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國内外先進陶瓷材料産業發展現狀

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國内外先進陶瓷材料産業發展現狀

發布日期:2017-06-03 作者: 點擊:

  1905年,德國人率先開始了氧化鋁刀具的研究,1912年,首款氧化鋁陶瓷刀具率先由英國人發明,20世紀20年代後期,先進陶瓷材料逐步走進研究人員的研究視線。從最初的主要用于軍事領域的結構陶瓷發展到軍事、民用結構陶瓷、功能陶瓷的研究;從最初偏重與陶瓷材料的制備發展到對陶瓷粉體、顯微結構的系統分析,先進陶瓷材料的種類和應用在各領域取得了重大突破。20世紀60年代美國材料顧問委員會對材料制備領域進行了調研得出的重要結論是:“為了實現材料均勻的、可重複的無缺陷顯微結構,提高材料性能的可靠性,陶瓷制備科學研究十分必要”。20世紀70年代以陶瓷發動機為背景,各國競相加大了對陶瓷材料研究與開發的投入,對先進陶瓷材料的研究取得了長足的進步。從技術上講,陶瓷材料已經能夠基本滿足各種苛刻條件下(包括陶瓷發動機部件在内)使用的要求, 陶瓷材料的研究轉向材料性能穩定性、結構與功能性一體化、低成本制備工藝等方面,各國仍在繼續增加對陶瓷材料的研究與投入。進入21世紀以來,各國競相開發不同陶瓷材料在不同領域的應用,随着裝備水平的提高,通過不斷地實驗、研究和質量控制等成功實現了陶瓷材料産品的批量化穩定生産與制備。

  從材料産業上講,先進陶瓷已形成一個巨大的高技術産業,目前全球各類先進陶瓷材料及其産品的市場銷售總額超過500億美元,年增長率達8%。美國、法國、德國與日本在該領域整體上處于領先地位,而歐洲其它各國、韓國、中國大陸與台灣地區正從不同的研究領域展現出各自的優勢。


  美國

  近50年來,美國在先進陶瓷領域的研究工作取得了一系列突破,推動了陶瓷技術的快速發展,對經濟和社會發展也産生了深遠的影響。1994 年克林頓政府在先進陶瓷研究方面增加了15%的科研預算,旨在強化國際競争能力、保護環境、開發新型輸送機構。1998年美國先進陶瓷市場總份額接近75億美元。從20世紀90年代後期一直到2000年,美國先進陶瓷市場銷售額穩步發展,年平均增長率達到8%。進入2001年,随着美國經濟進入衰退,先進陶瓷的市場需求大大縮水。2003-2007年,随着美國經濟的複蘇,先進陶瓷材料産業的市場需求出現反彈,年增長率達到7%,先進陶瓷市場銷售額超過110億美元。2012年,先進陶瓷産業的市場銷售額突破126億美元。

  美國先進陶瓷發展的重點為高溫結構陶瓷,結構陶瓷産量的增速最快,每年增加13.5 % 。 目前在航天技術、汽車、航空器、核工程、醫療設備及機械動力等方面進入大範圍使用階段。以氮化矽,碳化矽,氧化锆陶瓷為主的精密材料陶瓷制品産量占世界總量的60%以上 。美國生産的陶瓷軸承工作溫度高達1 300℃,其工作強度為普通金屬軸承的5倍以上 。 美國研制的生物陶瓷産品也已大量用于骨骼修複,瓷牙修補的臨床應用。目前美國先進陶瓷工業界還加緊軍用先進陶瓷的研制開發,逐步加強在軍事領域的應用。


  日本

  自20世紀80年代以後,日本在材料科學領域一直走在世界的前沿,特别是在先進陶瓷材料方面占有領先、突出的地位。盡管日本和歐美乃至中國在傳統陶瓷材料研究方面水平相差并不大,但在新型陶瓷材料的産業方面日本在世界上占有絕對領先的優勢。

  日本是世界上先進陶瓷最大的生産者,到2000年,陶瓷産量增長42%,而到2005年增加74%。2000年日本陶瓷産業的産值占據了整個日本傳統産業的50%,先進陶瓷市場而成為這一領域的領頭羊。對比與美國,日本先進陶瓷在功能陶瓷領域研究首屈一指,在結構陶瓷及陶瓷粉體的研究與應用在具有較強的競争優勢。

  日本近年來一直将先進陶瓷看作是決定未來競争力前途的高科技産業,不餘遺力地不斷加大投資力度。其生産的先進陶瓷敏感元件已占據國際市場主要份額。包括熱敏、壓敏、磁敏、氣敏、光敏等在内的各種先進陶瓷産品壟斷着一大部分市場。日本正在試驗高性能陶瓷電池,它是采用固态陶瓷材料代替酸性電解液,重量較傳統電池減輕2/3,且污染小,尤适宜用于汽車及航空航天工業需要。


  國内先進陶瓷材料産業發展現狀

  我國從20世紀50年代初從研究氧化鋁陶瓷刀具為切入點,開始從事先進陶瓷材料的研究 。 20世紀60年代開始研究從事碳化矽陶瓷及、壓電陶瓷與鐵電陶瓷的研究;20世紀60年代中期開始氮化矽和碳化矽陶瓷的研究,為我國先進耐火材料的研究奠定了良好的基礎;20世紀70年代随着國際上先進陶瓷跨越式的發展,國内諸多高校和科研院所開始重視先進陶瓷材料研究,取得了一系列創新性成果。20世紀末,我國獨創性地将纖維補強陶瓷基複合材料應用于戰略導彈和各類衛星天線窗的保護框上,這是國際上纖維補強陶瓷基複合材料的首次實際應用。

  我國在所有先進陶瓷材料領域進行着研究、開發和生産,自上世紀80年代,以發動機用陶瓷零部件的研制為契機,研制成功了一系列新的陶瓷材料,并在先進陶瓷的應用方面也取得了令人矚目的成績。普通電子陶瓷和結構陶瓷如IC基闆、電容、電阻、電感、磁性材料 、蜂鳴、濾波器等壓電陶瓷無線電頻率元件,中鋁瓷,高鋁瓷,電真空瓷,紡織瓷件 , 電熔石英、電熔剛玉等,在我國已能大批量生産,産品質量穩定,并占領一定的國際市場 。 但大部分産品仍以價格優勢提升競争力,有待進一步提升産品的技術附加值。1990年我國研制成功的無水冷陶瓷發動機裝在大客車中完成了上海到北京往返3 500km的道路試車 。 以高溫超導陶瓷為代表的諸多技術在尖端高技術陶瓷的理論研究和實驗水平處于世界先進行列。

  雖然我國先進陶瓷材料開發上取得了長足的進步,與國際先進陶瓷領域領先的國家距離進一步縮小,但仍缺乏批量化、低成本、高效的制備優質先進陶瓷材料的先進技術、裝備和管理水平。我國先進陶瓷材料的開發大都是結合國防和國民經濟上的需要,具有獨立的技術特色。然而,縱觀我國先進陶瓷領域的發展現狀,國内先進陶瓷材料在各領域内的應用總的來說還與國際發達國家相比還有明顯的差距,特别是技術和産業化方面,滿足不了國民經濟迅速發展的要求。在全球數百億美元的先進陶瓷年銷售額中,中國銷售額僅占1~2%。因而,目前世界最先進的高附加值的先進陶瓷産品,特别是高端裝備中大量的陶瓷元件仍需進口,如手機中使用的片式壓電陶瓷濾波器,風力發電機陶瓷絕緣軸承和高端超細納米粉體等。


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