材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是推动社会发展的直接动力。新材料是发展战略性新兴产业的基石，人类的每次重大发展都伴随着材料的进步，而技术的发展和产业的升级更离不开材料的创新。陶瓷是最古老的一种材料，是人类在征服自然的过程中获得的第一种经化学变化而制成的产品。由于陶瓷具有优良的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性，以及高强度、高硬度等特点，在国防、机械、冶金、化工、建筑、电子、生物等领域得到了广泛应用。粉体是由许许多多小颗粒物质组成的集合体。把粉体变成球形或者空心的物体，将会为各行各业的技术创新和产品创新带来机遇，可以获得更好的产品性能，满足更大的市场需求。把粉体原始颗粒变成球形和空心的物体，技术难度很大，但是如果把原始颗粒聚集成为球形和空心粉体，比较容易实现，同样也可以起到球形和空心粉体的作用。因此，本书将围绕陶瓷粉体的球形化和空心化研究思路，就其理论、技术和工程实践详尽阐述。通过陶瓷粉体球形化和空心化技术获得的产品统称为陶瓷微珠。陶瓷微珠(亦称陶瓷微球)是一种直径在毫米级及以下的球状无机非金属材料。根据制备原料的不同，可分为氧化物陶瓷微珠和非氧化物陶瓷微珠；根据产品的结构，可分为实心陶瓷微珠和空心陶瓷微珠；空心陶瓷微珠（也称陶瓷空心微珠）又可分为闭孔陶瓷微珠和开孔陶瓷微珠；同时，空心陶瓷微珠又分为单壁空心微珠和聚空心微珠(内部由多个空心微珠组成，亦可称为多孔微珠，为了与单壁空心微珠比较，本书统称为聚空心微珠)；开孔空心微珠又根据开孔率的不同，分为高、中和低开孔率的开孔空心微珠。根据尺寸大小，陶瓷微珠可分为毫米级、微米级和纳米级陶瓷微珠等。目前，毫米级、亚毫米级、微米级和纳米级实心和空心陶瓷微珠市场发展迅速，其产品在超细粉高效分散、金属零部件光整光饰、吸附过滤、药物靶向治疗、电池、缓释载体、耐火材料、节能保温、化妆品、医疗健康、环境保护等行业广泛应用，对国民经济各行各业的技术创新起着重要的基础和关键性作用。据美国一家公司预测，未来20年陶瓷微珠(含实心和空心微珠)每年以16.7%的速度增长，这样的增长速度在工业领域是罕见的！自20世纪90年代以来，本人一直致力于陶瓷胶态成型工艺的研究。课题组先后发明了陶瓷瘠性料浆的胶态注射成型新工艺，研制成功胶态注射成型机和工业化原机；发明了陶瓷悬浮体快速均匀混合可控固化新工艺，提出胶态成型制备避免应力坯体的学术思想和方法，揭示了陶瓷浓悬浮体液固转变过程中裂纹形成的机制，并提出了避免裂纹产生的两种方法；发明了无毒材料体系凝胶注模成型、凝胶流延成型新工艺，以及冷冻凝胶成型新工艺和超轻、高强多孔陶瓷的胶态成型新工艺，提出了通过释放高价反离子的直接凝固注模成型新工艺(DCCHVCI)，以及利用分散剂失效直接凝固陶瓷浓悬浮体的新方法，使得陶瓷胶态成型工艺理论和技术得到进一步完善和发展，在国际上产生了较大影响。其中“陶瓷胶态成型新工艺”项目2003年获得教育部科技发明一等奖，2004年获得国家技术发明二等奖，并获得德国纽伦堡国际发明与新产品博览会金奖。课题组在该领域发表高水平文章200余篇，由Springer出版社和清华大学出版社联合出版了英文专著“Novel Colloidal Forming of Ceramics”。近年来，课题组又结合国家科技部“863计划”、国家自然科学基金、北京市科技计划、科技部创新方法工作专项等研究任务，对陶瓷粉体球形化和空心化开展了深入研究，特别是在陶瓷微珠的制备和应用方面花了大量的时间和精力，取得了一系列丰硕的科研成果。在实心陶瓷微珠制备方面，课题组开发了一种新型陶瓷胶态成球新工艺和装置，该工艺采用悬浮聚合的方法，在胶态原位快速固化成型的基础上，可无模具制备高性能毫米及亚毫米级 (0.1~3mm)实心陶瓷微珠，该工艺制备成本低、效率高，对陶瓷粉体具有普适性。课题组还自行设计并制造了工业化胶态成球装备，采用该装备已成功制备了Al2O3、ZrO2、Si3N4、莫来石，以及硅酸锆等实心陶瓷微珠，并作为磨介、笔珠、远红外陶瓷微珠等产品在超细粉研磨、陶瓷球珠笔及竞技体育等领域进行了广泛应用。2004年，在河北邯郸建立了国际上第一条胶态注射成型陶瓷微珠生产线，年产高性能陶瓷微珠5000t，整条生产线拥有全部自主知识产权。由于该技术和设备的先进性，2005年该项目被世界500强法国圣戈班集团收购，为邯郸市引进了第一家世界500强企业，为河北邯郸地方经济的发展做出了重要贡献。在空心陶瓷微珠制备方面，课题组发明了一种陶瓷空心微珠普适性制备方法，该方法不仅可以制备先进陶瓷粉体空心微珠(如氮化硅、碳化硅、氧化铝和氧化锆等)，也可用于煤矸石、粉煤灰、废玻璃、赤泥、矿渣等固体废弃物。所制备的空心陶瓷微珠具有质轻、低导热、隔音、高分散、电绝缘性和热稳定性好、制备成本低等特点，可广泛应用在保温、防火、建筑材料、耐火材料、填料、轻质材料、吸声材料、沙漠治理、土壤改良、药物缓释、污水处理等领域，是一种用途广泛的新型轻质空心微珠材料。该发明专利在我国已获得授权，并在其他50多个国家申请专利，目前已在欧洲、亚洲、美国、加拿大、澳大利亚和南非等国家和地区获得授权。该发明还获得第44届日内瓦国际发明展览会银奖，同时获得罗马尼亚代表团的特别嘉许奖。为了使研究更为系统，课题组还对纳米空心微珠的制备技术及在药物缓释等方面的应用进行了深入研究。课题组在陶瓷微珠研究领域已培养硕士、博士、博士后和访问学者近30名，取得科技鉴定成果10余项，获各种奖励6项，授权国家专利30余项，开发相关产品数十种，并具有很好的市场前景。为了总结课题组20余年来的科研成果，与更多的科研及技术人员分享陶瓷微珠领域的新技术、新设备及新产品，决定出版此专著。本书内容主要包括两大部分：第一部分介绍毫米级及亚毫米级实心陶瓷微珠的制备及应用，包括在磨介、笔珠、远红外陶瓷微珠方面的应用；第二部分介绍微/纳米空心陶瓷微珠的制备及应用，包括空心陶瓷微珠的制备，微米级空心陶瓷微珠在保温材料、泡沫玻璃、吸附过滤、缓释和吸声降噪等方面的应用，以及纳米空心微珠的制备工艺及在药物缓释方面的应用等。黄勇教授对于此专著的出版非常支持，并参与了相关章节的撰写和校对。衷心感谢恩师黄勇教授多年来给予的培养、关心、照顾和支持！同时今年也是黄勇教授80寿辰，谨借此书的出版祝愿黄勇教授健康长寿！席小庆高级工程师参与编写了第2、3、4章，曹庆雷博士和何建伟博士参与编写了第5章，苏振国博士和渠亚男博士参与编写了第7、8、9章，李志君硕士参与编写了第10章，吴甲民博士参与编写了第11章，李阳硕士参与编写了第12章，马宁博士参与编写了第6、13章。王亚利工程师协助完成全书的统稿校对。课题组的很多同事、硕士和博士研究生以及在课题组从事博士后研究的合作者在此书的撰写过程中都给予了很大支持和帮助，在此一并表示致谢！2016年5月30日，中共中央总书记习近平在全国科技创新大会上提出：“广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上，把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。”本书所述及的陶瓷微珠及采用陶瓷微珠开发的产品，都已经实现了产业化或者正在产业化推广之中，实现了巨大的经济和社会效益。因为这是一本理论和实践结合的专业书籍，作者希望本着开放、交流、学习的心态，与国内外同行不断切磋、共勉。由于作者水平有限，书中错误在所难免，还望广大读者批评指正！杨金龙[]2017年4月
