新材料革命：轻量化陶瓷材料在汽车工业中的应用

1）能源材料

过去30年，燃气轮机叶片的工作温度平均每年提高6.67℃，工作温度提高83℃就可使推力提高20%，这种成就的取得是由于强化了镍基高温合金，采用了定向凝固技术所致。采用快速凝固（液态急冷）技术制取粉末和等静压成形技术，可使工作温度进一步提高。采用Si3N4或SiC可使叶片的长期工作温度提高到1 200℃以上。

输电变压器的铁损，全世界每年损失电能4 000亿kW·h，若采用非晶态金属，每年可节约1 000亿kW·h。

当前，地球的能源危机使太阳能的利用成为当务之重，因此光电转换材料非晶硅等备受重视。

2）信息材料

信息的储存和传递装置要求体积小、轻巧和快速。硅芯片内的线宽，1960年为30μm，1986年降至1μm，因而每片可容纳105以上的晶体管，储存1.6×105bit的信息，1990年达0.1μm，由此可见光刻技术已由可见光转为高能电子和X射线。

20世纪70年代中期开始用光导纤维通话，非线性光学材料已在研制，它类似于晶体管放大电信号，可以放大光信号。用于光信息的接收、传递和发射的材料，正在研制中。

3）生物材料(www.xing528.com)

现正在研制各种新材料，特别是高分子、陶瓷、复合材料来替代人体的各种组织和器官，如血管、心瓣、心脏、骨骼、眼睛、皮肤等。过去认为，人体材料应该不与人体环境发生化学反应的；今天则认为，不是所有的化学反应对人体都是有害的，可以利用这些反应来增强界面结合或吸收外来物质。生物医学材料在美国以每年13%的速率递增。

4）汽车材料

在工业发达国家，汽车工业与建筑工业、农业机械并列为三大支柱产业。汽车轻量化成为社会发展的要求。美国1980年汽车平均质量是1 500kg，1990年则是1 020kg，铸铁的比例由15%减至11%，每台车的铸铁用量由225kg降至112kg，此时铝合金由4%增至9%；采用陶瓷材料制作汽车发动机以取代金属材料的发动机具有显著的技术经济效果，陶瓷比金属能耐受更高的工作温度，因而使燃油在发动机内的燃烧效率更高，并且发动机的自重也会减轻。

5）其他

具有高临界超导温度Tc的超导材料将走向实用阶段，薄膜超导材料已基本成熟；高临界超导温度为Tc的超导块体材料研制已取得很大进展，最高Tc值已达到135K，电流密度达105A/cm2，已用银带包覆法做出了成卷的Bi2Sr2CaCu2OX材料。

非晶态金属作为软磁材料可用于制造变压器铁芯，铁损只相当于冷轧硅钢片的1/3。非晶态铁基合金Fe72Cr3P13C7的耐蚀性能优于不锈钢。非晶态金属的用途广泛，美国已有单台1 t/h的连续自动卷曲装置生产非晶态金属。

当材料颗粒小到纳米级时，会出现奇异的性能，如扩散系数提高；溶质原子的溶解度提高；陶瓷由脆性变为塑性；导体变成非导体；非导体变成导体。C60的发现为合成新材料又开辟了一条新路：合成金刚石，可以用于提高临界超导温度以及用它制作催化剂、润滑剂和治癌药物的载体等。