特種陶瓷工業
特種陶瓷是不同於傳統陶瓷的技術密集型新型陶瓷,具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、高溫機械性能和電性能好等優點,廣泛應用於宇航技術、電子技術、生物工程和原子能工業、機械工業、化學工業等方麵。它已成為經濟建設、國防建設和科學研究不可缺少的重要材料。
特種陶瓷的科學發展
中華人民共和國建立以後,在國民經濟恢複時期,為了適應工業生產的需要,曾經試製和生產了少量特種陶瓷產品。從五十年代後期起,經曆了建立機構、組織隊伍、研製新材料、發展新工藝等階段,生產有較大發展。
一、骨幹隊伍的形成
一九五九年,為配合國家研製導彈、原子彈、高性能飛機,國防科委安排了一批金屬和非金屬特種材料的研製和生產任務。當年十月,玻璃陶瓷研究院即由盛厚興等人負責籌建特種陶瓷研究室,並興建四五一車間。一九六○年該院特種陶瓷研究室(陶瓷二室)正式成立。初期,科技人員在艱苦的條件下,進行了燒結多孔發汗材料、陶瓷陀螺、雷達天線罩、防原子輻射材料和防彈材料等陶瓷材料及產品的研究。一九六五年,氧化鋁陶瓷雷達天線罩經試驗測定,其性能達到美國五十年代同類產品的水平。這些項目的開展,為特種陶瓷的發展奠定了基礎。一九七九年,該室改為建築材料科學研究院陶瓷耐火材料研究所,是特種陶瓷研究的骨幹力量,為發展中國特種陶瓷發揮了重要作用。
為了發展特種陶瓷生產,一九六二年,建成唐山陶瓷試驗廠。在建廠過程中,科技人員巴士義等人做出了積極貢獻。建廠初期,試製成功與熱核聚變、核探測器和地下核試驗等工程配套使用的特種陶瓷產品,每年銷售達200萬件。一九六四年五月,用於衛星地麵設備配套的加熱器陶瓷寶塔,獲全國新產品展覽會三等獎。陶瓷管被國防工辦、國家科委確定為協作定點產品。
熱電偶高溫陶瓷保護管是軍事工業、冶金工業、化學工業必需的測溫儀表配套部件。當時,耐高溫1300攝氏度以上的保護管,從蘇聯等國進口。六十年代初,進口困難,價格高昂。為了改變這種被動局麵,國家決定在沈陽陶瓷廠試製生產。於一九六二年試製成功使用溫度在1450—1800攝氏度的剛玉陶瓷保護管和絕緣管。一九六四年,建築工程部玻陶局和第一機械工業部四局投資150萬元,興建年產15萬支高溫陶瓷保護管車間。一九六五年十月一次投產成功。以後,又試驗成功注漿成型半自動抽管工藝,使成型效率提高3—4倍,產量增加1倍多,生產成本大幅度降低。年產直徑1—120毫米、長2米的高溫陶瓷保護管35—50萬米,質量居國內首位。它成為中國高溫儀表配套陶瓷保護管和各種特種陶瓷產品的生產基地之一。
一九七一年十月,建築材料科學研究院陶瓷一室搬遷到山東省淄博市的陶瓷一隊組建成山東工業陶瓷研究所(後改名山東工業陶瓷研究設計院)。十多年來,該所在研製多孔陶瓷、氧化物陶瓷、高溫結構陶瓷、特種陶瓷纖維及其複合材料等方麵做了大量工作,並批量生產一部分產品。
一九七五年十一月,山東工業陶瓷研究所將多孔陶瓷製品及蠟灌注工藝的科研成果推廣到淄博市博山煤灰磚廠。一九七九年後,該廠又陸續接受了建材研究院的高純六方氮化硼粉、熱壓氮化硼陶瓷、氮化硼陶瓷片狀擴散源和氮化硼—二硼化鈦導電複合陶瓷蒸發坩堝4項科研成果,產品品種逐步增多,生產規模不斷擴大。一九八三年,該廠改名為淄博特種陶瓷廠,成為中國特種陶瓷又一生產基地。
二、工藝技術的發展
特種陶瓷新材料、新產品的研製成功,促進了工藝的發展。為了適應製造高性能特種陶瓷的需要,一些新的工藝方法也相繼出現。
(一)原料方麵。
由采用粘土、石英、長石等礦物原料,即所謂傳統的“三組份”配料,逐漸發展到采用高純、超細、均勻的人工合成原料。一九六五年建材研究院采用工業氧化鋁粉添加氟化銨礦化劑,通過高溫煆燒和震動磨細磨,經酸洗製成了低鈉、低矽氧化鋁粉,為製造各種用途的99%氧化鋁陶瓷提供了優質原料。一九六六年,用硫酸鋁銨高溫分解法製成了高純細顆粒氧化鋁粉,為製造耐輻照高純氧化鋁陶瓷和透明氧化鋁鈉燈管等產品提供了原料。一九七二年采用硫酸鋁銨控速控溫分解法,成功地製備了高純氧化鋁微粉,為製造一係列優良性能的氧化鋁陶瓷新產品奠定了基礎。之後,又進行了蒸發分解法和化學共沉法製備高純氧化鋁和其它氧化物微粉的研究,製成了純四方相和單斜相的氧化鋯超細微粉,比表麵積達56平方米/克。一九七七年,淄博特種陶瓷廠在該院幫助下,建成了用硼砂和氯化銨在氨氣氛下連續合成氮化硼粉的生產線,氮化硼含量達97.8%,結晶程度完整。一九八五年建築材料科學研究院研製成功間歇型和連續型高效超細攪拌磨。山東工業陶瓷研究所用單晶或多晶矽為原料,合成了比表麵積18.7平方米/克的氮化矽微粉,已投入小批量生產。
(二)成型工藝方麵。
除了傳統的幹壓、注漿方法外,發展了熱壓注、蠟灌注、軋膜、擠出、振動、熱壓、流延和等靜壓成型方法,以及矽酸鋁陶瓷纖維和氧化鋁空心球的熔融噴吹成型技術。在製造氮化硼纖維、氧化鋯纖維和泡沫陶瓷時,采用了前驅體化學轉化法的工藝技術。為了滿足微波混合集成電路和電子工業迅速發展的需要,建材研究院於一九八○年列題,研究流延法製造99%氧化鋁陶瓷基片的高效成型的新工藝和設備,獲得成功。這項新工藝是采用多層流延的方法,製成厚度0.1—2.0毫米、寬150毫米的陶瓷坯片,與注漿法成型的基片性能相同,可實現氧化鋁陶瓷基片生產的機械化、連續化、產品規格多樣化和降低生產成本。