先進陶瓷作為一種新興材料，有著獨特的魅力。它以高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料，化學組成精確，搭配精密制造加工技術與結構設計，造就了優異特性。按種類劃分，先進陶瓷分為結構陶瓷與功能陶瓷。

1、結構陶瓷

結構陶瓷具備高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特性，應用廣泛，涵蓋切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發動機部件、熱交換器及裝甲等領域。其主要材料包括氮化硅 (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，巧用 ZrO₂的變相效應，有效防止纖維與基體熱膨脹系數不匹配引發的裂紋，使復合材料斷裂韌性提升 5 倍。氮化硅陶瓷憑借優異綜合性能與豐富資源，成為高性能陶瓷里極具應用潛力的切削工具，每年約 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

熱壓工藝制備的碳化硅陶瓷，密度接近理論密度，即便在 1400℃高溫，彎曲強度仍可達 500 - 600MPa。CVI 法制得的 C 纖維補強碳化硅復合材料，強度 520MPa，斷裂韌性達 16.5MPa・m。含 25vol％TiB 的碳化硅復相陶瓷，精準控制起始顆粒尺寸，強度可達 888MPa，斷裂強度 8.8MPa・m。碳化硅堪稱高溫空氣中強度最高的材料，熱導率僅次于氧化鈹陶瓷材料。

（3）氧化鋯增韌陶瓷

氧化鋯增韌陶瓷在結構陶瓷研究成果斐然，已知多種使氧化鋯穩定的添加物，如氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化釔、氧化鈰等單一或復合氧化物，被增韌材料涵蓋氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷。在氧化鋁中添加 16vol％氧化鋯增韌處理后，材料強度達 1200MPa，斷裂韌性 15.0MPa・m。氧化鋯增韌陶瓷室溫強度與斷裂韌性出眾，后續將聚焦提升高溫性能。 

2、功能陶瓷

功能陶瓷是知識與技術密集型產品，伴隨電子產品輕薄短小、多功能、高可靠性、高密度表面、高集成化發展，功能材料持續演進。這類陶瓷品種繁多，具備微波介電性能、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、弛豫性能等優良功能，應用廣泛。

（1）電子絕緣材料

當下國內外常用電子絕緣材料是 Al₂O₃，新興的 AlN 陶瓷脫穎而出，具高強度、高絕緣性、低介電常數、高的熱導率，且熱膨脹系數與單晶硅匹配，主要用于大規模集成電路和電力模塊電路散熱基板。

（2）電介質材料

用于調諧電路、保護邏輯及記憶單元的陶瓷電容器介質材料多為 BaTiO₃基材料，還有高介的復合鈣鈦礦材料，晶界層電容器使常規瓷介電容器介電常數躍升數倍甚至數十倍。

（3）壓電陶瓷材料

常用壓電元件用于傳感器、氣體點火器、報警器、音響設備、醫療診斷設備及通訊等，傳統壓電材料是 PZT，新型壓電陶瓷材料有高靈敏、高穩定壓電陶瓷材料、電致伸縮陶瓷材料、熱釋電陶瓷材料等。

（4）磁性陶瓷材料

磁性陶瓷材料分硬磁性和軟磁性兩類。硬磁材料如鐵氧體磁鐵和稀土磁體，用于磁鐵和磁存儲元件；軟磁性材料易磁化、去磁，用于交變磁場響應的電子部件。

（5）超導陶瓷材料

自 20 世紀 80 年代超導陶瓷研究重大突破后，高溫超導陶瓷材料備受矚目，我國研究處于世界先進水平，當前應用朝大電流、電子學、抗磁性等方向發展。

（6）抗殺菌陶瓷材料

伴隨科學發展與社會文明誕生，無機抗殺菌劑分三類：一是將銀、銅、鋅等金屬或離子固定在無機材料載體上；二是二氧化鈦粒子光催化抗殺菌劑；三是遠紅外輻射功能抗殺菌材料，常需與前兩類配合使用。 

3  先進陶瓷材料在汽車上的應用

在汽車行業，使用特殊材料司空見慣，碳纖維、鋁鎂等早有應用，然而陶瓷常被誤解僅用于精細瓷器與衛浴產品，實際上先進陶瓷在汽車領域也有諸多潛在應用等待挖掘。

 

先進陶瓷在汽車上的獨特呈現

一輛由法國超級跑車制造商布加迪與柏林皇家瓷器建造廠聯合推出的陶瓷版布加迪威龍白金跑車令人矚目。其整車采用陶瓷材質打造，油箱蓋、車標和輪蓋部位更是運用特殊材料精心制作。該車搭載 8 升 W16 引擎，動力強勁，可達 1000 馬力，從靜止加速到 62 英里（約 100 公里）僅需 2.5 秒，最大時速約 253 英里（407 公里），出廠售價 160 萬英鎊。如此獨特的設計，既彰顯了陶瓷材料在汽車外觀裝飾上的美學價值，又展現出其在承載高強度動力輸出方面的潛力。

先進陶瓷在汽車關鍵部件的深度應用

（1）發動機

新型陶瓷多由碳化硅和氮化硅等無機非金屬燒結而成，強度超氧化鋁陶瓷三倍，耐高溫超 1000℃。在汽車發動機領域，其應用意義重大。當下汽油機熱能損失高達 78%，柴油機熱效率雖為 33% 但仍有 60% 以上熱能量損耗。若用隔熱性能卓越的陶瓷材料環繞燃燒室隔熱，并結合廢氣渦輪增壓器與動力渦輪回收排氣能量，試驗表明熱效率可提升至 48%，且能實現柴油機瞬間快速起動。此外，新型陶瓷渦輪增壓器耐熱性遠超超耐熱合金，比重僅為金屬渦輪的約三分之一，有效彌補金屬渦輪動態響應低的短板。

（2）傳感器

汽車運行環境惡劣，對傳感器要求嚴苛，需長久適應高溫、低溫、振動、加速、潮濕、噪聲、廢氣等條件，且具備小型輕量、重復使用性好、輸出范圍廣等特性。特種敏感陶瓷憑借耐熱、耐蝕、耐磨及優良電磁、光學機能，制成的傳感器能完美契合上述需求，為汽車精準運行提供關鍵數據支持。

（3）制動器

陶瓷制動器脫胎于碳纖維制動器，經多道復雜工序制成，其碳硅化合物表面硬度近乎鉆石，內部碳纖維結構確保堅固耐沖擊、耐腐蝕，耐磨性極強。當前，該技術不僅應用于 F1 賽車，在超級民用跑車領域也嶄露頭角，為車輛制動提供強大且穩定的保障。

（4）減振器

高級轎車的智能減振器巧妙綜合利用敏感陶瓷的正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應研制而成。憑借高靈敏度陶瓷元件，減振器具備路面識別與自我調節功能，能最大程度降低轎車因粗糙路面引發的振動，提升駕乘舒適性。

（5）噴涂技術

源于航天技術的陶瓷薄膜噴涂技術已在汽車領域落地生根。該技術隔熱效果出眾，能耐受高溫高壓，工藝成熟、質量穩定。在發動機燃燒室部件，如活塞頂噴涂氧化鋯、缸套噴涂氧化鋯，可降低散熱損失、減輕發動機質量、縮減尺寸并減少燃油消耗，全方位優化發動機性能。

先進陶瓷在汽車應用的現存挑戰與未來展望

盡管特種陶瓷在汽車各部件展現出獨特優勢，但目前在汽車領域應用尚不廣泛。這主要歸因于其制造工藝復雜、要求極高，原材料選取嚴格，工藝難以精準掌控，致使制品性能均勻性差，再加上成本高昂、可加工性欠佳、脆性大、使用可靠性受限等問題。

不過，隨著科技迅猛發展，未來汽車制造業有望迎來更多特種、智能陶瓷制品。一方面，材料研發將聚焦攻克現有難題，提升陶瓷材料性能穩定性，優化結構與功能性一體化設計，探索低成本制備工藝；另一方面，隨著技術成熟與成本降低，先進陶瓷將從高端跑車、賽車等小眾領域逐步拓展至普通民用汽車，深度嵌入汽車產業生態，助力汽車向更高效、更智能、更舒適方向邁進。

國內外先進陶瓷材料產業發展態勢

（1）全球產業格局

先進陶瓷已構筑起龐大高技術產業，全球年銷售額超 500 億美元，年增長率 8%。美國、法國、德國與日本處于領先地位，歐洲其他各國、韓國、中國大陸與臺灣地區也各展所長。

（2）美國

近 50 年成果斐然，1994 年克林頓政府增加科研預算推動產業發展，1998 年市場份額近 75 億美元，后續雖有起伏，但總體穩步增長，2012 年突破 126 億美元。美國側重高溫結構陶瓷，在航天、汽車等多領域廣泛應用，其精密材料陶瓷制品產量占世界總量 60% 以上，生物陶瓷也大量用于臨床，且加緊軍用陶瓷研制。

（3）日本

自 20 世紀 80 年代后在先進陶瓷領域獨樹一幟，既是最大生產者，又在功能陶瓷研究稱霸，諸多敏感元件壟斷國際市場。積極研發高性能陶瓷電池，力求在汽車、航空航天等領域開辟新天地。

（3）國內

我國從 20 世紀 50 年代以氧化鋁陶瓷刀具為起點，逐步拓展研究領域，取得系列成果，部分普通電子陶瓷和結構陶瓷能批量生產、出口，但高端產品仍依賴進口，與國際先進水平相比，在技術和產業化方面存在差距，亟待提升先進技術、裝備和管理水平，以滿足國民經濟發展需求。

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