先进陶瓷材料的国内发展现状
我国近些年先进陶瓷产业得到了快速发展,取得了一些成就,总体来说,我国先进陶瓷产业的未来是光明的,但还是存在一些技术上难以突破的难题。目前我国先进功能陶瓷产业主要集中在多孔陶瓷、高温防热陶瓷、核用陶瓷、陶瓷基板、电子陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷和装甲陶瓷等方面。
1、多孔陶瓷
国内多孔陶瓷近年来发展迅速,在蜂窝陶瓷、发泡陶瓷和陶瓷膜领域已形成了一批代表性的龙头企业,支撑我国多孔陶瓷技术的发展。其中,奥福环保研发生产的柴油车尾气处理核心部件大尺寸蜂窝陶瓷载体,打破多年来国外厂商对大尺寸蜂窝陶瓷载体制造技术的垄断,填补了国内空白。
国内陶瓷膜行业管式陶瓷膜和平板陶瓷膜发展较快。国内发展了以99%氧化铝陶瓷为支撑体,以氧化铝、氧化锆、氧化钛等为分离层的管式陶瓷膜,通过错流过滤在过程工业(如氯碱化工盐水精制、氨基酸/有机酸分离纯化、中药提取、醋/料酒/酱油提标生产等)、油水分离、废水处理等领域广泛应用。
此外,我国发泡陶瓷近两年也发展迅速,尤其是应用到建筑隔墙材料上,因其大型轻质、保温、高强、隔声、无渗透的性能,代替传统墙体材料,是装配式建筑的极佳选择,未来有过千亿的市场空间,
并且可以极大消纳工业废渣尾矿及江河湖泥,是陶瓷领域消纳固废的一大突破。
2、高温防热陶瓷
在国家政策的支持下,我国高温防热陶瓷研究发展至今,取得了一系列创新性成果。从20世纪80年代开始,以高效发动机和汽轮机中高温陶瓷关键零部件开发为导向的陶瓷材料的组成设计、晶界工程、净尺寸成型、烧结技术研发,为高温结构陶瓷的研究与发展培育了人才队伍、奠定了基础。进入21世纪,高温防热陶瓷的研究得到了国家和各科研院所的高度重视。
但现阶段,超高温陶瓷仍存在技术瓶颈,脆性大等缺陷限制了其应用范围,未来,在原材料选择以及烧结工艺等方面,超高温陶瓷行业还有较大进步空间。另外,国内高温防热结构陶瓷产业分布与区域特色已经形成。伴随着我国先进结构陶瓷材料制备技术的进步和市场的强劲需求,高温防热结构陶瓷产业呈现出良好的发展态势,产品应用涵盖各个领域,在国民经济和工业现代化进程中发挥重要的作用。
目前,我国在某些尖端陶瓷的理论研究和实验水平已经达到国际先进水平。通过对材料组成结构和性能的研究,开发出一系列具有我国自己特色的新材料,主要性能处于国内领先水平,许多方面接近或超过国际先进水平。
3、核用陶瓷
我国先进核用陶瓷材料的生产体系基本完整,产业规模逐步扩大。我国是世界碳化硅原材料的最大生产国,总产量60万吨,占世界产量的50%以上,从粉体到烧结体的产业技术链较为完善。已有一批相关企业与高校、科研院所长期从事相关领域生产与研发,掌握部分核心技术,但对于碳化硅材料在核能技术中的应用这一新领域涉足较浅,尚处于对国际先进水平的跟跑阶段。
碳化硅纤维是未来核工业的战略性新材料之一,我国早期主要在高校实验室进行跟踪研发,产业化起步较晚。虽然近年来我国碳化硅纤维研制单位逐步增加,技术发展速度逐步加快,但是碳化硅纤维总体与国际先进水平仍然存在差距,尤其是第三代碳化硅纤维工程化关键技术还没有完全突破,产业化能力稍弱。
▲碳化硼陶瓷中子吸收体
国内碳化硼陶瓷产业主要集中在工业磨料、军事装甲等应用领域,核工业领域的核级粉体及块体的研发和产业化规模相对较小,特
别是高丰度、高品质碳化硼粉体和块体陶瓷材料的国产化亟待完善和提高。
核电池用陶瓷基选择发射体材料,尚未有明确的市场化前景,国内外均处于实验室研发阶段,在工作机理、体系设计、制备技术、结构优化等方面还有较多基础性与工程性问题需要解决,国内研究主要集中在少数高校与科研院所。
4、陶瓷基板
氧化铝基板经过40多年的发展,已经有较为完善的产业链条,也是目前我国的主要陶瓷基板产品之一,产业地域分布较广,但受限于原料粉体和配套工艺,高端产品(如纯度高于99.6%的氧化铝基板)仍然依赖进口。
氧化铍基板方面,经过几十年的发展,也是较为成熟的产品,但由于其成本和综合性能的问题,适用的场合较高端,市场容量相对有限,且存在毒性问题,生产厂家较少。
氮化铝基板方面也经历了接近20年的发展,相应的技术也较为成熟,在国内市场中占有一定的份额,产业主要分布在台湾、沿海区域和北方地区,近几年,随着资本的进入,国内有较多的企业开始进入该行业,呈现多地开花的局面,产业链也逐渐完善,但受限于核心技术,高端装备领域所采用的氮化铝陶瓷基板仍然主要是进口产品。
对于氮化硅基板而言,属于近10年内开发的技术,成熟度较低,目前,国内市场采用的主要是进口产品,近几年少数国内企业也进行技术引进和自主研发,并且有一定的成效,但总体而言,与国际主流厂商尚有明显的差距。
5、电子陶瓷
目前,我国已经成功研制出了一大批具有自主知识产权的新型电子陶瓷和元器件,在制备技术方面也有所突破,例如制备高纯度高活性纳米粉体,纳米/亚微米晶陶瓷和微观结构的研究及控制,成功研制出具有高性能的多层陶瓷电容器(MLCC)陶瓷材料,已经开发出性能指标达到国际先进水平的新型高性能多层陶瓷电容器。
对于电子陶瓷来说,其发展的整体趋势是小型化、高频化、频率系列化、集成化、多功能化,此外还需要具有较高的稳定性,以确保陶瓷材料在不同的外场环境下都能稳定地工作;对于铁电压电陶瓷材料来说,压电器件逐渐会向小型化、薄膜化和集成化方面发展,研究出能在太空等较为严格的环境中工作的器件。随着技术的进步,电子陶瓷材料的研究成果和新产品不断涌现,拥有良好的产业化应用前

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