美国陶瓷五十年回顾与展望 - 憨鼠网

自从几千年前人们发现火可以使粘土变成陶瓷以来，陶瓷技术与应用得到了稳步的发展。在过去的五十年里，我们看到技术创新爆炸式的发展极大的影响了陶瓷工业，也影响了整个世界。与陶瓷相关的进步表现在包括原料、设备和加工技术等各个领域。在过去五十年里，人工原料及其它先进技术的发展和广泛的应用，使陶瓷又有了新的分类，如先进陶瓷、工程陶瓷、高技术陶瓷等。在此对过去五十年美国陶瓷工业发展的几个重要方面进行评述，并对美国陶瓷今后的发展进行展望。

1 过去

我们常想当然地认为陶瓷在社会中担当主要的角色，想象一下，如果没有电力、汽车、飞机、飞船、医疗设备、灯炮、计算机、传媒设备等，世界将会怎样？如果没有陶瓷材料，这些重要的技术都是不可能的。去年，美国国家工程学会公布了20世纪最有影响的20项工程成就，如表1所示，从表1中我们可以看出陶瓷在这些成就中的重要作用。在美国陶瓷学会前主席约翰·B·沃特曼先生编著的（二十世纪的陶瓷创新）一书中，沃特曼先生指出了陶瓷相图对传统陶瓷及高技术陶瓷的重要作用，对陶瓷相图的系统研究和编辑传播促进了陶瓷的发展与进步。在过去五十年中，晶体材料化学、热力学、缺陷动力学等方面的发展对陶瓷产生了很大的影响。这些学科中起着重要的作用。60年代以来，美国国民及政府对安全、健康以及环境的忧虑和担心逐年增加，影响了陶瓷产业，美国环境保护机构和美国职业安全与健康管理部门在此领域起到了很强的保护作用。

表1 国意工程学会关于20世纪最突出的20项工程成就排名编号项目陶瓷贡献举例

1电力

输电子缘子、工业及家庭用绝缘物、电器

2汽车

发动机传感器、催化转换器、火花塞、发动机器件

3飞机

防冻、防雾玻璃、喷气发动机器件、金属加工过程用耐热陶瓷

4安全用水的处理

过滤器

5电子学

基板、集成电路包装、电容器、压电陶瓷、磁性材料、超导

6无线电及电视传播

玻璃管、玻璃面板、电子器件

7农业设备

耐热陶瓷使金属和非金属的熔化及成型成为可能

8计算机

电子器件、磁储存、监视器玻璃

9电话

电子器件、光导纤维

10空调及冰箱

玻璃纤维绝缘材料、陶瓷磁体

11高速公路

路桥水泥、路线及信号用玻璃微珠

12航天开发

航天飞机隔热瓦、耐高温器件、电子器件、望远镜镜头

13互联网

电子器件、磁储存、监视器玻璃

14X光成像技术

超声诊断压力传感器、海底地形、CT、望远镜镜头、监视器玻璃

15家用电器

搪瓷、烤箱及冰箱用绝缘玻璃纤维、电子陶瓷

16健康技术

人工关节、骨的替代品、助听器、起搏器、超声诊断传感器、CT

17石油和天然气技术

陶瓷催化剂、石油及天然气净化用器件、钻井用水泥

18激光和光纤

玻璃光纤、激光材料

19核技术

控制棒、运输、燃料小球、核废料储存罐

20高性能材料

耐磨、耐腐蚀、耐高温、高硬度、轻量、高熔点等物化性能优异以及光、电、磁性能良好的陶瓷材料在过去五十年里，50％以上的耐火材料消耗于钢铁的生产。钢铁生产变化的要求，也使耐火材料发生了很大的变化。以硅铝为基础的粘土耐火材料开始被象氧化铝、石墨、二氧化硅、碳化硅、氧化镁以及其他多种耐火材料所代替。

2 现在

2.1 工业市场

现在，美国的陶瓷工业市场估计在380亿美元，其分配如表2所示。美国陶瓷生产者面临着原料成本、劳动力成本、燃料成本、质量、市场变化、质量控制、资本膨胀、进口压力、环境、健康和安全等方面的压力，全球经济的影响导致了大量陶瓷生产厂家的合并。表2 美国陶瓷市场估计①项目市场份额（亿美元）、百分比（%）、玻璃、170、44.6、先进陶瓷70、18.4、传统陶瓷、47、12.3、水泥、45、11.8、耐火材料、27、7.1、建筑粘土、15、3.9、研磨剂、7、1.8，合计381、99.9①不包括陶瓷生产用原料和设备。

2.2 教育

美国俄亥俄洲立大学早在1894年就开始了针对生产的陶瓷工程教育。到1950年，有18所大学开设了陶瓷工程系。1960年前后，陶瓷工程教育发生了转变。其范围拓宽到各种人工合成材料。80年代强调生产工艺、结构及性能间的关系。陶瓷工程师们不仅从事传统陶瓷的开发，而且还开发电子工业用的高技术陶瓷。

在此期间，为充分利用大学资源，有些大学开始将陶瓷工程系和冶金系合并为材料科学系。诸多因素促进了材料结构特性及其他一些新材料的发展。今天，美国有60多所高校开设材料科学与工程课程或者设系，而只有8所大学开设8门被工程技术认证委员会（ABET）认可的大学本科陶瓷工程课程和一门玻璃工程科学课程。

霍克英大学为了满足传统陶瓷企业技术人员的要求，在70年代开设了陶瓷技术联合培养学位课程。至今美国霍克英大学仍是唯一的一所开设2年陶瓷学位课程的大学。霍克英大学的课程——工业陶瓷技术通过了美国工程技术认证委员会的认证。对霍克英大学学生的需求量很大，据报导，平均每名毕业生有十个单位在等候需求。

1972年为了陶瓷工业教育的需求，成立了陶瓷函授学院（CCI）。该学院的课程，主要是提供给那些在陶瓷行业中较少或从未接受过陶瓷专业方面教育的人们。CCI的教育包括管理人员、技术人员、生产过程控制人员、市场销售人员、经理人等。自从开始创立以来，已有来自50多个国家的2300名学生参加了学习。2000年通过因特网开设了在线学习，在不久的将来，陶瓷工程的在线继续教育即将开设，宽带的应用使课程图文并貌，更为生动。

3 未来

陶瓷的未来将会怎样呢？大家都在推测，在五十年前有谁能想象计算机有多大的影响。个人电脑影响着我们的商业方式、联络方式、个人的生活方式，它同样影响着生产过程，原料、配料、综合干燥、烧成以及货物吞吐，也影响着科学家们的基础研究方式。

我们相信未来的材料技术将活跃在陶瓷技术的各个领域。它意味着具有独特性能与前景，即使现在有些看来是不可能的。以下是在不久的将来能常听到的几个领域：

3.1 纳米技术

纳米技术将在先进陶瓷中扮演一定的角色。在过去十年里，纳米技术引起了科学界和工业界相当大的兴趣，并使材料革命成为可能。纳米材料以其强大的电学、力学、磁性、光学特性倍受关注。