材料不僅是一切物質生產，甚至也是精神生產(如藝術創作)不可缺少的要素之一。一種新材料技術的發明，往往預示著相關領域一場革命的來臨。現代新材料技術彙集百家之長，在增加材料的強度、韌性、改變材料的導熱、導電等性能上大顯身手，它為傳統的建築業、製造業、甚至是新興的電子業都提供了十分廣泛的選擇餘地和發展空間。新材料技術在傳統產業中的充分利用必將為其帶來無限的生機。
麵目全非的新陶瓷材料
(一)陶瓷材料的變遷
1“瓷器”——中華文明的象征
陶瓷是人類最早利用自然界所提供的原料進行加工製造而成的材料，是中華民族對人類文明的重要貢獻。
舊石器時代的先民們，隻會采集大自然所提供的現成材料，例如石料、木料、骨料等，並對它們進行簡單的加工，製成各種器具，以滿足生產和生活的需要。後來先民們從長期用火的經驗中發現，經火煆燒過的粘土，其硬度和強度會大大提高，而且不再被水所瓦解。於是，到了新石器時代的後期，利用粘土的可塑性將其加工成所需的形狀，然後用火燒製而成的陶器終於出現了。陶器的發展和廣泛應用是社會生產力的一個飛躍，同時也大大方便和豐富了人類的生活。此後原始陶器經曆了漫長的發展和演變過程，從原料的選擇和處理，到成型技術，再到燒製工藝的不斷完善使得陶質有了很大的提高，器型也變得越來越複雜。在陝西西安半坡遺址和山東泰安大汶口遺址出土的、五六千年前新石器時代後期製造的陶器已經相當精美。陶質細膩、均勻，並且采用了刻畫和彩繪進行裝飾。
隨著金屬冶煉技術的發展，人類掌握了通過鼓風提高燃燒溫度的技術，並且發現，有一些經過高溫燒製的陶器，由於局部熔化而變得更加致密堅硬，完全改變了陶器多孔、透水的缺點。因此，經過長期的摸索和經驗積累，以粘土、石英、長石等礦物原料燒製而成的瓷器終於也登上了曆史的舞台。從陶器發展到瓷器，是陶瓷發展史中的一次重大飛躍。由於采用低熔點的長石和粘土等其他成分相配合，從而在焙燒過程中形成了流動性很好的液相，它們不僅堵塞了陶器中的大量微孔，而且還能加速組分之間所發生的固相反應，促進晶粒的生長和發育。冷卻下來後，這些液相以玻璃狀態存在，使得瓷器變得更加堅硬、致密和不透水。
中國的瓷器大約始於魏、晉、南北朝時期，繼而在宋、元時代發展到了很高的水平。當時，瓷器作為中華文明的象征，大量運往歐亞各地。在明、清之際，傳統瓷器已經發展到非常高的水平。當時，江西景德鎮燒製的薄胎瓷器被讚為：潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如磬。
近代，由於對瓷器的原料、配比、製作工藝精選、優化和嚴格控製，以日用瓷器為代表的傳統陶瓷質量又有很大提高，花色品種迅猛增加，生產規模急速擴大，傳統陶瓷已經成為提高和改進人類生活質量的重要基礎材料。我國在瓷器的生產方麵曆史上曾經達到過很高的水平。但是，近代在高品質瓷器的生產方麵已經落後在一些發達國家的後麵。目前在新技術發展的基礎上，提高和改進傳統的技術，扭轉在高品質瓷器生產上的落後局麵，重新確立我國作為瓷器大國應有的地位，是我國傳統陶瓷生產麵臨的曆史使命。
2從傳統陶瓷到精細陶瓷
20世紀二三十年代以來，由於科學與技術的高速發展，對傳統陶瓷提出了新的挑戰。如電力的普及與大規模的應用，需要使用大量強度很高、絕緣性能很好的絕緣子；電子通信技術的發展迫切需要在高頻下絕緣性能良好的陶瓷材料；特別是在第二次世界大戰期間，為了解決用於製作高質量電容器的天然雲母的匱乏，希望能夠用介電常數高的陶瓷來代替天然雲母。現實的需要推動了對陶瓷材料進行廣泛而深入的研究。人們發現，雖然陶瓷中的玻璃相，使陶瓷變得堅硬、致密，但是，也正是陶瓷中的玻璃相，妨礙了陶瓷強度的進一步提高。同時，玻璃相也是陶瓷絕緣性能，特別是高頻絕緣性能不好的根源。於是，在傳統陶瓷的基礎上，一些強度高、性能好的材料不斷湧現，它們的玻璃相含量都比傳統陶瓷低。目前，由於陶瓷製備工藝的不斷進步，特別是對陶瓷燒結過程、顯微結構進行研究的結果表明，製備出玻璃相含量非常低，甚至幾乎不含玻璃相的，由許多微小晶粒結合而成的結晶陶瓷是可能的。這種材料的各種性能有可能與相應單晶體的性能相近。
現在，許多高性能陶瓷，幾乎都是不含有玻璃相的結晶態陶瓷。為了有別於傳統陶瓷，人們稱之為先進陶瓷，或高技術陶瓷；有時，也稱之為精細陶瓷，取其顯微結構、製備技術都非常精細之意；也有人稱其為工程陶瓷，取其主要應用在工程技術方麵之意。
從傳統陶瓷到先進陶瓷，是陶瓷發展史的第二次重大飛躍。這一過程始於20世紀四五十年代，並且還在不斷的發展。當然，傳統陶瓷和先進陶瓷之間並無絕對的界線，然而二者在原材料、製備工藝、顯微結構等多方麵確有相當的差別。傳統陶瓷多數采用天然礦物原料，或者經過處理的天然原料，而先進陶瓷則多采用合成的化學原料，有時甚至是經特殊工藝合成的原料；傳統陶瓷的製備工藝比較穩定，對材料顯微結構的要求並不十分嚴格，而先進陶資則必須在粉體的製備、成型、燒結方麵采取許多特殊的措施，有時甚至需要采用當代先進技術所能達到的極限工藝條件進行製備，並且對材料的顯微結構的控製非常重視；傳統陶瓷主要應用於製造日用器皿、衛生潔具等生活用品，而先進陶瓷則主要用於工業技術，特別是高新技術方麵，滿足對材料所提出的各種苛刻要求。因此，無論從材料本身的性能，或者是材料所采用的製備技術來看，先進陶瓷已經成為陶瓷科學和材料科學與工程方麵，非常活躍、極富挑戰的前沿研究領域。
3不斷發展的先進陶瓷
先進陶瓷，無論從材料的性能，還是從材料的製備工藝技術來看，都已經和人們對陶瓷的印象有很大的不同。在許多人的印象中，陶瓷是一種堅硬但易碎的物體，缺乏韌性，缺乏塑性。說到陶瓷的生產，便馬上想到了“泥巴”和滿是粉塵的車間。而許多先進陶瓷則是既堅且韌，一改陶瓷易碎的舊形象。例如，60年代後期發展起來的增韌氧化鋯陶瓷就非常堅韌，不僅摔在地上不會碎裂，有人還把增韌氧化鋯陶瓷放在鐵砧上用鐵錘用力敲打，竟然難以敲碎。日本的企業家和陶瓷科學家為了改變人們對先進陶瓷的傳統印象，特別把這種高技術陶瓷改製成剪刀和水果刀作為禮品，贈送給公司、企業的客人，甚至作為商品在市場上以低成本價格銷售，稱之為永不卷刃、永不生鏽、永不磨損的刀具，一改人們的印象，贏得了民眾和社會輿論對發展先進陶瓷的支持，取得了戲劇性的宣傳效果。而這種陶瓷剪刀和水果刀全部在市場上站住了腳跟，並且逐步變得有利可圖了。有的先進陶瓷有很好的彈性，可以製作成陶瓷彈簧。近年來還發現一些陶瓷具有超塑性，斷裂前的應變可達到300%左右，這更是傳統陶瓷所難以想象的。至於先進陶瓷的性能則更是豐富多彩。
60年代以來，先進陶瓷在材料和製備技術兩方麵的研究都取得了很大的進展和成就。值得一提的是，在陶瓷發展進程中正麵臨著第三次飛躍：從先進陶瓷發展到納米陶瓷。科學家們預期在20世紀最後10年和本世紀初，陶瓷科學將在這一方麵取得重大突破。
先進陶瓷按其使用性能來看，大體上可以分為先進結構陶瓷和先進功能陶瓷兩大類。
(二)性能優異的結構陶瓷
1剛玉與人造寶石
有一種氧化鋁質瓷，俗稱剛玉，從它的問世及在新型無機材料家族中的地位，可算是一位長者了。
氧化鋁質瓷脫胎於傳統陶瓷。傳統陶瓷坯體中含有以下三種化學成分：一種是低熔點的堿金屬氧化物，如氧化鉀和氧化鈉；一種是構成矽酸鹽礦物的主要成分，即二氧化矽；還有一種是高熔點的三氧化二鋁，簡稱氧化鋁。在長期的生產實踐中，人們發現，瓷坯中氧化鋁的含量越高，瓷坯的燒結溫度就越高，但使用性能會更好，這樣就引起了人們對製造氧化鋁瓷的興趣。1924年，德國人魯夫用純氧化鋁粉末成型，在2000℃左右的高溫爐中燒結，得到了世界上第一塊純氧化鋁製品。但是這個新生兒一直到1933年才由西門子公司正式命名。我們中國人取其白如玉而堅硬不凡，將它譯名為剛玉。
剛玉質瓷含氧化鋁96%～995%，其餘部分為添加物及雜質。製備剛玉瓷的原料有工業氧化鋁、高純氧化鋁及電熔剛玉等。……
由於剛玉質瓷具有耐高溫、抗腐蝕、高強度、高硬度、高絕緣以及氣密性好等優良性能，所以用途特別廣泛。如作為高純金屬的冶煉坩堝及生長單晶用坩堝、玻璃拉絲坩堝、高溫窯爐的結構件、耐熱塗層等；也可用作機械零部件、各種切削工具、裝甲防護材料、人造關節等；還可用作絕緣部件及電子工業中的各種電路基板、外殼等等。
燒結剛玉質瓷是多晶體，即它的組織結構是由許許多多微小晶體構成的。如果用純淨的氧化鋁在特殊的熔爐中生長出單晶，這種單晶不僅無色透明，純潔無暇，晶瑩可愛，而且具有許多熱學、電學、光學和力學方麵的優良性能。這種氧化鋁單晶，就稱為人造寶石。除了剛玉質的寶石外，還可以根據需要加入不同的著色劑，製得各種顏色的人造寶石。
人造寶石不僅是珍貴的裝飾品，而且更重要的是貴重的工業材料。從所周知，機械手表常用鑽數表示其質量。所謂鑽數，就是指手表內部機件軸承上所用人造寶石的數目。用人造寶石作鍾表軸承比金屬材料耐磨，因而鑽數多的手表比較耐用。人造寶石也可用於電氣儀表、唱機用寶石針、錄音器寶石針等等場合。人造寶石還可用於激光器和紅外探測器中。
2氮化物陶瓷
以無機材料作某些精密儀器和設備的結構部件時，既要求材料致密、機械強度很高，又要求有正確的形狀和精確的尺寸。這可是一個難題!因為陶瓷製品在燒結過程中，總是伴隨著體積的收縮。體積收縮越大，結構就越致密。但收縮不均勻，就難保證製品有精確的尺寸，嚴重時甚至引起變形和開裂。成瓷後的製品既硬又脆，要想像金屬材料那樣進行機械加工，那就更不容易了。那麼究竟能不能製得一種燒成時基本不收縮或者可以進行機械加工的無機材料呢?能!這樣的材料就是氮化硼和氮化矽。
(1)可進行機械加工的氮化硼。
100多年前，氮化硼就誕生於貝爾曼的實驗室中，但由於當時工業技術和工藝水平的限製，一直沒有得到人們的重視，僅將它作為高溫減摩劑。直到發明了熱壓燒結技術以後，用它製成近於理論密度的燒結製品，作為新型無機材料而獨樹一幟，才得以施展才能，得到人們的廣泛重視。