20～30%。
3.炉衬结构轻，可节省炉体用钢材（20～50%）和基建费用。
　　4.炉衬厚度薄（只有轻质耐火砖炉衬厚度的二分之一），可增加窑炉的 有效空间。
5.耐热震和机械震动，使用寿命长。
6.易施工，不需干燥和烘烤，增加了生产时间。 作为耐火材料使用的无机纤维，由于具有这些优越性，尤其是能大量地
节省能源，所以已在冶金、机械、石油化工、电子及轻工等多种工业领域中 得到了广泛的应用。除此而外，在宇航和原子能等尖端科学技术中也得到了 应用。
　　无机纤维最引人注目的用途是用作高性能增强纤维。高性能增强纤维目 前主要系指碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等。它们可作树脂、 金属和陶瓷基体的增强材料，其高的比强度和比模量使复合材料具有比纯金 属更佳的物理性能。尤其后两种复合材料与军事技术、空间技术密切相关， 起着无可比拟的作用。
世界上首次以合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维及其二次制品为增强材料
制成“玻璃钢”，是 1941 年美国橡胶公司完成并转入大量生产的。这样的 复合材料称为高聚物基体复合材料，具有加工容易、密度低、隔热性和机械 性能良好。可以应用在航天、航空、体育用品、工业机械、造船和汽车制造 等领域。很遗憾的是这种材料有两个严重的缺点：一是弹性模量低，作为结 构件常会出现较大的变形；二是耐热性差，只能限制在 300℃以下，一般在
100～200℃情况下使用。六十年代开始，人们积极投入了寻找高强度、高弹
性模量、耐高温、低比重的纤维增强复合材料，上天不负有心人，金属基体 复合材料和陶瓷基体复合材料就先后诞生了。
金属基体复合材料是以金属，如铝、镁、钛或其合金为基体，用纤维、
晶须或纤维粉粒增强复合而成。其强度可增至铝的 10 倍、硬度为钢的 2 倍、 密度只有钢的三分之一。它比高聚物基体复合材料具有更高的强度、硬度和 热稳定性。若与目前主要采用金属材料的飞机相比，用该复合材料生产的新 型飞机将飞得更高、更快、操作更灵活。
陶瓷基体复合材料是以陶瓷为基体、连续或不连续的纤维或晶须为增强
材料复合而成。它与未经增强的陶瓷相比具有更高的强度和可靠性（如具有 更大的断裂能），主要应用于高性能军事装备、宇航引擎、切削工具及耐磨 的机械部件。目前看来用作增强纤维的碳化硅纤维和晶须是比较理想的选 择。
　　高性能增强纤维复合材料用于高新技术作为结构材料使用，概括其优越 性主要有四点：
　　1.比强度和比刚度高。这是空间技术发展，对材料性能的迫切需要，不 仅可以减轻飞行器的重量，而且可以飞得更快更高。
　　




2.高温性能好。可以在 1000℃左右的高温下稳定有效地工作。
　　3.抗疲劳和抗热震性良好。不仅可以使由于偶然事故发生突然破坏的危 险性减到最小，而且可以防止由于热应力急剧增大而引起材料的破坏。
4.使用寿命长。可以进行局部修补，这是单一材料不可能的。
§2—3—1 氧化铝纤维
　　把氧化铝制成纤维形态，就是氧化铝纤维材料。目前制备氧化铝纤维已 有多种方法：如熔融抽丝法、溶液抽丝法、浸渍法等，但应用较多的是溶液 抽丝法。已经能够制得的纤维品种主要有α—Al2O3 单晶纤维、Q—Al2O3 短纤 维、以及γ—Al2O3 长纤维。
　　氧化铝纤维是为在金属基体复合材料和陶瓷基体复合材料中的应用而 开发的。它可与熔融金属铸塑，制成航天工业、汽车工业等应用领域所需要 的强度高、质量轻的元件。与其他增强纤维相比，氧化铝纤维突出的优点是 具有极佳的抗化学腐蚀性和抗氧化性，尤其在高温条件下更为突出。但氧化 铝纤维与硼纤维或碳化硅纤维相比，密度较高，抗张强度较低，这意味着用 氧化铝纤维生产的零件较重。
值得引起重视的是 Al2O3 短纤维，还是超高温绝热材料，最高使用温度
可达 1482～1650℃，制品形式有纸、毡、散装纤维、板材、真空成型制品等， 有十分明显的省能效果。在当今世界能源紧张的形势下，特别得到工业发达 国家的重视。
氧化铝纤维是无机纤维中研究较多的品种之一，研究工作大约已进行了
20 多年，其用途较多： 一、作为增强纤维。可用于金属、塑料、橡胶和陶瓷中。可以用于增强
的金属基质有铝、镁、铜、铁、镍、钛以及各种合金。由于它不易与熔融金
属反应，因此特别适于强化金属，使其复合材料具有在高温下比强度、比弹 性率大；抗疲劳强度高；耐蚀性好等特点。Al2O3 纤维用于增强塑料，有聚苯
并咪唑、聚苯并噻唑、聚亚胺、环氧树脂等。其性能比用碳纤维和玻璃纤维 都好。如当用 Al2O3 纤维以 60%比例加入到环氧树脂中，制得的单向纤维强化 树脂，其抗张强度比碳纤维和玻璃纤维都大；抗压强度高达 1.5 到 3 倍；弹 性与碳纤维的差不多，是玻璃纤维的 2 倍多；另外还具有电绝缘性和电波的 穿透性；外观无色透明等特点。因此还可以用于制雷达天线、制电子器材及 娱乐用品等。
　　二、作耐火绝热材料。由于氧化铝纤维质轻、导热性低、热容小、热稳 定性和机械稳定性高，可以制成各种板材、多用毡等产品，广泛应用于高温 炉、电炉、原子反应堆等处。例如多用毡用于高温炉，间隙操作时可节能 20～
50%，连续操作时可节能 40～70%，可见是非常理想的保温材料。另外，还可 以制成耐高温和突然闪热的防护服布，耐火护墙板，以及能经受多次 1200
℃淬火的浇注材料等。 三、过滤材料。可以根据场合采用不同形态、不同直径的氧化铝纤维，





制成过滤片或过滤管，用于油水乳剂和油水混合液，甚至乳胶液等的分离，
也可用于过滤除去固体颗粒。具有用起来柔软、操作成本低、效率高等特点。 四、催化剂载体。当用 Al2O3 纤维织成毡作铂催化剂载体时，可用于将 汽车、摩托车等尾气中的 CO 转化成 CO2，使对环境的污染降低到最低限。当
作烃转化的催化剂载体时，可使催化剂寿命和活性大大提高。 其它，氧化铝纤维还可以作耐磨蚀材料；作 Na—S 电池填充电解质；作
为酚醛泡沫塑料、聚尿烷或聚酯泡沫中的抑烟剂；在建筑中作涂敷、密封和 铸型产品的组成，有耐热、防水、抗收缩、高强度的特性；以及应用于薄层 色谱等等。
§2—3—2 碳化硅纤维
　　碳化硅纤维也是近期重视的无机纤维材料，尤其在资源综合利用中引起 了极大的注意。碳化硅纤维在美国、日本、欧洲和原苏联都发展很快，这是 因为碳化硅纤维的强度和韧性与硼纤维非常极近，但其原料和基体丝的价值 低、生产率高，在产量足够高的情况下它的制造成本比硼纤维低得多。此外， 碳化硅纤维的热稳定性又优于硼纤维，耐高温氧化性优于碳纤维。
碳化硅纤维的晶形、长短与制造过程有密切关系。碳化硅单丝可用于蒸
汽沉积法生产，其直径可达 140μm，主要用于金属基体复合材料的开发；碳 化硅长丝可通过聚碳硅烷纤维的热解制得，其直径约为 15μm，主要应用于 陶瓷基体复合材料的开发；碳化硅晶须的生产有用稻壳热解工艺的，其典型 的直径只有 0.6μm，可以用于金属基体复合材料，也可用于陶瓷基体复合材 料。前者主要用于制造宇航领域中的高温元件，后者主要用于制造切削工 具。目前碳化硅纤维的试制还有其它一些方法，要找到简单易行、降低成本 的方法，还需付出艰苦的努力。碳化硅纤维总体上讲具有密度小、强度高、 纤维直径小、导电性高、X—射线透过性强、热膨胀系数小、耐热性和耐药 品性好等特点。
当前，碳化硅纤维多数还是做热塑性树脂的填充剂作复合材料，也有与
金属或陶瓷一起做复合材料的。虽仍属开发研究阶段，但前景意义重大。这 些复合材料主要用途有：
一、航天工业材料：碳化硅纤维复合树脂用做飞机的主体和机翼，重量
会有明显的减轻；制成宇宙火箭，不仅重量轻、而且强度高、热膨胀系数大 大减小；以及其它尖端材料。
　　二、由于该材料材质轻、强度高、耐热性能好，可以广泛应用于做赛艇、 赛车、摩托车和轻快自行车材料，以及其它要求高的体育器材。
　　三、医疗用具：由于该材料的 X—射线透过性强、材质强度高，已被用 于制做 X—光用机械、医疗用器皿和人造关节等材料。
　　四、由于该材料的优越性能，也被选用于地下电缆、输水管道、桥梁等 土木工程中。
五、用于高科技领域有着诱人的前景。





§2—3—3 钛酸钾纤维
　　钛酸钾纤维已有三十多年的研究历史，它首先是由美国杜邦公司发明， 一九五八年公开专利。日本从六十年代末开始进行钛酸钾纤维的研制，并开 发了多种合成方法，如熔融法、水热法、助熔剂法等。工业化生产主要采用 助熔剂法，即将碳酸钾、二氧化钛和钼酸钾助熔剂混合，加热至 1204℃生产 出单长丝晶须，直径约 0.2μm，平均长度 20～30μm，然后进一步加工而制
得。
钛酸钾纤维的组成为 K2O·nTiO2，n=2～8 或更大，其中最常见的是“六
钛酸钾”（K2O·6TiO2），是钛酸钾纤维中最稳定的化合物，纤维性能良好。
纤维的形态主要是单晶纤维和短纤维，外观为白色的石棉状。主要特点是耐 热（熔点 1375±15℃）、对红外线散射和反射率高、耐碱、耐酸。它对 30% 浓度的沸腾碱和 10%的冷稀酸皆很稳定，对盐和有机溶剂也稳定。具有高的 表面强度和高的弹性模数等。
钛酸钾纤维的应用，根据其结构和性能可以用于不同方面。如
K2O·nTiO2，当 n>4 时，具有绝热性，强度大；当 n<4 时，离子吸附性强、
离子交换性能好。主要用途有：可以用作绝热材料和绝缘材料，是一种相当 好的隔热纤维。这是因为它的直径只有 0.1～1.0 微米左右的结晶纤维，本 身又具有对红外线很高的反射和散射性能，因此使它的隔热性能极好。比 如，在 528℃，其导热系数可低至 1.21×10-4 卡/厘米·秒·度。再加之它与 一般纤维比较具有成毡性较好的特性，因此更易于加工成各种制品，而用于 空间技术；可以做热塑性塑料的填充剂，制成柔软性好、表面光泽度高、耐 磨而平滑的产品；与金属、橡胶、树脂构成增强复合材料，多用做精密仪器 部件和耐热性较高的各种机器零件；还可以制成隔膜材料、耐磨材料、催化 剂载体、固体电解质、离子吸附材料和离子交换材料；此外，还由于纤维直 径细，可以用于制做透过性良好的过滤器，食品或医药用过滤器，以及用于 强化陶瓷、水泥、珐琅的添加材料等。
我国合成钛酸钾纤维的研究工作开始于八十年代初，目前主要工作仍然
是探索更好的合成工艺路线以及应用研究。





第四节 高性能结构材料


　　所谓高性能结构材料是指在高温下仍具有高强度、高刚度、耐磨、耐腐 蚀的材料。目前看来满足如此苛刻条件的材料，除前节所述的部分复合材料 外，就是以氮化硅、碳化硅、氮化硼、氧化铝、氧化锆等为代表的工程结构 陶瓷材料。
　　这里指的陶瓷有别于一般的瓷器，这类陶瓷相对于传统陶瓷称为新型陶 瓷或精细陶瓷，是本世纪五十年代发展起来的一类新型材料，是仅次于金属 和塑料的第三类材料。它区别于以天然原料烧结的传统陶瓷，是用精制的高 纯天然原料或人工合成高纯化合物为原料，通过精密控制的制造加工工艺烧 结，制得的结构精细、具有各种优良性能的陶瓷材料。
　　精细陶瓷的品种已经很多。精细陶瓷的分类方法也有多种。按组成可分 为氧化物系和非氧化物系；按结晶形态可分为单晶、多晶、非晶；按形状可 分为粉体、纤维、晶须、烧结体等；按功能可分为热功能、力学功能、化学 功能、电磁功能、光功能等；按特性且结合用途可分为电子陶瓷、工程陶瓷、 生物陶瓷三类。本节所述的高性能结构材料即指精细工程陶瓷，主要用作为 机械工程、冶金、化工用结构材料。而具有声、光、热、电、磁等特殊功能 材料属电子陶瓷，在第五节电子信息材料中讲述。
不论是结构陶瓷还是功能陶瓷的性质，都是由它们的化学组成和材料内
部的微结构所决定的。原料的不同性状和制造工艺的差别，都会得到不同的 陶瓷性能。例如，化学组成同是 Al2O3 的烧结体，多孔质的隔热耐火砖，强
度仅为 15MPa，切削工具用的硬质陶瓷则高达 700MPa。需要提醒注意的是， 陶瓷材料的物性是由许多因素决定的，且它们又是互相制约的。在多数情况 下不能单独地取某个特定因素作为判据来衡量其物性，要全面地考虑它们之 间的相互影响、相互制约的关系方能得出正确的解释。因此，精细陶瓷的制 造对原料的要求很高，所用原料需要通过人工精制或专门合成，对粉末的纯 度、粒度、颗粒形状等都有严格要求，要尽可能达到超纯超细粉末。材料的 微结构是指材料中的缺陷（包括缺陷种类、数量、形状、大小、分布）、晶 粒大小、以及内部应力分布等，都必须在成型和烧结的过程中认真注意改 善，或采用特殊成型、烧结、精密加工等技术来满足需要。
　　以氮化硅为代表的工程陶瓷具有许多特殊性能，尽管开发研究工作至今 才有二十多年的历史，前景十分引人注目。与金属相比，质量较轻，制成的 运动机件因质轻而有减小惯性的效果；当使用温度超过耐热合金的使用界限 的高温范围（约 1000℃）时，仍能保持高强度，且化学稳定性好，如制成发 动机可以提高气缸内的燃烧温度，提高热效率，大幅度降低燃料费用和能 耗；因为比耐热合金硬度高、刚性大、耐磨、不发生塑性变形及热膨胀系数 小，所以十分适用于制造精密机械。总之，由于具有耐高温、高强度、高硬 度、抗腐蚀等优良性能，完全适宜于机械工程、冶金、化工用的结构材料，
　　





以及其它特殊用途。


§2—4—1 氮化硅与碳化硅

　　氮化硅和碳化硅不仅微观结构相似，制法（表 2—2）和性能（表 2—3） 也相似，而且用途（表 2—4）也接近，所以将其放在一起介绍。因为它们都 具有特殊的高温强度、耐蚀性、耐磨性、足够的硬度和刚度、以及耐热冲击、 高可靠性等特性，所以它俩都是工程结构陶瓷中较为引人注目的材料。


表 2 — 2 氮化硅及碳化硅的烧结法及其特点
烧结法 优点 缺点 常压烧结 可制成复杂形状，成本较低 烧成收缩大 热压烧结
热等静压法 产品致密，强度大 不能制造复杂形状
产品致密，可制成复杂形状 制法复杂 反应烧结
CVD 可制成复杂形状，烧成中不收缩 氮化硅：多孔、强度低：碳仆硅：残留 Si
产品致密，硬度大，高温强度大 只能制成薄膜形态，有方向性





表 2 — 3 氮化硅、碳化硅等的特性
密度 比热
（ kg/m3 ） （ J/kg · K ） 导热率 热膨胀系数 弯曲强度
（ W/m3 · K ） （× 103/K ） （ Mpa)
室温 1200 ℃ 氧化铝
氧化锆 3900 795.5
6000 2.1 25.6 8.0 350150
10.8 15001000 氮化硅 3200 711.8 3.2 13001000 碳化硅
赛隆 3200 711.8
3200 628 90.7 4.8 800600
20.9 2.7 500600



表 2 — 4 氮化硅、碳化硅的用途
机器或工具 零、部件 材 料 转子叶片 Si3N4 SiC

燃气涡轮机

定子叶片 Si3N4 SiC
涡轮壳体 Si3N4 SiC
燃烧器 Si3N4 SiC







机器或工具 零、部件 材料


























刀具


化工机械


耐热夹具



燃烧器及其它

高温风扇叶片 SiC
钓具 SiC





氮化硅的致密烧结体硬度高，努普硬度约为 1700～2000 性极大，热压
烧结的氮化硅加热到 800～1000℃后投入冷水中也不会破裂。目前除反应烧 结和化学气相沉积法制造的产品外，氮化硅陶瓷的使用温度一般限于 1300
℃以下，此一温度业已能满足汽车发动机的需要。由于氮化硅陶瓷强度高、 耐磨、耐蚀、耐热冲击，正试图应用于制造更多种结构材料（见表 2—4）。 此外，从节省能源角度来看，氮化硅具有比耐热合金更高的热效率。从资源
的来源考虑，地球上蕴藏着极丰富的硅化合物 SiO2 等及其空气中的大量氮，
因此作为内燃机等高温结构用材引起研究者的极大兴趣。美国于 1971 年、 联邦德国于 1974 年将其研究纳入国家开发计划，日本也于 1978 年开展了氮





化硅的全面研究，从而在世界范围内使氮化硅成为陶瓷发动机部件的主要候
选材料之一。1982 年，日本试制陶瓷发动机应用于小轿车，燃烧室温度可提 高至 1200℃，热效率增加 45％，燃料消耗减少 34％。我国在这方面的研究 虽然起步较晚，但进展较快，1990 年已成功地试制出陶瓷质汽车用发动机往 返于上海至北京之间。
　　碳化硅比氮化硅更能耐高温，即使在 1600℃下还能保持一定的强度，也 是一种高温结构用的耐热材料。碳化硅的努普硬度为 2500～2700，杨氏模量 亦极高，达 400GPa，都比氮化硅的数值高，显然在这些性能方面与氮化硅具 有相似功能（见表 2—4）。碳化硅的导热率本来就很高，近来发现添加少量 氧化铍常压烧结成的碳化硅的导热率能增至 270W/m2·K，高于金属铝的导热 率，而且具有电绝缘性，因此，用作电子材料和高导热性结构材料，必将会 有更大的发展前景。但是碳化硅与氮化硅比较也有不足之处：其一是热膨胀 率大于氮化硅，故其耐热冲击性稍逊于氮化硅：其二是比氮化硅脆，因此其 使用场所受到一定的限制。
§2—4—2 氮化硼
　　氮化硼（BN）是最简单的硼氮高分子化合物，主要分六方和立方两种晶 型。有良好的电绝缘性、导热性；能耐高温（至 2000℃），化学性质稳定， 对几乎所有的熔融金属都呈化学惰性；耐化学腐蚀性，抗氧化能力甚强；在 高温仍有良好的润滑性；有很强的中子吸收能力以及易于机械加工等许多优 良性能。
氮化硼有低压型和高压型之别。立方氮化硼属于高压型，以超硬耐磨为
特点。立方层状结构的氮化硼属于低压型，以耐温、绝缘性见长。因此六方 氮化硼广泛地用作高压高频电及等离子弧的绝缘体，自动焊接耐高温支架的 涂层，高频感应电炉的材料，半导体的固相掺杂材料，原子反应堆的结构材 料，防止中子辐射的包装材料，雷达的传递窗，雷达天线的介质，火箭发动 机的组成物等。利用其良好的润滑性能，用作高温润滑剂和多种浇铸模型的 脱模剂。利用其耐火性，更多地用于制造耐高温熔融坩埚和其它制品。高压 下合成的立方晶型氮化硼，硬度与金刚石相当，在 1500～1600℃高温中稳定 性优于金刚石，可作超硬材料，适宜于地质勘探、石油钻探的钻头以及高速 切削的工具；也可用作金属加工研磨材料，具有使加工表面温度低、部件表 面缺陷少的特点。此外，加工制成的氮化硼纤维，属中模数的高功能纤维， 是一种无机合成工程材料，可广泛使用于化学工业、纺织工业、宇航工业及 其它有关工业部门。
§2—4－3 赛隆
　　赛隆（Sialon）是 1970 年前后研制成的以 Si—Al—O—N 为主的各类化 合物所组成的新型结构材料，是具有氧化物和氮化物中间组成的一类材料的 固熔体的统称。是典型的运用“化合物的复合化”方法而制得的新材料。其 中有代表性的材料是由氮化硅——氮化铝——氧化铝——氧化硅系组成的
　　




赛隆。
赛隆具有较好的加工性能，它比 Si3N4 易烧结，它可以用各种陶瓷成型
方法，如挤压、压制、泥浆浇注成型，然后烧结成接近理论密度，甚至无压 烧结也可得到致密陶瓷体。还可以通过改变组成调节其性质以适应不同需 要。在机械等性能方面，赛隆保留了 Si3N4 的强度大、硬度高、耐热冲击性 好等优良性质；而在韧性、化学稳定性和抗氧化性等优于 Si3N4。
　　赛隆的原料太方便了，硅、铝、氧、氮是地球上蕴藏量最丰富的四种元 素，相比之下，赛隆的原料来源丰富是其它高性能结构材料无法比拟的。它 可以由硅、铝粉来氧化、氮化制得高纯材料；也可由氧化物 SiO2、Al2O3 等 还原氮化制得。还可从高岭土、稻壳等含硅、铝、氧的物质氮化制备。
　　赛隆的性能决定了它的用途，世界发达工业国家已大量用于切削工具、 耐火材料、轴承及其它高温耐磨材料。用于切削刀具，热硬度比碳化钨和氧 化铝都高，即使刀尖温度高于 1000℃仍可高速切削。用于轴承，不仅可以直 接烧结到所需工件尺寸，使研磨加工成本很低，而且耐磨性、硬度更好。其 它用于汽车发动机零部件和其它高温场合效果也都很满意。
赛隆材料近年来在国外发展很快，不断有产品投入工业化实用。但在国
内几乎才起步，委实需要引起国人注意。





第五节 电子信息材料


　　信息材料就是与信息的获取、传输、存储、显示及处理有关的材料。因 为信息传递的媒介为电子（或电磁波），所以又称为电子材料。近年来信息 传递的媒介又增加了光子，为今后研制更高密度与更高速度的器件展示了前 景。
　　随着世界上第一台电子计算机的诞生，标志着世界科学技术进入了一个 新时代，即电子信息时代。四十多年来的迅猛发展，使原先几间房子大的计 算机，现在变成了姆指头大小。与此同时的微电子技术、激光技术、光纤技 术、贮存技术等也取得了惊人的发展。尽管取得了如此之大的成绩，发展仍 远没有停止。电子、信息技术的发展离不开其它工业的支持，它要求其它工 业提供成千上万种的原辅材料，其中化工材料不论从数量上还是品种上都占 有极为重要的地位。如集成电路生产过程中化工原材料就占到 70%左右。据 报导美国电子化学品近年来以平均每年增长 14%的速度发展。由此电子信息 工业与化学工业关系之密切显而易见。
根据国外统计，电子化工材料大致可分为十三大类。与无机精细化工产
品相关的有：电器绝缘材料；强介电材料；压电体材料；半导体材料；敏感 材料；发光与感光材料；磁性材料；固体电介质材料；激光材料；光纤材料； 以及品种很多的电子用试剂和高纯物等。
这些材料大多数属精细陶瓷，精细陶瓷中的功能性陶瓷或电子陶瓷。功
能陶瓷具有优异的电、声、光、热、磁等功能，已经在电子信息、航空、航 天、能源等领域中得到不断地开发应用。
§2—5—1 绝缘材料
　　绝缘材料早期主要作为电子管材料、封装材料、电容器材料、电阻器基 体。使用场合不同，对材料的要求不同，但总的对材料的要求不是很高。如 具有六方层状结构的氮化硼（BN），则用于大功率晶体管的管座、管壳和散 热片；单成分的钛酸钡（BaTiO3）和掺杂后的钛酸钡，则用于制备各种不同
频率和要求的电容器。 近期绝缘材料的新用途是用作电子器件的基片材料（或称衬底材料），
此时对材料的要求很高。
基片材料大部分是 Al2O3，也有 2MgO·SiO2 和 MgO·SiO2，正在开发高导
热性的 SiC 和 AlN。对于集成电路基片来说，最基本的要求是绝缘性和散热 性，此外还要有足够的机械强度，与金属导体易于相匹配，不影响其它电子 元件的性能及耐蚀性等。使用 Al2O3 基本上能满足上述要求。这是因为电子 陶瓷氧化铝具有耐热性、坚硬性、电绝缘性、耐腐蚀性、导热性、透光性等 特性，再加上表面光滑和易于进行精密加工，完全适用于集成电路基片，集 成电路封装，以及超大规模集成电路封装等，从而成为支持电子信息科学发 展的重要基础材料之一。只是目前超大规模集成电路的集成度向 1M 以上发





展时，才发现它的导热系数偏小，不利于高集成度集成电路的正常工作。高
导热性 SiC 因添加微量 BeO[0.1～3.5%（重量）]而兼具高导热性和高电绝缘 性。此外，SiC 基片的热膨胀系数接近于 Si，因此有利于半导体制品性能和 可靠性的提高，并能减少体积和减轻重量，所以很有希望成为 Al2O3 的升级
换代产品。AlN 由于添加了氧化钇等组分，同时又改进了烧结方法，从而明 显地提高了各项性能指标，所以应用价值有了很大提高。随着大规模集成电 路集成度的增高而发热量增大，对绝缘材料的性能要求也愈益更严格，不仅 要求基片具有高散热性，而且要求基片与元件的热膨胀率一致等。
　　由于超大规模集成电路的集成度越来越高，所以散热问题也就越来越突 出，甚至成为继续提高集成度的关键。目前针对散热问题解决办法大体有四 种：一是采用三维电路，而不是平面；二是将硅外延在金刚石一类的薄膜上， 以此为基片，利用金刚石的导热性好，又是电的绝缘体，可以提高承受温度 的能力；三是为提高基片的散热性能，开发导热率为常规氧化铝基片百倍以 上的热管式多层电路基片；四是研制用砷化镓代替硅，因为砷化镓的工作电 流小，发热量不易达到熔化温度。
§2—5—2 信息存储材料
　　随着电子信息技术的迅速发展，对信息记忆、存贮、记录的技术及其材 料的要求相应提高。就以与计算机配套的信息存贮问题来说，计算机的内存 贮和外存贮系统，以及用于档案、文献资料、图书管理、办公事务等各项情 报管理工作中的存贮，都需要性能越来越高的新器件和新材料。从目前来 看，现在仍以磁记录为主，这是因为磁记录器件能实时记录与重放，能多次 重复使用，所以得到广泛应用。但是，磁记录器件正在朝着高记录密度、小 型化、低速化、数字化的方向发展。目前磁记录器件的类型有磁带、磁盘（硬 磁盘和软磁盘）、磁泡、磁卡等多种形式。以下主要介绍磁带、磁盘的主体 材料——磁粉。
磁粉是一种粉状的单畴粒子的磁性材料。是磁记录介质的主体。它的质
量高低，性能好坏，直接决定着磁记录介质的电磁性能指标及其记录特性。 因此，人们对它提出了很高的要求：
(1)比饱和磁化强度（σs）要高，以提高记录灵敏度，增加信号输出幅
度；
(2)要有适当的矫顽力（Hc），以提高磁记录介质的保存性； (3)粒子要均匀，结晶形状要好，以防止产生间隙损失和调制噪声； (4)要容易分散，以提高涂布质量； (5)填充密度要高，以保证介质获得较高的记录密度； (6)磁性时效要稳定等。 随着技术的进步，磁粉的品种不断增多，并且积累了相应的专门制造技
术和工艺过程。
γ—Fe22O3 磁粉是目前用量最大的磁粉，价廉、稳定性好。它是一种立





方晶系，反尖晶石型结构。粉末形状一般呈针形，长径 0.25～0.4μm。广泛
用于各种开盘式、盒式录音磁带和录像磁带、仪器磁带、计算机磁带和软、 硬磁盘等。约占全部磁粉产量的 80％以上。制造它的原料显然是非常丰富 的。可以是废铁皮、硫酸亚铁、氯化亚铁等铁盐。制造方法有酸法、碱法、 晶种法、滴加法等多种，其主要过程基本相同。只是为了突出或获得某项特 性指标，才在制造过程和方法步骤上稍有不同。八十年代以来，为了提高γ
—Fe2O3 的磁特性，开始了在γ—Fe2O3 中掺杂其它金属离子，如钴、镍等的
研究，即所谓改性的γ—Fe2O3 磁粉。另外，还开展了减少孔洞提高密实性的
研究。
改性的γ—Fe2O3 磁粉是通过掺杂、吸附、渗透、包敷某些元素等方法，
使γ—Fe2O3 磁性能得到改进的一种磁粉。广泛采用的改性方法是把钴离子包
敷在γ—Fe2O3 粒子外面，形成一层很薄的钴铁氧体膜，从而使γ—Fe2O3 磁
性能得到明显改善和提高，简称为钴—γ—Fe2O3 磁粉。它的性能可以与 CrO2
磁粉相比美，而无 CrO2 磁粉的弊病。广泛用于制造高档盒式录音带和各种盒
式录像磁带、软磁盘和硬磁盘等各种磁记录器件。在产量上仅次于γ—Fe2O3
磁粉。包钴的主要操作是把γ—Fe2O3 分散在硫酸钴与硫酸亚铁的溶液[Co 艹
/Fe 艹为 0.5]中，然后加入氢氧化钠，使之生成钴和铁的氢氧化物，溶液于
90℃下搅拌 4 小时，这样在γ—Fe2O3 粒子表面即生成钴—铁氧体结晶。包后
的效果是，原矫顽力为 354 奥斯特的γ—Fe2O3，经处理后，如含钴量为 7％，
则矫顽力可达 900 奥斯特。可见效果之显著。 二氧化铬（CrO2）磁粉，与γ—Fe2O3 磁粉比较是一种高质量的磁粉。它
是一种针状的正方晶系的金红石型结构。如果在制备的过程中适当添加一些 诸如锑、铁、钌等元素，则制成的磁粉将具有更为突出的如下特点：粒子细、 矫顽力（Hc）高、针形好、易分散、填充率高。这种磁粉非常适用于灵敏度 高、频响广、高频好、色彩逼真、图象清晰的盒式录音磁带和录像磁带。但 是，因为这种磁粉目前采用的两种生产方法，都要在高温高压下反应，易燃 易爆、工艺复杂、毒性大、安全性差、磁粉粒子硬、对磁头磨损大，所以限 制了它的广泛应用。我国现在还处于开发研制阶段。
金属磁粉，是纯铁及其合金（Fe—Co，Fe—Ni 等）磁粉的通称。其结构
为针状、体心立方型，七十年代制出了长度为 0.2μm，直径为 0.02μm 的铁 粉。是一种新型磁粉。金属磁粉都具有矫顽力（Hc）高、比饱和磁化强度（σ s）高、粒子细、比表面积大、填充密度高等一系列突出特点。原来存在的 稳定性差、易氧化燃烧、易发生化学腐蚀等缺点，经过采用一系列钝化技术 已基本解决。金属磁粉已越来越广泛地应用于以 8mm 盒式录象磁带和数字录 音磁带为代表的新一代磁记录器件中。产量在逐年增加。
钡铁氧体（BaO·6Fe2O3）磁粉，结晶形态是六角晶系片状结构。八十年





代制出了平均直径 0.1μm，厚 0.01μm 的盘状粉末。这种磁粉专用于垂直磁
记录器件，其记录性能比纵向记录高的多，因此在新型微型软磁盘、磁卡片 中得到广泛应用。
其它，有性能优异的、用于特殊场合的氮化铁（Fe4N）磁粉；有同样用
于磁记录的 Co—Cr、Co—Ni—Cr 等溅射连续膜，以及 Co—Cr/Ni—Fe 垂直 记录双层膜等等。目前，最新最高级的磁存贮器要算磁光盘，是现今最高密 度、最大容量信息存贮器，是名符其实的海量存贮。
§2—5—3 敏感材料
　　所谓敏感材料，是指能将各种物理的或化学的非电参量转换成电参量的 功能材料。用敏感材料制成的传感器具有信息感受、交换和传递的功能，可 分别应用于热敏、气敏、湿敏、压敏、声敏以及色敏等不同领域。
　　敏感材料是当前最活跃的无机功能材料，各种传感器的开发应用具有重 要意义，对遥感技术、自动控制技术、化工检测、防爆、防火、防毒、防止 缺氧以及家庭生活现代化等都有直接的关系。
我国在这方面，是电子功能材料工业中最薄弱的一项环节，一般产品只
相当国外六十年代的水平。由于敏感材料及其做成的元件，制造工艺简单， 造价低，所具功能特殊，因此，广泛而深入的进行开发研究，尽快赶上世界 先进水平，意义深远。
1.热敏材料
　　这类材料的某些性能是随温度的变化而改变。目前可以分为两大类型： 一类是材料的电阻值随着温度的变化而变化；另一类是材料两端产生的电压 值随温度的变化而变化。
第一种类型，就是所谓的热敏电阻材料，又可分为三种情况：
　　(1)材料所具有的电阻值随温度的上升而减少的特性，即具有负温度系 数，称为 NTC 热敏电阻。
NTC 热敏电阻是研究最早、生产最成熟、应用最广泛的热敏材料之一。
这类热敏材料大都是用锰、钴、镍、铁等过渡金属氧化物按一定配比混合， 采用陶瓷工艺制备而成，温度系数通常在-1～-6％左右。按使用温度区间可 分为常温（-60～300℃）、中温（300～600℃）及高温（大于 600℃）三种 类型。例如适用于常温情况下的这类材料是很多的，但大多数都是含锰二元
或多元尖晶石型氧化物，它们有 MnO—CoO—O2 系、MnO—NiO—O2 系、 MnO
—FeO—O2 系及 MnO—CuO—O2 系等。适用于中温以上的有 Mn—Co—Ni—Al—
Cr—O 系、Zr—Y—O 系、Al—Mg—Fe—O 系及 Ni—Ti—O 系等。
　　NTC 热敏电阻可广泛用于测温、控温、稳压、温度补偿及延迟等电路和 设备中，由于其具有灵敏度高、时间常数小、寿命长、可靠性高和价格便宜 等优点，因而深受使用者欢迎。在工业、农业、轻工业以及国防、科研等方 面均有广泛的用途。表 2—5 列出了一部份应用实例，从表中不难看出 NTC 热敏电阻材料具有相当高的应用价值。
　　




(2)材料所具有的电阻值随温度的上升而增大的特性，即具有正温度系
数，称为 PTC 热敏电阻。典型的 PTC 热敏材料系列有 BaTiO3、以 BaTiO3 为基
的（Ba、Sr、Pb）TiO3 固溶体、氧化钒为基的以及氧化镍为基的多元材料等。
其中以 BaTiO3 材料最具代表性，它一方面是当前研究得最成熟，实用范围最
宽的 PTC 热敏材料；另一方面对它的 PTC 理论的研究至今仍然十分活跃，新 的实验现象不断发现，新的观点不断提出。


表 2 — 5 NTC 热敏电阻用途分类表
行业
工业 用 途
测控温系统，制冷设备，液面、液温测量，汽车水温、引擎


农业 温度测量，办公机器如复印机、打印机等的温度补偿，纺
织厂、仓库的温湿度控制
暖房测控温，养鱼、海水测温，温室栽培、粮库测控温 轻工
医疗
科研 空调、电冰箱、电烤箱、灶具、美容器具、开水器、烘干机等的测控温
体温表、表皮测温、直肠检查、医疗设备的测控
气象研究、海潮研究、人造卫星、流量流速检测，温湿度

电子产品 控制，真空测量
电视机、收录机、通讯设备、电子仪器中的补偿与时间延迟



BaTiO3 陶瓷是一种典型的铁电材料，常温电阻率大于 1012Ωcm，相对介
电系数高于 104。若在纯净的 BaTiO3 陶瓷中加入微量的稀土元素，其常温电
阻率可下降到 10-2～104Ωcm。若温度超过材料的居里温度，则电阻率在几十 度的温度范围内能增大 3～10 个数量级，即产生 PTC 效应。已知纯 BaTiO3 陶瓷的居里温度是 120℃，纯 SrTiO3 的居里温度是－250℃，纯 PbTiO3 的居 里温度为 490℃，可见通过其配料就可以改变 PTC 材料的居里温度，以供不 同情况的需要。
　　PTC 材料具有以下三种主要特性，利用其不同的特性可以有不同的用 途。电阻——温度特性
图 2-1 电阻—温度特性 图 2-2 电流—时间特性 图 2-3 电流—电压特性
当温度达到居里温度 Tb 时，材料电阻随温度增加而急剧增加，见图 2—
1。利用这一特性，可以进行温度控制、过热保护、温度传感、温度补偿和





恒温检测、马达启动器及高温发热体等。
ii）电流——时间特性：
　　当 PTC 元件两端加上额定工作电压时，流过元件的电流 I 与时间 t 的关 系。在电流达到极值时，而使材料自热升温，达到居里温度，电阻值急速增 加，电流下降到某一定值，见图 2—2。利用这一特性，可用于彩电自动消磁、 马达启动、继电器延时、路灯自动亮灭装置等。
iii）电流——电压特性： 是指在室温下的静止空气中试样两端的电压与其稳态电流之间的关
系。当电压达到某一值 Ub 时，材料自热升温而达到居里温度，电阻率剧增导
致电流下降，并趋于一稳定值，见图 2—3。利用这一特性，可应用于过电流 保护、恒温发热，以及恒流、恒压等方面的应用。
　　PTC 热敏电阻是七十年代后期在发达国家出现的新型电器元件，由于它 所特有的 PTC 特性，所以越来越受到更多国家的广泛重视。并且在家电、机 电、汽车、医疗器械、煤矿、石油、化工等众多领域中不断开发出新的应用。 我国从八十年代开始也逐步掌握了这方面的技术，首先生产的 PTC 产品是彩 电消磁电阻器，随之在电驱蚊器、节电保温盘、电冰箱起动器、电机保护、 线路补偿等方面得到了广泛的应用。近几年在恒温发热领域，不断开发出以
PTC 材料为发热源进行的加热、保温、控温的新产品。它们是 PTC 电暖器、
PTC 洗手烘干机、PTC 卷发器、PTC 电烙铁、PTC 理疗器械、PTC 汽油车低温 冷起动器等。这些产品已进入了千家万户及各工业领域，深受各方面用户的 欢迎。
(3)材料所具有的电阻值随温度的升高而下降，当在某一温度下电阻值
猛烈减小（减小达 2～4 个数量级）的特性，即具有临界温度特性，称为 CTR 热敏电阻。这种材料是 V2O5 与钡、硅、磷等的氧化物混合后，在含有 H2、CO2
混合气体的弱还原气氛中烧结而成。居里点（转变点）的温度可以通过添加 锗、镍、钨、锰等元素来移动。利用这类热敏电阻可以制成固态无触点开关， 广泛用于温度自动控制，过热保护及致冷设备中。
第二种类型，是所谓的热释电材料，其主要特点是，材料随着温度的变
化会引起材料内部介质的极化。即加热该材料，材料的两端会产生数量相等 符号相反的电荷；如果将其冷却，电荷的极性与加热时恰好相反。材料的这 种性质称为热释电性。这种热释电效应是由于材料的晶体中存在着自发极化 所引起的。自发极化与感应极化不同，它不是由外电场作用而发生的，而是 由于材料本身的结构在某个方向上正、负电荷重心不重合而固有的。
热释电材料对温度十分敏感。例如，有一种热释电材料，当环境温度变
化 1℃时，则在 1 平方厘米的热释电瓷片的两端即可产生 300 伏的电位差。 由此可见这种材料的敏感程度。现在的电压测量技术完全可以测量微伏级的 讯号，所以利用这样的敏感元件，就能测得 10-5～10-6℃的温度变化。另外， 用热释电材料制成测温元件与普通的热电偶元件比较，热电偶要用两种材





料，而它只要一种材料即可制成测温元件，因此体积小。
　　具有热释电效应的材料有上千种，但目前能应用的仅十几种，其中纯属 无机材料的有锆钛酸铅镧[（Pb，La）（Zr，Ti）O3]等，这是近年来才发展
起来的透明陶瓷材料，工作温度可高达 240℃。热释电材料除用于测量温度 外，当受到激光或红外线辐照时，热释电体可以很灵敏地测量出辐照剂量， 所以又可以制成各种红外探测器件。若制做成可以大面积接受讯号的热摄象 管，在国防等方面将更具有特殊的用途。
2.气敏材料 气敏半导体材料则是由对气体敏感的感觉材料做成的，它与相应的电子
线路则可组成“电子鼻”。不仅能区分不同的气体，而且可以指示浓度。例
如在 ZrO2 中固溶 CaO、MgO、Y2O3 等而得到的氧化锆材料，这种材料的晶格中
产生了缺陷，有利于氧离子在其中的移动；同时这种材料又具有多孔性，使 气体容易渗透进去，因此可以用来制成测定氧分压的氧传感器。这种传感器 响应速度快，电动势稳定，可测定氧分压范围宽，且耐高温，现已大量用于 汽车排气和炼钢过程中氧的检测。除了氧化锆用于 O2 的传感器外，氧化钛系 亦可制成 O2 的传感器。其它气体传感器可使用氧化锡、氧化锌、氧化镍、氧 化铬、氧化钒、氧化铁、氧化钨等多种材料，用于检测 H2、CO、NOX、烃等。 例如 SnO2、ZnO 等半导体材料，在通常的气体介质中吸附氧气，电阻变大， 而一旦接触丙烷气、氢气等可燃性气体时，与吸附的氧气发生反应，使电阻 变小，因此通过电阻的变化可能检查可燃性气体是否泄漏。
　　利用气敏材料制成的敏感元件，近几十年来在国内外已有了很大发展。 其检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别甚至可达十亿分之一的量级。 远远超过了动物的嗅觉感知度，故有“电子鼻”之称。已经在石油、化工、 煤矿、汽车制造、电子、发电等工业部门以及环境监测、住宅有害气体报警、 国防等部门进入了实用化阶段。不过，这一类气敏元件也还存在着明显的缺 陷，主要体现在选择性、稳定性、一致性等方面。将有待基础理论研究工作 的深入来解决。
3.湿敏材料
　　这是一类材料的电阻值具有随着所处环境的湿度变化而变化的特性，称 为湿敏电阻。它能将湿度的变化转换成电的信号，所以又叫湿度传感器。有 了它就可以实现湿度的自动指示、自动记录、自动控制与调节。自六十年代 后期以来，湿敏材料发展迅速，目前已经品种、系列型号繁多。简单说来有 早期的氧化物涂覆膜型、后来的多孔烧结体型、厚膜型、玻璃——陶瓷复合 体型等。
所谓涂覆膜型，就是这类湿敏电阻是由感湿粉料经调浆、涂覆、干涸而
成。可用的粉料有：Fe3O4、Fe2O3、Cr2O3、Al2O3、Sb2O3、TiO2、SnO2、ZnO、
CoO、CuO、Cu2O 或这些粉料的混合体或再添加一些碱金属氧化物，以提高其





湿度敏感性。其中比较典型、性能较好的乃是 Fe3O4 为粉料的感湿元件。
　　所谓烧结体型，就是这类湿敏电阻的感湿体是通过典型的陶瓷工艺制成 的，通常都制成气孔率达 25～40％的多孔性陶瓷，以增加自由表面，强化其 感湿作用。属这类的有 Si—Na2O—V2O5 系、ZnO—Li2O—V2O5 系、MgCr2O4— TiO2 系等。
　　所谓厚膜型，实质上与涂覆型差不多，它是通过印刷感湿膜厚约 50μm 后自然干燥，再烧结而成。气孔率也较大。这类材料有 MnWO4、NiWO4、ZnCr2O4、 MgCr2O4 等。
　　所有这些材料都富含开口气孔，易于吸附水蒸汽，其导电率随水份吸附 的多少而变化，因此可以用来检测湿份。其中铬酸镁和氧化钛的混合物，将 它们涂敷在带有钌电极的陶瓷板上做成的感湿元件，它能从高湿度一直测量 到小于 1％的低湿度，是一种很理想的感湿材料，是近来才发现的。
　　利用湿敏材料制成的湿度传感器，可以实现在一个主控中心直接显示出 分散在各处的粮仓、坑道、弹药库、气象站等不同部位之湿度，并作出定时 记录，或通过自动装置加以控制调节，这是非电测湿装置难于完成的。特别 对边远山区、危难地段及高空云层的气象探测更是如此。所以湿敏材料的进 一步改善和提高质量、简化结构，降低成本是很有意义的。
4.压敏材料
　　这是一类电阻值随加于其上电压不同而显著变化的非欧姆性电阻材 料。具有这种特殊非线性特性的材料包括硅、锗等单晶半导体，以及 SiC、 TiO2、BeTiO3、SrTiO3、ZnO 等。其中以 ZnO 压敏材料的特性最佳，它的配料
组成因对产品性能参数要求不同而异。目前，在生产中广泛使用的典型组分 之一为：（10O-x）ZnO+x（Bi2O3+Sb2O3+Co2O3+MnO+Cr2O3）当然主要成分都
是 ZnO，其它则为少量添加剂。自从 1968 年发现在 ZnO 中添加 Bi2O3 制成的
材料呈现明显的压敏电阻特性以来，开发了大量的属于氧化锌系的优良压敏 电阻材料，并且广泛应用于家庭生活、工业、通信、防火等许多方面。据有 关文献统计，二十多年来，所开发的产品品种不胜枚举，超小型的尺寸不到
1mm2，巨型的单个重达数公斤；通流容量小的仅有几安培，大的达 10 万安培
以上；浪涌吸收能量小的焦耳级，大的高达几百千焦；工作电压从几伏到几 十万伏都有，真是琳琅满目，应有尽有。
　　以 ZnO 为主体的压敏电阻器，由于它具有优良的非线性、强耐浪涌能力、 能在宽阔的范围内调变压敏电压等优越性能。因此在电力、通讯、交通、工 业保护、消弗电子学及军事电子学等领域得到了广泛应用。除了主要应用于 过电压保护和稳压方面外，还可以用作某些机械量的稳定元件，某些电参数 的调节元件、控制元件、变频元件、耦合元件等。表 2—6 列出了 ZnO 压敏 电阻的应用实例。
§2—5—4 压电材料





压电材料自从 PbTiO3—PbZrO3（PZT）系陶瓷压电体发现以来，该材料
发展极为迅速，而且应用面很广，能应用在超声、水声、电声、电光、通讯 等许多方面。目前日、美、西欧的每个家庭、个人每天都要使用压电材料制 成的电子元件。


表 2 — 6 ZnO 压敏电阻的应用实例
应用领域 用 途
家用、民用电器 煤油炉、燃油锅炉、空调机、冷 藏室、电 视机、电视机共用天线、 自动售货机、煤气漏泄报警器、医疗器械。
器具 电磁开闭机、电磁离合器、制动器、接近开关、电铃、煤气隔断器、 温度继电器、滤波器、机器开闭器。
工业机器 半导体电力转换装置、电动机控制器、继电器控制盘、阀开闭控制 装置、数控机床。
通讯、防火 交通信号机、信号机监视装置、电话交换器、集中检测装置、防火 开关、火灾报警系统、压力传感器、避雷器。




压电材料主要分为两大类型：一类是用人工培育的方法生长出来的许多
压电单晶体，如水晶、铌酸锂、锗酸锂、镓酸锂、锗酸铋等；另一类是人工 方法研制成的具有压电性能的陶瓷材料，也称压电陶瓷，品种很多，研究和 应用得比较多的有钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐三大系列。使用时，根据不同 的要求选择不同的配方，经混料、成型、烧结等几道工序，得到样品，再经 适当加工，极化后，成为压电陶瓷；最后装上电极，配上电子线路，制成压 电传感器成品。属于单晶的压电晶体还有水溶性压电晶体，它们的共同特点 是易于受潮，机械强度低，电阻也较低，但是压电灵敏度较高，如酒石酸钾 钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、砷酸二氢钾、砷酸二氢铵等。目前，国内外 压电传感器中应用最普遍的是各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体；铌酸 锂、锗酸铋等晶体亦被用于某些特殊压电传感器中。压电陶瓷（如锆钛酸铅、 钛酸钡等）虽便宜，但因传播损耗太大，所以只能在较低的频率条件下（<100 兆赫）使用，如大量用于压电点火元件、压电蜂鸣器、压电变压器等。利用 材料的压电特性，还可以做成振荡器、滤波器、以及电能与机械能之间的换 能元件。
压电体材料还可以转变成光学功能材料，例如 PZT 压电陶瓷中的 Pb 被
La 部分置换而成的 PLZT 陶瓷，在保留强介电性的同时，还可透过可见光和 红外光，与具有电光效应的传统电气光学结晶相比，其电光常数大得多。因 PLZT 是陶瓷，外加电场后，其介电畴各向异性的取向，有的一致，有的无序， 因而显现光散射效应。此外，PLZT 被光照射时发生颜色变化，即显出光致变 色效应。正在研究将 PLZT 应用于光存储元件、图象显示存储装置、光调制





元件、光闸、光阀等光信息处理功能元件。





第六节 涂料和颜料


　　涂料是一类用途广泛的化工材料，涂布于物体表面可以赋于物体以保 护、美化或其它预期的效果。例如在导电的铜线上涂布薄绝缘层而制成漆包 线，使其既能导电，而又能彼此绝缘，是电机产生的前提。涂料还有具有特 定功能的所谓特种涂料，它们可以满足当今科技发展提出的特殊要求。特种 涂料的制造除了涉及一般的涂料技术以外，还与光学、声学、热学、力学、 电学、磁学、生物学、晶体结构等许多学科有关，是发展中的边缘技术。特 种涂料可以为尖端技术提供必要的材料。因此，特种涂料的发展水平可以代 表一个国家的经济技术和军事科学水平以及现代化程度。
　　无机涂料是涂料工业中最重要的组成部分。一般说来，以水溶液无机聚 合物为粘结剂的涂料就叫做无机涂料。在世界范围内，无机涂料占建筑涂料 总量的 40％左右。尽管有机高分子建筑涂料具有粘结强度高、装饰性和韧性 好等优点；但从防燃性、耐酸碱腐蚀性、低温成膜性及节约能源、防污染方 面看，无机涂料具有有机涂料无法达到的性能。现代建筑向高层化发展，对 涂装材料又提出了防火、隔热、耐久、抗粉化、无毒、无污染及施工方便等 特殊要求，大大促进了无机建筑涂料的进一步发展。无机高分子涂料，主要 有碱金属硅酸盐系、磷酸盐系和水泥系等。其中碱金属硅酸盐系产量大、成 本低，是目前无机涂料中产量最大的一种。无机涂料还可以涂覆在金属、陶 瓷以及特殊石棉水泥板材上。除可以得到各种不同需要的色彩外，还能起到 保护被涂物不受腐蚀的效果，以利延长材料的使用寿命等。人们对无机涂料 的要求也会越来越高，今后将趋于向高装饰性、高耐久性及高性能涂料的方 向发展。
无机涂料一般由三部分组成：(1)无机粘结剂，是构成涂料的基础。它
决定了涂料的基本特性，能使涂料牢固附着于被涂物面上形成连续薄膜，俗 称涂膜。较广泛使用的有碱金属硅酸盐、金属的酸式磷酸盐和硅溶胶等，应 根据对涂料性能的要求选择合适的粘结剂。(2)颜料和填料。本身不能单独 成膜，主要用于着色和改善涂膜性能，增强涂膜的保护、装饰和防锈作用； 亦可降低涂料的成本，对涂膜外观、硬度、强度和操作性能都有影响。所以 不同种类、粒径、配合比例等的选择是很重要的。(3)辅助添加剂，如固化 剂、催化剂、流平剂、防结皮剂、增塑剂、抗静电剂、紫外光吸收剂、热稳 定剂等。一般说来，这些物质不能单独成膜，但在成膜基料形成涂膜的过程 中起着重要作用。
　　近些年来，由于我国建筑工业的兴起，开发的建筑涂料有：JH80—1 硅 酸钾外墙涂料、JH80—2 硅溶胶内、外墙涂料、KS82 硅溶胶外墙涂料、106 硅酸钠内墙涂料、酸改性水玻璃内墙涂料等品种。另外，开发了用于桥梁、 石油钻井平台、石油贮槽、造船以及海洋钢结构方面的无机富锌底漆，以及 适于涂覆陶瓷、玻璃、水泥制品、塑料、木材等表面上的新型陶瓷涂覆剂等。
　　




今后无机涂料的发展仍然有很大前景。
　　颜料是具有颜色的粉状物料，用于涂料能使物体呈现出各种颜色。颜料 与染料不同，颜料在特定的溶剂中不溶解，因此颜料与油脂或树脂等调合后 涂刷在物体表面，不仅能遮盖原来的物面，而且赋于鲜艳的色彩。更重要的 是能阻止日光、空气等环境中有害成分对物面的破坏，防止锈蚀、霉烂、延 长器物的使用寿命。
　　使用颜料最多的是涂料工业，用来调制各类色漆、磁漆、底漆和防锈漆。 其次，颜料多用于油墨工业、塑料工业、轻工业、建筑材料工业、文教用品 等。
颜料的品种很多，颜料至今还没有统一的分类方法。目前可以按用途或 来源、组成、功能、结构、生产方式等来进行分类。若按组成来分类是：


















　　颜料的表面处理技术是近代颜料生产的新技术。对颜料的颗粒表面进行 某种表面处理，可以显著改变颜料的表面特性，使之更加符合用户的要求。 一般情况，经过表面处理的颜料，应用于涂料中可以改善颜料的分散性能， 改变在分散过程中的流变状态，提高颜料的耐候性、耐光性、耐化学反应性
等。
　　应用于塑料中可以改善加工性能、耐光性、以及提高机械强度等性能。 因此这项工艺已经成为颜料生产过程中的重要工序。颜料表面处理现已名目 繁多，扼要地可归纳为四种。一、应用化学吸附或建立氢键的方法在颜料表 面进行吸附处理；二、利用颜料具有可交换的离子进行离子交换处理；三、 利用颜料表面的氢氧基可与某种基团进行共价键反应的特点，进行形成共价 键的表面处理；四、利用颜料表面吸附高分子聚合物形成包膜层的表面处
理。
　　在世界或我国的颜料总产量中，无机颜料占有绝对的优势，有机颜料所 占比重是很小的，一般仅约占 2～4％。据不完全统计，目前全世界无机颜料 年产量约 400 多万吨，有机颜料约 15 万吨。1986 年我国无机颜料年产量 35 万吨，有机颜料仅有 7000 多吨。
　　




颜料目前仍然是一个很活跃的行业，纵观其发展趋势有四个方面：一、
高性能化，主要表现在颗粒微细化，表面处理化，以及开发透明颜料、发光 颜料、萤光颜料等。二、无毒无害化，这是为了适应世界各国的环保立法、 劳动保护法规、卫生标准日趋严格而必须的。三、应用范围扩大化，这是为 了满足高新技术产业和新材料工业发展的需要，使颜料向多功能方向发展。 四、廉价化，这是不言而喻的，人人欢喜的方向。
§2—6—1 无机硅酸盐及硅溶胶涂料
碱金属硅酸盐（M2O·mSiO2·nH2O）水溶液，又称为水玻璃，是最有普
遍性的无机涂料粘结剂，根据 M 的种类（Na、K、Li）和 m 值的不同而有很 多种。其中硅酸钾的行为与硅酸钠基本相同，涂膜的结合力很强，但耐水性 差；硅酸锂耐水性优秀，但密着性稍差。一般情况下，由于硅酸锂价贵，很 少使用。使用最多的，来源最容易、最价廉的是硅酸钠。但也有使用硅酸钾 或硅酸钠、钾混合物的。即使是同一品种，其模数 m 的大小不同也会影响粘 结性和耐水性。如钠水玻璃，模数 m 为 4～5.5 时，耐水性能最好，而模数
为 3.2 时粘结强度则最高。
　　由于粘结剂对涂料的性能影响最大，决定涂料的最终使用性能，因此， 对液体水玻璃的品种、模数、浓度必须进行优选。从经济角度考虑，钠水玻 璃应是最有意义的。关于成膜机理，目前说法颇多，尚未结论，现介绍其中 较易接受的一种。
液体钠水玻璃不同于一般的无机盐水溶液，它是具有一定聚合度硅酸的
胶体溶液：
Na2O·mSiO2+(2m+1)H2O→2NaOH+mSi(OH)4 (l)
nSi(OH)4→{Si(OH)4}n (2)
其中聚合度 n 不等于模数 m，一般 n＞m，而且随着模数 m 的增加，而 n
更快地增加。 当钠水玻璃涂布于建筑物表面之后，一方面会与空气中的二氧化碳发生
反应，有硅酸生成：
Na2O·mSiO2+2mH2O+CO2→Na2CO3+mSi(OH)4 (3)
另一方面，由于硅酸具有自聚合的特性，再加之水分的不断蒸发，最后

涂料的配方有关，更决定于涂膜形成过程中的酸碱程度。是一种较为复杂的 物理、化学过程，目前还不太清楚。
　　根据上述机理，钠仍以离子的形式分散在涂膜之中。当涂膜遇水后，由 于钠离子是易溶的，所以整个涂膜也就易于在水中离解。这就是涂膜的不耐 水性，也是钠水玻璃为粘结剂的建筑涂料的最大缺点。为了克服这个致命弱 点，其方法就是通常所说的“水玻璃涂料的固化技术”。即采用添加固化剂 的方法来促进涂膜固化，并最大限度地降低涂膜遇水发生离解。
　　




可供选择的固化剂品种是较多的（见表 2—7），可以是单组分，也可以
事先进行复配。由于涂料是多组分的，这就又给固化剂的品种选择和用量带 来更大的难度。固化技术现已成为无机硅酸盐涂料的关键技术，是生产厂家 的保密重点。笔者为此也做了大量工作。所用固化剂品种已超出了表 2—7


表 2 — 7 硅酸盐粘结剂及其固化剂







、


















的范围。此外，对填料、颜料及其它辅助添加剂的选择和用量，也是不能忽
视的因素。制备的工艺过程和操作条件的控制显然同样是很重要的。今后还 有许多待研究的课题需要我们努力去探索。
硅溶胶涂料的成膜物质是粒径为 1～10 毫微米的多聚硅酸高分散体系，
俗称胶体二氧化硅。这种颗粒超细的胶体二氧化硅渗透力极强，又能与水泥 一类碱性底材在养护期内析出的 CaO、Ca（OH）2 等发生配位反应，因此能防
止返碱白花现象。以硅溶胶为粘结剂的涂料特点是：最低成膜温度较低，室 温下干燥即可得到耐水性涂膜；若高温加热，水分蒸发，则形成更牢固的硅 烷结构，使密着力和硬度提高，不发生再溶解现象；涂层表面细密、不产生 静电、尘埃难于粘附、抗污能力高、耐水性能好；而且被涂物底材不需要特 殊处理。最大不足之处是成膜过程体积收缩较大，易出现龟裂等不良现象。 因此，防止龟裂是关键。目前解决的办法有添加有机高分子成膜物质，如硅 溶胶——丙烯酸乳液复合涂料。还有添加纤维状、片状填料来提高涂层强度 和防止龟裂。由于现阶段我国硅溶胶的生产成本还偏高，所以在很大程度上





影响了硅溶胶涂料作为建筑涂料的推广和应用。
　　无机富锌底漆也是以硅酸盐为粘结剂的涂料，涂膜的耐水性、耐候性等 性能依碱金属种类、水玻璃模数而变化。用水溶性硅酸锂为粘结剂，可以制 成以水为溶剂的自固化型的富锌底漆，用于海上工程、造船、桥梁、石油、 化工等，可以取得很好的效果。这种涂料除作为所谓的重防腐涂料外，还可 以作耐高温、耐烧蚀、抗氧化、抗紫外线和抗高能辐射的涂料。
§2—6—2 磷酸盐系无机涂料
　　磷酸盐系涂料是无机涂料中的重要品种之一。是以水溶性铝、镁、锌和 钙的磷酸二氢盐为粘结剂，配入所需填料，骨料及颜料调配而成。根据所含 金属不同其性能亦不同，一般认为：
强度：Al＞Mg＞Ca，Zn，Cu＞Ba； 耐水性：Ca，Zn＞Mg＞Al＞Fe，Cu，Mn； 粘结性：Al＞Mg＞Ca＞Cu＞Fe＞Zn。
　　M/P 的原子比（M 指金属），对涂料的贮存稳定性、与底材的附着性、 耐水性、耐候性等都有直接影响。一般维持 0.25～1 较好；低于 0.25，则涂 膜固化不完全；高于 1，则得不到均匀的固化物，降低溶液的稳定性。因此， 研制磷酸盐无机涂料时，对原子比的选择是很重要的。除此以外，固化剂的 选择和配比也直接影响到涂料的性能。用天然矿物铝氧尖晶石型复合氧化物 和各种金属氧化物烧成的合成复合氧化物和氟硅化物，作为磷酸盐的固化 剂，所得的涂膜对石棉、水泥板、灰浆墙面等建筑物和铁、铝等金属，表面 附着性优良，耐候性和耐水性优良。可用作磷酸盐系涂料的固化剂有如表 2
—8 所示。
　　近年来，由于较好地突破了磷酸盐涂料的耐水、耐温等技术关键，因此， 酸式金属磷酸盐无机涂料发展很快。其基料一般选用金属磷酸二氢盐，金属 不同，涂膜性能不同。现今磷酸盐涂料已开发出一些好产品，如有一种耐热、 防锈、导电的磷酸盐铝粉涂料。它是以 H3PO4、Al（OH）3、MgO 粉末为原料，
生成磷酸二氢铝和磷酸二氢镁水溶液，再与活性颜料、CrO3、铝粉、蒸馏水
等混合，并进行研磨制成。这种涂料已用于保护高压静电除尘器阳极板等设 备上，取得了很理想的效果。又如以磷酸、铬酸及其盐作为“特殊基料”的 一类涂料，由于对颜料适应性大，可以配制成重防腐蚀涂料、耐温达 1000
℃的高温涂料、以及耐磨擦的润滑涂料。很显然受到了人们的重视和青睐。 值得指出的是，在磷酸中加入氧化锌粉末和氟硅化物、硼酸制备的复合固化
剂；以及磷酸盐在氧化铝、SiO2 存在下，经 120～250℃脱水处理，都可制造
干粉型磷酸盐涂料。这种涂料贮存、运输及施工都很方便。






表 2 — 8 磷酸盐粘结剂及其固化剂
磷 酸 盐

粘结性： Al ＞ Mg ＞ Ca ＞ Cu ＞ Zn 耐水性： Ca 、 Zn ＞ Mg ＞ Al 强度： Al ＞ Mg ＞ Ca

固 化 剂



正磷酸盐






焦磷酸盐

MH2PO4
MHPO4
M3PO4



M2H2P2O7
M4P2O7

金属 氧 化 物 ： MgO 、 CaO 、 ZnO 、 Al2O13 、 Fe2O3 、 TiO2 、
ZrO
金属氢氧化物： Mg(OH)2 、 Ca(OH)2 、
Zn(OH)2 、 Al(OH)2

硅酸盐： MgO · SiO2

三聚偏磷酸盐 (MPO3)3 硼酸盐： B2O5 、 Al2O3 · B2O3
多聚偏磷酸盐 (MPO3)n 金属盐类： Zn(CH3CO2)2、 ZnSO4 、 MgCO3



§2—6—3 氧化铁系颜料
　　氧化铁系颜料是重要的无机合成颜料，其产量仅次于钛白而居世界无机 合成颜料的第二位。色相有黑、黄、橙、红、深红、紫、蓝、深蓝、绿、深 绿十大种颜色，有些国家分得更细，可见色谱非常齐全。具有耐碱、耐晒、 无毒、价廉等优点。广泛用于油漆、塑料、橡胶、建筑、电子等行业。因而 决定了它在众多的颜料品种之中立于不败之地。尤其是近年来各国对环境污 染的重视，均利用了各种含铁废料、钢管厂酸浸废液、硝基苯还原苯胺所得 铁泥、以及钛白粉厂付产物硫酸亚铁等制取铁系颜料，从而使它更具有生命
力。
　　用户对氧化铁颜料的要求，主要有色相和粒度大小，其次有着色力和遮 盖力、亲水性和亲油性、分散性和稳定性等。测试结果认为，色相（包括表 现色及试验后的呈现色）与颜料粒子大小和形状有关。铁红的粒子与色相等 的关系如表 2—9 所示。
铁系颜料其主要成份虽然都是以三价铁或二价铁为主的化合物，但它们
之间的性能却有很大的差别，其原因是在制造的过程中通过控制化学方面的 手段（浓度、摩尔比、加料速度、pH 值、添加剂、后处理、??），物理方 面的手段（温度、晶形、色相、粉碎、?），从而达到人们所需要的各种颜 色和性能。





表 2 — 9 铁红粒子大小与色相、遮盖力等的关系

粒径
项目 μ m
色相变化 着色力 遮盖力 吸油量

0.09 ～ 0.12 0.13 ～ 0.22 0.23 以上


黄红相逐步向红相变化至红紫相 粒子直径越大，着色力越低 减少←最大→减少
→减少→




制造氧化铁系颜料的方法较多，常用的方法有干法和湿法两大类。干法
虽然工艺简单，但污染严重，产品颗粒较粗，纯度不高，很少采用。湿法又 分硫酸法、混酸法、强碱法等数种。硫酸法生产工艺反应过程激烈，产品质 量不易控制，产品主要用作油漆厂的原料。强碱法反应时间短，控制较容易， 但作为一般颜料价格难以接受。因此，混酸法是目前较多厂方喜欢采用的方 法，它可以灵活地适应用户的各种不同需要。其手段只要通过温度、空气量、 晶种浓度、硫酸亚铁的补充量及补充时间等条件的严格控制，即可以得到系 列产品。
随着科技水平的提高，对氧化铁系颜料的要求也提高了。为了适应各种
市场需求，近来又开发了不少新方法，有水热氧化法、胶体化学法等。例如 一般无机颜料不透明，采用胶体化学法，以氯化铁为原料，可制得粒径为
0.01～0.03μm 的超微细透明氧化铁红，用于高级汽车罩光漆。这种特殊性
能的颜料不仅可以满足特定用户需要，而且附加价值高，利润高，开发此类 颜料是颜料精细化的重要途径。
§2—6—4 磷酸盐颜料
　　当今世界各国的环保立法、劳动保护法规和卫生标准日趋严格，因此颜 料生产工艺和颜料使用过程中无公害、无污染化，颜料产品的低毒、无毒化， 已成为引人注目的发展趋势。作为低公害的防锈颜料，有磷酸盐系、钼酸盐 系、硼酸盐系等含氧酸型体系，以及含金属氧化物的碱土金属和锌等体系。 磷酸盐系颜料又包括磷酸系防锈颜料、磷化物系防锈颜料、亚磷酸、次亚磷 酸系防锈颜料，以及其它的磷酸盐颜料，品种越来越多，产量日益增加，在 涂料工业中使用范围愈来愈广泛，是有广阔发展前途的颜料。
　　磷酸系防锈颜料：这类颜料发展历史悠久，应用面也广，属钝化膜形成 的防锈颜料。磷酸盐在涂膜内部徐徐解离形成磷酸离子、缩合磷酸离子或可 溶性磷酸锌离子，使金属表面磷酸盐化。其品种繁多，有磷酸锌、磷酸铁、 磷酸硅、磷酸钛、磷酸铝等。在上述磷酸盐中国原材料和制备工艺不同，可 以得到不同的品种，具有不同的用途。如磷酸锌就是有很多种制备方法，若 采用在体质颜料的表面生成磷酸锌的方法，即以体质颜料粒子为核心，在该 粒子的表面包膜成磷酸盐系的无机物层。则这种包膜颗粒不仅可作防锈颜
　　




料，也可作紫外线、反射性白色颜料、阻燃用的颜料、电气绝缘用颜料、树
脂类补强用颜料；同时与金属基体的附着力、耐水性显著，比一般磷酸锌都 要实用。磷酸铁、缩合磷酸铁颜料，在碱性条件下，可抑制电化学生锈，用 于涂料中可使铁面形成钝化膜，其特点是附着力大、耐腐蚀性好、成膜快。 三聚磷酸二氢铝的缩合度愈高，防锈效果愈好，应用于涂料工业不仅可代替 有毒的锌黄，防止环境污染，而且防锈效果显著，能适用于各种树脂的基料； 还因为热稳定性能好，可作为无机耐热涂料。
　　磷化物系和亚磷酸、次亚磷酸系防锈颜料：均属还原性防锈颜料，品种 有磷化铁、磷化锰、磷化镍、磷化铜、磷化钴和盐基性亚磷酸铅、锌以及亚 磷酸钡、锌、镁、锰、次磷酸铁、钙等防锈颜料。其中磷化物系颜料一般可 用于乳液涂料、水性涂料、油性涂料、溶剂性涂料，适用范围较广；而亚磷 酸盐和次亚磷酸盐颜料若与磷酸系、钼酸系颜料并用的话，其防锈性能可上 升，效果更理想。
　　其它磷酸盐颜料，有为了替代含有铬、镉等有害元素的锌铬黄和镉黄的 磷酸镍系黄色颜料。这种颜料在制造时，当镍与磷的原子比不同时或焙烧温 度不同时，可得色调不同的黄色：有鲜艳的黄色、暗黄绿色、淡黄色等。还
有为了替代含 As 的不安全的油画绘图用的赤紫色颜料 Co3（AsO4）2，而研制
的磷酸铵钴系颜料 CoNH4PO4·H2O。总之品种不少，且仍在发展。
§2—6—5 颜料的改性与高功能化 颜料的稳定性主要取决于其化学结构。但对同一结构的颜料，采用表面 包覆法或复合法可以显著改善颜料的耐热性、耐候性、耐化学品性等性能。
已经广泛采用的是用铝、硅、锌、锆的氧化物包覆在无机颜料的表面而形成
致密的色膜。此种包覆法几乎适用于除金属颜料（如铝粉、锌粉）之外的所 有无机颜料。如用 SnCl2 和 ZrSO4 为表面处理剂，制成 SnO2/ZrO2 包膜的钛白， 不仅耐候性优良，且抗粉化性强，其性能优于 SiO2 或 Al2O3 包膜的钛白。用
硅酸锆晶格包覆彩色无机颜料粒子镉红，可制得热稳定性高达 1400℃的新型 包覆陶瓷颜料。将甸子兰（主要成分为 Co2O3·Al2O3·Cr2O3）用氧化锶处理， 可以使耐酸性和抗焦化性均得到提高。将铬绿和铁黄混合研磨，并在 900～
950℃下煅烧，制得的复合颜料耐热性优良、红外线反射率达 68.5%，适用于 聚氯乙烯室外建材着色。
　　发光、荧光颜料具有广阔的发展前景。用钇、铕等稀土氧化物与磷酸铵、 钼酸铵等可在 1200～1300℃下制得稀土荧光体；氧化锌与硅溶胶经混合干燥 后，在 1000～1250℃下煅烧，可制成硅酸锌发光颜料；氧化钴、氧化铝和硝 酸锌等经固相高温反应，可得到以铝酸钴为主体的发光钴兰颜料，其发光波 长特性适合于标志和广告牌。
　　随着高技术产业和新材料工业的发展，合成颜料已从传统的填充与着色 功能向多功能发展，进入更加广阔的应用领域。由于合成颜料具有感光、导 电、磁性、生化活性、催化、热敏、光敏、压敏等许多重要性能，因此可用
　　




于感光材料、电子材料、信息材料等功能性材料。如二氧化钛可作电导体、
光导体、催化剂载体、传感器、光电池电极等；TiO2 表面包覆了 Sb/SnO2 后
用于导电树脂，可起防静电作用；铁黑大量用于磁性流体和电波吸收剂；镉 红、镉黄作为场致发光体用于荧光材料；氧化锌、氧化铝和氧化硅等经烧结， 可用于制静电记录材料；氧化铁颜料已成为磁性记录材料的主角，其发展趋 势是微细化（0.2μm 以下）、高矫顽力和高磁化强度。
§2—6—6 新型无机涂层
　　近代超音速喷气发动机、火箭导弹、航天器以及原子能等尖端技术的迅 猛发展，对材料提出了越来越高的要求。由于工作条件日益苛刻以及使用环 境更为恶劣，要求材料具有耐高温和超高温、耐腐蚀、抗氧化、抗温度急变、 高温电绝缘、抗火焰冲刷以及隔热防热等等性能。要求是这样的高和这样的 多，以致使原来可以使用的许多传统材料，象各种金属和高温合金变得不够 满意甚至不能胜任了。陶瓷材料虽然能满足上面提出的许多要求，但由于脆 性这一目前尚不能克服的致命弱点，使它的应用也大受限制。为了解决这些 问题，第二次大战期间，人们开始在金属以及其它材料表面加涂新型无机涂 层，发现它们具有许多独特的性能。现在，新型无机涂层不仅在几乎所有的 尖端领域得到了广泛的应用，取得了满意的结果，而且在石油、钢铁、机械、 轻工和化工等许多民用工业部门也开花结果，得到了成功的应用。目前，无 机涂层已发展成为无机非金属材料科学的一个活跃的分支学科。
高温隔热陶瓷涂层，就是由于喷气飞机、火箭、导弹和人造卫星、飞船
等产生高热流量、超高温和高速烈焰对材料的特殊需要而产生的。所用的原 料很多，比较典型的是那些耐高温的热导率低的氧化物，如氧化铝、氧化锆、 氧化钍等，还有一些其它的耐火化合物。用火焰或等离子焰喷涂在要保护的 金属表面上，厚度一般不足一毫米或一毫米左右。这种高温喷涂的隔热涂层 除了有非常好的隔热能力外，而且可以赋于金属基体表面以高硬度和耐高温 性，提高金属高温下的抗氧化性能和抗腐蚀的性能，可以节省金属基材，减 轻重量。因此该涂层一问世，就在航空发动机、火箭和导弹的喷管、推力室、 发射台支架以及宇宙飞船的许多受热部位，都成功地得到了广泛的应用。
烧蚀涂层，是为了对付宇宙飞船返回地球过程中，由于与空气摩擦而转
变成惊人的热能，以致在宇宙飞船头部附近的空气温度高达一万度左右的 “火烧关”而设置的。烧蚀涂层的材料品种也较多，但都有一些共同的特点， 如隔热能力好，热容量大，向外界辐射热量的本领大等等。更重要的是当它 们闯入“火烧关”的时候，受热会马上升华，固体直接变成气体，从而吸收 大量的热。第一层烧蚀掉了，第二层再烧蚀，?，每一层都吸收大量的热， 就是不让热量传入飞船或导弹内部，使内部的温度却始终在正常水平。烧蚀 涂层中发展得比较成热的以有机材料加石英玻璃纤维或陶瓷纤维、熔融石英 等；近些年来还发展了一种叫碳碳纤维复合的新的烧蚀材料。
无机防火涂层，一般是由石棉、云母、碳酸钙、石英、长石以及特种耐