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精密陶瓷是支撑最尖端技术进步和发展的高性能材料。

精密陶瓷的历史

一万几千年前使用的绳文式土器是精密陶瓷的起源

超越时空的新材料

相当于电脑大脑的CPU、汽车的发动机零部件等等,在要求高可靠性的零部件中使用的“精密陶瓷”是通过最尖端的高科技和长年积累的专有技术,在各种不同领域改头换面,为当代社会做出贡献的尖端材料。大家知道它的起源是什么吗?实际上,我们平时使用的碗、花瓶等的“烧制产品”就是精密陶瓷的起源。
“烧制产品”的历史可以追溯到土器时代。在距今几万年以前,人类就掌握了揉土做成器物形状后,用火进行烧固的技术。而在此之前,人类使用的是将岩石打碎后的石器,因此,可以说土器就是“工业产品的起源”。从石器时代的落幕到现在的精密陶瓷的出现,在漫长的历史长河中,我们和烧制产品有着不解之缘。

陶瓷器的历史

日本的陶磁器历史可以追溯到距今一万几千年前的绳文时代(1万6000年~2500年前)。在绳文时代的生活中诞生的器皿是陶瓷器的起源。在人类主要以狩猎为生的这个时代,人们使用了印有绳纹图案的“绳文式土器”。在人类学会种植大米的弥生时代(2千几百年~1700年前),出现了各种形状的“弥生式土器”。这个时代采用叫做野烤的方式,在加工成器物形状的黏土周围架上木柴,在600~800℃的温度下烧制器物。
然后,大约1500年之前,从大陆传来了孔窑技术,这种技术是使黏土在转盘上进行旋转,修整器物的形状,在1000℃以上的高温下进行长时间烧制。“须恵器(SUEKI)”就是采用这种技术制作的产品。
由于转盘和孔窑技术的传入,日本的烧制产品取得了重大进步。因为这种技术可以大量制作器型美观、质地坚硬的烧制产品。后来,孔窑进一步发展成为可以进行大量烧制的串窑。
进入奈良时代(约1300年前)以后,开始使用以玻璃材质粉末为原料的釉料。在无釉烧制产品上涂上釉料进行烧制后,可以形成色彩明亮、柔和的产品,同时还有防止漏水的功能。使用这种技术制作的产品称为“陶器”。
然后,在安土桃山时代(约400年前),从大陆传来了“瓷器”。这是在黏土中添加长石后烧制的结构致密的烧制产品。


照片:绳文式土器 深钵(中期)

绳文式土器 深钵
(中期)

照片:弥生式土器 深钵

弥生式土器 深钵

照片:须恵器双耳壶

须恵器双耳壶

照片:青磁圆花盘

青磁圆花盘

照片:京烧彩绘松藤之丁字风炉(江户)

京烧彩绘松藤之丁字风炉
(江户)

电气技术时代的陶瓷

从远古时期开始,经过不断的变迁,日本的陶磁器文化终于迎来了发展期。
十九世纪中叶,爱迪生发明了电灯,贝尔发明了电话,我们真正迎来的电气时代,而长久以来一直作为“器物”使用的“烧制产品”也将发挥出符合该时代特征的新功能。
通常,烧制产品具有不传导电流的性质。与同样具有不传导电流的性质的纸张和木材相比,烧制产品在气温、湿度等外界条件发生变化的情况下,其性质本身也不易发生变化,也就是说,烧制产品具有很高的可靠性。另外,在一万多年的烧制产品历史中,人类积累了可以制作各种形状的造型技术。
因此,从绝缘子、绝缘材料等的输电线路用品,到普通家庭使用的各种产品的零部件,烧制产品的使用范围不断扩大,成为方便大家用电的重要材料。

电子陶瓷时代的陶瓷

照片:电子陶瓷时代的陶瓷

进入二十世纪之后,开始进行无线电广播和电视播送,发明了晶体管,正式迎来了电子时代。而新陶瓷为电子时代的发展做出了重要贡献。
首先,二十世纪上半叶开始使用大型真空管用陶瓷。用于无线设备,在高频下使用时也能获得高输出的陶瓷特性是其他材料所无法替代的。
另外,作为材料使用的陶瓷也取得了巨大进步。除了在天然原料的基础上开始使用人工合成的原料之外,还开发出能够与金属材料牢固接合的技术,非常接近现在的精密陶瓷。
陶瓷还对电子时代的核心零部件“半导体”做出了巨大贡献,而这一产业被称为现代核心产业。二战结束后,美国马上投入了晶体管和IC的开发工作,但是,当时开发的晶体管和IC极易受外部湿气和强光的影响,无法直接用于工业用途。而陶瓷封装能够阻挡来自外部的湿气和光线,同时保持晶体管和IC的电气特性。毫不夸张地说,正是因为有了这种封装技术,才使得半导体得到广泛使用。
在电子元器件方面,电容器和电感器的小型化也是陶瓷的功劳。自二十世纪中叶以来,对陶瓷所具有的介电和磁性等性能大幅改进的陶瓷陆续开发出来,电子元件得以迅速实现小型化和提高性能。可以说,陶瓷对电子设备本身的小型化做出了巨大贡献。如果没有使用陶瓷生产的电容器,就不会有现在这种可以装到口袋里的智能手机的存在。现在,每台智能手机中使用了600个以上的陶瓷电容器。
作为使用精选或合成的原料粉末,在受控的工序中制造的高精度的工业用材料,与传统的烧制产品炯然不同的“精密陶瓷”诞生在这个时代。

作为新材料旗手的精密陶瓷

通过原料的种类和合成方法、长年积累的丰富的制造工序,精密陶瓷可以创造出各种不同的特性。因此,除了电子工业之外,精密陶瓷还可以应用于各种不同的行业,已经成为新材料的旗手。利用精密陶瓷重量轻、刚性高、耐腐蚀性强的性质,长达数米的大尺寸精密陶瓷被应用于半导体制造装置和液晶制造装置,另外,利用其可靠性好,容易与金属组合的特点,精密陶瓷被应用于汽车零部件之中。
精密陶瓷已经成为实现各种电子元器件功能的基础材料,例如,利用介电特性和压电特性的小型、高性能陶瓷电容器、陶瓷滤波器、陶瓷振荡器等等。另外,利用精密陶瓷不会磨损的性质,作为纺织工业等很多领域的核心零部件而发挥着重大作用。除了工业产品和零部件之外,精密陶瓷在我们的日常生活中的利用范围也在不断扩大,例如利用精密陶瓷所独有的特性而开发的菜刀、装饰品、钓具零部件等等。


照片:结构零部件

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※关于精密陶瓷的定义、分类等的记载,优先考虑一般的理解,去除了部分例外和特殊事项。

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