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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