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陶瓷材料(先进陶瓷研发和产业发展现状)

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

先进陶瓷作为新材料产业的代表、也作为国家大力发展的重要分支，近年来发展比较迅速，结构陶瓷、功能陶瓷、电子陶瓷、半导体陶瓷、稀土陶瓷等技术、市场都在快速和高质量的发展。但是国内先进陶瓷粉体的整体研发和产业化能力、先进陶瓷的精细制作和中高端应用能力与国外相比还存在一定的差距，存在的差距体现在哪些方面，这些差距产生的原因有哪些，未来我国先进陶瓷产业的出路以及对我国先进陶瓷产业未来的发展建议，这些都是非常值得思考的问题，下面我将会依次从先进陶瓷的定义、分类和战略地位，先进陶瓷的研发和产业化发展现状，先进陶瓷研发和产业化问题解析以及先进陶瓷的战略思考与发展建议依次讲解

【先进陶瓷的定义、分类和战略地位】

一、先进陶瓷的历程

纵观人类的发展历程，我们依次经历了石器时代、青铜时代、铁器时代、蒸汽时代、电气时代、信息时代，以及现在的新材料时代，整个人类的发展史其实也是材料的发展史。20世纪步入新材料时代之后，材料也从之前传统的无机非金属发展到如今的先进陶瓷。先进陶瓷官方记录的应用发展始于德国，其1905年率先开始氧化铝刀具的研究，1912年首款氧化铝刀具在英国诞生，我国在50年代才开始从事氧化铝陶瓷陶瓷刀具的研究，直到20世纪末我国才在某些军用领域实现技术反超，21世纪以来各国已先后成功实现了先进陶瓷材料以及产品的批量化稳定生产与制备。

二、先进陶瓷的定义

先进陶瓷普遍定义是：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，是由金属元素（Al、Zr、Ca等）和非金属元素（O、C、Si、B等）组成的氧化物或非氧化物，由离子键和共价键共同结合的陶瓷材料。

但各个国家、部委、联盟、协会、学会、智库等对于先进陶瓷的定义及范围都不同，所以统计的数据也都会有所不同，例如美国、中国、日本、德国的先进陶瓷的定义及范围就差异非常大，因此数据统计和对比时应该多注意数据的清洗，要不很难得出有效和正确的结论。中国和日本先进陶瓷的定义及范围差异也较大，而我们先进陶瓷往往又都与日本进行对比，更应该注意定义及范围的不同，如果想从根本上解决以上问题未来需要进行注意和必要时统一定义及范围，再进行数据的统计和对比。

三、先进陶瓷的溯源

国家新材料领导小组提出的新材料产业目录中指出，新材料产业的类型分为三类：先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料，先进基础材料的具体分类包括先进钢铁材料、先进有色金属材料、先进无机非金属材料等，其中先进陶瓷就隶属于先进无机非金属材料。另外从国民经济分类来看，先进陶瓷隶属于新材料中的高科技产品目录。

四、先进陶瓷的分类

从应用角度来看，先进陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷，其中结构陶瓷具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐腐蚀、抗热震等特性，主要作为工程结构材料使用，又可以包括高温陶瓷、高强陶瓷、超硬陶瓷、耐蚀陶瓷。功能陶瓷具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷，可以包括电子陶瓷、超导陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷。

日本对于先进陶瓷的定义、分类和范围与国内不同。先进陶瓷在日本最接近的定义叫做精细陶瓷（Fine Ceramic），其将精细陶瓷分为原始粉末和部件材料，定义与应用与国内也存在很大差别。

日本于1982年在通商产业省（现为经济产业省）下设立了FC室（Fine Ceramic），并于同年成立了精细陶瓷协会（现为日本精细陶瓷协会，JFCA）；日本精细陶瓷（Fine Ceramic）的定义：经过严密组分、构造、形状等控制工艺构成，在某个阶段历经高温操作的无机非金属产品以及原料中间体；精细陶瓷分为：原料粉末（FC原料）和部件材料（FC部材）；FC原料定义：对不定形原料（原料粉末、化学成分、粉体物性等作为指标构成交易对象）分别按其组分加以分类统计。但特定形态的原料（单晶体，纤维，晶须等物理形态构成主要交易卖点）不归为此类。FC原料分为两类：“氧化物材料”和“非氧化物材料”；FC部材：根据使用的领域，大致分为电磁、光学、机械、热学、核电相关、化学、生命/生物及生活文化、通用和其他部材等。

从成分来看，先进陶瓷大致可以包括Al2O₃、ZrO₂、SiO₂、TiO₂、AlN、Si3N4、BN、SiC、BaTiO₃等几种，每种材料的特性及应用不尽相同。

五、先进陶瓷的材料技术

现阶段，先进陶瓷粉体的制备技术由于原理的不同主要分为三种：固相法、液相法、气相法，其中液相法又可以包括沉淀法、醇盐水解法、水热法、溶胶凝胶法，各个方法都有自己优势和劣势。以氧化锆为例，制备工艺先后经历碱熔法、石灰烧结法、直接氯化法、等离子体法、电熔法、氟硅酸钠法，20世纪80年代以来，纳米级氧化锆粉体制备技术引发了国内外学术界广泛关注，随着精细陶瓷的发展，前后出现了水解法、沉淀法、水热法、sol-gel法、喷雾热解法等多个制备方法。

先进陶瓷的成型技术发展至今，可根据成型用料的状态分为干压成型、等静压成型、挤压成型、轧膜成型、注射成型、注浆成型、注凝成型、流延成型等几种。对于造粒粉料，成型方法可以有干压成型、等静压成型等；对于塑性料，可以有挤压成型、轧膜成型、注射成型等；对于浆料来说，成型方法可以为注浆成型、注凝成型、流延成型等。以上均为应用较广泛的成型技术，随着材料化学、计算机技术的发展，为先进陶瓷成形技术注入了新的活力，一些新技术如离心沉积法、电泳沉积法、直接凝固注模成形法和固体无模成型法（喷墨打印技术、3D打印技术、立体光刻成型技术）等相继涌现出新型成型技术。

六、先进陶瓷的性能

先进陶瓷性能基本可以分为三大类指标：物化指标（比表面积、配方成分、水分、灼减等）、功能指标（绝缘阻抗、抗折强度、各向异性、介电常数、热导率等）、应用指标（高韧性、高强度、微型化、高容量等），特殊情况下，甚至还包括一些隐含指标，例如各个指标的稳定性要求等。

三大指标之间的关系是非常重要的，很多时候大家把各种性能指标都混乱在一起，就无法有效的进行基础研究和应用研究成果的转化，所以想把复杂的事物或者混沌的事物的简单化或者单纯化，那么逻辑拆解就十分重要，而三大指标的方式就是进行简单化或单纯化的逻辑拆解。这样我们就能把基础研究中对于指标认知、研究深度的东西进行区分，而应用研究中的应用平台也可以把功能指标和应用指标的认知、研究深度的东西进行区分，应用研究中的应用中心也可以把物化指标、功能指标、应用指标之间关联、认知宽度、研究宽度以及和商品匹配度方面的内容进行缺什么和差多少的梳理，整个产品的研发过程逻辑就能够非常清晰，也能够更好的进行产品研发的分工与协作。

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