1、 先进 陶瓷 逐渐 成为 新 材料 的 重要 组成 部分 。
陶瓷是以粘土为主要原料，与其他天然矿物一起经研磨、混合、成型、烧制而成的材料和各种制品。它们统称为陶器和瓷器。陶瓷的传统概念是指一切以粘土等无机非金属矿物为原料制成的人造工业制品。它包括通过混合、成型和烧制粘土或含有粘土的混合物而形成的各种产品。陶瓷的主要原料是取自自然界的硅酸盐矿物，因此与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等同属“硅酸盐工业”。
广义上的陶瓷材料是指除有机材料和金属材料之外的所有材料，即无机非金属材料。陶瓷产品种类繁多。它们的化学成分、矿物成分、物理性质和制造方法往往相互重叠和交织，没有明确的界限，但在应用上却存在显着差异。因此，很难将它们严格划分为几个系统。分类方法各异，目前国际上尚无统一的分类方法。根据陶瓷的制备技术和应用领域，可分为传统陶瓷材料和先进陶瓷材料。
传统陶瓷：传统意义上的陶瓷是指以粘土及其天然矿物为原料，经过研磨、混合、成型、烧成等工序制成的各种制品。这些产品通常被称为“普通陶瓷”或传统陶瓷。例如家用陶瓷和建筑卫生陶瓷。
先进陶瓷：按化学成分可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。功能陶瓷主要依靠材料的特殊功能，具有电学特性、磁学特性、生物特性、热敏性、光学特性等，包括绝缘介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体及其敏感陶瓷等；结构陶瓷主要依靠材料的机械和结构应用，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点。
1.1 结构 陶瓷： 最 有 前途 的 极端 环境 应用 优质 材料
结构陶瓷由于其优异的机械性能和热性能，已成为陶瓷材料的一个重要分支，约占整个陶瓷市场的30%。二十年来，国家重大工程和前沿技术也对陶瓷材料及其制备技术提出了更高的要求和挑战：例如航天工业火箭发射用液氢、液氧涡轮泵所用的氮化硅陶瓷轴承，在极低温条件下高速运转而不打滑，要求强度高、初始性能好、耐磨、表面加工精度高；核电站主泵使用的大型陶瓷密封圈需要长寿命和高可靠性，特别是用于地球卫星地面目标监测成像的碳化硅陶瓷反射器，除了具有高弹性模量、低热膨胀系数、轻量化外，还要求高精度超镜面和大尺寸，这对大尺寸结构陶瓷的成型技术、烧结技术和加工技术提出了挑战。而光通信光纤连接器的陶瓷插头，其内孔为125微米，要求极高的表面光洁度、尺寸精度、同心度。
在机械性能方面，熔点高、使用温度范围宽，为陶瓷材料在结构领域的应用奠定了基础。有机材料多以分子键结合，而金属材料主要以金属键结合。陶瓷材料主要以离子键和共价键结合，因此陶瓷材料的熔点最高。同时陶瓷材料在负载下的长期使用温度也稳定在1000℃以上。与金属材料相比，目前最高使用温度是高温合金，在1200℃以下。承受负载时，使用温度在1000℃以上。
此外，陶瓷材料的高强度和耐磨性使其在结构领域的材料选择中脱颖而出。与有机材料和金属材料相比，在相同密度、比刚度和成本条件下，陶瓷材料具有最高的强度。这就决定了陶瓷材料可以更好地应用在更苛刻的环境中。而且据中南大学粉末冶金研究所测算，陶瓷材料的耐磨性能相当于锰钢的266倍、高铬铸铁的171.5倍。
在热性能方面，陶瓷材料优异的导热性能、热膨胀性能、抗热震性能等使其在许多应用领域中与金属等其他材料相比具有不可替代的地位。与有机材料相比，陶瓷材料和金属材料具有更好的导热性。但在高温条件下，陶瓷材料的热膨胀系数和抗热应力断裂能力均低于金属材料，这意味着陶瓷材料在高温下可以承受较大的热冲击，是极端环境下的最佳材料。
结构陶瓷材料的主要缺点是其脆性。目前，结构陶瓷材料的研究开发已从以前注重单相、高纯特性转向多相复合方向，包括纤维（或晶须）增强陶瓷基复合材料、自增强陶瓷材料以及纳米复合陶瓷等，使结构陶瓷材料的性能得到了很大的提高。
1.1.1 氧化物C 陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子键主要是离子键，也存在一些共价键。因此，它们具有许多优异的性能。大多数氧化物具有较高的熔点、良好的电绝缘性能，尤其是优良的化学稳定性和抗氧化性。它们已广泛应用于工程领域。按成分可分为单一氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化铍、二氧化钛陶瓷等）和复合氧化物陶瓷（如尖晶石MgO·Al2O3、莫来石3Al2O3·2SiO2、锆钛酸铅PZT陶瓷等）。
氧化铝 陶瓷： 开发 最早 、 应用 最 广泛 的 结构 陶瓷
在氧化铝陶瓷的制备方面，目前商业化的方法有拜耳法、化学法、板状刚玉烧结法、电熔刚玉法等。其中以拜耳法应用最为广泛。拜耳法可生产冶金级和工业级氧化铝粉，纯度可达99.5%，但主要含有氧化钠等杂质。后来出现了化学法，可以生产纯度为99.99%的高纯氧化铝细粉，通常分为高纯氧化铝或4N氧化铝。此外，根据制造技术和所需性能，氧化铝陶瓷可分为多种产品形式，例如高耐磨板、精密陶瓷部件以及透明氧化铝陶瓷（包括基材、绝缘体、耐磨部件和生物陶瓷）。
在应用领域，氧化铝陶瓷目前可用于机械领域的密封件、喷嘴等耐磨部件、电力领域的耐高温绝缘部件、半导体领域的陶瓷基板等，此外，还广泛应用于生物医学植入物、切削工具、耐磨衬里、高压绝缘部件等领域，在多个高科技行业中展现出其多功能性。
氧化锆 陶瓷 ： 增强 高性能 结构 陶瓷 的 韧性 是 其 生产 的 关键 。
氧化锆的传统应用主要包括用作耐火材料、涂料和釉料等的原材料。然而，随着对氧化锆陶瓷热力学和电学性能的深入了解，其广泛用作轴承、阀门、切削刀片等高性能结构陶瓷以及氧传感器、固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质等固体介电材料已成为可能。特别是随着对氧化锆相变过程的深入研究，氧化锆陶瓷增韧材料在20世纪70年代出现，显着提高了氧化锆陶瓷材料的力学性能，出现了氧化钇稳定氧化锆（YSZ）、氧化镁稳定氧化锆（MSZ）和部分稳定氧化锆（PSZ），特别是高室温韧性居陶瓷材料之首。
在制备方面，增韧是核心目标，最常见的方法是添加氧化钇（Y2O₃）、氧化镁（MgO）或氧化铈（CeO2）等稳定剂。氧化锆完全来源于锆英砂和斜锆石矿石。锆英砂主要成分为硅酸锆（ZrO2·SiO2），而斜锆石矿则以ZrO2为主，含有少量SiO2、TiO2等杂质。
过去，氧化锆仅以这两种天然矿物为原料生产。然而，用于工程陶瓷的易烧结氧化锆微粉是由锆盐制造的，锆盐本身是由上述天然矿物制备的。
氧化锆以三种晶型存在：立方晶系 (c)、四方晶系 (t) 和单斜晶系 (m)。热力学分析表明纯单斜氧化锆在1170℃以下稳定；高于该温度，它转变为四方相。当温度达到2370℃时，进一步转变为立方相，并保持稳定，直到2680-2700℃发生熔化。这种相变过程是可逆的，并且是 Y-TZP（氧化钇四方氧化锆多晶）等高级氧化锆陶瓷中相变增韧机制的核心。
从高温冷却到四方晶向单斜晶转变点的过程中，会发生相变滞后：四方相（t相）直到大约1050℃（比理论转变温度低约100℃）才转变为单斜晶相（m相）。这个过程被称为马氏体转变，伴随着 5%–9% 的体积膨胀。这种体积变化超过了 ZrO2 晶粒的弹性极限，导致材料破裂。
因此，从热力学和晶体相变的角度来看，制备纯ZrO2材料几乎是不可能的。为了避免这种相变，可以使用二价氧化物（CaO、MgO、SrO）和稀土氧化物（Y2O3、CeO2）作为稳定剂，与ZrO2形成固溶体，产生稳定的立方晶体结构。注意，这些稳定剂氧化物仅当其金属离子半径与Zr 4+ 的半径相差小于40％时才能发挥稳定作用。
在应用领域，氧化锆（特别是相变增韧氧化锆、YSZ氧化钇稳定氧化锆等增强型）陶瓷因其优异的性能，已广泛应用于各种工业和技术领域。最重要的是，凭借其优异的机械性能和耐高温性能，它被用作机械工程（如陶瓷工具、量具、轴承、模具、密封件等）、冶金工业（坩埚、耐火材料、连铸水口、压缩支撑、导辊等）、军工（火箭隔热层、防弹装甲板）、化学工业、纺织工业、生物工程（包括牙冠、骨科植入物、髋关节）等领域的结构材料。球类、日常生活等
氧化镁 陶瓷 ： 现代 冶金 工业 的 关键 材料
氧化镁陶瓷是新型陶瓷的典型类型，也属于传统耐火材料。氧化镁本身对碱金属溶液的侵蚀有很强的抵抗力。所制备的氧化镁陶瓷坩埚包括高纯氧化镁坩埚和电熔氧化镁坩埚，具有优良的化学性能和抗金属侵蚀的稳定性，不与镁、镍、铀、铝、钼等发生反应。在氧化气氛或氮气保护下，炉衬、热电偶管、绝缘基板等氧化镁陶瓷可稳定工作到2400℃。因此，氧化镁是现代冶金工业先进工艺的关键材料。
在制备方面，原料来自矿物质或海水。在烧结过程中，需要添加添加剂来调节性能。含镁化合物在自然界中含量丰富，以多种矿物形式存在于地壳和海洋中，如菱镁矿、白云石、硅锌矿、滑石等。工业上，MgO主要以重烧氧化镁或电熔氧化镁的形式从上述矿物中提取。最近，还开发了从海水中提取来生产海水氧化镁。从矿物或海水中提取氧化镁时，大部分工艺流程是先制备氢氧化镁或碳酸镁，然后通过煅烧，将其分解为氧化镁，得到煅烧氧化镁。这种氧化镁可以通过化学处理或热处理进一步加工，以获得适合高级陶瓷牌号的高纯氧化镁。将MgO原料加工后，按照成分进行混合。为促进烧结，使晶粒稍长大，并降低制备过程中的水化倾向，可加入一些添加剂，如TiO2、Al2O3、V2O3等。如果需要透明MgO陶瓷等高纯度MgO陶瓷或高密度电绝缘体，则不能采用添加添加剂促进烧结和晶粒长大的方法。而是采用活化烧结法，即在适当的温度下煅烧Mg(OH)2，得到具有许多晶格缺陷的活性MgO，用于制造特殊用途的烧结氧化镁陶瓷，包括坩埚、管材和基体。
在应用领域，包括烧结镁砂和电熔镁砂制品在内的氧化镁陶瓷理论工作温度可达2200℃，并可在1600℃～1800℃范围内连续使用。其高温稳定性和耐腐蚀性优于氧化铝陶瓷。而且，它们不与Fe、Ni、U、Th、Zn、Al、Mo、Mg、Cu、Pt等发生反应。因此，它们的应用范围可包括：冶金工业中在钢铁和玻璃生产等腐蚀条件下的坩埚或其他耐火材料，如衬砖和浇注水口。氧化镁陶瓷可用作金属冶炼的坩埚，也适用于原子能工业中高纯铀、钍的冶炼；它们还可以用作热电偶的保护套。利用其允许电磁波透过的特性，可用作雷达罩和红外辐射投射窗材料，以及冶炼金属、合金如镍合金、放射性金属铀钍合金、铁及其合金等的坩埚。还可用作压电、超导材料的原料，具有无污染、耐铅腐蚀等优点。还可用作陶瓷烧结载体如承烧板和窑具，特别适用于高温下含有β-Al2O3等腐蚀性和挥发性物质的陶瓷制品。
氧化 铍 陶瓷 ： 导热 系数 最高 的 氧化物 陶瓷 ， 但 粉末 的 毒性 限制 了 其 应用 。
BeO是碱土金属氧化物中唯一的六方纤锌矿结构。由于BeO的纤锌矿结构和强共价键，加上其相对较低的分子量，BeO具有极高的导热率，约为氧化铝的10倍。其室温导热系数可达250W/(m·K)，可与金属相媲美，在高温、高频下电性能、耐热性、抗热震性、化学稳定性均优异，适用于高性能散热器和微波窗口材料。然而，通常称为氧化铍陶瓷的BeO陶瓷的致命缺点是其毒性极高。长期吸入BeO粉尘会引起中毒甚至危及生命，同时还会对环境造成污染，极大地影响BeO陶瓷基板及激光管外壳、射频晶体管封装等部件的生产和应用。
在应用领域，BeO散热器和气密密封封装等氧化铍陶瓷具有高导热率、高耐火度、优异的核性能和优异的电性能。因此，它们可以应用于先进的耐火材料以及聚变反应堆、原子能反应堆以及包括雷达系统和卫星通信模块等在内的各种高功率电子器件和集成电路中作为中子倍增器。但是，氧化铍的毒性也不容忽视。随着世界各国对环境保护的日益重视，氧化铍陶瓷的使用尽管在某些军事和航天热管理系统中具有不可替代的作用，但未来可能会受到一定的限制和影响。
莫石： 来 由 硅酸铝 组成 的 矿物 的 总称 。
莫来石是一种优质耐火材料。这种矿物比较稀有。莫来石是硅酸铝在高温下反应形成的矿物。当人工加热硅酸铝时，形成莫来石。天然莫来石晶体呈细长针状，呈放射状簇状。莫来石矿石用于生产高温耐火材料。常作为C/C复合材料中的热障涂层，应用广泛。莫来石是常压下Al2O3-SiO2元素系中稳定的二元固溶体。化学式为Al2O3-SiO2的天然莫来石非常罕见，通常通过烧结或电熔等方法合成。
在高温下大规模工业应用的莫来石根据其制备方法分为两大类：耐火砖和不定形浇注料中常用的电熔莫来石和烧结莫来石。莫来石是一种优质耐火材料。它首先在苏格兰的马尔岛被发现，并以该地点命名。莫来石的铝和硅成分形成一个范围，在常温常压下能稳定存在。天然莫来石相对罕见，通常通过对铝硅化合物进行热处理来制备工程莫来石骨料和颗粒。莫来石的合成可分为固相合成（包括传统的溶胶-凝胶（SSG）工艺）、液相合成和气相合成。固相法和液相法合成的莫来石根据加热温度和铝硅成分可分为烧结莫来石和电熔莫来石，烧结莫来石主要用于窑具和陶瓷过滤器。烧结莫来石是指将合成莫来石原料加热至产生少量液相的温度，在不影响固相烧结的情况下促进烧结，然后保温，使莫来石结晶长大，形成所需的莫来石形貌和结构。而电熔莫来石是通过将氧化铝和二氧化硅的混合物加热到莫来石熔点以上而形成的，并在冷却过程中结晶，产生用于高级耐火材料应用的高纯度电熔莫来石晶粒。溶胶-凝胶法制备莫来石也称为化学莫来石，它是通过化学反应、热分解和莫来石形成而获得的莫来石，产生用于工业陶瓷和涂料的细莫来石粉末。通过该方法制备的莫来石的性能很大程度上取决于化合物的纯度、均匀性、结晶温度和密度。
在应用领域，以莫来石为原料的耐火新材料目前广泛应用于马弗炉、煅烧炉、锅炉、回转窑等高温设备。采用莫来石制造高温设备，不仅保证耐高温，而且使用寿命长，耐腐蚀。莫来石与其他优质材料结合，可以优势互补，形成性能更好的耐火材料。例如，采用刚玉莫来石复合陶瓷窑炉组件，所得材料具有热膨胀系数小、抗热震性能优异、耐火度高、高温稳定性好等优点。此外，莫来石在电性能领域的应用也证明了其作为基材的优异性。它具有非常低的介电常数，可以处理高电路密度。莫来石陶瓷及莫来石基微晶玻璃复合材料作为高性能集成电路的优良功能材料。
1.1.2 氮陶瓷
氮化物陶瓷是氮与金属或非金属元素化合而形成的陶瓷。它们是一类重要的结构和功能材料。
氮化物陶瓷具有优异的机械、化学、电学、热学和高温物理性能。在冶金、航空、化工、陶瓷、电子、机械、半导体等行业有着广泛的应用。然而，许多由氮和金属元素组成的氮化物在高温下不稳定，容易氧化，因此不能在自然界中自由存在，只能人工合成。目前氮化物的主要合成方法有氮化硼、氮化铝、氮化硅等共价键合类型。
氮化 铝 陶瓷 ： 微电子 行业 电路 基板 和 封装 的 理想 结构 材料
氮化铝（AlN）作为一种新型陶瓷材料，近年来已成为新材料领域的研究热点之一。尽管AlN粉末早在一百多年前就已被合成和生产，但由于其固有的烧结困难，在随后的几十年里对AlN的研究并不多。 20世纪50年代，AlN陶瓷如基础坩埚和简单元件首先被生产出来，但当时它们的强度很低，限制了它们的工业应用。 20世纪70年代，制备了包括导热基板和陶瓷封装在内的致密氮化铝陶瓷，并展现出优异的导热性、可靠的电绝缘性、耐高温、耐腐蚀、低介电常数以及与硅匹配的热膨胀系数等一系列优异特性。特别是近年来，随着微电子技术的快速发展，电子设备日趋多功能化、小型化、高集成度，大功率电子设备在工作过程中产生大量的热量。为了避免电子器件因过热而发生故障，需要采用具有高导热性的基板（例如直接键合铜（DBC）基板和厚膜陶瓷电路）来带走热量。 AlN 具有优异的导热性，是新一代基板（特别是高功率 LED 基板、射频/微波封装以及静电吸盘和加热板等半导体加工设备组件）的理想材料。其优异的高温耐腐蚀性、高温稳定性、高强度和硬度使其在保护管、热交换器、航空航天系统部件等高温结构材料方面具有巨大的应用潜力。
氮化铝作为共价化合物，难以进行固相烧结。通常采用液相烧结法，即在氮化铝原料粉末中添加能够产生液相的烧结助剂，溶解产生液相，促进烧结。
氮化铝陶瓷作为一种人工合成材料，其制备过程通常是先合成氮化铝粉末，然后将所得粉末烧结形成陶瓷。由于氮化铝中铝氮键（Al-N）的共价成分较高，氮化铝的熔点较高，自扩散系数较小，烧结活性较低。因此，它是一种难以烧结的陶瓷材料。据中国粉末网编辑介绍，当氮化铝粉末纯度较高时，通过烧结很难实现完全致密化，且陶瓷晶粒内或晶界处存在气孔，极大限制了氮化铝陶瓷的实际应用。引入适当的烧结助剂，一方面，由于液相的表面张力作用，可以与AlN表面形成的Al2O3发生反应，生成熔点较低的第二相，促进AlN晶粒的重排，加速烧结体的致密化过程。另一方面，形成的第二相，冷却后在晶界上析出、凝聚，减少了高温下氧进入晶格的可能性，起到净化晶格、提高热导率的作用。目前常用的烧结助剂主要有氧化物和氟化物。氧化物主要有Y2O3、Sm2O3、La2O3、Dy2O3、CaO等；其中氟化物有CaF2、YF3等。其中Y2O3除氧能力强、稳定性好、综合性能优越，成为最常用的烧结助剂；而CaO由于其液相形成温度较低，在低温烧结中的作用更为明显。
在应用端，氮化铝陶瓷在常温下具有较高的强度，不易受温度变化的影响。它还具有较高的导热率和较低的热膨胀系数。是一种优良的耐热材料和热交换材料。作为热交换材料，有望应用于燃气轮机热交换器。另外，氮化铝陶瓷是一种高温耐热材料。其导热系数高，比氧化铝陶瓷高5倍以上，膨胀系数低，与硅一致。以氮化铝陶瓷为主要原料生产直接键合铜（DBC）基板和厚膜陶瓷电路的基板具有高导热率、低膨胀系数、高强度、耐腐蚀、电气性能优良、透光性好等优良特性。是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着电子信息产业技术的不断升级，PCB基板的小型化、功能集成化已成为趋势。市场对散热基板和封装材料的散热性能和耐高温要求不断提高。相对普通的基板材料的性能难以满足市场需求。包括汽车功率模块基板和半导体制造设备用部件在内的氮化铝陶瓷基板的发展迎来了机遇。
氮化硅 陶瓷 ： 先进 陶瓷 中 综合 性能 最好 的 材料 之一
随着当代科学技术的发展，航空航天能源等领域对结构材料的要求越来越高。具有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、高强度、高硬度、综合力学性能等优良性能的结构材料的开发和研究变得极为重要。 Si3N4陶瓷特别是烧结氮化硅（SSN）和反应结合氮化硅（RBSN）是先进陶瓷中综合性能最好的材料之一。其电学、热学和机械性能都非常优异。在氧化气氛中使用温度可达1400℃，在中性或还原气氛中使用温度可达1850℃。它不仅突出了一般陶瓷材料的硬度、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性等优点，而且还具有良好的抗热震性、高温抗蠕变性、良好的自润滑性、优异的化学稳定性能，以及相对较低的密度、低介电常数、低介电损耗等优异的介电性能。
氮化硅的分子量为140.28。以重量百分比计，硅占60.28%，氮占39.94%。这两种元素的电负性相似。氮化硅晶体中Si-N键主要以共价键形成（离子键仅占30%），键合强度高。氮化硅没有熔点。常压下1870℃升华分解，蒸气压高，扩散系数极低。 Si原子和N原子通过非常强的共价键结合在一起，导致氮化硅具有高强度、高硬度、耐高温和绝缘性能，使其成为滚珠轴承、切削工具和涡轮增压器转子等产品的理想选择。由于Si原子和N原子之间有很强的共价键，在高温下原子扩散非常缓慢，因此在烧结过程中需要添加在高温下形成液相的氧化钇（Y2O₃）和氧化铝（Al2O₃）等添加剂，以促进扩散，加速烧结致密化。
氮化硅陶瓷的性能与烧结方法密切相关。氮化硅的高温机械性能很大程度上取决于晶间玻璃相。为了提高氮化硅的烧结性能，在原料中添加烧结助剂。在高温下，烧结助剂形成玻璃相，冷却后保留在晶界处。氮化硅的这种高温性能的保留和发挥只能通过晶界工程处理来实现。否则，晶间玻璃相在高温下软化，会引起晶界滑移，对高温强度、静态疲劳蠕变和缓慢裂纹扩展产生显着影响。晶界滑移的速度与玻璃相的性质（如粘度）、数量和分布有关。
在应用领域，Si3N4陶瓷包括热压氮化硅（HPSN）和气压烧结氮化硅（GPSN）等高性能牌号，是一种重要的结构材料。它是一种极其坚硬的物质，具有润滑性和耐磨性。除氢氟酸外，不与其他无机酸发生反应。具有很强的耐腐蚀性，在高温下抗氧化。而且，它能承受热冲击，即使在空气中加热到1000℃以上，然后快速冷却和加热也不会破裂。由于其优异的性能，Si3N4陶瓷常用于制造机械部件，例如轴承（特别是全陶瓷轴承和混合陶瓷轴承）、涡轮叶片、机械密封环和永久模具。其中，利用Si3N4重量轻、刚度高的优点，可用于制造滚珠轴承，其精度比金属轴承高，产生的热量较少，可在较高温度和腐蚀性介质中工作。由Si3N4制成的喷射器喷嘴、耐磨衬套等蒸汽喷嘴具有耐磨、耐热性能。在650℃锅炉中使用数月后，未见明显损坏，而其他耐热耐腐蚀合金钢喷嘴在同等条件下只能使用1-2个月。
氮化硼 陶瓷 ： 陶瓷材料 中的 软 质 陶瓷 ， 具有 优异的 机械 加工 性能
氮化硼的发明已有 100 多年的历史。其最早的应用是六方氮化硼[简称h-BN，或a-BN，或g-BN（即石墨型氮化硼）]，在有色金属铸造中用作高温润滑剂和脱模剂。 h-BN不仅具有与石墨相似的结构，而且具有相似的性能，而且呈自然白色，因此俗称白石墨。氮化硼（BN）陶瓷早在1842年就以化合物的形式被发现。二战后，国外对BN材料进行了广泛的研究，直到1955年解决BN的热压法后才得到发展。1957年，研究人员成功研制出CBN立方氮化硼磨粒，1969年，某公司以Borazon为品牌进行销售。 1973年，美国宣布生产CBN切削刀具。 1975年，日本引进美国技术，也生产CBN切削刀具。 1979年，Sokolowski成功地利用脉冲等离子体技术在低温低压下制备了c-BN薄膜。 20世纪90年代末，人们已经能够使用各种物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）方法来制备c-BN薄膜。它具有优异的耐热性、热稳定性、导热性和高温介电强度，使其成为热界面垫和电绝缘基板以及高温绝缘材料形式的理想散热材料。氮化硼具有良好的化学稳定性，能抵抗大多数熔融金属的侵蚀。它还具有良好的自润滑性能。热压BN部件、热解BN涂层等氮化硼产品硬度较低，可进行精度为1/100mm的机械加工。
在制备阶段，对于共价键化合物，常用的方法是添加烧结助剂。 BN常用的烧结助剂有B2O3、Si3N4、ZrO2、SiO2、BaCO3等。目前制备氮化硼粉末的方法有多种。根据其原理，大致可分为两类：一类是合成法，主要包括高温合成法、溶胶凝胶合成法、模板法和化学气相沉积法（CVD）；另一种是剥离法，包括液相超声剥离法、激光蚀刻剥离法、机械球磨法等。随着对氮化硼研究的不断深入，一些纳米结构氮化硼的性能逐渐被发现。一方面，纳米粉体具有高比表面能和高烧结活性，可以有效促进h-BN陶瓷的致密化；另一方面，以纳米粉体为原料，可以降低烧结温度，减小陶瓷烧结体的晶粒尺寸，提高陶瓷的韧性，增强h-BN陶瓷的机械性能，应用于高温炉夹具和半导体加工夹具，为h-BN陶瓷的工业化大规模应用奠定基础。
在应用领域，氮化硼可用于制造熔化半导体的坩埚和冶金用的高温容器，特别是连铸用的氮化硼坩埚和断气环、半导体散热和绝缘零件、高温轴承、热电偶套管、玻璃成型模具等。常用的氮化硼具有石墨结构，俗称白石墨。另一种是类金刚石，类似于石墨转变为金刚石的原理。类石墨氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为类金刚石氮化硼。在这种氮化硼中，BN键长（156 pm）与金刚石（154 pm）相似，其密度也与金刚石相似。其硬度与金刚石相当，而耐热性则优于金刚石。它是一种新型耐高温超硬材料，特别适用于立方氮化硼（CBN）切削刀片和砂轮，用于制造钻头、刀具和切削工具。
赛隆 陶瓷： 陶瓷材料 中的 软 陶瓷 ， 具有 优异的 机械 加工 性能
赛隆是由Si、Al、O、N元素化合而成的化合物。音译为“Sialon”。赛隆陶瓷属于Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2系列化合物。它们是在Si3N4陶瓷的基础上发展起来的一类致密多晶氮化物陶瓷，是用Al2O3中的Al和O原子部分取代Si3N4中的Si和N原子而形成的。赛隆陶瓷由日本的 Oyama 和研究人员（1971 年）以及英国的 Jack 和 Wilson（1972 年）发现。他们在研究氮化硅陶瓷的各种添加剂时，发现了金属氮化物中的固溶体，即Si3N4在SiO2-Al2O3体系中的固溶体，它有效地促进了烧结，从而导致了赛隆（Sialon陶瓷）的发现。赛隆陶瓷的主要类别包括β'-赛隆、α'-赛隆和O'-赛隆，其中前两者最为常见。
在制备过程中，制备赛隆陶瓷时，应选择超细、高α相的Si3N4粉末。应采取适当的工艺措施控制晶界相的成分和结构，以获得性能优异的材料。由于赛隆陶瓷具有较宽的固溶体范围，因此通过调整固溶体的成分比例，可以根据预定的性能来设计赛隆陶瓷的成分。通过适当调整添加剂的添加量，可以获得α-赛隆和β-赛隆的最佳配比，获得具有最佳强度和硬度组合的材料。赛隆陶瓷通常在无压力或热压下烧结。在惰性气氛中于1600-1800℃下烧结，可获得接近理论密度的烧结体。主要添加剂有MgO、Al2O3、AlN、SiO2等，同时添加Y2O3、Al2O3可以获得强度非常高的赛隆陶瓷。而且，添加Y2O3可以降低sialon陶瓷的烧结温度。常压赛隆陶瓷的制造工艺是将Si3N4粉末与适量的Al2O3粉末和AlN粉末混合，然后在N2气氛中于1700℃下烧结。固溶体的性质根据其成分和加工温度而变化。
在应用程序方面
赛隆陶瓷作为一种性能优异的新型高温结构陶瓷，在军工、航空航天、机械工业、电子工业等领域具有广阔的应用前景。
赛隆陶瓷具有高硬度和优异的耐磨性，在机械工业中用于制造轴承、密封件、焊套、定位销和耐磨部件。还可用作连铸的流量分配器、热电偶保护管、晶体生长器、坩埚、高炉下部内衬、铜铝合金管拉拔芯棒以及轧制、挤压、压铸工艺的模具材料。
此外，赛隆陶瓷还可用于制作切削刀具，其红硬性优于WC-Co硬质合金和氧化铝，即使刀尖温度超过1000℃也能进行高速切削。它们还可以制成透明陶瓷（例如高压钠灯管、高温红外温度计的窗口）并用作制造人工关节和其他植入物的生物陶瓷。
