先进陶瓷材料研究现状及发展趋势

1、先进陶瓷材料研究现实状况及发展趋势 发展科 .05.27先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第1页目录先进陶瓷材料概念及分类国内外研究现实状况及发展趋势先进陶瓷制备技术发展情况宜兴先进陶瓷产业发展现实状况先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第2页一、先进陶瓷材料概念及分类传统上，陶瓷概念是指以粘土及其天然矿物为原料，经过粉碎混合、成型、焙烧等工艺过程所制得各种制品。亦称为“普通陶瓷”。 先进陶瓷是“采取高度精选或合成原料，含有准确控制化学组成，按照便于控制制造技术加工、便于进行结构设计，而且有优异特征陶瓷。”先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第3页透明陶瓷灯功效陶瓷：功效陶瓷是含有电、磁、光、热、化学、生物等

2、特征，且含有相互转化功效一类陶瓷。功效陶瓷在先进陶瓷中约占70%市场份额，其余为结构陶瓷。结构陶瓷：是指能作为工程结构材料使用陶瓷。它含有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特征。陶瓷球阀 先进陶瓷可分为结构陶瓷和功效陶瓷两大类。一、先进陶瓷材料概念及分类先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第4页种 类性 能应 用结构陶瓷高温陶瓷800以上长久使用，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、化学稳定性、弹性模量优良高速磨削道具、防弹装备等耐腐蚀陶瓷优良化学稳定性和耐冲刷

3、性能化工设备、舰船潜艇密封、金属液体防护、过滤陶瓷等功效陶瓷电子陶瓷压电、光电、热释电、铁电、绝缘性电子元器件、超高压绝缘子等超导陶瓷超导特征、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、陶瓷传感器、激光器件等生物陶瓷与血液、器官良好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放特征热、电、光、氢储能等先 进 陶 瓷 应 用 性 能 分 析一、先进陶瓷材料概念及分类力学性能物理、化学性能先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第5页一、先进陶瓷材料概念及分类国防冶金电子化工机械航空航天生物医学国民经

4、济新增加点国家经济实力主要标志之一先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第6页二、国内外研究现实状况及发展趋势美国日本欧盟全球第二大先进陶瓷材料生产基地，占全球市场份额20%以上；国家航空和宇航局对结构陶瓷大规模研究与开发；“脆性材料设计”等十大计划；业内著名企业：格鲁曼、杜邦、赛瑞丹全球最大先进陶瓷材料生产基地，占全球市场份额50%以上；功效陶瓷领域垄断国际市场；“月光计划”、300kW陶瓷燃气轮机研制计划等；业内著名企业：京瓷、东芝、旭硝子、住友、村田、东陶市场份额仅次于日本和美国；德国、法国在结构陶瓷领域重点研发；“尤里卡”等研发计划1. 国外研究发展情况先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第7页二、

5、国内外研究现实状况及发展趋势12 %15 18%9. 9 % 7.2%先进陶瓷市场总产值年平均增加率日本美国欧盟总平均值先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第8页功效陶瓷研究得到了国家和各科研院所高度重视进入快速发展期，不停打破国外垄断和技术封锁当代工艺推进了特种纤维、连续纤维复合材料制备技术快速发展纳米技术应用使一些陶瓷材料性能发生根本性改变学科交叉大幅提升了材料性能1980-19901980-19901980-1990进入二十一世纪现在2. 国内研究发展情况二、国内外研究现实状况及发展趋势先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第9页二、国内外研究现实状况及发展趋势太阳能熔融石英方坩埚1101100mm系

6、列产品应用领域：太阳能光伏行业多晶硅铸锭步骤形状要求：大件、壁薄性能要求：密度均匀、强度高、热传导性强、热膨胀系数低先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第10页二、国内外研究现实状况及发展趋势 1） 技术及新产品工程转化极度匮乏即使我国一样能制备出性能良好陶瓷材料，但绝大部分仍停留在试验室样品上，有产品因为成本高及可靠性等问题，市场还不能接收，所以产品销售额与发达国家相比相差甚远。 2）高端粉体制备及分散技术远远落后我国对陶瓷粉料制备仍未引发足够重视，各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”。受部分发达国家限制，国内企业在粉料质量上仍存在较大波动；同时，粉体高效分散技术也存在较大差

7、距。 3）制造装备加工技术落后即使我国引进了国外先进工艺装备，像气压烧结炉、热等静压、注射成型机、流延机等来提升我国技术装备水平，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。存在问题：先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第11页二、国内外研究现实状况及发展趋势产业发展技术保障打破国际垄断，满足产业发展基本需求注模成型、注凝成型、固体无模成型、微波烧结、放电等离子烧结储能陶瓷、环境保护过滤陶瓷、光电陶瓷、功效-结构一体化陶瓷等降低生产成本批量化生产新型成型技术、新型环境保护烧结技术符合“十三五”和工业发展要求基础

8、理论研究和结构设计粉体技术研发及产业化增韧技术重点研发方向突破应用不足关键原因先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第12页三、先进陶瓷制备技术发展情况先进陶瓷材料制备工艺坯体成型坯体烧结精密加工粉体制备先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第13页三、先进陶瓷制备发展情况1. 陶瓷粉体制备方法固相反应法液相反应法气相反应法粉体制备方法活性高 纯度高粒径小后续成型烧 结机械性能显微结构先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第14页三、先进陶瓷制备发展情况粉体制备方法优点缺点细分类固相反应法成本低、便于批量生产反应过程中能量利用率低；粉体粒径大且分布宽，杂质多碳热还原法高温固相合成法自蔓延合成法盐类分解法液相反应法粉料

9、粒径小、活性高；准确控制化学组成；化学掺杂方便，能够合成复合粉体化学沉淀法溶胶-凝胶法醇盐水解法水热法溶剂蒸发法气相反应法粉体纯度高、粉料分散性好、粒度均匀设备投资较大、能耗大、成本高物理气相沉积法化学气相沉积法当前试验室和工业上应用最广泛粉体制备方法先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第15页三、先进陶瓷制备发展情况2. 先进陶瓷成型技术成型技术干法压制成型塑性成型干压成型冷等静压成型挤压成型注射成型热蜡铸成型扎膜成型浆料成型固体无模成型注浆成型流延成型凝胶注模成型原位凝固成型熔融沉积成型三维打印成型分层实体成型立体光刻成型激光选取烧结成型先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第16页三、先进陶瓷制备发展

10、情况（1） 冷等静压成型 冷等静压成型分类工艺缺点优点三、先进陶瓷制备发展情况将粉体放入柔性模具或包套中，经过对其施加各项均匀压力成型干袋式等静压湿袋式等静压成本低、模具简单；生坯强度高；制品密度高,不易变形制品尺寸不准确；复杂形状成型较困难；自动化生产率低（当前国内应用最为广泛、最为成熟工艺）先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第17页冷等静压成型超特高压绝缘子三、先进陶瓷制备发展情况先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第18页流延成型法制备Al2O3陶瓷基片三、先进陶瓷制备发展情况（2） 流延成型坯体制备加工处理料浆制备步骤：料浆薄膜基带刮刀流延成型薄膜制备过程 优点：工艺稳定，生产效率高，自动化程度

11、高，坯体韧性高、强度高，可制备厚度为10-1000m高质量陶瓷薄膜。 缺点：坯体粘结剂含量高，密度小，烧成收缩率高达20-21%。（广泛应用在电容器瓷片、Al2O3基片和压电陶瓷膜片中）先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第19页三、先进陶瓷制备发展情况（3） 其它成型方法成型方法主要应用领域主要产品注射成型小尺寸、高精度、复杂形状陶瓷部件大批量生产领域发动机转子叶片、滑动轴承、陶瓷轴承球、光纤连接器用陶瓷插芯、陶瓷牙、陶瓷手表凝胶注模成型大尺寸薄壁陶瓷或形状复杂产品大规模批量化生产领域大尺寸熔融石英坩埚、薄片Al2O3基片、二氧化锆（ZrO2）陶瓷微珠固体无模成型当前看来，设备昂贵、技术封锁、材料

12、性能不理想，但结合当代智能技术，是该领域未来发展主要方向。CAD设计、3D打印三维立体构件先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第20页三、先进陶瓷制备发展情况3. 先进陶瓷烧结技术宏观改变：体积收缩、致密度提升、强度增加。微观改变：晶粒迁移，尺寸长大，气孔降低。坯体烧结 是指把成型坯体转变为致密体工艺过程。先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第21页三、先进陶瓷制备发展情况烧结状态烧结压力特殊加热原理固态烧结液相烧结常压烧结无压烧结真空烧结热压烧结热等静压烧结气氛烧结微波烧结放电等离子烧结自蔓延烧结坯 体 烧 结 技 术先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第22页热压烧结透明陶瓷三、先进陶瓷制备发展情况（1）

13、热压烧结（HP） 热压烧结 指在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化过程。全进口热压烧结设备价格：31万欧元（￥260万）烧结温度低、时间短制品密度高、性能强优点产品形状单一、生产率低设备价格成本高缺点100200 先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第23页国产化气压烧结氮化硅陶瓷轴承球三、先进陶瓷制备发展情况（2） 气压烧结（GPS） 气压烧结 指在高温烧结过程中对坯料施加1-10Mpa气体压力，抑制了高温下陶瓷材料分解和失重，从而能够提升烧结温度，促进材料致密化。最大优势较低成本制备性能优良、形状复杂共价键陶瓷，并可实现批量化生产。 先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第24页三、先进陶瓷制备

14、发展情况（3） 新型烧结技术烧结技术优点主要应用领域放电等离子烧结烧结温度低，烧结时间短，晶粒细小，致密度高；装置相对简单，能量利用率高，运行费用低，易实现工艺一体化和自动化。磁性材料、透明陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间化合物等微波烧结升温速率快，能源利用率高；加热效率高，产品整体均匀加热；提升产品均匀性和成品率，可对材料进行加热修复或缺点愈合；安全卫生无污染。工程陶瓷、纳米陶瓷、梯度功效材料、金属陶瓷复合材料先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第25页三、先进陶瓷制备发展情况4. 陶瓷精密加工技术造成先进陶瓷精密加工技术已经成为国内外陶瓷领域热点陶瓷材料属于硬脆材料，其特点是：硬度高，脆性大，不变形。

15、加工难度大，稍有不慎就会产生裂纹或者破坏先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第26页三、先进陶瓷制备发展情况力学 化学 光化学 光刻电化学 电解抛光电学 光学 激光加工磨料加工：磨削、研磨、抛光等刀具加工：切割蚀刻：磨削、研磨、抛光等化学抛光电火花加工电子束加工离子束加工等离子束加工陶瓷精加工种类传统加工技术先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第27页陶瓷球阀磨削加工激光切割机 激光打孔机 超声波打孔机先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第28页四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况山东淄博江苏宜兴江西萍乡广东深圳湖南新化河北唐山国家火炬计划宜兴非金属产业基地先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第29页四、宜兴市先进陶瓷

16、产业发展现实状况全市陶瓷材料产业相关企业500多家规模以上企业30多家总应税销售额30多亿元丁蜀镇地域1. 产业总体发展情况其它地区先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第30页结构陶瓷化机厂、王子制陶、杜塞拉姆、海登皇格功效陶瓷电子器件总厂、陶瓷研究所先进陶瓷材料门类齐全四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第31页四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况企业技术包容性强传统技术：热压铸、注浆和干压技术等先进技术：流延、等静压、自动压铸和高压注射等先进企业引领高端技术先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第32页四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况2.创新体系建设情况江苏省宜兴陶瓷产业园江

17、苏省宜兴工业陶瓷科技产业园江苏省宜兴新材料高新技术创业服务中心江苏省宜兴新型陶瓷材料公共技术服务中心江苏省陶瓷耐火产品检测中心国家火炬计划非金属材料特色产业基地产业集聚平台创新服务平台先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第33页四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况全市先进陶瓷材料产业累计认定各级企业研发机构80多家，其中省级工程技术研究中心13家。国家高新技术企业40多家，获批省级以上高新技术产品近60只。负担省级以上科技计划项目40项以上，其中化机厂“满足柴油车国以上排放标准大规格堇青石蜂窝陶瓷载体研发及产业化”、电子器件厂“集成电路封装用多引出端高密度陶瓷外壳研发及产业化”等获批省重大科技结果转化

18、项目，王子制陶、拜富科技等负担国家“863”项目子课题4项，东城陶瓷等负担国家中小企业创新基金项目20余项。近五年创新结果先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第34页四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况3. 存在问题第一，产业层次相对不高，产业链较短。本市陶瓷产品门类较多，但仍以通用型、基础型材料为主，功效化、专用化高端材料产值占比较低，面向下游高端应用领域新型功效性材料开发不够，关键生产装备、关键部件及材料、高端配套产品依然依赖外购，缺乏自主研发能力和高端产品配套能力，低端产品重复度高，价格竞争激烈。第二，受外部环境影响偏大，抵抗风险能力较弱。由通货膨胀引发原材料成本、人口红利引发人力资源成本、市场

19、竞争加剧引发市场营销、物流运输等经营成本连续上涨，不停蚕食着企业利润空间，令本市相关企业生产成本优势和产品价格优势逐步丧失，直接妨碍了陶瓷材料产业增加步伐，而严峻宏观经济环境愈加剧了企业抵抗风险压力。第三，环境保护压力大，资源环境制约显著。政府对资源、能源和环境管理力度在逐年加强，政策上对陶瓷产业发展制约日益显著，全行业节能降耗，治污减排任务十分繁重，关键高档产品用原材料资源担心形势在短期内也难以缓解。先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第35页优化产业发展环境提升行业发展水平壮大产业规模四、宜兴市先进陶瓷产业发展现实状况4. 发展提议先进陶瓷材料研究现状及发展趋势第36页发挥协会作用 优化产业结构 加强政策引导 结合“十三五”规划和工业发展要求，落实落实本市关于陶瓷产业发展工作意见等文件精神 完善金融、财税等扶持政策 加大技术改造，合理设定发展门槛 充分发挥好本市陶瓷材料行业协会服务、协调、自律、监督和管理作用 做好制订产业规划、科技信息交流、