探究含硅陶瓷材料在家電上的應用潛力

摘要：陶瓷材料在家電技術當中的運用是一項新興技術，該技術在2017年被提出，在2021年，已經成為研究熱點。中科院化學研究所張宗波博士在2017年中國家用電器技術大會上介紹了一種全新含硅材料——陶瓷前驅體。在國際上，人們將陶瓷基復合材料運用在航空發動機當中，該技術目前仍舊處于研究當中。從整體上來看探究含硅陶瓷材料在家電上的應用潛力對當前行業創新有非常重要的作用，我國鼓勵創新，這對行業發展大有裨益。

關鍵詞：含硅材料;陶瓷;家電

我國是一個歷史悠久的陶瓷古國，在世界上享有盛譽，當前陶瓷研究成為人們研究重點主要是含硅陶瓷材料在工業方面發揮的巨大優勢。半個多世紀以來陶瓷材料研究成為人們的重點，當前廣泛運用在電子、通訊、能源、交通、航空等方面，現代工業與生產都離不開陶瓷材料，陶瓷材料的運用給人們的生活方式帶來了翻天覆地的變化。陶瓷材料一般分為傳統陶瓷、現代技術陶瓷，傳統陶瓷是使用天然硅酸鹽粉末作為原料的產品，這一類材料運用在建筑和日用容器方面;現代技術陶瓷能夠運用在高溫、腐蝕介質環境，潛力巨大。

1.含硅陶瓷前驅體在家電中的運用

據相關報告，陶瓷前驅體已經運用在高鐵、汽車漆面、機車、光伏玻璃等當中，預計在未來的發展還會延伸到家裝、衛浴、廚電等產品當中。從專業角度上來看，普通陶瓷是由陶瓷粉燒制制作，但是陶瓷前驅體是通過含硅材料的聚合反應實現的，合成方式改變了其性能結構，這種材料本身具有高透明度、高抗腐蝕性、高硬度、高耐溫性、致密性等。本身優良的結構讓這種材料具備更廣泛的空間，這一類材料最經典的運用就是運用在航空領域內，作為航空設備涂層、導彈武器的高溫防護涂層。含硅材料在工業領域內運用優勢有：①耐高溫、耐低溫、易清潔，人們對該材料進行防冰防凝露實驗，即在普通鋁板和陶瓷前驅體涂層鋁板上進行水滴結冰實驗，實驗結果陶瓷涂層的鋁板冰滴直接滑脫掉落，在普通鋁板上冰滴牢牢粘住鋁板[1]。②具有耐磨、抗氧化、附著力低、耐高溫的特征，在1000℃高溫下氧化有陶瓷涂層的材料，實驗之后該材料在顯微鏡下無變化。③該材料還可以運用在家電產品精細化圖案的設計構筑上。一般顏料都是化學生色實現，色彩主要是分析結構對光的選擇和吸收，在常溫下活潑但是容易被破壞，物品使用時間久容易褪色。而陶瓷前驅體屬于光子晶體、物理生色，色彩表現在人們對分析結構的干涉，可以伴隨著角度變化而形成虹彩效果，原材料可選擇范圍廣，綠色環保無污染、無毒害、耐高溫耐磨等。中科院化學研究所張宗波博士稱之：“能夠運用在鍋具外涂層、電視屏幕、油煙機、冰箱等。”

2.結構陶瓷

和金屬材料相比陶瓷最大優勢在于高溫機械性能、腐蝕性能非常好、容易耐高溫氧化、耐磨損、比重小等，因此當前陶瓷材料被廣泛運用，逐漸取代了價格昂貴的超高合金鋼、金屬材料等，比如發動機氣缸套、軸瓦、密封圈等等。在市場上人們將結構陶瓷劃分為三類：①氧化物陶瓷，比如氧化鋁、氧化鈹等，這一類材料主要運用在陶瓷切削工具、高溫爐管、密封圈等;莫來石室溫是陶瓷發動機的重要選擇對象之一，將該材料制作成泡沫纖維、高溫保溫材料等;②非氧化物陶瓷，含硅非氧化物陶瓷有很高的耐高溫的腐蝕性、抗氧化性，因此一直是陶瓷發動機的主要材料，在目前取代了很多超高合金鋼部件材料，該材料在能源使用、環保方面具有非常重要的意義。非氧化陶瓷也廣泛運用在陶瓷切削刀具中，和氧化物陶瓷相比該物質成本高，但是在強度、硬度等方面有天然的優勢，壽命長且切削速度很快，因此在刀具市場當中地位非常重要。該材料還運用在陶瓷軸承、密封件內。③玻璃陶瓷，玻璃的優勢是可以在玻璃軟化溫度和熔點之間成型，工藝簡單、成本較低，在工藝上兼備玻璃工藝、陶瓷機械性能，錄用玻璃成型技術來制造產品，在經過高溫結晶化處理之后得到陶瓷。比如硅酸鹽等，這一類材料常常被運用在制造耐高溫產品、熱沖擊產品，同時也被運用在建筑裝飾材料當中，比如底板與裝飾玻璃等[2]。④陶瓷基復合材料，這是一種制作而成的多相材料，具備性能最佳，而唯一 缺點是韌性比較低，在使用的時候復合材料會為了達到某些性能指標見兩種以上材料混合在一起，會產生不可預測性突然斷裂。陶瓷基復合材料主要是為了改善陶瓷的韌性，在當前主要有兩類，分別是氧化鈹相變增韌、陶瓷纖維強化復合材料，目前這一類材料在切削工具方面得到了廣泛使用。⑤功能陶瓷，這一部分陶瓷有光、電、熱等特征，具備較高產業化程度。比如在導電區間的使用，從絕緣體轉向半導體、超導體，其中大多數陶瓷都有很高的電絕緣性，因此被廣泛運用。半導體可以分為電子型、離子型半導體，以晶體管集成電路為代表。離子型半導體材料有氧傳感器、氧泵等燃料電池材料，這一部分材料在計算機和精密儀器生產當中得到了廣泛運用。陶瓷還具有非常高的介電性能，有很高的介電常數、低介電損耗，介電陶瓷主要運用是陶瓷電容器，用途廣泛，市場上的產品有壓力傳感元件、超聲波發生器等。在光學方面的運用主要包括吸收光陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信號、光導纖維。

當前新型陶瓷材料還廣泛運用在汽車制造、飛機發動機零部件方面，讓燃料燃燒更方便，降低了對能源的浪費。同時人們還將陶瓷材料運用在 放射性廢棄物保證中，同時針對有害廢棄料還可以使用陶瓷材料來回收，將其運用無害消費品的生產中，該材料還被運用在石油運輸領域內[3]。

針對我國家電行業使用含硅陶瓷材料的前景分析

以熱水器為例，國內熱水器使用搪瓷內膽，制造過程需要高溫高壓鍛造，資源消耗非常高，而且這一項技術還被國外壟斷，國內生產需要進口，成本也隨之增加。想象一下，將含硅材料合成制作成搪瓷內膽，節能效果好，防腐技術也更好，降低了成本。也可以將含硅材料運用在家電智能化方面，運用含硅材料實現家電智能，在專家預想的場景當中，可以將含硅材料運用在冰箱制作當中，通過設計智能感受食品溫度變化，呈現出溫度形態。如果食品編制新材料的色彩也會發生變化，靈敏度增加，實用性效果較高。但是目前唯一局限是生產企業在研發方面缺乏驅動力，與科研所的信息交流不夠及時。除了冰箱之外，油煙機煙罩清潔也是老大難，因此可以考慮在油煙機產品上涂抹含硅新材料，這些問題就可以被輕易解決，不僅僅耐腐蝕性，而且刮擦方便，機械使用壽命也會延長。含硅材料本身形成色彩的特質，也讓該材料使用市場大大增加。

結束語：

現階段人們在研究當中，關心陶瓷材料與環境和諧之間的共生點，力求陶瓷材料發展的同時促進社會和諧。十九大提出創新是發展的第一動力，重視基礎研究拓展國家重點項目，突出關鍵-技術創新、引領技術發展，為建設科技強國物的質量強國等，為社會發展提供有力支撐。新材料的研究在家電領域內是比較新的課題，但是這一課題的研究已經成為趨勢。

參考文獻：

[1]賈換， 劉俊茹， 孫召英. 引入碳化鉭對鈦硅碳陶瓷材料制備和性能的影響[J]. 黑龍江科技信息， 2020， 000（003）：73-74.

[2]江雨航、宋瑤婷、王寶華. 多孔氮化硅陶瓷的研究進展及應用[J]. 江蘇陶瓷， 2020， 53;228（04）：35-37+41.

[3]郝巍， 趙曉峰， 倪娜，等. 聚合物前驅體硅基陶瓷的制備，性能及其高溫領域應用的研究進展[J]. 中原工學院學報， 2019， 030（001）：1-20.

作者簡介：

甘偉（1987年12月）;性別：男;民族：漢;籍貫：四川省鄰水縣;職務職稱：主管結構工程師;學歷：本科;單位：杭州九陽小家電有限公司;研究方向：小家電結構設計

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