年产5000吨低成本高可靠性纳米微晶陶瓷项目建议书

年产5000吨低成本高可靠性纳米微晶陶瓷项目可研报告三门峡工业园管理委员会二〇〇七年三月年产5000吨低成本高可靠性纳米微晶陶瓷项目可研报告一、总论（一）项目区概况三门峡市位于河南省西部，地处豫、陕、晋三省交界地带，是伴随着万里黄河第一坝——三门峡大坝的建设而崛起的一座以工业为主、综合发展的新兴城市。

辖区总面积10496平方公里，总人口222万，市区人口38万人。

现辖三县（渑池县、陕县、卢氏县）、二市（灵宝市、义马市）、一区（湖滨区）和三门峡经济技术开发区、三门峡工业园。

区位优势明显，交通便利。

三门峡地处黄河中游，是豫、陕、晋三省交通枢纽，陇海铁路、连霍高速公路、310国道、正在建设中的郑（州）西（安）高速铁路贯通东西；209国道、三运高速公路、拟建中的临（汾）三（亚）高速公路沟通南北。

距郑州、西安、洛阳、运城机场分别290公里、200公里、110公里、50公里。

三门峡既是中原的西大门，也是西部的前沿阵地，起着承东启西的纽带作用，是豫、陕、晋三省交界处的交通枢纽和区域性中心城市。

矿产资源丰富，独具特色。

三门峡市是河南省乃至全国重要的资源基地，矿产资源得天独厚。

目前已发现矿藏66种，其中已探明储量的有57种，保有储量居河南省前三位的有31种，现已开发利用27种，其中黄金、铝矾土、煤炭是三大优势矿产资源。

历史文化悠久，环境优美。

三门峡是黄河文化重要的发祥地和发展地之一，著名的仰韶村文化遗址和虢国贵族墓地及车马坑群均在此发现，这里是夸父逐日、黄帝铸鼎的地方，是道家始祖老子著作《道德经》之地，是禅宗初祖菩提达摩的圆寂地，是紫气东来、中流砥柱、秦赵会盟、白马非马等成语典故的发生地。

基础条件优越，水电充足。

三门峡坚持以创建园林城市为目标，不断完善城市道路设施，优化美化城市环境，城区交通、通讯设施齐全，商贸、金融、娱乐网点众多，服务周到，是理想的居住、创业之地。

三门峡现有电力装机容量333万千瓦，在建电力装机容量200万千瓦，规划新增电力装机容量约200万千瓦。

全市年均水资源总量为29亿立方米，充足的水、电供应为大工业生产提供了可靠保障，低廉的价格有效降低了企业生产成本。

投资政策优惠，发展环境良好。

为应对经济发展的新格局，三门峡市积极深化行政审批制度改革，简化行政审批手续，强力打造服务型政府，制定完善了招商引资优惠政策，在土地、税收、行政管理收费等方面给予了最大限度优惠；同时，围绕重点项目、优势产业，除国家明令禁止领域外，多方位、多层次对外开放。

建立健全了项目建设和企业发展协调机制，对进园企业实行挂牌管理制度，严格执行企业检查审批等相关制度，为企业发展营造了良好的政策环境和社会环境，受到了国内外广大客商的一致好评。

产业基础雄厚，发展前景广阔。

近年来，三门峡紧紧依托资源，超越资源，积极推动经济社会快速发展，培育了能源、铝工业、黄金、煤化工及林果加工等五大支柱产业。

三门峡市年产原煤2600万吨，2010年可达6000万吨；现有电力装机容量333万千瓦，在建电力装机容量200万千瓦，规划新增电力装机容量200万千瓦。

三门峡现有氧化铝产能300万吨，年底将达400万吨以上，现在电解铝产能27.5万吨，铝加工8万吨，铝合金车用轮毂160万只，压铸件1000吨，在建铝合金汽车轮毂100万只/年，复合钎焊铝箔5万吨，高精度铝箔2.5万吨，铝型材5万吨。

重点规划铝工业项目38个，项目建成后氧化铝产能力可达285万吨/年，铝加工能力达到106万吨/年，铝合金车用轮毂500万只/年，轿车轮毂毛坯1000万只/年，铝工业销售收入可达480亿元。

在有色金属综合利用及深加工方面，三门峡是全国第二大黄金基地，产量稳居全国第二位，年产黄金45万两。

大力推进黄金和银、铜、铅等伴生资源的综合利用及深加工，形成了年加工金银饰品11吨、铜4万吨、铜箔1万吨的产能；4个10万吨氧气底吹炼铅项目2007年将全部建成，届时将成为全国最大的铅业生产基地。

三门峡是河南省规划建设的煤化工基地之一，日产煤气300万立方，年产甲醇14万吨，在建甲醇60万吨/年、5万吨1，4丁二醇、10万吨二甲醚等项目，随着众多甲醇下游产品的开发和利用，三门峡将成为全国重要的煤化工基地。

农产品加工方面，基本建成了100万头大牲畜、25万亩烟叶、36万亩标准化苹果、68万亩速生丰产林等特色农业产业基地，年产果品9.1亿公斤、浓缩果汁产能18万吨，进一步优化了农业产业结构。

经济发展快速，势头强劲。

2005年全市生产总值达到340亿元，人均生产总值1880美元，固定资产投资170亿元。

进入十一五期间，三门峡市委、市政府站在新的发展起点，坚持以围绕中原崛起第一梯队和提前实现全面建设小康社会为目标，以能源、铝工业、煤化工、黄金生产及加工、林果加工五大产业为支柱，瞄准更高、更快、更好的发展水平，加快推进工业化、城镇化和农业现代化进程，努力实现经济社会快速健康发展。

（二）项目概述本项目以天然矿物和冶金工业废渣为主要原料，通过材料设计方法，采用高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术，在高性能低成本纳米陶瓷的制备技术方面取得了突破，是一项属于国内首创的制备纳米陶瓷制品的新工艺、新技术，具有很好的产业化前景。

用该项技术制备的高耐磨纳米微晶陶瓷结构均匀致密，抗弯强度可达300MPa，显微硬度10~12GPa，密度2.7~2.8g/cm3，自磨损率不到氧化铝陶瓷的20％，可机加工性和耐腐蚀好，可广泛用作具有高附加值的耐磨结构材料，如研磨体、陶瓷轴承、机械密封件、纺织瓷件、管道、阀门等。

为将该项目技术推向产业化，在湖南大学建成了一条年产200吨纳米微晶陶瓷的中试生产线。

该中试生产线的工艺流程及主要设备的设计与5000吨产业化生产线基本相同，可同时或单独使用电和液化气两种能源，工艺参数调整范围大，以适应不同产品对工艺条件的需要。

目前用该中试生产线已成功制备了各种规格的研磨球和耐磨衬片。

该技术的另一重要特点是：用一套玻璃熔制和微晶化设备可同时制备多种纳米微晶陶瓷制品，产品品种可依市场需求灵活调整，市场应变能力强。

纳米微晶陶瓷制品的制造成本不到氧化铝陶瓷的30％，此外，可利用工业废渣，有利于环境保护和社会经济的可持续发展。

建设一条年产5000吨的纳米微晶陶瓷生产线，项目总投资需3660万元（含25％的技术无形资产），建成后可实现年产值10500万元，年利税3420万元，投资回收期约1.7年（不含建设期）。

可生产的主要产品为高性能耐磨结构陶瓷系列产品，如研磨体、耐磨衬片、纺织瓷件、阀门芯片、轴承、机械密封件等。

（三）立项意义及必要性纳米材料由于具有许多独特的优异性能而成为现代材料科学的研究热点。

目前在纳米粉末的制备技术方面取得了很大进展，各种纳米粉末已开始工业化生产并获得日益广泛的应用。

然而，用纳米粉末来制备纳米陶瓷时，由于纳米粉末的活性很高，高温烧结时晶粒生长很快，绝大多数情况下获得的不是纳米陶瓷，而是亚微米甚至微米陶瓷。

只有采用热压、热等静压烧结或者小试样的快速等温烧结，才可能获得致密烧结的块体纳米陶瓷。

在这种工艺条件下，一是对烧成设备的技术要求很高，二是很难制备复杂形状和大尺寸的纳米陶瓷制品。

因此，开发一种高性能低成本的纳米陶瓷制备新技术，是使纳米陶瓷制品实现产业化并获得广泛应用的关键。

本项目所开发的纳米陶瓷制品是一种较理想的高温自润滑耐磨材料，可在高温、腐蚀、无润滑等恶劣环境下用作耐磨结构材料，如研磨体、陶瓷轴承、机械密封件、纺织瓷件、管道、阀门、耐磨衬板等，对提升传统耐磨结构材料的可靠性和技术含量，推动机械制造、化工、轻纺等相关产业的技术进步有积极意义。

此外，本项目可利用工业废渣来制备纳米陶瓷，是一项集新材料研制、固体废弃物再生利用和环境保护于一体的具有显著社会经济效益和推广应用价值的课题，对提高冶金工业废渣的利用率和附加值，降低其对环境污染的压力具有重要意义。

（四）项目的技术特点及水平本项目运用材料设计理论，采用高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术，以天然矿物和冶金工业废渣为主要原料，先将粗颗粒原料熔制为均质的玻璃体，然后从玻璃中原位析出晶相含量达90％以上，晶粒为50~200nm的纳米级晶粒。

通过大量实验和理论分析，目前已成功地开发了多种纳米微晶陶瓷制品，并能从组成和微晶化工艺方面来有效控制晶相组成、晶粒大小及晶相含量，测试了该材料的力学性能和摩擦学性能，卓有成效地开展了许多具有原创性的研发工作，技术水平属国际首创，为高性能低成本纳米微晶陶瓷的产业化奠定了坚实的基础。

本项目开发的纳米微晶陶瓷达到以下技术质量指标：抗压强度：＞1200MPa；显微硬度：＞10GPa；体积密度：＞2.7g/cm3自磨损率：以国产最高质量玻璃微珠作参照物，磨损率小于同规格玻璃微珠的50％。

（五）项目实施产业化的优势和风险本项目开展了较系统和深入的基础研究，取得了具有很好产业化前景的实验研究成果。

本项目实施产业化的优势在于：1、采用高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术来制备纳米微晶陶瓷的新工艺属国际首创，技术含量高，具有技术先进的优势；2、采用天然矿物和工业废渣为主要原料，廉价易得，具有原材料成本低的优势；3、高温溶胶－凝胶工艺源于玻璃的制备工艺，自动化程度高，成熟可靠；而原位受控晶化技术则借鉴了微晶玻璃的制备工艺，主要在析晶速度和晶粒大小的控制方面取得了突破性成果，是微晶玻璃制备技术的提升和进步，因此，采用的工艺技术路线具有良好的工业基础优势；4、可利用工业废渣，有利于环境保护和资源的再生利用，符合国家环保和产业化政策；5、可开发的产品品种多，性能价格比大大优于同类产品，具有很好的市场竞争力和抗市场风险的优势。

本项目在产业化实施过程中的主要风险是由于玻璃料的组成有别于其它玻璃料，玻璃熔体的成形温度范围窄，对成形某些复杂形状的产品有一定的技术难度。

二、项目技术可行性和成熟性分析（一）项目的技术创新点1、首创了由非晶固体原位晶化制备纳米陶瓷的新技术用高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术制备纳米陶瓷制品，是一种完全不同于高温烧结法的纳米陶瓷制备新技术。

由于该技术可从工艺路线上彻底解决纳米粉末的来源、粉末的团聚与分散性、高温烧结时的致密化与晶粒长大等一系列传统陶瓷制备技术中难以解决的科学和工程化问题，是最具产业化前景的高性能低成本纳米陶瓷制备新技术。

2、获得了低成本连续生产纳米晶陶瓷制品的新工艺纳米陶瓷虽然具有许多优异性能，但高昂的制备成本和难以控制的晶粒尺寸是制约其广泛应用的关键。

本项目采用天然矿物和工业废渣为主要原料，且可用几十目的粗粉末，综合原料成本可控制在1000元／吨以内，且可连续工业化生产，使纳米微晶陶瓷的产业化生产成本可降至2500元／吨以内，与普通陶瓷相当，为95氧化铝陶瓷的30％。