材料是人类生活和生产的物质基础。一种新材料的出现，可能大大改进生产工具，从而相应提高社会的生产力。就材料而言，人类文明已经经历过石器、青铜和铁器时代，科学家认为，随着一种节能材料的出现，人类不久将进入一个陶瓷时代。
陶瓷是硅、铝、碳、氧、氮等元素的烧结物，它可能具有宝石般的美，玻璃纤维那样晶莹透明；氧化铝（钢玉）之类的工业陶瓷，有的硬度甚至可以与金刚石媲美；陶瓷极为稳定的物性，使其可以应用于人造骨骼与牙齿、计算机微处理机与核聚变反应堆。愈来愈多地取代铁、塑料之类用途的最有希望的陶瓷将是工程陶瓷（亦作精陶瓷或特种陶瓷，各国不统一）。组件使用工程陶瓷的发动机能使喷气式飞机和载重车辆在高温高压下运转，在比金属发动机更高的温度下的运转效率显著提高；组件使用工程陶瓷的汽轮机、柴油机与燃气轮机甚至可望不需冷却系统和绝热装置，从而可以大量节能。据欧洲共同体的估计，光是在各类发动机上的运用，工程陶瓷将为他们的能源消耗每年节约三万亿英镑的支出。
材料物性
铝、硅的碳化物和硅的氮化物是具有代表性的工程陶瓷，随便举个例子，譬如碳化硅的硬度与耐火性都很高，氮化硅兼有热膨胀系数较低和温度骤变时内应力较小等优点、氧化锆的热膨胀系数类似铸铁，虽则在高温时它的强度低于氮化硅，但由于它具有与铸铁不相上下的抗断裂强度与延伸率，适宜作为金属部件与工程陶瓷之间的接头，于是它便成了同类工程陶瓷的最大优点。
各种往复式发动机的工程组件必须具有极高的高温抗蠕变强度，它所使用的材料应该在高温时能够承受负载而没有任何发展性的变形，特别不应在高操作温度下相变为液态，并由晶粒间形成润滑表面而加速蠕变，工程陶瓷具有比金属高的抗蠕变强度，一般，在1500摄氏度时蠕变。
材料的机械强度随着它们微观结构的不同而各异。根据英国皇家飞机公司格列菲恩的公式，材料的脆性断裂接近于（E · G）/C的平方根值，式中C是引起断裂的缺陷大小，E是材料的硬度，G是扩大裂纹所需的能量，材料强度包括两种质的关系：避免结构的缺陷和材料的抗断裂强度E · G的根值，对C和结构特性的依存关系，意味着在强度变化中造成材料缺陷的任何变化。所以生产工程陶瓷，必须能够精确地再现，而且应该避免在不洁加工条件下所引起的缺陷事故。像生产半导体所惯用的那样作具体的改进，这种研究计划力求缺陷大小等于或小于十微米。
传统陶瓷的主要弱点是对热震的敏感性及其固有的脆性：温度骤然冷却，易于断裂，遇到碰击，易于破碎。早在四十年代试用于汽轮机转子上的瓷叶片，由于无法避免机器关闭时叶片突然断裂而使试验停止了几十年。不久前在工程陶瓷制造方面采取了两条补充途径，使这种试验又旧事重提，并取得了成果。它们之一是通过改进加工方法缩小陶瓷中缺陷的大小；另一种是由韧化结构提高材料中扩大裂纹所需的能。后一种的探讨主要说明延展性金属与陶瓷间的显著不同在裂纹扩大前金属需要十万倍的能。韧化的实例是一种用陶瓷纤维补强的混合物，另—种是所谓的“转变韧化”，它使氧化铝之类的陶瓷的抗断裂强度增加一倍，只要在材料中加入体积为15%的某种精细化学夹杂物即可。
以氧化结为基础的工程陶瓷从高温（1200摄氏度以上）冷却时经受了结晶学所谓的相转移，它之所以从正方晶体转变为单斜晶体的晶体对称，是由晶格的扩展造成的。如果氧化锆的粒子限止在氧化铝之类的基体材料之中，当材料从制造温度（约1650℃）开始冷却，最后可以形成室温时也保持正方晶体的粒子而制止了相的转移。
由原子相互间的键性所决定的陶瓷基本物性如熔点、硬度和膨胀系数等固定之后，那么选择恰当材料以解决每一设计问题就是关键了。各种往复式发动机对材料都有其不同的要求，以汽轮机为例，对温度突变的耐力、具有高温强度和抗蠕变强度等都是强制性的。二十年来材料科学家试验过许多潜在材料，目前主要的夺标者是氮化硅（包括Si-Al-O-N，亦称“晒隆”）和碳化硅，这些材料能经受剧烈的温度升降和具有理想的抗弯强度。含有硅酸盐与铝酸盐的晶界极密的氮化硅在1200摄氏度时具有一千兆帕的抗弯强度。对汽轮机来说，发展一种材料能在十万转1分的转子上经受高的离心力、它的叶片能够经受十分高的温度等将是当前研制工作的一个目标。烧结或热压的极致密的氮化硅与烧结的碳化硅正在同时经受考验中。为了组件设计时实现工程陶瓷特性的全部优点，新的研究工作出现了诸如计算机辅助的立体应力分析和设计技术，这一切意味着陶瓷硬度的最高值及其耐热性的利用是可以达到的，由于缺乏延展性所产生的问题是可以克服的。
此外，陶瓷的耐蚀性、耐氧化性、耐磨性和低密度等特性都是比较卓著的。日本丰田的一份报告说，以陶瓷纤维补强的氧化铝之类的陶瓷活塞，二三年后可以用于车辆的组件；英国洛斯 - 罗伊斯研制的使用陶瓷涂层燃烧室的RB211发动机已有十三年的历史，这种涂层技术马上将应用于汽轮机叶片，如果应用于车辆，将可制造一种节约燃料18%，每公升燃料提高效率30 ~ 50%的发动机。
最值得一提的是这种陶瓷都取材于自然界取之不尽的自然态原始材料，如砂砾之类的物质。
各国概况
欧洲
到七十年代初为止，英国关于工程陶瓷的研究工作一直居于领先地位。后来，他们的研究机构（如哈威尔国家物理实验室与纽卡塞尔大学等）主要掌握的是这种材料的基础了解而缺少对有关作用情况的了解。例如英国的洛斯 - 罗伊斯公司刚刚完成其使用陶瓷部件的直升飞机的制造，一般认为他们还需在应用方面做得更出色些。去年三月，哈威尔材料工程中心给英国贸易与工业部的报告中谈到陶瓷在内燃机的易损、绝热部件方面的重要作用；指出英国在开发某些陶瓷材料方面仍属若干居于领先地位者之一，但在发展材料的应用方面则严重落后。
1972年英国纽卡塞尔大学的泰恩，开发了一种Si-Al-O-N系统的以硅为基础的陶瓷，联邦德国和日美等国都纷纷把它用上了生产。不久前，联邦德国制订了一个二千五百万英镑的开发计划。德国科学部（BMFT）的计划主要首先集中于在燃气轮机上的使用，这是欧洲第一个在这方面的陶瓷开发计划。
在法国，一些汽车制造公司正由大学实验室的协助下进行研制。一些传统的精陶瓷工厂与水泥制造厂也纷纷转向了工程陶瓷的生产。
西欧各国对工程陶瓷的开发，主要是为某些特殊用途取得优质材料，例如在苛刻条件下的结构元件、高张力电气绝缘子、绝热器、电子器件用的衬底和复合陶瓷材料等。
1083年欧洲共同体在荷兰佩顿（Petten）召开了一次有关工程陶瓷的座谈会，欧洲的陶瓷科学家约有四百人出席，几乎共同体所有的陶瓷专家都参加了。但是目前在日本，仅仅汽车制造一个行业已拥有一千名陶瓷工程师，据估计，欧洲对工程陶瓷的研制约落后于美国、日本约三至五年。
美国
工程陶瓷的高性能、高技术在美国是深受欢迎的。1971 ~ 1983年间，光是在发动机方面他们至少投资过一亿八千万英镑作为工程陶瓷的研制之用。最近在军用发动机和航空与宇航等方面，工程陶瓷的发展较快，美国国防部为“柯茗”发动机公司拨专款进行研制，并声称一俟军用发动机试制成功，即可把它推向民用。美国陆军坦克 - 汽车指挥部（TACOM）与“枯茗”用氧化锆为受热部件进行涂层加工，制成了不冷却的六汽缸柴油机。这种170既、十四公升的柴油发动机已经驱动了四吨半的轻载汽车近一万公里。它的平均耗油量约为每公升3.8公里，只相当于相似类型车辆的30 ~ 50%。目前他们已经造就了燃气轮机与柴油机的各式样机，他们研制的用工程陶瓷制的热机部件已经在运转之中。美国政府还为这一领域的研究费用编制了大量预算。
日本
日本对工程陶瓷在生产实践上已积有经验；某些工业已能制造出复杂的样机像涡轮增压器等作试验运行。不足之处是对陶瓷的基础了解还不够。在日本，工程陶瓷的“多面手”功能刺激各种新产品的出现，以这种材料为基础的产品，特别是电子元件，已为日本好些公司创造了巨额利润；一些陶瓷公司对集成电路插件生产的迅速增长，在世界上是无与伦比的。单单“京都陶瓷”一家，满足了世界插件生产要求的75%，其余25%的供应，大部分也供给于日本公司。七十年代后期，日本生产集成电路插件、压电陶瓷和陶瓷电容器的为首几家制造商的产量，每二 ~ 三年翻一番。工程陶瓷技术的专利申请，1980年为827件，1981年跃至997件。一些公司在基础材料方面纷纷追求新的增长机会，他们认为工程陶瓷终究将在许多用途上取代金属，甚至塑料。
澳大利亚
澳大利亚以矿砂形式开采氧化锆，产量占世界总产量的66%，氧化锆制成的工程瓷是目前联接金属与陶瓷的最佳材料，澳大利亚最大的矿产资源公司CRA将专业开采不完全稳定性锆（PSZ），在今后五年中将集资五百万澳元作为开发技术等的用途，过去由于缺乏设备，澳大利亚开采的矿砂全部出口，经国外加工后再运回澳洲，以相当高的成本制造工程陶瓷。现在他们已在制订计划，筹建澳大利亚自己的制锆工业。
陶瓷汽轮机
去年，日本两家最大的涡轮增压器制造厂已向国外提出了包括涡轮增压器的陶瓷汽轮机样机，三菱重工（MHI）满怀信心宣称，1&84年秋季这种机器将开始批量生产，今后三四年内可望大规模生产。
陶瓷汽轮机比普通镍合金材料的汽轮机约轻40%，只要较少的排气便可转动转子。当机器开动之后，涡轮增压器立即投入运行，大大加速了启动速度。主要设计人冈崎说，“既然我们已能制造如此困难的组件，就应该可能制作任何用途的陶瓷组件了！”
石川岛播磨重工（IHI）研制的是以比碳化硅强度更大的氮化硅为主的工程陶瓷作为汽轮机轴的材料，并且试验了两种方案，一种是全部陶瓷的，一种是一半陶瓷一半金属的。目前的问题是全陶瓷的轴必须由机床加工到轴端，使能拧紧到进气口的金属压缩机上，由于陶瓷与金属的热膨胀系数不同而必须进行补强；一半陶瓷一半金属的轴又必须无损地联接金属与陶瓷。所以三菱重工放弃了这种方案，而用一种钴合金环联接金属轴与汽机叶轮，这种合金有类似于工程陶瓷的热膨胀系数，而环则可以焊接在金属轴上。当然，问题还是有的，总装后的测试问题，氮化硅的成本昂贵等都还有待解决。
绝热的柴油机
工程陶瓷的绝热作用有助于制造一种在试验台上热效率为48%的柴油机，而通常的柴油机的典型热效率则为36%。陶瓷组件的使用大概提高了机器的操作温度从700到1100摄氏度。美国军用坦克与汽车指挥部已经制成了不冷却的六汽缸柴油机，它的受热部件就是以氧化锆进行涂层的。这种十分稳定的氧化锆等离子体喷涂于厚0.064厘米的燃烧室壁汽缸衬套、活塞套和进排气通道，使机器的能量损失降低到百分之五十。TACOM等的目标是要开发一种绝热的柴油机，1975年以来，他们力图按计划履行没有冷却作用、没有寄生热损失这两大指标。他们还打算使载重汽车作无润滑表演。准备在1987年开始试运行。最后并将试制一种由陶瓷发动机发动的履带式军用车辆。
工程陶瓷的绝热，意味着使柴油机不再使用热辐射器等包括水泵在内的其他880种零部件的一种大改革。他们声称；凡是由于冷却系统引起的发动机的一切毛病，可望减少一半。比起普通的机组来，陶瓷柴油机的总重量可以降至190公斤，发动机的体积缩小了0.6立方公尺。
在开发绝热的柴油机中，工程陶瓷起了三方面的作用：减少磨损，绝热和相同于涡轮增压器汽轮机的作用。机械磨损——如对挺杆、活塞销和振荡器臂等，腐蚀——主要对阀门、排气口和预燃室，都是由于陶瓷涂层或整体陶瓷组件而降低的（最后这些陶瓷部件将推广到燃用汽油的发动机）。
提高操作温度具有两方面的作用：一是当提高排气温度时，由于吸入冲程而减少新鲜空气的进入。另外如果通过一台涡轮增压器，那么对操作来说，排气就够热了，主要是两片汽机叶片联接在一根轴上，热烟气通过一台的陶瓷叶片，它就转动。挨下去，再使第二台转动，并强迫空气进入燃烧室，就这样提高了发动机的效率。当然，还有不少问题有待解决，如易损零部件的耐久性等质量问题、成本问题……都使绝热柴油机不能大量生产。另外也有人对不完全稳定性锆（PSZ）与铝的钛酸盐的结合使用提供了方案。如果有效的话，我们将能制造一种绝热、强度与韧度都适合需要的工程陶瓷组件。
小型燃气轮机
洛斯 - 罗伊斯公司已对一台燃气轮机的陶瓷叶片和与之联接的罩环，在1100摄氏度时以每分钟四万转的速度作试运转，这台燃气轮机在安装于Gem2直升飞机发动机上之前，叶片的试验速度曾到过七万转/分，高于操作速度。在赫特费尔特高级机械工程展览会上，该公司还对不需润滑的陶瓷空气轴承进行试验表演，以全速运转达三十五小时。
同金属叶片不一样，陶瓷叶片不需要空气内冷，所以它们能够在较少寄生热损耗的条件下在更高更有效的通度中运转。陶瓷的膨胀率小于金属，这意味着叶片与罩环之间的间隙可能缩小。要是缩小0.025毫米的间隙，就可提高Gem2的效率1%，目前他们希望通过这一改进能够提高的效率达到2 ~ 3%。
在试调中的这种叶片，由瓷块机械加工而成，并固定在金属凸轮圆盘之上。往后将进一步设计用全部工程陶瓷铸成整体的圆盘与叶片。另外一种陶瓷组件，已经应用于较大的飞机发动机上，包括作为把火焰导往叶片的喷焰管的氧化锆涂层，它起着绝热和使喷嘴和导向叶片成为一个整体的作用。
日本日产公司将于今年十月在东京举办的汽车展览会上展出工程陶瓷汽车发动机样机。该公司对燃气轮机的艰辛尝试大部分投入了组件的开发之用。对制造者来说属于问题之一的是陶瓷叶片的无损试验。“东京机车”已经开发了一种高频感应加热线圈，在达到运转速度时进行了这种试验。线圈把一只围住旋转叶片的碳质模型辐射加热，报告说这种试验已在1100 ~ 1150度下达到了六万转/分。
其他用途
工程陶瓷的发展，更为它的其他用途所推进，如灵敏元件、生物陶瓷和合金陶瓷。简单举几个例：
工程陶瓷作为灵敏元件可用于钢的连续浇铸，煤气监测，温湿度控制，医药电子学和计测仪器等，电子 - 光学陶瓷在电子学上的应用正在增长，为计算机和通信设备之用的生产正在以几何级数增长，它们包括：传其装置用的磁铁的氧化物与录像磁带，为第五代电子计算机的磁泡衬底用的钆 - 镓 - 石榴石晶体和制造极大规模集成电路用的材料等。
陶瓷骨骼和陶瓷牙齿已进入市场，随着世界人口的老龄化，生物陶瓷将找到更广阔的市场。
合金陶瓷是陶瓷与金属的结合，将广泛用于机床、制动器衬垫和纤维补强金属。后者如“日本碳素”公司生产的“日卡纶”便是，它是一种碳化硅的陶瓷纤维，主赛用作金属的补强作用。
新材料与工业的系统改革
七十年代前半期，日本陶瓷总产量的增长率仅为百分之十二，每年以百分之二 · 三的比例递增；其中精陶瓷，特别是电子工业用陶瓷生产的增长却占了百分之年增长率为百分之十三 · 五，甚至更为明显的是当整个陶瓷产品的出口趋于下降之时，精陶瓷却总共上升了七 · 七二倍，到1980年，集成电路陶瓷插件与绝缘衬底两项产品就单独增长到一百零七万亿日圆，已经超过了日本1974年整个工业产值三百四十一万亿日圆的三分之一。
今天，像微电子学和生物工程学一样，陶瓷生产正是一门方兴未艾的技术，在日本，不景气的传统陶瓷工业，由于产品不再具有竞争能力，正在纷纷转向精陶瓷，特别是工程陶瓷的资源开发和科学研究，像日本的无机化学公司正在研制一系列的基础陶瓷粉末；日本制钢和三菱金属以及其他一些金属公司已争相进入一个新领域，为日后工程陶瓷取代金属的日益增长的威胁作出反应。八十年代的开头一、二年里，日本的“松下电气”、东芝浦公司和“TKD电子”等专业公司都分别运用有关陶瓷方面的一百宗以上的专利，在各自领域内建立宗主地位，其他像村田等公司，也都持续不断地增加陶瓷的产品品种，并进行多种经营。尽管陶瓷新材料的发展本身已占十分重要的地位，它的似锦前途也已为人们瞻望所及，但是由于它在制造技术上有待进一步完善，在制造成本方面有待降低，目前一些制造商尚需通过多种经营，才能对研制费用等取得桑榆之收。例如往复式发动机用的工程陶瓷的研究开发，如果没有汽车发动机部件的大量生产作为补偿，是无法“屡败屡战”，以底于成的。其他行业也已把许多高、精、尖技术高度结合起来，纷纷在发挥其技术、资金与经营等方面的优势，正在使新产品开发与多种经营双管齐下，于是工程陶瓷这一新材料才能逐渐增添其促进工业发展的活力。例如日本的“索尼”、“佳西沃”和“索特”之类新创业的崛起着，在太空开发事业中，发现了自己在电子工业方面的地位，在临界开发阶段，各自提供了有决定性作用的能力，他们都深切期待有工程陶瓷将以革新者的新人姿态，为人类的科学事业而不断创新，勇往直前，从而使他们的创业不再局限于电子工业。
目前，已有明显的迹象证明，为了打开市场，形势正迫使日本在全球规模分设工厂，例如“京都陶瓷”已经在美国与欧洲设厂生产陶瓷电容器和陶瓷插件，它在圣地亚哥分设的电子工厂生产集成电路陶瓷插件的产量，足够供应美国全国电子工业需要量的百分之七十，在这一领域已执世界市场之“牛耳”。
对日本陶瓷工业的一拥而上，主要由于：（1）相当一批公司为了狂热地发展新材料以迎合广泛增长的可遇而不可求的机遇；（2）传统陶瓷的制造商开发了电子工业用陶瓷的其他新品种而与东京陶瓷等先行者一道前进。于是在一些先进企业的背后集结着一支为着共同目标而奋斗的玻璃、水泥制造厂和化学、金属冶炼、合成纤维、大电机、通信设备公司等的“密集队”，初步出现了工业系统大改组的征兆。
1983年，一个由一百五十家公司参加的“日本精陶瓷联营公司”创建了。至少还有二至三倍于此数的公司正在酝酿发展陶瓷工业的新形式，据通产省官员的估计，到1990年时，这一行业将拥有约五百到六百家公司，一个新的工业系统将初具规模。
[据Nature、New Scientist、《科学朝日》等编译]