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我國(guó)精細(xì)陶瓷材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及重點(diǎn)研發(fā)材料

日期：2021-04-22 瀏覽次數(shù)：次

精細(xì)陶瓷由于其自身的優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空、航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，成為這些領(lǐng)域發(fā)展的重要關(guān)鍵材料，備受各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的極大關(guān)注，其發(fā)展在很大程度上也影響著其他工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。本文將對(duì)國(guó)內(nèi)外精細(xì)陶瓷概況做簡(jiǎn)單介紹，并為大家列舉十三五期間我國(guó)部分重點(diǎn)研發(fā)精細(xì)陶瓷材料及制備技術(shù)。

一、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及面臨問題

1、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

全球范圍現(xiàn)狀：目前，全球范圍內(nèi)精細(xì)陶瓷技術(shù)快速進(jìn)步、應(yīng)用領(lǐng)域拓寬及市場(chǎng)穩(wěn)定增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)明顯。由于較高的技術(shù)壁壘，精細(xì)陶瓷行業(yè)長(zhǎng)期被日本、美國(guó)及一些具有獨(dú)特技術(shù)的歐洲公司所壟斷。其中，日本是最大的精細(xì)陶瓷生產(chǎn)國(guó)，門類最齊全，產(chǎn)量最大，應(yīng)用領(lǐng)域最廣，綜合性能最優(yōu)，在陶瓷市場(chǎng)特別是電子陶瓷市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷則是美國(guó)精細(xì)陶瓷發(fā)展的重點(diǎn)。此外，歐盟各國(guó)特別是德國(guó)、法國(guó)在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域進(jìn)行了重點(diǎn)研究，主要集中在發(fā)電裝備、新能源材料和發(fā)動(dòng)機(jī)中的陶瓷器件等領(lǐng)域。

氮化鋁是鋁和氮的化合物，是一種熱導(dǎo)率高、具有電絕緣性的性能材料。該產(chǎn)品主要用于會(huì)因熱而導(dǎo)致工作狀態(tài)不穩(wěn)定的半導(dǎo)體等電子零部件的散熱材料，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造裝置部件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械的變頻器、電車及汽車的IGBT底座、環(huán)境及能源等領(lǐng)域。近年來(lái)，作為具有節(jié)能效果的LED的散熱基板材料，也備受矚目。相信懂得的人都知道德山氮化鋁的地位所在。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：我國(guó)幾乎對(duì)所有工業(yè)用精細(xì)陶瓷材料都進(jìn)行了研究和開發(fā)，經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”攻關(guān)及“863”、“973”、“科技支撐”、“科技部重大專項(xiàng)”等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的研發(fā)，我國(guó)精細(xì)陶瓷材料的研究與開發(fā)能力有了顯著的提高。

我國(guó)陶瓷材料制備工藝發(fā)展概況：在粉體制備方面，我國(guó)陶瓷粉體的制備方法主要有固相反應(yīng)法、液相反應(yīng)法和氣相反應(yīng)法3大類。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，通過氣相反應(yīng)法制成的粉體具有表面積大、球形度高、粒徑分布窄等特點(diǎn)，為高性能陶瓷制備提供了基礎(chǔ)保障。

在成形技術(shù)方面，我國(guó)精細(xì)陶瓷行業(yè)采用的主要成形技術(shù)有干法壓制成形中的冷等靜壓成形、塑性成形中的注射成形、漿料成形中的流延成形和凝膠注模成形等。

在燒結(jié)技術(shù)方面，我國(guó)精細(xì)陶瓷行業(yè)主要采用熱壓燒結(jié)(HP)和氣壓燒結(jié)(GPS)技術(shù)，國(guó)內(nèi)在大尺寸氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷方面突破了國(guó)外技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化。

在精密加工技術(shù)方面，電火花加工、超聲波加工、激光加工和化學(xué)加工等加工技術(shù)逐步應(yīng)用于陶瓷加工中。

2、面臨問題

與國(guó)外精細(xì)陶瓷行業(yè)相比，我國(guó)生產(chǎn)的大部分精細(xì)陶瓷產(chǎn)品附加值較低，很多電子整機(jī)中技術(shù)含量較高的陶瓷元件仍需要大量進(jìn)口；原料高純化、元器件高致密、大尺寸、復(fù)雜形狀、陶瓷靶材等問題亟需解決；國(guó)內(nèi)部分材料的性能指標(biāo)尚未達(dá)到國(guó)外同類材料的水平，裝備設(shè)備精度差，高端設(shè)備依賴進(jìn)口；產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合不緊密，實(shí)驗(yàn)室成果缺乏重視，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)嚴(yán)重。

目前我國(guó)高純、超細(xì)、高性能陶瓷粉體制造技術(shù)和工藝與日美等國(guó)家有著較大距離，高端粉體材料依然以進(jìn)口為主。另外，粉體的高效分散技術(shù)也存在較大差距。引進(jìn)高端裝備在一定程度提升了我們的技術(shù)裝備水平，但對(duì)于企業(yè)而言投資大，經(jīng)濟(jì)壓力大。隨著國(guó)產(chǎn)高端制備裝備的發(fā)展，對(duì)可滿足特定材料性能要求的陶瓷材料及部件需求量也越來(lái)越大，但受限于我國(guó)高端陶瓷材料的制造水平，很大程度上還是需要使用進(jìn)口材料。

二、重點(diǎn)研發(fā)材料及制備技術(shù)

1、集成電路用陶瓷基板材料

主要產(chǎn)品：氮化鋁陶瓷基板材料制備技術(shù)，大尺寸高導(dǎo)熱陶瓷基板新材料，超大規(guī)模集成電路制造裝備用結(jié)構(gòu)陶瓷材料。

主要任務(wù)：開展高絕緣大尺寸薄膜高純氧化鋁陶瓷基板整體制備技術(shù)及精密研磨拋光裝備，高導(dǎo)熱基板原料用氮化鋁、碳化硅和鋁基碳化鋁高純粉體加工技術(shù)和設(shè)備，復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅原位成形技術(shù)、氣相沉積技術(shù)及設(shè)備，精密加工技術(shù)及裝備，陶瓷部件在線組裝技術(shù)，集成電路光刻機(jī)微動(dòng)臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用高比剛度、高熱穩(wěn)定性陶瓷制造技術(shù)，800mm級(jí)高精度中空工作部件等相關(guān)技術(shù)和裝備的研制。建成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集成電路用陶瓷基板產(chǎn)品連續(xù)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，解決集成電路用陶瓷基板高端材料依賴進(jìn)口的。

圖氮化鋁陶瓷基板

2、苛刻環(huán)境用高性能陶瓷基過濾材料

主要產(chǎn)品：陶瓷納濾膜材料，多孔陶瓷制造新工藝，陶瓷催化劑新材料。

主要任務(wù)：開展陶瓷材料深孔/通道/微結(jié)構(gòu)超精加工、低粗糙度表面加工、多表面集成加工技術(shù)、多孔陶瓷微觀有序結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)、陶瓷催化劑材料制備技術(shù)，陶瓷納濾膜材料制備技術(shù)的研究，并形成產(chǎn)業(yè)化示范線。

圖山東工陶院高溫陶瓷膜除塵器

3、航空航天用陶瓷基隔熱材料

主要產(chǎn)品：超高溫ZrO2基陶瓷連續(xù)纖維材料，SiO2納米孔隔熱陶瓷材料。

主要任務(wù)：開展溶膠凝膠法一干法牽引仿絲制備超高溫ZrO2基陶瓷連續(xù)纖維材料技術(shù)、SiO2納米孔氣凝膠制備技術(shù)及相關(guān)隔熱材料制造工藝的研制。

4、國(guó)防裝備用超高溫柔性組合隔熱材料

主要產(chǎn)品：高超聲速飛行器用超高溫柔性組合隔熱材料，預(yù)冷吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)換熱器用陶瓷材料。

主要任務(wù)：開展上述材料的設(shè)計(jì)及制備工藝、層狀復(fù)合技術(shù)、超高溫隔熱性能評(píng)價(jià)技術(shù)的研究，形成一系列不同耐溫材料的制備技術(shù)；開展發(fā)動(dòng)機(jī)換熱器用大長(zhǎng)徑比、中空薄壁、致密高強(qiáng)碳化硅換熱部件制備技術(shù)等方面的研究。

5、導(dǎo)彈裝備用透明陶瓷材料

主要產(chǎn)品：大尺寸AlON透明陶瓷材料。

主要任務(wù)：開展高純、超細(xì)、單相γ-AlON粉體的合成制備方法的研制，形成高純AlON(純度﹥99.9％，D50﹤0.3μm)年產(chǎn)的生產(chǎn)規(guī)模，研制透明AlON半球罩光學(xué)陶瓷生產(chǎn)和裝備技術(shù)，并形成產(chǎn)業(yè)化示范線。

圖5 紅外成像導(dǎo)彈頭及導(dǎo)彈引頭氮氧化鋁透明罩子

6、3D打印成形用陶瓷材料

主要產(chǎn)品：激光固化成形陶瓷材料。

主要任務(wù)：開展3D打印用陶瓷材料的基礎(chǔ)理論、材料工藝特性、成分設(shè)計(jì)、制備技術(shù)及成形微觀機(jī)理及激光選區(qū)燒結(jié)陶瓷粉末技術(shù)的研究。開發(fā)系列化的3D打印用陶瓷材料，并形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力；建立完善3D打印零件的材料缺陷檢測(cè)方法與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，形成涵蓋裝備、材料和工藝的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

參考來(lái)源

1、我國(guó)精細(xì)陶瓷材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展路徑的研究；建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所；魏茜茜，夏雪，田怡。

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特種（新型）陶瓷的分類及應(yīng)用領(lǐng)域