古往今来话陶瓷

古往今来话陶瓷

我们伟大祖国的英文简称为China，而china还有另外一个意思，那就陶瓷。古代中国的昌南，也就是现在的景德镇，在东汉时期开始建造窑坊，烧陶瓷。他们吸收了南方青瓷和北方白瓷的优点，再加上昌南的土质比较好，生产出了一种晶莹剔透，有假玉器之称的新型陶瓷，青白瓷。它的质地远近闻名，大量出口国外。在欧洲人还不会制造瓷器之前，做工精良的昌南瓷器在欧洲十分受欢迎，欧洲人就把昌南的谐音“CHINA”作为了瓷器的代称，而中国又是瓷器之乡，也就一并称为“China”了。在看古代中国的缸、罐、钵、壶等日用器皿，现在的厨房用具、餐具、卫生设施或艺术饰品十有八九都是陶瓷制的。那陶瓷是怎么来的呢？

恩格斯曾经说过，我们人类和动物最最本质的区别就是劳动—劳动创造了人本身。人类通过劳动来制造工具，人类最早用大自然所馈赠的石头打磨成各种形状的工具，用于砍劈、切削、钻凿，来同大自然搏斗，以求生存。这种简单的石制工具在250万年前将古代人类带入了“旧石器时代”。在旧石器时代，人类使用的石器工具比较粗糙，也有少量的骨器工具。那时的社会生产方式是采集和渔猎，即采集自然生长的植物，捕捉和猎取自然生长的鱼类和飞禽走兽，作为维持生命的食物。这种生产与生活方式大约持续了200多万年。在这期间，人类逐渐对大自然的馈赠感到不满足了，他们有了更高的“追求”。于是乎，在约1万年前，人类发展史上的由旧石器时代进入了新石器时代。

一次偶然的机会使他们以粘土为原料，经过火烧而制成了最原始的陶器。这种原始陶器的产生是人类发展史上的一块里程碑。恩格斯曾经把它的出现作为新石器时代开始的标志，原因是它是人类最早不用大自然的现成材料而制成的器具。而这种最古老的制陶技术成了人类材料技术的发端。在这种制陶技术的基础上，我国勤劳的古代劳动人民又发明了制瓷技术。这就是我们介绍材料技术，为什么要先从陶瓷说起。

其实在旧石器时代的末期，人类已经会在用树枝条编成的容器上涂抹粘土，晒干后用来盛物，不过遗憾的是这种工具即怕水又不坚固。不过一些偶然的机会，例如森林着火等等，使这些简陋的容器“丑小鸭变成美丽的天鹅”了，他们经受了火烧。人们发现，其内部的树枝条烧成了灰烬，只剩下了坚硬的、耐火的坯料——古代陶器的雏形。通过人们有意识地模仿，将把粘土搓捏成形，烧制成器皿，用来盛水，存放、烧煮食物等；烧制成渔猎工具，如刀、杈、渔枪、锤等，标志着最古老的制陶技术在1万年前的成型。根考证世界上最早生产陶器的国家是中国。在河北徐水及江西万年出土的考古发掘物表明，我国大约在1万年前就已有陶器生产。制陶技术在我国获得飞快的发展，形成了黑陶、白陶、彩陶等多个品种。被人们称作“世界奇观”的陕西临潼出土的秦始皇兵马俑，就是在烧成的陶胎上进行彩绘而制成的，称为彩绘陶，其工艺水平令世人叹为观止。

说过了陶，让我们在来了解下瓷。众所周知陶瓷实际上是陶和瓷的总称。瓷是由陶经过几千年的演化而来的，比起陶来，瓷体形轻盈，玲珑剔透，表面光泽细腻，不渗水，不透气，耐高温，抗腐蚀。

制瓷技术是在制陶技术基础上逐渐发展而形成的。与制陶技术相比，主要是在以下三方面取得了长足的进展：

（l）精选原材料。瓷器是以含铝成分较多的高岭土为原料烧制而成的。

（2）改进窑炉，提高烧成温度。

（3）发明和利用釉。釉是以石英、长石、粘土等为原料，烧结在陶瓷表面的玻璃质薄层。

说到利用釉，我国已有三千多年的历史了。早在商代，就已出现了上釉的原始瓷器。由商到东汉，经过一千多年的改进和提高，越窑首先发明了用1300℃以上高温烧成的上釉青瓷。东汉时期，我国的制瓷技术已经具备十分高的水平，出现了许多名窑和名瓷。有诗为证：“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来。”这是古人来赞扬越窑出产的青瓷的美丽。江西景德镇所烧制的薄胎瓷器，被誉为：洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬，这些特点为景德镇赢来“瓷都”之称。

以上这些利用瓷石、长石、粘土、石英等为原料，经过粉碎、混和、磨细、成形、干燥、烧成等传统工艺制成的产品称为传统陶瓷，现在人们主要用作日用器皿和建筑、卫生制品。本世纪20～30年代以来，传统陶瓷遇到了严峻的挑战。

首先是科学技术的发展，带动了材料技术的发展，陶瓷也要提高自身“素质”。例如，远距离高压输电线的建立，要求可以承受几十万伏高压的良性绝缘材料；汽车的火花塞必须可以耐高温、高压、高电压；另外一些高科技产品均要求其材料必须具备耐高温、高压的性质，随着其他材料的出现，陶瓷所承受的压力与日俱增。

其次陶瓷具有先天的脆弱性，这决定了他无法在工业上得到广泛的应用，只能有金属材料取而代之了。

陶瓷材料主要有三种结构，即晶体相、玻璃相和气孔。晶体相是陶瓷的基本结构，它是由陶瓷化合物的原子按一定规则排列而形成的晶体结构。玻璃相是由陶瓷各组成物和杂质的原子无规则排列而形成的非晶态结构，因这种结构同玻璃的显微结构相似，故称为玻璃相。玻璃相的微观结构比晶体疏松，是陶瓷中的薄弱环节，它在一定高温时会软化，降低了陶瓷的耐热性；玻璃相中的杂质，使陶瓷的许多性能降低。陶瓷的性能同其微观结构密切相关。

挑战是对极限的超越，是孕育新知的起点。科学家们经过长期不懈的研究和大量的实验，是陶瓷的性能大幅度提高。科学家们使用许多高纯度的人工合成化合物去代替天然原料，并改制备工艺，使原材料中氧化铝的含量不断提高，逐渐的取代了富含硅酸盐的天然原料，制成性能更好的陶瓷。这一系列的胜利也使陶瓷工艺进入了一个全新的时代——先进陶瓷。

先进陶瓷材料又称精密陶瓷，主要指选用高纯化学原料、经过严格控制的成形与烧结工艺制备而成的无机非金属材料，包括结构陶瓷、功能陶瓷以及陶瓷基复合材料，是新材料的一个重要组成部分，在通讯、电子、航空、航天、军事等高技术领域都有广泛的应用，尤其是信息通讯领域。换句话说，绝大部分高技术的发展都离不开先进陶瓷的发展的。

狭义上的陶瓷是指用无机非金属化合物粉体，经高温烧结而成的，以多晶聚集体为主的固态物质。其中不包括玻璃、搪瓷、水泥、耐火材料、金属陶瓷等。

然而从广义上的陶瓷泛指一切经高温处理而获得的无机非金属材料，包括人工单晶、非晶态、狭义陶瓷及其复合材料、半导体、耐火材料及水泥等。

按化学成分可以把先进陶瓷分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、氟化物陶瓷、硅化物陶瓷、硫化物陶瓷等。

按性能和用途又可以把先进陶瓷大体分为先进结构陶瓷和先进功能陶瓷两大类。

金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。先进结构陶瓷的出现，弥补了金属材料的弱点。它具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。例如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。

压电陶瓷可利用机械压力产生电效应，故用于制造内燃机点火系统、电子打火机点火元件和炮弹引爆信管等是先进功能陶瓷的应用。所谓先进功能陶瓷则是指利用材料的电、磁、声、光、热等性能或其耦合效应，来实现某种使用功能的先进陶瓷。它具有品种多、价格低、功能全、更新快等特点，在各个领域中都有广泛的应用。

科学技术的发展是永无致敬的，而陶瓷技术的发展也会随着科学技术的发展而勇往直前。如果说原始陶的出现是陶瓷发展使上的里程碑，那么从陶器发展到瓷器就是第一次飞跃，从传统陶瓷发展到先进陶瓷就是第二次飞跃，我们也即将迎来第三次飞跃——从先进陶瓷发展到纳米陶瓷。

何谓纳米陶瓷，纳米陶瓷就是指显微结构具有纳米量级水平的陶瓷材料。

纳米陶瓷的显微结构只有借助各种显微分析仪器才可以观察到。目前绝大部分先进陶瓷的显微结构处于微米量级水平，在1立方厘米体积中约有10¹⁰个晶粒。而纳米陶瓷的显微结构比先进陶瓷的显微结构更加细微，具有纳米量级水平，即晶粒尺寸为1～100纳米，在1立方厘米体积中约有10¹⁹个晶粒。由此可知，纳米陶瓷较先进陶瓷其晶粒细小得多。

数量上的变化引起陶瓷在性能上质的变化。在纳米陶瓷中，l立方厘米体积中存在10¹⁹个晶粒边界（称为晶界），晶界上的原子占晶体总原子数的50%，它们受到周围原子的相互作用，其排列组态既不同于晶体（晶体内原子规则排列），也不同于非晶态（非晶态如玻璃，其中原子呈短程有序、远程无序的排列），这种新的原子排列组态给纳米陶瓷带来了许多新性能。纳米陶瓷晶粒细化，有助于晶间的滑移，从而导致了超塑性；也因为晶粒细化，材料中的气孔和其他缺陷尺寸减小，可获得少缺陷甚至无缺陷的陶瓷，其力学性能大幅度地得到提高。使纳米陶瓷具有了高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐腐蚀的特点及优良的化学稳定性和生物相容性功能，这是一般金属材料和有机高分子材料无法比拟的，世界发达国家把纳米陶瓷材料列为二十一世纪新材料。相信纳米陶瓷也会迎来属于它的崭新的未来。