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我国精细陶瓷材料产业现状及重点研发材料
日期:2021-04-22    浏览次数:
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精细陶瓷由于其自身的优良性能,被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天和生物医学等领域,成为这些领域发展的重要关键材料,备受各工业发达国家的极大关注,其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。本文将对国内外精细陶瓷概况做简单介绍,并为大家列举十三五期间我国部分重点研发精细陶瓷材料及制备技术。

 

一、产业现状及面临问题

 

1、产业现状

全球范围现状:目前,全球范围内精细陶瓷技术快速进步、应用领域拓宽及市场稳定增长的发展趋势明显。由于较高的技术壁垒,精细陶瓷行业长期被日本、美国及一些具有独特技术的欧洲公司所垄断。其中,日本是最大的精细陶瓷生产国,门类最齐全,产量最大,应用领域最广,综合性能最优,在陶瓷市场特别是电子陶瓷市场中占据主导地位。耐高温结构陶瓷则是美国精细陶瓷发展的重点。此外,欧盟各国特别是德国、法国在结构陶瓷领域进行了重点研究,主要集中在发电装备、新能源材料和发动机中的陶瓷器件等领域。

 

 

氮化铝是铝和氮的化合物,是一种热导率高、具有电绝缘性的性能材料。该产品主要用于会因热而导致工作状态不稳定的半导体等电子零部件的散热材料,广泛应用于半导体制造装置部件、产业机械的变频器、电车及汽车的IGBT底座、环境及能源等领域。近年来,作为具有节能效果的LED的散热基板材料,也备受瞩目。相信懂得的人都知道德山氮化铝的地位所在。

 

国内产业现状:我国几乎对所有工业用精细陶瓷材料都进行了研究和开发,经过“六五”、“七五”、“八五”攻关及“863”、“973”、“科技支撑”、“科技部重大专项”等国家级科研项目的研发,我国精细陶瓷材料的研究与开发能力有了显著的提高。

 

我国陶瓷材料制备工艺发展概况:在粉体制备方面,我国陶瓷粉体的制备方法主要有固相反应法、液相反应法和气相反应法3大类。随着纳米技术的发展,通过气相反应法制成的粉体具有表面积大、球形度高、粒径分布窄等特点,为高性能陶瓷制备提供了基础保障。

 

在成形技术方面,我国精细陶瓷行业采用的主要成形技术有干法压制成形中的冷等静压成形、塑性成形中的注射成形、浆料成形中的流延成形和凝胶注模成形等。

 

在烧结技术方面,我国精细陶瓷行业主要采用热压烧结(HP)和气压烧结(GPS)技术,国内在大尺寸气压烧结氮化硅陶瓷方面突破了国外技术封锁,实现技术国产化。

 

在精密加工技术方面,电火花加工、超声波加工、激光加工和化学加工等加工技术逐步应用于陶瓷加工中。

 

2、面临问题

与国外精细陶瓷行业相比,我国生产的大部分精细陶瓷产品附加值较低,很多电子整机中技术含量较高的陶瓷元件仍需要大量进口;原料高纯化、元器件高致密、大尺寸、复杂形状、陶瓷靶材等问题亟需解决;国内部分材料的性能指标尚未达到国外同类材料的水平,装备设备精度差,高端设备依赖进口;产学研用结合不紧密,实验室成果缺乏重视,与实际应用脱节严重。

 

目前我国高纯、超细、高性能陶瓷粉体制造技术和工艺与日美等国家有着较大距离,高端粉体材料依然以进口为主。另外,粉体的高效分散技术也存在较大差距。引进高端装备在一定程度提升了我们的技术装备水平,但对于企业而言投资大,经济压力大。随着国产高端制备装备的发展,对可满足特定材料性能要求的陶瓷材料及部件需求量也越来越大,但受限于我国高端陶瓷材料的制造水平,很大程度上还是需要使用进口材料。

 

二、重点研发材料及制备技术

 

1、集成电路用陶瓷基板材料

主要产品:氮化铝陶瓷基板材料制备技术,大尺寸高导热陶瓷基板新材料,超大规模集成电路制造装备用结构陶瓷材料。

 

主要任务:开展高绝缘大尺寸薄膜高纯氧化铝陶瓷基板整体制备技术及精密研磨抛光装备,高导热基板原料用氮化铝、碳化硅和铝基碳化铝高纯粉体加工技术和设备,复杂结构碳化硅原位成形技术、气相沉积技术及设备,精密加工技术及装备,陶瓷部件在线组装技术,集成电路光刻机微动台、运动平台用高比刚度、高热稳定性陶瓷制造技术,800mm级高精度中空工作部件等相关技术和装备的研制。建成具有我国自主知识产权的集成电路用陶瓷基板产品连续生产线,实现产业化目标,解决集成电路用陶瓷基板高端材料依赖进口的。


 氮化铝陶瓷基板

 

2、苛刻环境用高性能陶瓷基过滤材料

主要产品:陶瓷纳滤膜材料,多孔陶瓷制造新工艺,陶瓷催化剂新材料。

 

主要任务:开展陶瓷材料深孔/通道/微结构超精加工、低粗糙度表面加工、多表面集成加工技术、多孔陶瓷微观有序结构的制造技术、陶瓷催化剂材料制备技术,陶瓷纳滤膜材料制备技术的研究,并形成产业化示范线。


山东工陶院高温陶瓷膜除尘器

 

3、航空航天用陶瓷基隔热材料

主要产品:超高温ZrO2基陶瓷连续纤维材料,SiO2纳米孔隔热陶瓷材料。

 

主要任务:开展溶胶凝胶法一干法牵引仿丝制备超高温ZrO2基陶瓷连续纤维材料技术、SiO2纳米孔气凝胶制备技术及相关隔热材料制造工艺的研制。

 

4、国防装备用超高温柔性组合隔热材料

主要产品:高超声速飞行器用超高温柔性组合隔热材料,预冷吸气式火箭发动机换热器用陶瓷材料。

 

主要任务:开展上述材料的设计及制备工艺、层状复合技术、超高温隔热性能评价技术的研究,形成一系列不同耐温材料的制备技术;开展发动机换热器用大长径比、中空薄壁、致密高强碳化硅换热部件制备技术等方面的研究。

 

5、导弹装备用透明陶瓷材料

主要产品:大尺寸AlON透明陶瓷材料。

 

主要任务:开展高纯、超细、单相γ-AlON粉体的合成制备方法的研制,形成高纯AlON(纯度﹥99.9%,D50﹤0.3μm)年产的生产规模,研制透明AlON半球罩光学陶瓷生产和装备技术,并形成产业化示范线。


5 红外成像导弹头及导弹引头氮氧化铝透明罩子

 

6、3D打印成形用陶瓷材料

主要产品:激光固化成形陶瓷材料。

 

主要任务:开展3D打印用陶瓷材料的基础理论、材料工艺特性、成分设计、制备技术及成形微观机理及激光选区烧结陶瓷粉末技术的研究。开发系列化的3D打印用陶瓷材料,并形成产业化生产能力;建立完善3D打印零件的材料缺陷检测方法与质量控制标准,形成涵盖装备、材料和工艺的完整产业链。

 

参考来源

1、我国精细陶瓷材料产业现状及发展路径的研究;建筑材料工业技术情报研究所;魏茜茜,夏雪,田怡。

 

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