如果没有陶瓷，近2万亿美元的全球电子产业将不复存在。陶瓷拥有广泛的电学特性，包括绝缘、半导体、超导、压电和磁性，这些特性对手机、电脑、电视和其他消费电子产品至关重要。全球电子陶瓷市场规模估计约为90亿美元。

陶瓷火花塞是一种电绝缘体，对社会产生了巨大的影响。它们最初发明于1860年，用于点燃内燃机的燃料，至今仍在用于此目的。其应用范围包括汽车、船舶发动机、割草机等。高压绝缘体使电力安全地输送到家庭和企业成为可能。

记住这个日期！

美国陶瓷学会 （ACerS） 电子与基础科学分部将于 2013 年 1 月 23 日至 25 日在佛罗里达州奥兰多举办 2013 年电子材料与应用大会。EMA 2013 将重点关注
用于能源生成、转换和存储应用的电子材料。

陶瓷提升天线性能

如果没有摩根先进陶瓷公司 （Morgan Advanced Ceramics） 为领先的微型天线专家 Sarantel 开发的特殊陶瓷，下一代手机天线将无法实现。Sarantel 的 PowerHelix 系列采用专利设计，将铜轨道沉积在小型陶瓷圆柱体上，并单独自动进行激光微调，以获得最佳频率响应。

目前，这种类型的天线用于 GPS 应用，其零接地平面可节省手持和便携式设备的空间。当并排安装时，天线还可以用于蓝牙和 GPS 等组合应用，而不会降低性能。然而，PowerHelix 系列可能在手机市场中发挥最大的作用。根据美国的E-911立法，GPS接收器即将强制要求内置于手机中，以便该技术能够帮助紧急服务部门更有效地响应遇险呼叫。3G移动网络和Wi-Fi网络也是潜在的应用领域。

关于使用手机对健康影响的持续争论是另一个重要问题。根据比能量吸收率（SAR）定义的国际安全法规鼓励优化用户头部辐射功率与吸收功率的比率。获得专利的PowerHelix天线设计显著降低了电流损耗，从而避免了在用户皮肤上形成入射磁场。一种特殊的陶瓷材料的应用使得制造天线的辐射量仅为其他系统辐射量的5%。

陶瓷材料助力晶体管发展

英特尔正在将新型高介电陶瓷和金属材料相结合，以构建其45纳米晶体管的绝缘壁和开关栅极。晶体管是处理数字世界中“1”和“0”的微型开关。栅极控制晶体管的开关，栅极电介质是位于其下方的绝缘体，将晶体管与电流通道隔开。

下一代多核处理器将包含数亿个这样的微型晶体管（或称开关），从而实现创纪录的PC、笔记本电脑和服务器处理器速度。通过用更厚的铪基氧化物材料替代传统的介电材料，晶体管栅极漏电流可降低10倍以上，晶体管尺寸可以更小，从而使晶体管密度提高约两倍。

当铪陶瓷与兼容的金属栅极结合时，驱动电流可提高20%以上（晶体管性能更高），源漏漏电流可降低5倍以上，从而提高晶体管的能效。更小的晶体管尺寸意味着有效开关功耗可降低约30%。

• Ardagh Group 将以8.8亿美元的价格收购（从Wayzata Investment Partners手中）美国Anchor Glass Container Corp.。该交易预计将于2012年8月底完成。Anchor是美国第三大玻璃容器制造商，其在美国的八家工厂每年生产56亿个容器。

• 根据美国劳工统计局发布的最新生产者价格指数报告，平板玻璃价格在2012年5月保持不变后，于2012年6月上涨了0.1%。总体而言，从2011年6月到2012年6月，平板玻璃价格上涨了1.4%。

• 现已正式宣布：Vitro的西班牙子公司Vitro Cristalglass已宣布破产。该公司表示，做出这一决定是由于欧洲经济危机，尤其是 Vitro Cristalglass 业务所在的建筑行业。

• Calderys B.V.（荷兰）已获得 Technip Benelux B.V. 的合同，将为 Technip 迄今为止建造的最大氢气重整装置提供详细工程设计和耐火材料供应，该装置最终将安装在俄罗斯的 LCC-RN Tuapse 炼油厂。

• 据报道，印度尼西亚 PT Krakatau Steel Corp. 计划建造一座价值 6.2181 亿美元的巨型高炉，目标是在 2015 年初投入运营。

数百年来，多孔石质扩散器一直被用于在各种应用中以高密度气相模式分散大量细小气泡。其应用范围广泛，从污水处理厂的氧气转移，到饮用水的臭氧消毒，再到制造工艺和地下水修复场所的挥发性有机化合物的去除等等。

陶瓷细气泡扩散器的形状和尺寸多种多样，从垂直运行的圆顶形和圆盘形，到水平运行的管状或棒状。陶瓷扩散器的材质范围广泛，从最初的多孔矿渣到如今的二氧化硅和高性能熔融氧化铝材料。陶瓷扩散器的演变源于对稳定运行以及与各种恶劣运行环境更高兼容性的需求。

典型的陶瓷管状扩散器和不同孔隙率的陶瓷圆顶细气泡扩散器适用于工业应用。

陶瓷扩散器最广泛的用途是生物处理应用，这类应用需要氧气与液体界面的高传质速率，例如污水处理。它们也用于臭氧气体对饮用水进行消毒。此类系统在欧洲已经应用了相当长一段时间，但在美国发展缓慢。部分原因是美国对新技术的接受速度较慢，以及更换现有基础设施的成本高昂。

陶瓷圆顶曝气器安装在现有系统的转换集管上，该系统最初设计用于水平式曝气器。在之前的运行中，集管上因水源中的矿物质含量而形成了微红色的锈迹。

非传统应用

与工艺技术中使用的所有设备和硬件一样，技术的改进为以前难以解决的替代应用奠定了基础。陶瓷细泡曝气器解决了一个问题，即处理受挥发性有机碳氢化合物污染的地下水。挥发性有机化合物 (VOC) 的来源多种多样，从地下油箱老化的加油站，到碳氢化合物、溶剂和其他污染物渗透到地下水位的工业场所。

地下水修复更传统的方法是将受污染羽流中的地下水泵入水箱进行处理。挥发性有机化合物 (VOC) 挥发并去除后，水会被以闭环方式泵回地下。这种方法往往需要大量的资金和人力，但其设计简单，在许多应用中非常适用。

近年来，一种越来越被接受的方法是现场处理受碳氢化合物污染的地下水。这种方法是通过下井并测试地下水来确定受污染地下水羽流的范围。一旦确定了羽流的大小和范围，就可以使用井套管进行处理。

陶瓷管式扩散器设计为卧式装置，通常平行于容器底部安装。对于现场地下水应用，管式扩散器可以旋转并用作喷枪，插入井套管中。然后在扩散器的外部填充介质，并使用专用的填料进行密封，以最大限度地提高处理效率。扩散器连接到气源，例如空气、氧气、臭氧或其他有效修复过程所需的气体。

该系统的功能基于地下水与气体扩散器有效面积接触时的自然流动。介质通过减缓此类装置中气泡的上升速度，提供了额外的优势。所需井的数量取决于修复要求的严重程度、污染羽流的大小及其传播范围。

陶瓷扩散器也可用于废水处理应用中的pH值调节。这可以通过使用市售的二氧化碳源，并将气体与槽或罐中的流体接触来实现。

陶瓷细气泡扩散器可以产生大量气泡，从而与由此产生的表面积接触液体，以执行各种任务。

一些需要调节pH值的装置可能还会接触到烟气，烟气是制造或设施加热过程中燃烧产生的酸性副产品。侧流烟气可泵送至扩散器，并与电磁阀或驱动球阀以及pH控制器配合使用，在排放前达到目标pH值。在这种情况下，无需处理危险化学品，也无需承担后续成本，并且无需预先操作过程中产生的废弃副产品被重新利用，这可谓“绿色”应用。

细气泡扩散器也用于提高废水或工艺水流的溶解氧水平，然后再排放到市政系统或河道中。最终的溶解氧水平通常由现行的地方、区域或国家执法指南决定。

改造

陶瓷扩散器在系统升级时可以提供一种可行的硬件替代方案。许多老旧的装置通常采用管状或棒状扩散器，这些扩散器多年来一直是人们的首选。系统升级的主要障碍是需要将管道歧管和集管从设计用于水平式扩散器（管状）的系统重新格式化为可容纳垂直式（圆顶式）扩散器的系统。

该问题的一种方法是使用现有的歧管和集管系统，并安装管状替换集管适配器，该适配器可容纳多个陶瓷圆顶扩散器。拆除现有的管状扩散器，并将适配器“集管”旋入到位，垂直接口位于12点钟位置，以便进行最终安装。整个转换过程只需数小时即可完成，无需数周或数月。

技术陶瓷因其化学和机械性能，在电子和工程领域受到广泛青睐。与金属相比，它们的抗压强度更高，尤其是在高温下。陶瓷具有良好的热稳定性（即较低的热膨胀系数）以及良好的耐热性和耐电性。它们还具有优异的硬度和尺寸稳定性。

因此，技术陶瓷的应用范围广泛，例如：航空航天发动机叶片、环和阀门组件、工业泵轴承、切削刀具和模具零件、医疗器械，以及在电子工业中作为基板和专用真空组件的广泛用途。

陶瓷-金属键合

在许多应用中，通常需要将陶瓷与金属连接以形成成品部件。

由于两种材料热膨胀系数的固有差异，陶瓷-金属键合是制造商和用户多年来面临的最大挑战之一。钎焊方法多种多样，包括机械紧固件、摩擦焊接和粘合剂粘合，但迄今为止，在陶瓷和金属之间建立密封、牢固连接的最广泛、最有效的方法是钎焊。钎焊首先通过化学键合金属化陶瓷，形成一个可润湿的表面，钎焊过程中钎料合金会在该表面流动。

摩根先进陶瓷公司是一家全球性的金属化陶瓷部件设计和制造商，生产定制部件，应用范围广泛，从特殊项目的小批量高价值部件生产到精密设计的大批量生产。以下是两个示例。

示例 1：独特的工程挑战

ISIS 是一家世界一流的散裂中子源，位于英国牛津郡的 CCLRC 卢瑟福·阿普尔顿实验室。作为其第二靶站 (TS-2) 大型扩建项目的一部分，该公司委托摩根先进陶瓷公司生产一系列高度专业化的金属化陶瓷部件。

这些部件是监测提取质子束 (EPB) 强度的仪器的基本组成部分。第一个靶站使用的陶瓷真空管采用铟丝密封，但经验证明，如果受到干扰，这些管会变得不可靠。金属化陶瓷提供了一种解决方案，可在设计非常严格的公差范围内实现100%可靠的真空密封。

该项目面临两个关键挑战：首先，要设计出一种能够在大型部件（直径200毫米）上实现坚固、高完整性真空密封（泄漏率10-8毫巴·升/秒）的设计和制造工艺；其次，要解决真空管的氧化铝陶瓷与其低碳钢法兰之间的热系数差异问题。由于项目性质，对部件的物理尺寸和清洁度设定了非常严格的规范。

ISIS组件长158毫米，带有两个直径240毫米的镀镍低碳钢法兰，法兰之间通过预制金刚石磨削氧化铝陶瓷绝缘体相互绝缘。为确保组件的气密性，陶瓷在 850°C 的氢氮炉中钎焊到两个镍铁钴钢法兰上。之所以选择镍铁钴钢，是因为它与陶瓷的热膨胀性能最佳匹配。该工艺通过涂覆钼锰涂层（烧结温度为 1,400°C）来实现，然后再电镀一层镍。之后，将陶瓷/金属钎焊组件焊接到带有不锈钢接口的低碳钢法兰上，并加工至最终尺寸。

ISIS 的订单包含 13 个组件，预计于 2006 年底交付。与此类项目通常的情况一样，项目既没有时间也没有预算来制作原型以改进工艺，因此项目依赖于专家团队的经验和专业知识，确保一次性完成。问题一出现就能得到解决，所有组件都已交付。

示例 2：精度与一致性

摩根先进陶瓷公司 (Morgan Advanced Ceramics) 为另一位客户制造金属化陶瓷元件，用于连续波和脉冲雷达系统（例如战斗机雷达系统）中使用的真空电子设备。

该公司面临的挑战是如何突破材料的性能极限，以满足行业对更高频率的需求。这意味着需要更小的元件拥有与更大尺寸元件相同的物理特性，并且需要极高的精度工程和严密的质量控制，以确保整个生产过程中的一致性。

例如，以这种方式制造的最小部件是一个内径仅为 0.2 英寸的圆柱体。内表面金属化厚度公差非常严格，在 0.007 英寸到 0.0012 英寸之间。所采用的金属化工艺基于公司内部开发的钼锰 (MoMn) 耐火油墨系统。由摩根先进陶瓷公司 (Morgan Advanced Ceramics) 制造，与特定的高纯度氧化铝陶瓷体相匹配，以确保始终如一的高强度键合。MoMn 金属化层中的玻璃相与陶瓷中的玻璃相结合形成键合。金属化表面会再镀一层镍，以密封并改善润湿性，以便后续钎焊。

先进陶瓷正在满足各种应用中对更高性能关键部件的需求。通过深入了解陶瓷-金属键合技术（例如金属化工艺），设计师和制造商能够更好地设计这些关键部件。

陶瓷涵盖的材料种类繁多，几乎不可能给出一个简洁的定义。然而，陶瓷的一个可行的定义是：耐火、无机、非金属材料。陶瓷可分为两类：传统陶瓷和先进陶瓷。

传统陶瓷 包括粘土制品、硅酸盐玻璃和水泥。先进陶瓷 包括碳化物（SiC）、纯氧化物（Al2O3）、氮化物（Si3N4）、非硅酸盐玻璃以及许多其他材料。

一般来说，先进陶瓷具有以下固有特性：

• 坚硬（耐磨）
• 抗塑性变形
• 耐高温
• 良好的耐腐蚀性
• 低热导率
• 低电导率

然而，有些陶瓷表现出高热导率和/或高电导率。

这些特性的结合意味着陶瓷可以实现：

• 低密度、高耐磨性
• 腐蚀环境下的耐磨性
• 高温下的耐腐蚀性

与其他材料相比，陶瓷具有许多优势。它们比钢更坚硬、更刚硬；比金属或聚合物更耐热、更耐腐蚀；比大多数金属及其合金密度更低；而且其原材料丰富且价格低廉。陶瓷材料具有多种特性，使其能够应用于许多不同的产品领域。

• 航空航天：航天飞机隔热板、隔热层、高温玻璃窗、燃料电池
• 消费品：玻璃器皿、窗户、陶器、康宁餐具、磁铁、餐具、瓷砖、镜片、家用电子产品、微波传感器
• 汽车：催化转化器、陶瓷过滤器、安全气囊传感器、陶瓷转子、阀门、火花塞、压力传感器、热敏电阻、振动传感器、氧气传感器、安全玻璃挡风玻璃、活塞环
• 医疗（生物陶瓷）：骨科关节置换、假体、牙齿修复、骨植入物
• 计算机：绝缘体、电阻器、超导体、电容器、铁电元件、微电子封装
• 其他行业：砖块、水泥、膜和过滤器、实验室设备
• 通信：光纤/激光通信、电视和无线电组件、麦克风

研究与市场 (Research and Markets) 杂志已将一本名为《陶瓷与复合材料加工方法》的新书纳入其目录。

John Wiley and Sons 出版的这本新书分析了陶瓷及其复合材料的最新制造和加工技术。先进陶瓷材料在航空航天、医疗卫生、通信、环境保护与修复、能源和交通运输等众多领域都具有广阔的应用潜力。

本书详细分析了陶瓷和复合材料的主要加工方法，帮助制造商选择合适的加工技术，生产出满足不同工业应用所需性能的陶瓷产品和部件。

本书由国际知名的陶瓷专家撰写，探讨了传统制造方法以及为满足日益增长的高可靠性陶瓷材料需求而开发的最新和新兴技术。本书将陶瓷和复合材料的加工技术分为致密化、化学方法和物理方法三个部分。

“致密化”部分涵盖了烧结、粘相硅酸盐加工和脉冲电流烧结的基础知识和工艺流程。 “化学方法”部分分析了燃烧合成、反应熔体渗透、化学气相渗透、化学气相沉积、聚合物加工、凝胶浇铸、溶胶-凝胶和胶体技术。“物理方法”部分讨论了等离子喷涂、电泳沉积、微波加工、固体自由成型和定向凝固等技术。

每章都详细分析了一种特定的加工方法。这些章节共同为读者提供了关于用于制造和加工尖端陶瓷和陶瓷复合材料的不同方法、技术和途径的广泛而先进的科学数据。本书对材料科学、陶瓷、纳米技术、生物医学工程和结构材料专业的学生和科学家非常有用。