你不知道的 “陶瓷” 進化史


陶瓷在人類生活和社會建設中是不可缺少的材料,它和金屬材料、高分子材料并列為當代三大固體材料。從傳統陶瓷到現代先進陶瓷,經歷了上萬年的發展歷程,今天我們就把這個過程梳理梳理。





陶 · 瓷


陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱。

從“陶”、“瓷”二字的字源看,“陶”字是小丘上有形如燒成用的窯,因此,陶為燒成物之意。“瓷”是指質硬而致密的器物。



陶器從物理性質看,陶器通常有一定的吸水率,斷面粗糙無光,不透明,用手敲之,聲音混濁,有的無釉,有的施釉。



瓷器而瓷器的坯體致密,基本上不吸水,有一定的半透明性,通常都施有釉層,用手敲之,聲音清脆。



炻(shi)器還有一種介于陶器與瓷器之間的一類物品,坯體較致密,吸水率小,顏色有深有淺,但缺乏半透明性,這類稱為炻(shi)器成原始瓷器,或稱石胎瓷。





就陶瓷的研究進程來看,可簡單概括為以下三個階段




傳統陶瓷階段




遠在幾千年前的新石器時代

我們的祖先就已經用天然黏土作原料,塑造成各種器皿

再在火堆中燒成堅硬的可重復使用的陶器

由于燒成溫度較低,

陶瓷僅是一種含有較多氣孔、質地疏松的未完全燒成制品






中國是世界陶瓷的發展起源,而陶瓷作為中國歷史發展的重要見證,早在公元7000~8000年即新石器時代后期就已經出現。


根據文物發掘和考古研究計算,我國陶瓷的出現可以上溯到距今一萬年左右;

5000年前,燒制陶器的溫度已達950℃,燒陶溫度已達1050℃以上,窯爐內可保持還原氣氛。

半坡氏族就開始用陶刀來收割



“秦磚漢瓦”的再現,是建筑業發展的里程碑。聞名于世的世界“第八奇跡”的秦代兵馬俑群,更是世界之最。




到漢代,各地已設置制陶工場,大量生產陶器,原始陶器品種也大為增多。漢代的綠釉陶器是以銅化合物為著色劑的低溫鉛釉制品。原始瓷器則是以鐵為著色劑的青釉器,是青瓷的前身。




東漢末年,浙江地區陶瓷工藝進步較快,已開始制作瓷胎致密、釉層較厚而光潤美觀的青瓷,此為我國陶瓷歷史上的一個重要轉折。

漢代青瓷



晉朝出現“瓷”字,說明已認識到陶與瓷的區別。


唐代,陶瓷制造業有了更大發展,瓷器的使用已很普遍,以越窯的青瓷(浙江紹興)和刑窯(河北邢臺)為鼎盛時期。


唐代的三彩也很有名,中國瓷器已遠銷非洲和阿拉伯。



宋代以來,我國南北各地的窯業繼承唐代傳統得到極大發展。


從明代開始,江西景德鎮成為我國瓷業的中心,至今仍為我國制造瓷器的重要地區之一。我國是使用高嶺土最早的國家,“高嶺土”起源于景德鎮東郊的高嶺村,至今世界各國在陶瓷學上為專用學名而沿用。“高嶺土”——“瓷器”——“中國”——“China”四者在國際上成了同義詞。

景德鎮古窯





歷史悠久的傳統陶瓷工業,與其它工業相比,發展較慢。


傳統陶瓷這一階段的陶瓷都是以黏土為主要原料,與其他天然礦物原料經粉碎混煉→成型→煅燒等過程制成的,如我們常見的日用陶瓷、建筑陶瓷、電瓷等傳統陶瓷。




而我國陶瓷原料極其豐富,遍布全國各省。但是,過于由于陶瓷技術一直處于祖傳秘方階段,陶瓷生產多憑經驗,缺乏科學指導,因“神秘的組成”、“難于掌握的火候”而較難獲得較為系統的文字記載。


有關記載滿譽全球的“瓷部”(景德鎮)瓷業生產的最早文獻是明代宋應星的《天工開物》,隨后有清初唐英的《陶冶圖說》,朱琰的《陶說》等書,但都不詳。


?《天工開物》記載的陶瓷工藝



從原始瓷器的出現到近代的傳統陶瓷,這一階段持續了4000余年。







先進陶瓷階段





20世紀以來,特別是第二次世界大戰之后,隨著人類對宇宙的探索、原子能工業的興起和電子工業的迅速發展,對陶瓷材料,從性質、品種到質量等方面,均提出越來越高的要求。這促使陶瓷材料發展成為一系列具有特殊功能的無機非金屬材料,如氧化物陶瓷、壓電陶瓷、金屬陶瓷等各種高溫和功能陶瓷。





陶瓷研究進入第二個階段——先進陶瓷階段。



在這一階段陶瓷制備技術飛速發展,在成型方面有等靜壓成型、熱壓注成型、注射成型、離心注漿成型、壓力注漿成型等成型方法;

在燒結上則有熱壓燒結、熱等靜壓燒結、反應燒結、快速燒結、微波燒結、自蔓延燒結等。




此時采用的原料已不再使用或很少使用黏土等傳統原料,而已擴大到化工原料和合成礦物,甚至是非硅酸鹽、非氧化物原料,組成范圍也延伸到無機非金屬材料范圍。





因此,我們可認為,廣義的陶瓷概念已是用陶瓷生產方法制造的無機非金屬固體材料和制品的統稱。
先進陶瓷包括結構陶瓷和功能陶瓷

結構陶瓷主要用于耐磨損、高強度、耐熱、耐沖擊、硬質、高剛性、低熱脹性和隔熱等結構材料;

功能陶瓷包括電磁功能、光學功能和生物化學功能等陶瓷材料和制品。



目前我國傳統陶瓷(采用天然無機原料)由于原料特性、多年發展起來的操作技巧,并結合歷代社會風尚與裝飾、趣好等,形成豐富多彩的中國陶瓷特色。


而先進陶瓷(大都用人工合成原料)則由于近百年來我國處于半殖民地、半封建之時,加上解放前長期內戰與內耗,新型陶瓷工業落后于其他先進國家。近百年來,國外許多學者重視陶瓷研究,取得許多可貴成果,對于我國的陶瓷生產、研究和應用具有一定的推動作用。






納米陶瓷階段



所謂納米陶瓷,是指顯微結構中的物相就有納米級尺度的陶瓷材料。

它包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等均在納米量級的尺度上。




到20世紀90年代,陶瓷研究已進入第三個階段——納米陶瓷階段。



那什么是納米呢


1985年,美國賴斯大學教授羅伯特?柯爾和理查德?斯莫利以及英國薩塞克斯大學教授哈羅德?克羅托因發現碳60的球狀結構而獲得196年諾貝爾化學獎。

這種酷似足球的碳60球狀結構是一種非常小的顆粒,直徑只有0.7納米。



這是首次測得納米級顆粒,1納米為10的負六次方毫米。假設一根頭發的直徑是0.05mm,我們再把它徑向平均分成5萬根,每一根的厚度差不多就是1納米。這是原子的4倍,比僅5微米的單個細菌直徑還要小。





納米陶瓷是利用納米粉體對現有陶瓷進行改性,通過在陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等,使晶粒、晶界以及他們之間的結合都達到納米水平,使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高。


納米陶瓷具有優良的室溫和高溫力學性能、抗彎強度、斷裂韌性,使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。




納米陶瓷是當今陶瓷材料研究中一個十分重要的發展趨向,它將促使陶瓷材料的研究從工藝到理論、從性能到應用都提高到一個嶄新的階段。

在工業領域,從管件到泵閥類產品,納米陶瓷材料憑借優良的性能,開始逐步替代金屬材料產品,在未來,納米陶瓷的開發和應用空間會越來越廣闊,新型材料的大門才剛剛打開。





END




陶瓷本身的發展也同樣經歷了一個漫長的歷史時期,這一演變過程是人類文明發展的一個縮影,也是科學技術進步與需求相促成的。


從采用原料和煅燒溫度來看就十分清晰這一發展過程。







?從整個人類文明史與材料發展關系來看,中國一直是世界文明發展的重要開拓者。例如青銅器和瓷器都是始于中國,對人類歷史起了巨大推動作用。
但是從西方工業革命以來,迅速發展的科學技術,大大加速了生產力發展和人類生活質量的迅猛提高,尤其是近代高科技對新材料提出了更多需求。

中國在這段歷史時期,由于長期封建和半殖民地社會,經濟發展遠遠落后于西方;同樣反映在新材料的開發上,陶瓷也不例外

作為近代新材料發展的標志是單晶硅、光導纖維、超導材料等,它們分別對微電子、通訊、能源、交通(航空航天)和國防建設起了巨大推動作用,具有劃時代意義。而陶瓷,在這些領域,也會有越來越廣闊的未來。




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