能源化學工程導論精選(九篇)
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第1篇：能源化學工程導論范文
武漢科技大學化學工程與工藝專業始建于1958年,原名為“煉焦化學專業”,1985年改為“煤化工專業”。1992年,按“煤化工”“、城市燃氣”和“炭素材料”三個專業分別招收新生。1996年,隨著教育部大學本科專業目錄的調整,“煤化工”“、城市燃氣”和“炭素材料”三個專業歸并為“化學工程與工藝”專業。盡管名稱幾經變化,但始終堅持煤化工培養方向和煤焦化的特色。其原因主要是由于武漢科技大學的前身“武漢鋼鐵學院”和“武漢冶金科技大學”原來隸屬于冶金工業部,畢業生主要面向鋼鐵冶金系統;培養目標針對性、學生的工程意識和實踐能力較強,受到鋼鐵冶金行業焦化企業、科研院所的認可。目前,武漢科技大學化學工程與工藝專業為國家級特色專業,擁有化學工程與技術一級博士點和化學工程與技術博士后科研流動站。經過幾代人的辛勤努力,學校化學工程與工藝專業的教學和科學研究規模及水平均有了顯著的提高。在化工專業“寬口徑”培養模式下,堅持煤化工方向特色有著重要的現實意義。首先,中國是以煤為主要能源的國家,在一次能源中,煤炭占70%左右,在較長的時期內這一能源結構不會改變[4]。大力發展煤化工產業,推廣潔凈煤技術,保證國家的能源安全,是中國的一項基本能源政策。其次,煤焦化是煤化工中技術最成熟、應用最廣泛的一種煤炭綜合利用方法。至少在50年內,采用高爐,利用焦炭作為煉鐵的主要燃料、還原劑和料柱支撐體的技術仍將是鋼鐵冶金的主流技術。再次,“節能減排”是中國的重要戰略任務,也是全世界面對的主要挑戰。面對以煤煙型污染為主和焦化行業普遍污染嚴重的現實,從煤炭利用源頭減少污染是實現“節能減排”的必由之路。最后,煤化工(包括焦化)行業涉及到中國能源供應和安全、鋼鐵行業的生存和發展以及節能減排的實現,當前以致今后相當長的時期仍是中國國民經濟的主戰場。因此,武漢科技大學的“化學工程與工藝”專業堅持煤化工方向特色是非常必要的;理順兩者的關系,既具有理論意義,也具有實際價值。
二、特色專業建設的基本原則
進行具有煤化工特色的化學工程與工藝專業建設,是優化專業學科結構,推進教學改革,加強內涵建設,提高人才培養質量,提升專業競爭力的重要舉措。這不但有利于促進學校教學基本建設,進一步改善辦學條件,鞏固辦學特色,而且有利于提高辦學實力,更好地適應以煤化工為主的經濟社會發展的需要[5-6]。
(一)市場導向
目前,中國大學生就業已完全走向市場,學生和用人單位之間進行“雙向選擇”,大學畢業生的一次就業率已經成為評價一所大學教學質量和綜合競爭力的主要指標之一。要提高就業率,就必須瞄準市場對人才的需求,特色專業建設也必須以市場為導向,培養市場需要的專業人才。
(二)自主創新
特色專業建設是中國高等教育教學改革的一項新內容,本身具有探索性、創新性,加之各校各專業都要根據內外部條件形成自己的特色,更無先例可循。因此,特色專業建設要在教育觀念、人才培養目標、人才培養模式、課程體系改革和評價標準等方面堅持創新。
(三)錯位發展
特色專業建設要在市場導向的基礎上,根據現有的辦學條件、科研成果和發展潛能,集中力量,凸現特色;堅持有所為有所不為,采取“人無我有,人有我優,人優我新”的差異化策略,實現“錯位發展”,避免正面競爭。
(四)相對穩定
特色專業建設是一項系統工程,是一個不斷建設、不斷積累、不斷完善的過程,其特色的形成應該具有相對的穩定性。同時,要適應內外部環境的變化,具有一定的前瞻性,能夠體現現代科學技術發展的趨勢和未來社會和市場的需求變化。
三、主要措施
(一)更新教育觀念
辦學理念和專業建設觀念是特色專業建設的指導思想,決定著特色專業建設的方向、進程和績效。特色專業建設是一項涉及專業建設多方面創新和變革的教學改革活動,必須首先在專業建設和教學理念上實現突破,更新傳統的教學觀念以適應時代和社會發展的需要。為此,化學工程與技術學院針對“寬口徑”的教育觀念進行了多次研討,并邀請、走訪用人單位,進行深入地調研,逐步樹立了化學工程與工藝專業在“寬口徑”培養模式下堅持煤化工特色教學的觀念。
(二)加強師資隊伍建設
師資隊伍建設是特色專業建設的根本保證。特色專業需要配備有學科特色的師資隊伍,其教學和科研方向專長必須和專業特色的培育相匹配。化學工程與工藝專業的專業課教師多數既是理論知識的傳播者和研究者,又是專業工程的實踐者。他們多數在武漢科技大學設計研究院從事煤焦化設計研究工作,有著豐富的實踐經驗。近年來,隨著學校跨越式發展,新引進了一批優秀的青年教師。這些青年教師多數沒有煤焦化專業的知識背景,為此,安排新教師隨班學習煤焦化方面的課程,而后安排到焦化廠進行3個月現場學習,并在學校設計院教師指導下完成焦化的工程設計,經教研室組織考核合 格后方可上崗。
(三)創新課程體系
特色專業建設必須目標明確,在保持專業目標的基礎上突出體現特色目標;在人才培養規格上要有明顯特色,同時制定科學合理的人才培養方案。課程體系是高等院校實現人才培養目標和基本規格要求的總體設計藍圖,設置合理、科學、超前、前后呼應的課程體系是特色專業建設的基礎和關鍵。應廣泛吸收國內外先進的教育理念和教學經驗,整合教學改革成果,優化課程教學內容,不斷豐富課程內涵,努力構建適應經濟社會發展需要、反映時代特征、具有學校特色的化學工程與工藝本科專業課程體系。依據學校的學科特點,在培養“通才”的基礎上,構建了“焦化特色模塊”、“精細化工模塊”等專業方向課程。同時,將煤化學課程列入專業基礎必修課,從而保證學生具備煤化工的知識背景。新的課程體系充分體現了“提升內涵、強化特色”的教學指導思想。
(四)改革實踐教學環節
特色專業建設過程中,要高度重視校內外實習、實驗、實訓基地建設,為培養學生創新能力、實踐能力提供良好的實踐教學條件。近年來,化學工程與工藝專業建立了一批相對穩定的教學實習基地。考慮到專業培養方向的要求,實習基地以武漢平煤武鋼聯合焦化有限公司為主體。該公司在國內具有技術力量雄厚,生產工藝先進的特點,并具有較高的管理水平。同時,該公司可以說是焦化的一部“百科全書”,建有4.3m、6m、7.63m焦爐,所采用的配套工藝也有多種,是一個相當理想的本科專業特色教學實習基地[7]。在實驗教學方面,依托湖北省煤轉化與新型炭材料重點實驗室,通過開設本科生創新性實驗與創新性研究等課外實踐活動,為培養學生的動手能力、創新能力、提高人才培養質量和專業特色教學提供了保障。
(五)強化課程、教材建設
課程建設是專業培養目標實現的基本途徑,專業特色必定要在課程建設中得以體現。在進行課程體系改革的同時,學校十分重視課程內涵建設,重新整理了傳統課程的教學內容,加強不同學科之間的交叉和融合。如在煤化學課程的基礎上,將其它一些主要能源也引進來,從而形成了能源化學課程。在化工設備及材料中融入了力學、材料等知識;化工設計基礎與技術經濟分析課程在原來技術經濟分析的基礎上,增加了化工設計內容,以加強學生動手能力的培訓;根據企業用人需求,增設了化工CAD繪圖與識圖。教材的質量體現高等教育和科學研究的發展水平,也直接影響本科教學的質量。為提高教學效果,主要專業課程都選用省部級以上優秀教材、“面向21世紀課程教材”、“十五”、“十一五”國家重點教材和教學指導委員會推薦的教材。同時,鼓勵教學經驗豐富、學術水平較高的教師編寫與出版具有學校化學工程與工藝專業特色的教材,以進一步優化教學內容和深化課程體系改革。目前,本專業自編公開出版的教材主要有:《煤化學》《燃氣工程》《化工技術經濟學》《化工設計概論》《化學工程與工藝專業實驗》以及《環境工程導論》等,其中《煤化學》為國家“十一五”規劃教材。
(六)建立健全質量保障和監控機制
建立健全質量保障和監控機制是創建特色、保持特色的關鍵。只有特色鮮明,才能優勢突出;只有集中力量重點建設,才能使學校加強對某一專業重點投入,創造良好的教學、科研條件,取得預計的成果。特色專業更強調精干高效,它是學校具有標志性作用的專業。要做到這一點離不開質量監控。為進一步保證教學質量,實行課程、專業帶頭人負責制,并建立了科學、合理的教學質量監控體系,包括學生評教制,干部同行評議制,教學檢查員聽課指導制,教學信息員信息反饋制,監督電話、信箱信息收集制,等。此外,還加大了對青年教師的培養力度,為青年教師配備指導教師,制定青年教師“過教學關”計劃。上述措施有力地保障了教學質量的穩步提升,為培養高質量的煤焦化特色化工專業人才提供了制度保障。
第2篇：能源化學工程導論范文
本科教學是高等學校人才培養的重要環節，肩負傳授知識和技能的重要職能。課程體系構建是本科教學的基礎和核心。世界一流研究型大學的課程體系構成具有一些共性，比如：從課程模塊來看，都包括通識課和專業課;從課程結構層次來看，都有必修課和選修課;從教學方法來看，都有講座課程和研討課程。對于研究型大學來講，專業課程的設置和教學是構建學生專業知識體系、訓練專業認知能力和養成專業思維方式的關鍵要素，蘊含和體現了高等學校的人才培養理念和特色。
高校人才培養目標和教育思想決定了課程體系設置。近年來，南京大學以“為社會各行各業培養具有創新精神、實踐能力和國際視野的未來領軍人物和拔尖創新人才”為目標，通過深入探索和實踐，提出了“三三制”人才培養模式。南京大學化學化工學院在人才培養思路上一直秉承戴安邦院士的全面化學教育思想，即“全面的科學教育要求教學既傳授知識和技術，更訓練科學方法和思維，還培養科學精神和品德”。在新的時代背景下，南京大學化學化工學院圍繞多元化創新型人才培養，在分析借鑒美國加州大學伯克利分校和英國劍橋大學等世界著名研究型大學化學專業課程設置模式和特點的基礎上，對傳統的化學專業課程體系進行了一系列調整和改革，構建了“激發興趣、注重能力、多元培養、個性發展”的專業課程體系。
一、美國加州大學伯克利分校化學專業課程體系
美國加州大學伯克利分校(以下簡稱“伯克利”)是世界著名研究型大學，在學術界享有盛譽，也是美國最自由、最激進的大學之一。化學是伯克利的傳統優勢學科，在OS世界大學最新排名中，伯克利的化學學科排名第二。
伯克利學制為4年，每學年有3個學期，分別是秋季學期(一般17周)，春季學期(一般17周)以及暑期學校。本科生學位要求的最低學分數為120。
伯克利的化學學院有兩個系：化學與生物分子工程系和化學系。化學系的專業課程主要是按知識模塊進行構建，由基礎課和大量的專業課兩大模塊組成。根據修讀課程的不同，化學系的學生可申請化學理學或者藝術學學士學位，或者化學生物學理學學士學位。本文僅介紹化學理學學士學位要求的專業課程。
上圖是典型的化學專業本科生培養方案示意圖。可以看出，化學系本科生在第一年主要修讀大學化學和定量分析這門課(含實驗)，或者根據需要修讀與高中課程相銜接的化學課程。二年級主要修讀有機化學(含實驗)。三年級需修讀高等無機化學和物理化學兩門課。四年級的專業課較多，包括物理化學實驗、儀器分析、無機合成及反應、有機化學.高級實驗方法或者原子核技術中的化學方法，這幾門課均包含理論課和實驗。以上課程構成了化學專業本科生的必修課，這些課程一般為3～5個學分。
伯克利認為本科畢業生應該“熟悉藝術、文學、數學、自然科學和社會科學;能夠收集、篩選、綜合、評價來自不同領域并以不同形式呈現的信息;理解研究過程和如何創造新的知識;能夠與人合作共事;能夠創造性地轉換其環境;具有解決問題和作出決定所必須的技能，并能考慮決定的廣泛的社會和倫理意義;能夠處理模糊性，能夠靈活思考并具有在職業生涯中不斷發展智識的技能”。因此，化學系本科新生需要參加新生導學課。一、二年級必修的課程還包括數學、物理以及15學分的BreadthElective課程(如閱讀寫作、外語、人文社科類課程)，類似于國內的通識課。除此之外，化學系還開設了培養團隊合作(如SupervisedGroup Study和Directed Group Study)和獨立工作能力(如Individual Studv forAdvancedUndergraduates)的課程。
對于高年級本科生，除了專業必修課外，還要求完成15學分的專業選修課和跨專業選修課。
伯克利化學系開設的高年級專業選修課有30多門，一般3學分，包括信息化學、生命體系中的無機化學、高等無機化學、無機合成與反應、普通生物化學和分子生物實驗、高等有機化學機理、高等有機合成、有機化學一高級實驗方法、量子力學和譜學、生物物理化學;物理學原理和生命分子、生物物理化學、化學生物學、伯克利能源講座;生物質能、原子核化學、原子核技術中的化學方法、材料化學導論、生物化學工程實驗、高分子科學與技術、大氣化學和物理實驗以及量子信息科技等課程。
化學專業建議選修的跨專業課程涉及大氣、生物、土木和環境工程、計算機、地球和行星科學、經濟、教育、電子工程、政策和管理、力學工程、分子和細胞生物學、營養學和毒理學，物理、植物和微生物學、公共衛生、統計等多個學科分支，多達200余門課程。另外，本科生還可以選修多達50門的研究生專業課。因篇幅有限，本文不一一列出這些課程的名稱。
二、英國劍橋大學化學專業課程體系
英國劍橋大學是歷史最悠久的世界著名研究型大學之一，素有“諾貝爾獎搖籃”的美譽。劍橋大學崇尚自由、創造性、人文和科技相結合的教育理念，是將傳統和現代教育有機結合的典范。劍橋大學化學專業具有很高的學術聲譽，在2016 TIMES英國大學優勢專業中排名第一，QS世界大學最新排名中名列化學專業第三。
劍橋大學對學生的培養與管理是經典的學院制。該校有31個學院，負責學生的生活和本科生的業余輔導。教學由大學的科系負責，主要科系包括藝術和人文、生物科學、臨床醫學、人文和社會科學、自然科學、技術等。劍橋大學每學年的授課時間分為三個學期，包括Michaelmas學期(8周)、Lent學期(8周)、Easter學期(5周)。
化學系負責化學專業課程的設置與講授，修讀不同的化學課程前，要求修讀相應的數學、物理課程。另外，學生也要學習計算機、語言以及其他人文學科。化學專業課分為三個模塊。
第一學年課程為模塊IA，主要是介紹化學的基本原理，與預科課程相銜接，課程包括分子形狀與結構、有機化學反應與機理、熱力學與平衡、化學反應動力學、元素化學。另外，要求學生參加兩周一次的實驗課程，實驗內容安排與理論課程基本同步，實驗課程沒有單獨學分，實驗成績計入相應課程最終成績。
第二學年課程為模塊IB，課程更深入地講解化學原理。學生有兩種化學課程類型可選擇，即A類理論與物理化學類課程和B類有機與無機化學類課程。繼續修讀化學專業的學生要全部完成兩個方向的課程。其他專業的學生根據自己以后的專業方向分別修讀A或B類課程。
A類課程包括量子力學導論、分子譜學、對稱與成鍵、分子能級與熱力學、電子結構與固體性質，B類課程包括重要有機反應、結構解析、配位化學、金屬有機化學、無機環化學、形狀與有機活性、化學生物學導論。對應于A類與B類課程，學生要求每周參加一次或兩次實驗，實驗成績計入相應課程最終成績。
第三學年開始時，化學系開設學生化學生涯指導講座。大三學年學習模塊II課程，是在模塊I學習的基礎上，擴展與深化對化學知識的認知。模塊II課程又分為三個層次。第一層次包括5門課程，每門課程1學分。其中，4門為必修課，包括無機化學I：結構與成鍵、有機合成基礎、高分辨分子光譜、理論技術，另外一門課程物理化學中的概念為選修課。第二層次有8門課程，包括無機化學II：過渡金屬與金屬有機催化、結構與性能、化學生物學I：生物催化、化學中的衍射方法、材料化學、統計力學、對稱與微擾理論、有機機理研究。第三層次有7門課程，包括：無機化學III：表征方法、有機化學中的控制、大氣化學、高分子導論、電子結構、化學生物學III：核酸、核磁共振中的物理基礎。
大三的實驗課程包括兩個部分：一是現代合成化學中的技術，主要是無機及有機化合物的制備與合成;二是與物理及理論化學有關的實驗與計算。兩部分實驗均為必修。
在大三結束時，學校篩選能進入第四學年學習的學生。第四學年主要包括課程模塊III的學習和課題研究。在學期開始時，學生接受實驗安全教育及生涯規劃指導。模塊III課程包括18門化學課程以及3門其他院系課程(篇幅關系，文中不再列出這些課程名稱)，要求學生根據興趣選修8門以上課程。
三、對兩校化學專業課程體系共性和差異性分析
從以上對伯克利和劍橋大學這兩所具有代表性的研究型大學化學專業課程體系的分析，可以看出以下共性：
(1)課程內容層次和梯度明顯。伯克利化學系對本科生實行分階段培養。課程設置分低年級課程和高年級課程。針對專業基礎不同的學生，部分課程設置了引導性或難度較低的課程。如大一年級學生可以先修讀層次較低的大學化學、大學化學實驗這兩門課程，再修讀必修的大學化學和定量分析這門課。而劍橋大學的化學專業課程則更多地從學科認知規律來體現課程內容的層次性，學生根據自身發展，也可以選擇不同的課程模塊。
(2)課程設置具有廣泛性和多樣性。伯克利基本采用化學四大基礎課的模式，但本專業和跨專業選修課程非常豐富，涉及很多相關學科分支，這與化學系對專業人才的培養定位有關，即“化學專業畢業生可從事石油、化工、食品、農業、攝影、制藥、生物科技及礦業等相關行業的研發，或者化工貿易、質量控制以及行政管理等工作”。伯克利化學專業學生還可以選修本專業研究生課程。劍橋大學的專業課程體系中，前沿性選修課程多，能讓學生充分了解學科前沿。比如大四課程模塊III的蛋白質折疊、錯誤折疊與疾病、磁性材料、化學生物學與藥物發現、固體電極等課程，本身已經具有研究生課程的專業性和深度。
(3)設置導學課程。伯克利和劍橋大學都有針對本專業的引導性課程，如伯克利大一新生需要修讀的導學課，主要包括面向新生講解化學系各個課題組的研究工作、學院的圖書館、計算機設備、校友和高年級學生的經驗交流，以及學校和學院的資源介紹等。而劍橋大學在大三和大四學期初均設置了生涯指導講座以及安全教育。這類課程的設置能夠更好地幫助學生學習與成長。
(4)重視實驗教學。伯克利和劍橋大學除了專門的實驗課外，很多課程都有相應的實驗內容，并且內容與理論課程基本同步。
兩校課程的主要差別在于：
(1)授課時段安排不同。劍橋大學化學專業基礎課程不采用平行授課方式，不是從學期的第一周持續到最后一周，而是采取集中連續授課。比如用3周時間集中把A課程講完，然后再講授B課程。這種模式的優點是，能夠使學生在短時間內集中在1～2個知識模塊上學習，課后查閱大量的參考書與文獻，對知識的理解更深入。而伯克利則采用的是比較常用的模式，即一門課程貫穿整個學期。
(2)課程內容構建思路有區別。伯克利的化學課程，特別是專業必修課和國內大多數研究型高校的化學專業設置基本相同，是基于二級學科內容劃分的傳統模式。而劍橋大學的課程設置拋棄了傳統的四大化學課程模式，改為按照知識結構和學科認知規律來設置課程，避免了知識點的重復講授。
四、南京大學化學專業課程體系改革的知與行
對照伯克利和劍橋大學等國外著名研究型大學的化學專業課程體系，我國高校傳統的化學專業課程體系存在明顯的不足，無法滿足科學發展、國家戰略以及社會產業對多元化創新型化學人才的需求，具體問題包括：(1)現有課程體系缺少導學與銜接課程，缺少對專業的興趣培養與認知，造成新生存在較長時間的迷茫期。(2)按傳統四大化學設置專業核心課程，部分知識點講授重復較多，學科前沿內容體現不均衡。(3)在傳統課程體系中，交叉課程少，對學生交叉類學科的培養措施不到位。(4)對化學產業人才培養不重視，有關產業素養培養的課程缺失。
針對以上問題，我們對專業課程體系進行了補充和優化。為大一新生設置了銜接課程，開設新生導學課，以解答學生關于化學“學什么，怎么學，去哪兒”等疑惑。為了激發學生對化學的興趣，開闊學生知識視野，我們圍繞不同主題開設了7門新生研討課：化學與生命、化學與材料、能源與化學、化學與環境、大分子：從材料到生命、原子與分子的量子世界、高分子材料與社會發展等。
專業核心課程涵蓋化學科學的基本及核心的理論內容和技能訓練，是化學專業學生準出課程的主要組成部分。南京大學化學專業學生通過自主招生及高考兩種模式選拔錄取，這兩類學生的化學知識基礎差異明顯。對此，我們構建并實施了因材施教的兩種核心課程體系。
一是普通核心課程體系。主要針對無化學競賽經歷和專業基礎的學生。我們按照從微觀到宏觀的思路進行了優化，并對課程內容進行調整與更新。主要是：合并無機化學與化學分析內容，設立大學化學課程;結構化學由大三調整到大二開設;增設高分子導論核心課程，形成以大學化學、結構化學、有機化學、物理化學、儀器分析、高分子導論為骨架的核心理論課程體系。
二是針對學科特長生的課程體系。自主招生選拔的學科特長生通常具有較好的無機及有機化學基礎。針對這一特點，我們對核心課程進行了調整：融合無機化學與基礎物理化學知識，構建了一門全新的化學原理課程;壓縮了有機化學授課學時;將結構化學、結晶化學、高階物理化學內容整合為高等物理化學。通過數理課程學習內容的強化、化學核心專業課程的整合與提升，使學生具有寬厚的數、理、化、生等理科基礎，學科視野開闊，專業知識扎實，為在化學以及相關交叉學科領域的發展打下良好的基礎。
同時，我們構建并實施了“基礎一綜合一研究”一體化、多層次、開放式的實驗教學新體系，并對相應實驗教學內容進行了改革。主要是合并“無機化學實驗”和“定量分析化學實驗”為“大學化學實驗”;取消無機化學、分析化學、有機化學、物理化學和高分子專門化實驗，在化學一級學科層面上開設綜合化學實驗課程，將科研成果及時轉化為教學實驗，形成了大學化學實驗、有機化學實驗、儀器分析實驗、物理化學實驗、綜合化學實驗這一新的實驗教學課程體系：
為滿足多元化人才培養需求，我們構建了多元選修課程體系：
(1)專業選修課。我們按科學知識單元組織課程，構建了知識體系完整、前沿性強的專業選修課體系，包括高等無機化學、有機合成、譜學基礎、近代儀器分析法、高分子化學、化工原理、計算機與化學、化學文獻、結晶化學、配位化學、催化化學、現代材料化學基礎、分離科學、波譜分析、等離子化學、高分子物理及物化、膠體與界面化學、高分子材料制備等。另外，我們委托生命科學學院開設了生物化學、分子生物學等課程;選擇環境化學、材料加工、藥物化學、能源化學、地球化學等相關院系課程為跨院系選修課。
(2)高年級研討課和研究生課程。高年級研討課包括化學與納米材料、先進高分子材料、分子識別與分析、無機交叉領域的前沿發展、有機化學現代進展。另外，我們對本科生開放了部分研究生課程，包括配位磁化學、高分子結構研究法、電分析化學基礎、高等有機化學、計算量子化學等。這些課程使本科生能系統了解學科前沿領域，讓學生了解并思考科學問題的發掘與解決過程，培養學生的創新意識與能力。
(3)化學產業類課程。針對化學行業對人才培養的需求，我們開設了化學化工行業就業創業指導、化學安全與防護、精細化學品開發與商業化、現代實驗測試技術等與企業管理、市場需求、安全生產、環境保護、質量認證等課程。我們聘請企業專家、政府管理人員以及外校師資為學生授課，以體現行業要素，培養學生產業素養和創業能力。
第3篇：能源化學工程導論范文
關鍵詞先進陶瓷，結構陶瓷，研究進展
1前言
20世紀60年代以來，新技術革命的浪潮席卷全球，計算機、微電子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新興技術的出現和發展，對材料提出了很高的要求，能夠滿足這些要求的先進陶瓷材料應運而生，并在這些技術革命中發揮著重要的作用[1～4]，同時也極大地促進了陶瓷科學的發展和應用，使陶瓷材料又一次煥發出了青春, 在尖端科學領域得到廣泛的應用, 如航天、航空、汽車、體育、建筑、醫療等領域[4，5]。
先進陶瓷是有別于傳統陶瓷而言的，不同國家和不同專業領域對先進陶瓷有不同叫法。先進陶瓷也稱高技術陶瓷、精細陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特種陶瓷、工程陶瓷等[1]。先進陶瓷是在傳統陶瓷的基礎上發展起來的，但遠遠超出了傳統陶瓷的范疇，是陶瓷發展史上一次革命性的變化。通常認為，先進陶瓷是指采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于進行的結構設計及便于控制的制備方法進行制造、加工的，具有優異特性的陶瓷。
先進陶瓷按用途可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷是指用于各種結構部件，以發揮其機械、熱、化學相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用電、磁、聲、光、熱、彈等性質或其耦合效應以實現某種使用功能的先進陶瓷。先進結構陶瓷材料由于具有一系列優異的性能，在節約能源、節約貴重金屬資源、促進環保、提高生產效率、延長機器設備壽命、保證高新技術和尖端技術的實現方面都發揮了積極的作用。本文著重介紹近年來結構陶瓷的研究進展及發展趨勢。
2先進結構陶瓷及其應用
先進結構陶瓷若按使用領域進行分類可分為：（1）機械陶瓷；（2）熱機陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。若按化學成分分類可分為：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、賽龍陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它結構陶瓷(莫來石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶瓷以及復合陶瓷等)[1]。
由于先進結構陶瓷具有耐高溫、高強度、高硬度、高耐磨、耐腐蝕和抗氧化等一系列優異性能[4]，可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴酷工作環境，已成為許多新興科學技術得以實現的關鍵，在能源、航空航天、機械、交通、冶金、化工、電子和生物醫學等方面有著廣泛的應用前景。
2.1 耐高溫、高強度、耐磨損陶瓷
2.1.1 氮化物陶瓷[6～8]
氮化物陶瓷是近20多年來迅速發展起來的新型工程結構陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸鹽陶瓷不同之處在于其中氮和硅的結合屬于共價鍵性質的鍵合，因而有結合力強、絕緣性好的特點。
氮化硅的燒結與一般陶瓷的燒結工藝不同，采用的是反應燒結法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能達到很高的致密度，一般只能達到理論密度的79％左右，不能制造厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是在高溫下進行加壓燒結，由此可得到熱壓氮化硅陶瓷，其室溫抗彎強度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加少量氧化釔和氧化鋁的熱壓氮化硅，室溫抗彎強度可達到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界上最堅硬的物質之一；極耐高溫，強度一直可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900℃才會分解；有驚人的耐化學腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸(氫氟酸除外)和30％以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕，同時又是一種高性能電絕緣材料。由于其熱膨脹系數小，抗溫度急變能力很強，因此氮化硅陶瓷具有優良的力學性能，在工程技術的應用上已占有重要地位。
氮化硅陶瓷制品的種類很多，應用也日益廣泛，例如可做燃氣輪機的燃燒室、晶體管的模具、液體或氣體輸送泵中的機械密封環、輸送鋁液的電磁泵的管道和閥門、鑄鋁用永久性模具、鋼水分離環等。利用氮化硅摩擦系數小的特點用作軸承材料，特別適合作為高溫軸承使用，其工作溫度可達1200℃，比普通合金軸承的工作溫度提高2.5倍，而工作速度是普通軸承的10倍；使用陶瓷軸承還可以免除系統，大大減少對鉻、鎳、錳等原料的依賴。氮化硅作為高溫結構陶瓷最引人注目的就是在發動機制造上獲得了突破性進展。美國用熱壓氮化硅制成的發動機轉子成功地在5000轉／min的轉速下運轉很長時間。
2.1.2 碳化硅陶瓷[9，10]
工業化生產碳化硅的方法是將石英、碳素（煤焦）、木屑和食鹽混合，在電爐中加熱到2200～2500℃下制成。碳化硅陶瓷和許多陶瓷的不同之處，在于它在室溫下既能導電，又耐高溫，是一種很好的發熱元件。用碳化硅制成的電熱棒叫硅碳棒，在空氣中能經受1450℃的高溫；質量好的重結晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高溫，遠高于金屬電熱元件(除了鉑、銠等貴金屬外)，這是因為它在高溫空氣中會氧化生成一層致密的氧化硅薄膜，起到隔離空氣的作用，大大減慢了內層碳化硅的進一步氧化，從而使它能在高溫下工作。用熱壓工藝可以制得接近理論密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗彎強度即使在1400℃左右的高溫下仍可達到500～600MPa，而其它陶瓷材料在1200℃以后，強度都會急劇下降。因此，碳化硅是在高溫空氣中強度最高的材料。
高溫燃氣渦輪發動機要提高效率，就必須提高工作溫度，而解決問題的關鍵是找到能承受高溫的結構材料，特別是發動機內部的葉片材料。碳化硅陶瓷在高溫下有足夠的強度，且有良好的抗氧化能力和抗熱震性，這些優良品質都使它極其適合作為高溫結構材料使用。用于在1200～1400℃下工作的高溫燃氣渦輪發動機葉片的材料，許多科學家認為它和氮化硅陶瓷是最有希望的候選材料。
碳化硅陶瓷的熱傳導能力僅次于氧化鈹陶瓷。利用這一特性，可作為優良的熱交換器材料。太陽能發電設備中被陽光聚焦加熱的熱交換器，其工作溫度高達1000～1100℃，具有高熱傳導性的碳化硅陶瓷很適合做這種熱交換器的材料，從試驗情況來看，碳化硅陶瓷熱交換器的工作狀態良好。此外，在原子能反應堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，還可作為火箭尾噴管的噴嘴及飛機駕駛員的防彈用品。
此外，為了提高切削刀具的切削性能，20世紀以來，刀具材料經過了高速鋼和硬質合金兩次發展過程，目前正在進入陶瓷刀具大發展的階段。新型陶瓷以其耐高溫、耐磨削的特點，已在20世紀初引起了高速切削工具行業的注意。陶瓷刀具不僅紅硬性高，而且具有高硬度、高耐磨性，因此便成為制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化鋁、氧化鋁-碳化鈦、氧化鋁-氮化鈦-碳化鈦-碳化鎢、氧化鋁-碳化鎢-鉻、氮化硼和氮化硅等[11]。以這類材料制作的刀具沒有冷卻液也可以工作，比起硬質合金來具有切削速度高、壽命長等優點。目前，歐美各國都已廣泛使用陶瓷材料做鉆頭、絲錐和滾刀；原蘇聯確定了7000多個品種的合金刀具，用噴涂表面陶瓷涂層的辦法來提高車刀的工作速度和使用壽命。
陶瓷除作切削刀具外，利用其耐磨、耐腐蝕的特性還可用作各種機械上的耐磨部件。如用特種陶瓷制作農用水泵、砂漿泵、帶腐蝕性液體的化工泵及有粉塵的風機中的耐磨、耐腐蝕件或密封圈等都已取得良好的實用效果。此外，高純氧化鋁(剛玉)可制作金屬拉絲模，尤其在高溫下的熱拉絲更顯示出陶瓷的優越性；工業陶瓷中納球磨筒和磨球，金屬表面除銹用的噴砂嘴，噴灑農藥用的噴頭等。總之，凡是需要耐磨、耐腐蝕的場合，幾乎都會看到特種陶瓷的存在。
2.2 耐高溫、高強度、高韌性陶瓷
新型陶瓷具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等性能，因此在冶金、宇航、能源、機械等領域有重要的應用。由于陶瓷的韌性差，因此也限制了它的使用范圍。1975年澳大利亞的伽里耶(Garie)首次成功地利用添加氧化鋯來大大提高陶瓷材料的強度和韌性，自那時起世界各國利用氧化鋯增韌這一辦法，開發出多種具有高強度和高韌性的陶瓷材料，掀起了尋求打不碎陶瓷的熱潮。
氧化鋯能夠增加陶瓷材料韌性和提高強度的原因，至今雖沒有完全搞清楚，但研究結果已經表明，它和均勻彌散在陶瓷基體中的氧化鋯晶粒的相變有關。一種增韌理論認為相變膨脹導致的微裂紋可以阻止造成脆斷的裂紋擴展；另一種理論認為應力誘導相變，而相變可吸收應力的能量，從而起到增韌的作用[12～14]。總之，在某些陶瓷材料中引入一定量亞穩氧化鋯微粒，并使其均勻分布都可大大提高陶瓷材料的強度和韌性。
氧化鋯增韌陶瓷已在工程結構陶瓷研究中取得重大進展，經過增韌的陶瓷品種日益增多。現在已經發現可穩定氧化鋯的添加物有氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化鈰、氧化釔等單一氧化物或它的復合氧化物。被增韌的基質材料，除了穩定的氧化鋯外，常見的有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷，還有氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。日本在氧化鋁基質（強度為400MPa、斷裂韌性為5.2 J/m2）材料中，添加16%體積百分數的氧化鋯進行增韌處理，制得材料的強度高達1200MPa，提高了3倍，斷裂韌性達到15.0J/m2，幾乎也提高了3倍，基本達到了低韌性金屬材料的程度[12]。最近的研究表明，強度和韌性是相互制約的。盡管如此，許多陶瓷材料通過氧化鋯增韌，大大拓寬了應用領域，增強了取代某些金屬材料的能力，出現了喜人的應用前景。利用氧化鋯增韌陶瓷可替代金屬制造模具、拉絲模、泵機的葉輪、特種陶瓷工業用的磨球、軸承，替代手表中的單晶紅寶石。日本用增韌氧化鋯做成剪刀，既不會生銹，又不導電，可以放心地剪斷帶電的電線。氧化鋯增韌陶瓷還可用于制造汽車零件，如凸輪、推桿、連動桿、銷子等。
2.3 耐高溫、耐腐蝕的透明陶瓷[4，15]
現代電光源對構成材料的耐高溫、耐腐蝕性及透光性有很高的要求，而同時滿足這些性能的材料直到20世紀50年代后期才開始得到發展。1957年，美國通用電器公司的科布爾等人在平均尺寸只有0.3μm的高純超細氧化鋁原料中，添加氧化鎂，混勻后壓成小圓片，放在通氫氣的高溫電爐中燒制，意外地發現它像玻璃一樣透明。科布爾還發現，把透明的陶瓷片放在顯微鏡下觀察，幾乎看不到微氣孔。經過多次實驗觀察和研究分析發現，陶瓷的透光能力和內部氣孔大小有很大關系，當微氣孔的大小在1μm左右時，厚度為0.5mm的陶瓷試樣只要含有千分之三的氣孔就能使光線的透過率減少90％。一般氧化鋁陶瓷中所含的氣孔都超過這個數字。因此，構成氧化鋁陶瓷的剛玉小晶體本身能夠透過光線，而陶瓷還是不透明。使陶瓷透明的關鍵，是坯體中只能有一種晶型的晶體，而且對稱性愈高愈好，否則會發生雙折射，此外氣孔要愈少愈好，有人做過試驗，當氣孔小到埃的數量級時，光會沿著微氣孔發生繞射現象，這有助于透明度的提高。
氧化鋁陶瓷是高壓鈉燈極為理想的燈管材料，它在高溫下與鈉蒸氣不發生作用，又能把95 %以上的可見光傳送出來。這種燈是目前世界上發光效率最高的燈。在相同功率下，一只高壓鈉燈要比2只水銀燈或10只普通白熾燈發出的光還要亮，壽命比普通白熾燈高20倍，可使用2萬小時以上，是目前壽命最長的燈。人眼對高壓鈉燈的黃色譜線十分敏感，而且黃光能穿過濃霧，特別適合街道、廣場、港口、機場、車站等大面積的照明，效果極好。目前，許多國家正在推廣使用，其發展速度之快，超過了以往任何一種電光源。由此不難看出，新型透明氧化鋁陶瓷的出現，引起了電光源發展過程中的一次重大飛躍，帶來了巨大的社會經濟效益。
除半透明氧化鋁陶瓷外，研究得較多的還有氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋯、氧化釔、氧化釷、氧化鑭等。透明氟化鎂、氰化鈣、硫化鋅、硒化鋅、硒化鎘等也有報道。用氧化鋁和氧化鎂混合在1800℃高溫下制成的全透明鎂鋁尖晶石陶瓷，外觀極似玻璃，但其硬度、強度和化學穩定性都大大超過玻璃，可以用它作為飛機擋風材料，也可作為高級轎車的防彈窗、坦克的觀察窗、炸彈瞄準具，以及飛機、導彈的雷達天線罩等。
2.4 纖維、晶須補強陶瓷復合材料[12，16～18]
近年來，以陶瓷為基體、纖維或晶須補強的復合材料由于其韌性得到提高而受到重視。碳化硅晶須增韌的氧化鋁陶瓷刀具在20世紀80年代初開始研究，1986年已作為商品推向市場。碳化硅晶須的加入大大提高了氧化鋁陶瓷的斷裂韌性，改善了切削性能。用碳纖維和鋰鋁硅酸鹽陶瓷復合，材料的強度已接近或超過1000MPa，其斷裂功高達3000J/m2，即達到了鑄鐵的水平。用鉭絲補強氮化硅的室溫抗機械沖擊強度增加到30倍；用直徑為25μm的鎢絲沉積碳化硅補強氮化硅，這種纖維補強陶瓷的斷裂功比氮化硅提高了幾百倍，強度增加60％；用莫來石晶須來補強氮化硼，其抗機械沖擊強度提高10倍以上。可以認為，繼20世紀70年代出現的相變增韌熱后，晶須、纖維增強、均韌復合陶瓷已成為結構陶瓷發展的主流。高性能(強度、韌性)、高穩定性、高重復性的晶須、纖維復合陶瓷材料的獲得，除要求晶須、纖維與基體間化學、物理相容性較好以外，從復合工藝上，還必須保證晶須纖維在基體中能均勻地分散，才能獲得預期的效果。最近，利用“織構技術”，在某些陶瓷坯體中生長出纖維狀態針狀第二相物質如莫來石晶體進行“自身內部”復合，這種復合增韌是一項簡便易行的陶瓷補強新技術。目前高性能陶瓷復合材料，還處在深化研究階段，關鍵在于改進工藝和降低成本，提高其實際應用的競爭力。
2.5 生物陶瓷[4，5，19]
生物陶瓷材料是先進陶瓷的一個重要分支，它是指用于生物醫學及生物化學工程的各種陶瓷材料。它的總產值約占整個特種陶瓷產值的5％。生物陶瓷目前主要用于人體硬組織的修復，使其功能得以恢復。全世界1975年才開始生物陶瓷的臨床應用研究。但是，最近10多年間，各國在這方面的基礎應用研究很活躍。
目前生物植入材料在人體硬組織修復中應用的有：金屬及合金、有機高分子材料、無機非金屬材料和復合材料。材料被埋在體內，在體內的嚴酷條件下，由于氧化、水解會造成材料變質；長期持續應力作用會造成疲勞或者破裂、表面磨損、腐蝕、溶解等，這些都可引起組織反應，腐蝕產物不僅在種植體附近聚集，還會溶入血液和尿中，引起全身反應。因此，對生物植入材料的要求是嚴格的、慎重的。陶瓷材料作為生物植入材料和其他材料相比，它和骨組織的化學組成比較接近，生物相容性好，在體內的化學穩定性、生物力學相容性和組織親和性等也較好，因此，生物陶瓷越來越受到重視。目前國內一些高等院校已對羥基磷灰石及氧化鋁陶瓷等進行了研究，并已開始臨床應用。
隨著人類社會物質文明的發展，人們對提高醫療保健水平和健康長壽的要求必然成為廣泛的社會需要。可以相信，生物陶瓷材料今后必將會有重大發展。
3結構陶瓷的發展趨勢
當今世界，材料，特別是高性能新材料由于以下原因而得到迅速發展：（1）國際軍事工業激烈競爭，航空航天技術的發展需要；（2）新技術的需要促進了新材料的發展；（3）地球上金屬資源與化石能源越用越少，石油、天燃氣等在本世紀末將用盡，開發與節約能源成為當務之急；（4）科學技術的進步為新材料的發展提供了條件[14]。目前使用的金屬合金，在無冷卻條件下，最高工作溫度不超過1050℃，而高溫結構陶瓷，如Si3N4和SiC則分別在1400℃和1600℃以上仍保持著較高的強度和剛性[16]。先進結構陶瓷所表現出的優異性能，是現代高新技術、新興產業和傳統工業改造的物質基礎，具有廣闊的應用前景和巨大的潛在社會經濟效益，受到各發達國家的高度重視，對其進行廣泛的研究和開發，并已取得了一系列成果。但結構陶瓷的致命弱點是脆性、低可靠性和重復性。近20年來，圍繞這些關鍵問題已開展了深入的基礎研究，并取得了突破性的進展。例如，發展和創新出許多制備陶瓷粉末、成形和燒結的新工藝、新技術；建立了相變增韌、彌散強化、纖維增韌、復相增韌、表面強化、原位生長強化增韌等多種有效的強化、增韌方法和技術；取得了陶瓷相圖、燒結機理等基礎研究的新成就，使結構陶瓷及復合陶瓷的合成與制備擺脫了落后的傳統工藝而實現了根本性的改革，強度和韌性有了大幅度的提高，脆性得到改善，某些結構陶瓷的韌性已接近鑄鐵的水平。
先進結構陶瓷今后的重點發展方向是加強工藝-結構-性能的設計與研究，有效地控制工藝過程，使其達到預定的結構（包括薄膜化、纖維化、氣孔的含量、非晶態化、晶粒的微細化等），重視粉體標準化、系列化的研究與開發及精密加工技術，降低制造成本，提高制品的重復性、可靠性及使用壽命。目前，高性能結構陶瓷的發展趨勢主要有如下三個方面：
3.1 單相陶瓷向多相復合陶瓷發展
當前結構陶瓷的研究與開發已從原先傾向于單相和高純的特點向多相復合的方向發展[20]。復合的主要目的是充分發揮陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕性并改善其脆性，其中包括纖維(或晶須)補強的陶瓷基復合材料；異相顆粒彌散強化的復相陶瓷；自補強復相陶瓷（也稱為原位生長復相陶瓷）；梯度功能復合陶瓷[21]。以往研究的微米-微米復合材料中,微米尺度的第二相顆粒(或晶須、纖維)全部分布在基體晶界處，增韌效果有限,要設計和制備兼具高強度、高韌性且能經受惡劣環境考驗的材料十分困難，納米技術和納米材料的發展為之提供了新的思路。
20世紀90年代末,Niihara教授領導的研究小組報道了一些有關納米復相陶瓷的令人振奮的試驗結果,如Al2O3-SiC(體積分數為5%)晶內型納米復合陶瓷的室溫強度達到了單組分Al2O3陶瓷的3～4倍,在1100℃下強度達1500MPa[8～12，22～26]，這些都引起了材料研究者的極大興趣。從那時直到現在,納米復相陶瓷的研究不斷深入[13～17，27～31]，我國也相繼開展了一系列的工作,目前對納米復相陶瓷的研究已處于國際一流水平[18～22，32～36]。
3.2 微米陶瓷向納米陶瓷發展
1987年，德國Karch等[37]首次報道了納米陶瓷的高韌性、低溫超塑。此后,世界各國對發展納米陶瓷以解決陶瓷材料脆性和難加工性寄予了厚望。從20世紀90年代開始，結構陶瓷的研究和開發已開始步入陶瓷發展的第三個階段，即納米陶瓷階段。結構陶瓷正在從目前微米級尺度(從粉體到顯微結構)向納米級尺度發展。其晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸以及缺陷尺寸都屬于納米量級，為了得到納米陶瓷，一般的制粉、成形和燒結工藝已不適應，這必將引起陶瓷工藝的發展與變革，也將引起陶瓷學理論的發展乃至建立新的理論體系，以適應納米尺度的需求。由于晶粒細化有助于晶粒間的滑移，使陶瓷具有超塑性，因此晶粒細化可使陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在性能上發生突變甚至出現新的性能或功能。納米陶瓷的發展是當前陶瓷研究和開發的一個重要趨勢，它將促使陶瓷材料的研究從工藝到理論、從性能到應用都提升到一個嶄新的階段。
納米陶瓷的關鍵技術在于燒結過程中晶粒尺寸的控制。為解決這一問題,目前主要采用熱壓燒結、快速燒結、熱鍛式燒結、脈沖電流燒結、預熱粉體爆炸式燒結等致密化手段[39～43]，但總的來說,以上各種手段，雖對降低燒結溫度、提高致密度有一定作用,但對燒結過程中晶粒長大的抑制效果并不理想，大塊納米陶瓷的制備一直是目前國際上納米陶瓷材料研究的前沿和難點。目前納米陶瓷在商業應用方面尚未取得突破性進展，若能制備出真正意義上的納米陶瓷，則將開創陶瓷發展史上的新紀元，陶瓷的脆性問題也將迎刃而解[44]。大量的研究結果表明[45～49]，將等離子噴涂技術與納米技術相結合，以納米陶瓷粉末為原料經等離子噴涂技術制備的納米陶瓷結構涂層表現出極其優異的性能，已經使納米材料的應用逐步進入大規模實用化的階段。
3.3 由經驗式研究向材料設計方向發展
由于現代陶瓷學理論的發展，高性能結構陶瓷的研究已擺脫以經驗式研究為主導的方式，陶瓷制備科學的日趨完善以及相應學科與技術的進步，使陶瓷材料研究工作者們有能力根據使用上提出的要求來判斷陶瓷材料的適應可能性，從而對陶瓷材料進行剪裁與設計，并最終制備出符合使用要求的適宜材料。
陶瓷材料常常是多組分、多相結構，既有各類結晶相，又有非晶態相，既有主晶相，又有晶界相。先進結構陶瓷材料的組織結構或顯微結構日益向微米、亞微米，甚至納米級方向發展。主晶相固然是控制材料性能的基本要素，但晶界相常常產生著關鍵影響。因此，材料設計需考慮這兩方面的因素。另外，缺陷的存在、產生與變化、氧化、氣氛與環境的影響，對結構材料的性能及在使用中的行為將產生至關重要的作用。所以這也是材料設計中要考慮的重要問題，材料的制備對結構與缺陷有著直接影響，因此人們力求使先進陶瓷材料的性能具有更好的可靠性和重復性，制備科學與工程學將在這方面發揮重要作用。
陶瓷相圖的研究為材料的組成與顯微結構的設計提供了具有指導性意義的科學信息。最近提出的陶瓷晶界應力設計，企圖利用兩相或晶界相在物理性質(熱膨脹系數或彈性模量)上的差異，在晶界區域及其周圍造成適當的應力狀態，從而對外加能量起到吸收、消耗或轉移的作用，以達到對陶瓷材料強化和增韌的目的[1]。為克服陶瓷材料的脆性而提出的仿生結構設計，通過模仿天然生物材料的結構，設計并制備出高韌性陶瓷材料的新方法也成為研究熱點[12，50]。
4結語
先進結構陶瓷材料在粉體制備、成形、燒結、新材料應用以及探索性研究方面取得了豐碩的成果，這些新材料、新工藝、新技術，在節約能源、節約貴重金屬資源、促進環境保護、提高生產效率，延長機器設備壽命以及實現尖端技術等方面，已經并繼續發揮著積極的作用，促進了國民經濟可持續發展、傳統產業的升級改造和國防現代化建設。
先進結構陶瓷材料的研究，需要跟蹤國際科技前沿，對新設想、新技術進行廣泛探索。自蔓延高溫燃燒合成技術(SHS)、凝膠注模成形技術、微觀結構設計已成為研究熱點。
陶瓷材料的許多獨特性能有待我們去開發，所以先進陶瓷的發展潛力很大。隨著科技的發展和人們對陶瓷研究的深入，先進陶瓷將在新材料領域占有重要的地位。
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Research Progress on Advanced Structural Ceramic Materials
Lu XuechengRen Ying
（Handling Equipment Mechanical Department, Academy of Military TransportationTianjin300161)
