽車發(fā)動機上的應用
新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等無機非金屬燒結而成，是氧化鋁陶瓷強度的三倍以上，能耐1000℃以上高溫。要將柴油機的燃耗費降低30%以上，新型陶瓷是不可缺少的。現(xiàn)在汽油機中，燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的，柴油機熱效率為33%，與汽油機相比已十分優(yōu)越，然而仍有60%以上的熱能量損失掉。
因此，為減少這部分損失，用隔熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進行隔熱，進而用廢氣渦輪增壓器和動力渦輪來回收排氣能量，有試驗證明，這樣可把熱效率提高到48%。同時由于新型陶瓷的使用，柴油機瞬間快速起動將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器，它比當今超耐熱合金具有更優(yōu)越的耐熱性，而比重卻只有金屬渦輪的約三分之一。因此，新型陶瓷渦輪可以補償金屬渦輪動態(tài)響應低的缺點。
特種敏感陶瓷在汽車傳感器上應用
對汽車用傳感器的要求是能長久適用于汽車特有的惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動、加速、潮濕、噪聲、廢氣)，并應當具有小型輕量，重復使用性好，輸出范圍廣等特點。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學機能，近年來隨著制造技術的進步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的傳感器完全能夠滿足上述要求。
陶瓷在汽車制動器上的應用
陶瓷制動器是在碳纖維制動器的基礎上制造而成的。一塊碳纖維制動碟最初由碳纖維和樹脂構成，它被機器壓制成形，之后經(jīng)過加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動器，陶瓷制動器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內(nèi)的碳纖維結構使它堅固耐沖擊，耐腐蝕，讓碟片極為耐磨。目前此類技術除了在F1賽車中應用，在超級民用跑車中也有涉及。
陶瓷在汽車減振器上的應用
高級轎車的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應研制成功的智能減振器。由于采用高靈敏度陶瓷元件，這種減振器具有識別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，可以將轎車因粗糙路面引起的振動降到最低限度。
陶瓷材料在汽車噴涂技術上的應用
近年來，在航天技術中廣泛應用的陶瓷薄膜噴涂技術開始應用于汽車上。這種技術的優(yōu)點是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質量穩(wěn)定。為達到低散熱的目標，可對發(fā)動機燃燒室部件進行陶瓷噴涂，如活塞頂噴的氧化鋯，缸套噴的氧化鋯。經(jīng)過這種處理的發(fā)動機可以降低散熱損失、減輕發(fā)動機自身質量、減小發(fā)動機尺寸、減少燃油消耗量。
總之，特種陶瓷是一種正在不斷開發(fā)中的陶瓷材料產(chǎn)品，但原料的制取、材料的評價和利用技術等許多方面都有尚待解決的課題。目前，特種陶瓷在汽車的應用并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復雜、要求高；因特種陶瓷對原材料要求比較嚴格、工藝難以掌握，使得各批制品的性能難以保持均勻一致；成本較高，可加工性差、脆性大、使用可靠性差。不過，人們有充分理由相信，隨著科學技術的飛速發(fā)展，在未來的汽車制造業(yè)中將會有更多的特種陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車上，而且一定會在汽車生產(chǎn)中得到廣泛的應用。
四、國內(nèi)外先進陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1905年，德國人率先開始了氧化鋁刀具的研究，1912年，首款氧化鋁陶瓷刀具率先由英國人發(fā)明，20世紀20年代后期，先進陶瓷材料逐步走進研究人員的研究視線。從最初的主要用于軍事領域的結構陶瓷發(fā)展到軍事、民用結構陶瓷、功能陶瓷的研究；從最初偏重與陶瓷材料的制備發(fā)展到對陶瓷粉體、顯微結構的系統(tǒng)分析，先進陶瓷材料的種類和應用在各領域取得了重大突破。20世紀60年代美國材料顧問委員會對材料制備領域進行了調(diào)研得出的重要結論是：“為了實現(xiàn)材料均勻的、可重復的無缺陷顯微結構，提高材料性能的可靠性，陶瓷制備科學研究十分必要”。20世紀70年代以陶瓷發(fā)動機為背景，各國競相加大了對陶瓷材料研究與開發(fā)的投入，對先進陶瓷材料的研究取得了長足的進步。從技術上講，陶瓷材料已經(jīng)能夠基本滿足各種苛刻條件下（包括陶瓷發(fā)動機部件在內(nèi)）使用的要求， 陶瓷材料的研究轉向材料性能穩(wěn)定性、結構與功能性一體化、低成本制備工藝等方面，各國仍在繼續(xù)增加對陶瓷材料的研究與投入。進入21世紀以來，各國競相開發(fā)不同陶瓷材料在不同領域的應用，隨著裝備水平的提高，通過不斷地實驗、研究和質量控制等成功實現(xiàn)了陶瓷材料產(chǎn)品的批量化穩(wěn)定生產(chǎn)與制備。
從材料產(chǎn)業(yè)上講，先進陶瓷已形成一個巨大的高技術產(chǎn)業(yè)，目前全球各類先進陶瓷材料及其產(chǎn)品的市場銷售總額超過500億美元，年增長率達8%。美國、法國、德國與日本在該領域整體上處于領先地位，而歐洲其它各國、韓國、中國大陸與臺灣地區(qū)正從不同的研究領域展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢。
美國
近50年來，美國在先進陶瓷領域的研究工作取得了一系列突破，推動了陶瓷技術的快速發(fā)展，對經(jīng)濟和社會發(fā)展也產(chǎn)生了深遠的影響。1994 年克林頓政府在先進陶瓷研究方面增加了15%的科研預算，旨在強化國際競爭能力、保護環(huán)境、開發(fā)新型輸送機構。1998年美國先進陶瓷市場總份額接近75億美元。從20世紀90年代后期一直到2000年，美國先進陶瓷市場銷售額穩(wěn)步發(fā)展，年平均增長率達到8%。進入2001年，隨著美國經(jīng)濟進入衰退，先進陶瓷的市場需求大大縮水。2003-2007年，隨著美國經(jīng)濟的復蘇，先進陶瓷材料產(chǎn)業(yè)的市場需求出現(xiàn)反彈，年增長率達到7%，先進陶瓷市場銷售額超過110億美元。2012年，先進陶瓷產(chǎn)業(yè)的市場銷售額突破126億美元。
美國先進陶瓷發(fā)展的重點為高溫結構陶瓷，結構陶瓷產(chǎn)量的增速最快，每年增加13.5 % 。 目前在航天技術、汽車、航空器、核工程、醫(yī)療設備及機械動力等方面進入大范圍使用階段。以氮化硅，碳化硅，氧化鋯陶瓷為主的精密材料陶瓷制品產(chǎn)量占世界總量的60%以上 。美國生產(chǎn)的陶瓷軸承工作溫度高達1 300℃，其工作強度為普通金屬軸承的5倍以上 。 美國研制的生物陶瓷產(chǎn)品也已大量用于骨骼修復，瓷牙修補的臨床應用。目前美國先進陶瓷工業(yè)界還加緊軍用先進陶瓷的研制開發(fā)，逐步加強在軍事領域的應用。
日本
自20世紀80年代以后，日本在材料科學領域一直走在世界的前沿，特別是在先進陶瓷材料方面占有領先、突出的地位。盡管日本和歐美乃至中國在傳統(tǒng)陶瓷材料研究方面水平相差并不大，但在新型陶瓷材料的產(chǎn)業(yè)方面日本在世界上占有絕對領先的優(yōu)勢。
日本是世界上先進陶瓷最大的生產(chǎn)者，到2000年，陶瓷產(chǎn)量增長42%，而到2005年增加74%。2000年日本陶瓷產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值占據(jù)了整個日本傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的50%，先進陶瓷市場而成為這一領域的領頭羊。對比與美國，日本先進陶瓷在功能陶瓷領域研究首屈一指，在結構陶瓷及陶瓷粉體的研究與應用在具有較強的競爭優(yōu)勢。
日本近年來一直將先進陶瓷看作是決定未來競爭力前途的高科技產(chǎn)業(yè)，不余遺力地不斷加大投資力度。其生產(chǎn)的先進陶瓷敏感元件已占據(jù)國際市場主要份額。包括熱敏、壓敏、磁敏、氣敏、光敏等在內(nèi)的各種先進陶瓷產(chǎn)品壟斷著一大部分市場。日本正在試驗高性能陶瓷電池，它是采用固態(tài)陶瓷材料代替酸性電解液，重量較傳統(tǒng)電池減輕2/3，且污染小，尤適宜用于汽車及航空航天工業(yè)需要。
國內(nèi)先進陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
我國從20世紀50年代初從研究氧化鋁陶瓷刀具為切入點，開始從事先進陶瓷材料的研究 。 20世紀60年代開始研究從事碳化硅陶瓷及、壓電陶瓷與鐵電陶瓷的研究；20世紀60年代中期開始氮化硅和碳化硅陶瓷的研究，為我國先進耐火材料的研究奠定了良好的基礎；20世紀70年代隨著國際上先進陶瓷跨越式的發(fā)展，國內(nèi)諸多高校和科研院所開始重視先進陶瓷材料研究，取得了一系列創(chuàng)新性成果。20世紀末，我國獨創(chuàng)性地將纖維補強陶瓷基復合材料應用于戰(zhàn)略導彈和各類衛(wèi)星天線窗的保護框上，這是國際上纖維補強陶瓷基復合材料的首次實際應用。
我國在所有先進陶瓷材料領域進行著研究、開發(fā)和生產(chǎn)，自上世紀80年代，以發(fā)動機用陶瓷零部件的研制為契機，研制成功了一系列新的陶瓷材料，并在先進陶瓷的應用方面也取得了令人矚目的成績。普通電子陶瓷和結構陶瓷如IC基板、電容、電阻、電感、磁性材料 、蜂鳴、濾波器等壓電陶瓷無線電頻率元件，中鋁瓷，高鋁瓷，電真空瓷，紡織瓷件 ， 電熔石英、電熔剛玉等，在我國已能大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，并占領一定的國際市場 。 但大部分產(chǎn)品仍以價格優(yōu)勢提升競爭力，有待進一步提升產(chǎn)品的技術附加值。1990年我國研制成功的無水冷陶瓷發(fā)動機裝在大客車中完成了上海到北京往返3 500km的道路試車 。 以高溫超導陶瓷為代表的諸多技術在尖端高技術陶瓷的理論研究和實驗水平處于世界先進行列。
雖然我國先進陶瓷材料開發(fā)上取得了長足的進步，與國際先進陶瓷領域領先的國家距離進一步縮小，但仍缺乏批量化、低成本、高效的制備優(yōu)質先進陶瓷材料的先進技術、裝備和管理水平。我國先進陶瓷材料的開發(fā)大都是結合國防和國民經(jīng)濟上的需要，具有獨立的技術特色。然而，縱觀我國先進陶瓷領域的發(fā)展現(xiàn)狀，國內(nèi)先進陶瓷材料在各領域內(nèi)的應用總的來說還與國際發(fā)達國家相比還有明顯的差距，特別是技術和產(chǎn)業(yè)化方面，滿足不了國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的要求。在全球數(shù)百億美元的先進陶瓷年銷售額中，中國銷售額僅占1～2%。因而，目前世界最先進的高附加值的先進陶瓷產(chǎn)品，特別是高端裝備中大量的陶瓷元件仍需進口，如手機中使用的片式壓電陶瓷濾波器，風力發(fā)電機陶瓷絕緣軸承和高端超細納米粉體等。