先进陶瓷的现状及其发展趋势

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中国粉体工业 2018 No.5
先进陶瓷的现状及其发展趋势
胡明霞/文
【摘要】随着现代高新技术的发展，先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术领域发展的重要关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。

由于先进陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。

先进陶瓷的发展是国民经济新的增长点，其研究、应用、开发状况是体现一个国家国民经济综合实力的重要标志之一。

【关键词】先进陶瓷；研究现状；未来发展趋势
1.先进陶瓷的概述
1.1先进陶瓷的定义
先进陶瓷，又称为高性能陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等，是指采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料，具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计，并具有优异的力
学、声、光、热、电、生物等特性的陶瓷。

[1]由于先进陶瓷各种功能的不断发现，在微电子工业、通讯产业、自动化控制和未来智能化技术等方面作为支撑材料的地位将日益明显，其市场容量将不断提升。

1.2先进陶瓷的分类
先进陶瓷按化学成分可分为氧化物
陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。

按性能和用途，可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。

功能陶瓷主要基于材料的特殊功能，具有电气性能、磁性、生物特性、热敏性和光学特性等特点。

2.国内先进陶瓷的发展现状
我国先进陶瓷研究始于20世纪50年代，随着国际上先进陶瓷跨越式的发展，20世纪70年代以来国内诸多高校和科研院所开始重视先进陶瓷材料研
究，并取得了一系列创新性成果。

其中，我国创新性地将纤维补强陶瓷基复合材料应用于战略导弹和各类卫星天线窗的保护框上;多元氮陶瓷相图的研究在国
际上有较高的影响，多相复合陶瓷概念的提出促成了一大批具有优异综合性能的新材料诞生。

20世纪90年代在纳米陶瓷粉体制备与团聚方面的研究，以及
纳米陶瓷固相烧结理论等方面均有国际一流的创新成果。

[2]
但是国内先进陶瓷总体水平与美国、日本和德国相比还存在一定的差距，主要表现在以下3个方面。

2.1技术及新产品工程转化极度匮乏
世界上开发了200多种陶瓷材料及2000多种应用产品。

虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料，但绝大部分仍停留在实验室样品上，有的产品由于成本高及可靠性等问题，市场还不能接受，所以产品的销售额与发达国家相比相差甚远。

2.2高端粉体制备及分散技术
远远落后
我国对陶瓷粉料的制备仍未引起
足够的重视，多种陶瓷粉料尚无专业
化生产企业，许多企业不得不“自产
自销”。

例如：高纯氧化铝粉，日本
企业99.99%氧化铝粉烧结温度只需
1300℃，而国内需要到1600℃以上；
高纯氮化硅粉仍受到日本UBE和德国
H.C.Stark的限制，国内企业在粉料
质量上仍存在较大的波动。

同时，粉体
的高效分散技术也存在较大差距。

2.3制造装备加工技术落后
虽然我国引进了国外先进的工艺装
备，像气压烧结炉、热等静压、注射成
型机、流延机等来提高我国的技术装备
水平，但因投资大，在经济上给企业造
成了很大压力，从而限制了先进陶瓷的
发展。

而国内仿制设备因加工水平差距，
可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相
比。

我国在“十二五”科技发展规划中
明确指出大力发展新型功能与智能材
料、先进结构与复合材料、纳米材料、
新型电子功能材料、高温合金材料等关
键基础材料，实施高性能纤维及复合材
料、先进稀土材料等科技产业化工程。

3.先进陶瓷行业的发展趋势
从材料研制的角度来说，先进陶瓷今后的发展趋势是功能材料小型化、信息化(智能化)，结构材料复合化，同时要进一步提高其可靠性，降低成本。

从行业发展的角度来看，先进陶瓷的发展呈现以下发展趋势:
3.1新型材料占据主要优势
通过技术进步，发展新型材料，为国民经济发展，为节约资源、能源和环境友好的发展提供支撑先进陶瓷是一个资源占用较多、能耗较高、二氧化碳排放量较大的行业。

[3]
为实现可持续发展，在先进陶瓷的生产和使用过程，各国通过技术进步，更加强调资源的节约利用和环保理念。

3.2新产品不断涌现，应用领
域多元化，市场规模稳定增长
随着技术进步，高温结构陶瓷、生
物陶瓷、陶瓷膜等一系列先进陶瓷的研
究成果和新产品不断涌现，并呈现出良
好的产业化应用前景。

先进陶瓷材料在新兴产业和传统产
业改造中发挥越来越大的作用，应用领
域的多元化将使得先进陶瓷的应用范围
不断扩大。

[4]
3.3行业领军企业向专业化、
集团化、国际化发展
先进陶瓷企业为了增强市场竞争
力，专业化分工更细，并通过资产重组
等方式配置资源，发展呈现集团化和国
际化趋势。

在全球化的形势下，一些先进陶瓷
领域的国际大企业、集团公司为了提高
竞争力，占据更大的市场份额甚至垄断
市场，纷纷实行强强联合，通过资本、
技术、品牌、市场的共享谋求领先地位。

目前我国先进陶瓷行业形成规模的
企业较少，近年来随着行业的快速发展，
国内先进陶瓷企业间的兼并、整合和战
略性结构调整也开始涌现，将逐渐形成
跨地区、跨行业经营的大集团公司。

先进陶瓷按性能分类及其应用
种类性能应用
结构陶瓷高温陶瓷800℃以上长期使用，超高温短期使用窑炉器件、柴油机等发动机、航
空航天、空间技术等
高强陶瓷高韧性、高强度、良好的抗冲击性机床主轴轴承、密封环、模具等超硬陶瓷热稳定性、化学性、弹性模量优良高速磨削刀具、防弹装甲等
耐腐蚀陶瓷优良的化学稳定性和耐冲刷性能化工设备、舰船潜艇密封等
功能陶瓷电子陶瓷压电、光电、热释能、铁电电子元器件、超高压绝缘子等超导陶瓷超导特性、耐低温超导光缆、空间、电子、生物等光学陶瓷透波性能、透明性、荧光性基板、天线罩、发光器等
生物陶瓷与血液、器官良好的生物相容性陶瓷关节、骨骼、牙齿等
磁性陶瓷磁导率、矫顽力大、硬度高微波器件、量子无线电等
储能陶瓷能量转换与存储特性热、电、光、氢储能等
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4.先进陶瓷未来技术预测
根据世界先进陶瓷发展趋势和应用领域的发展情况，预计未来5年内在高端陶瓷粉体、电子陶瓷、生物陶瓷、节能环保、新能源领域用陶瓷和航空航天用陶瓷等几个方向会增速较快。

4.1高端陶瓷粉体
配方、配料是制造先进陶瓷主要的核心技术之一，也是先进陶瓷产业发展的关键。

目前，国内厂商大量从国外购买高纯度高端陶瓷粉体，国内企业发展高端陶瓷粉体制备技术和能力后，替代国外企业潜力巨大。

4.2电子陶瓷
随着信息化产业、电子消费产业的快速发展，工业用电子产品、消费电子产品将保持快速发展趋势，对电子陶瓷的需求巨大，预计到2020年全球电子陶瓷需求将突破400亿美元。

[5]
4.3生物陶瓷
生物医用材料目前已成为各国科学
家竞相研究和开发的热点，国内生物医
学材料和制品的70%～80%依赖进口，
并基本属于仿制，我国的生物医用材料
在全球的市场份额只占2%，产品技术
水平大多处于初级阶段。

伴随社会人口老龄化，到2020年，
我国将需要人工关节80万套/年、血
管支架160万个/年、眼内人工晶体
140万个/年，对生物陶瓷材料需求将
大幅增加。

[5]
4.4节能环保和新能源领域用
先进陶瓷
随着经济高速发展、能源需求迅速
增加，工业及生活废弃物巨量产生，能
源节约和环境保护已经成为国际社会日
益关心的重大问题。

在能源匮乏和环境
恶化日益严重的情况下，先进、高效节
能环保技术得以实现的节能蓄热式热力
垃圾焚烧炉（RT0）和冶炼行业节能蓄
热室用蜂窝陶瓷、热气体净化领域和水
处理领域用的陶瓷膜及装备、特高压交
流输电技术与装备用的系列超/特高压
悬式瓷绝缘子、蓄热换热用的碳化硅陶
瓷部件、光伏产业用系列陶瓷制品都将
会获得难得的发展契机。

[6]
4.5航空航天陶瓷
应用主要涉及直升机用防弹装甲陶
瓷、飞机刹车盘材料、卫星电池用陶瓷
隔膜材料、红外隐身/伪装涂料、陶瓷
轴承、导弹用陶瓷天线罩材料等。

目前
在航空航天中的应用研究主要集中在火
箭喷嘴的耐热材料、太空飞船的隔热瓦、
复合工程陶瓷材料以及宇宙飞船的观察
窗涂层等，尤其是对具有轻质耐热耐烧
蚀高熔点高强度的陶瓷纤维的研制开发
较为关注。

5.结语
当前国家正不断为战略性新兴产业的发展配置资源、政策，作为基础原材料和核心部件的先进陶瓷必然将迎来发展的机遇;同时先进陶瓷还有许多独
特性能等待我们继续去探索，先进陶瓷
的发展潜力巨大。

可以预见，随着科学
技术的发展和人们对陶瓷研究的不断深
入，先进陶瓷在新材料领域中的地位将
逐渐提升。

参考文献：
[1]左振军.“十二五”期间我国无机非金属新材料领域发展重点[J].中国科技投资，2010.
[2]叶国珍，叶宏明.先进陶瓷材料的研究现状与发展趋势[J].今日科技，2002.
[3]赵亚娟.国际先进陶瓷材料研究现状[J].新材料产业,2006.
[4]尧世文、王华、王胜林．特种陶瓷材料的研究与应用［J］．云南冶金，2007.
[5]李安明，王树海．我国工业陶瓷产业化存在的问题及对策．陶瓷工程．1999.
[6]张海鸥,应炜晟,符友恒,等.陶瓷零件增量成型技术的研究进展[J].中国机械工程,2015.
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