(四)新材料技術層出不窮
1.特種陶瓷材料
又稱精細陶瓷或先進陶瓷。按使用性能大體可分為工程結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。按化學組成可分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、矽化物陶瓷、氟化物陶瓷等。以上均是由一種化合物為主構成的單相陶瓷。由兩種以上化合物構成的,則稱複合陶瓷。若在陶瓷中添加金屬或某種纖維,則分別生成金屬陶瓷或纖維增強陶瓷複合材料。特種陶瓷和傳統陶瓷相比,原料由天然礦物發展為人工合成的超細、高純的化工原料;陶瓷體內部結構矽一氧四麵體為基本結構單元的矽酸鹽,發展為鈦一氧、鋯一氧和矽一氮、碳一矽等多麵體為基本結構單元的各種化合物;工藝由傳統手工業生產發展為連續、自動,甚至超高溫、超高壓、微波燒結等新工藝;性能及其應用則由作一般生活用品發展到具有聲、電、光、磁、熱和力學等多種功能,從而使其在能源、工程、電子、醫學等領域得到廣泛應用。如果說,從古老的陶器發展到瓷器,是陶瓷史上的第一次革命性變化,那麼,特種陶瓷的出現,被視為陶瓷發展史上的第二次革命性變化。
高溫結構陶瓷是製造汽車、卡車、坦克、飛機用發動機和燃氣輪機的理想材料。不僅重量輕、效率高、汙染少,而且經濟效益也十分驚人,目前尚處於研究階段。待製取粒度控製在亞微米範圍內的極純原料、等離子燒結,以及材料的耐熱震性、斷裂韌性等技術問題解決後,可望在2000年左右得到廣泛使用。據估計到2000年,日本僅陶瓷燃氣渦輪發動機一項,將會形成5000億日元的市場規模,並將促進陶瓷產業和高速旋轉用發電機的發展,以及甲醇等新燃料的出現。功能陶瓷是電子材料中最重要的分支,產值約占整個特種陶瓷產值的7096以上,已開始形成新興高技術產業,並正朝著高可靠、微型化、薄膜化、多功能和高效能的方向發展。
當今各發達國家又正在著手研究納米陶瓷,重點放在納米級粉體的製備、成型和燒結等新工藝的研究,到本世紀末或下世紀初,有可能使陶瓷的脆性得到理想化的解決。屆時,納米陶瓷的出現,將成為陶瓷史上的又一次革命性的飛躍。
1.新型金屬材料
在過去幾千年的曆史中,金屬材料曾為人類物質文明開創了新的紀元,並一直在材料工業中居主導地位。近一二十年來,隨著高新技術的發展和工藝的不斷革新,不僅傳統的金屬材料精益求精,還湧現出許多具有獨特性能和用途的新型金屬材料,如快速冷凝金屬非晶和微晶材料、納米金屬材料、有序金屬間化合物等高性能金屬材料,以及釹鐵硼稀土永磁合金、非晶態軟磁合金、形狀記憶合金、新型鐵氧體及超細金屬隱身材料、貯氫材料、活性生物醫用材料等新型金屬材料。
非晶質合金具有良好的抗拉強度、軔性和磁性能。它大體分為鐵係和鑽係兩類。其中鐵係非晶質合金具有較高的飽和磁通密度和良好的軟磁特性,在通電時能量拫失極小,適於製造變壓器。鈷係非晶質合金有良好的高頻軟磁特性,最宜作開關電源和敏感組件。美國和日本對非晶合金的研究開發都很重視,已接近於實用化階段。當前主要是開發批量生產技術和降低成本。據估計到2000年,非晶質合金的市場規模將達1600億日元左右。它將促進變壓器產業的發展,可取得明顯的節電效果。
磁性材料,不論是用作變壓器、發電機、電動機用的各種軟磁性材料,還是用作永久磁鐵、錄音錄像磁帶、計算機存儲磁盤的硬磁性材料,日本均處於領先地位。在應用方麵,稀土類金屬薄膜作為光磁性介質正日益受到重視。今後要突破的關鍵主要是開發具有高磁通密度、高頑磁力和廉價的新材料,以及開發使用金屬超晶格的技術。估計到2000年,市場規模將達1000億日元左右。磁性材料的進步,將進一步促進機器人、打印機、傳真機和汽車產業的發展。
形狀記憶合金。自1962年美國海軍軍械實驗室在鈦鎳合金中發現了“形狀記憶效應”後,各國對這一現象進行了大量研究,現已發現具有形狀記憶效應的合金達幾十種之多,但現今已經實用化的主要還是鈦1合金和銅基合金兩大類。形狀記憶合金的特點在於隨著加溫區間的改變,合金受熱返回到其原先狀態時,能“記得”自己原先所具有的形狀,因而具有很明顯的實用價值。如美國噴氣式戰鬥機油壓係統的管接頭套,就是用鈦形狀記憶合金在低溫下擴徑裝套的。隨著溫度回到室溫,接頭套即自動箍緊,十分牢靠。所使用的10餘萬個這種接頭,從未發生過漏油、脫落或破損事故。形狀記憶合金還用於製造在太空中能自動張開的人造衛星天線、製造利用加熱、冷卻時產生的伸縮力來驅動機器人手臂等。