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全球先進(jìn)陶瓷材料的應(yīng)用趨勢(shì)預(yù)測(cè)
隨著5G時(shí)代的到來(lái)，陶瓷材料將迎來(lái)新一輪快速發(fā)展。先進(jìn)陶瓷，又稱(chēng)為高性能陶瓷、精細(xì)陶瓷、高技術(shù)陶瓷等，是指采用高純度、超細(xì)人工合成或精選的無(wú)機(jī)化合物為原料，具有精確的化學(xué)組成、精密的制造加工技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有優(yōu)異的力學(xué)、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷。
由于先進(jìn)陶瓷特定的精細(xì)結(jié)構(gòu)和其高強(qiáng)、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、鐵電、聲光、超導(dǎo)、生物相容等一系列優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空、航天、生物醫(yī)學(xué)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。先進(jìn)陶瓷的發(fā)展是國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，其研究、應(yīng)用、開(kāi)發(fā)狀況是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一。
先進(jìn)陶瓷是“采用高度精選或合成的原料，具有精確控制的化學(xué)組成，按照便于控制的制造技術(shù)加工、便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且有優(yōu)異特性的陶瓷”。按其特性和用途，可分為2大類(lèi)：結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。
結(jié)構(gòu)陶瓷是指能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的陶瓷，它具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、抗熱震等特性；結(jié)構(gòu)陶瓷大致分為氧化物系、非氧化物系和結(jié)構(gòu)用陶瓷基復(fù)合材料。功能陶瓷是指具有電、磁、光、聲、超導(dǎo)、化學(xué)、生物等特性，且具有相互轉(zhuǎn)化功能的一類(lèi)陶瓷。功能陶瓷在先進(jìn)陶瓷中約占70％的市場(chǎng)份額，其余為結(jié)構(gòu)陶瓷。
國(guó)內(nèi)外先進(jìn)陶瓷的研究發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比
美國(guó)：
重點(diǎn)發(fā)展高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，目前在航天技術(shù)、航空器、核工程、汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備及機(jī)械動(dòng)力等領(lǐng)域處于大范圍使用階段。從2000年開(kāi)始，美國(guó)先進(jìn)陶瓷協(xié)會(huì)和美國(guó)國(guó)家能源部聯(lián)合資助并實(shí)施了為期20年的美國(guó)先進(jìn)陶瓷發(fā)展計(jì)劃，預(yù)期目標(biāo)是：到2020年，先進(jìn)陶瓷以其優(yōu)越的高溫性能、可靠性以及其他獨(dú)特性能，成為一種經(jīng)濟(jì)適用的首選材料，并廣泛應(yīng)用于節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物醫(yī)藥、高端裝備制造、新能源和新能源汽車(chē)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，需求者根據(jù)應(yīng)用要求可以選擇使用具有優(yōu)越性?xún)r(jià)比的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品。美國(guó)國(guó)家航空和宇航局（NASA）在結(jié)構(gòu)陶瓷的開(kāi)發(fā)和加工技術(shù)方面實(shí)施了大規(guī)模的研究與發(fā)展計(jì)劃，重點(diǎn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、民用熱機(jī)中的關(guān)鍵閉環(huán)實(shí)現(xiàn)陶瓷替代，同時(shí)對(duì)納米陶瓷涂層、生物醫(yī)學(xué)陶瓷和光電陶瓷的研究、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行資助。
日本：
近年來(lái)，日本將先進(jìn)陶瓷作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，將其看作是決定未來(lái)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高科技產(chǎn)業(yè)，不斷加大投資力度。在電子陶瓷、光導(dǎo)纖維、高韌性陶瓷等先進(jìn)陶瓷材料方面，日本均處于領(lǐng)先地位。日本生產(chǎn)的先進(jìn)陶瓷敏感元件已占據(jù)國(guó)際市場(chǎng)主要份額，包括熱敏、壓敏、磁敏、氣敏、光敏等在內(nèi)的各種先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品壟斷著大部分市場(chǎng)；在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑膠復(fù)合陶瓷以及各種先進(jìn)陶瓷材料與陶瓷部件研發(fā)，高性能陶瓷電池、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)等研發(fā)開(kāi)發(fā)方面，均處于領(lǐng)先地位。
歐盟：
歐盟各國(guó)以功能陶瓷和高溫結(jié)構(gòu)陶瓷為主要研究對(duì)象，目前研究的重點(diǎn)為發(fā)電設(shè)備中應(yīng)用的新型材料技術(shù)，如陶瓷活塞蓋、排氣管里襯、渦輪增壓轉(zhuǎn)子及燃?xì)廨嗈D(zhuǎn)子等。此外，歐盟部分國(guó)家在先進(jìn)陶瓷機(jī)械、裝備方面優(yōu)勢(shì)明顯。
國(guó)內(nèi)：
20世紀(jì)80年代到90年代初，許多現(xiàn)代陶瓷理論和工藝在精細(xì)陶瓷的制備中得到應(yīng)用。利用和金屬材料的相變理論、仿生學(xué)等學(xué)科的交叉使得材料的性能得到了大幅的提高，研制的纖維補(bǔ)強(qiáng)復(fù)相陶瓷，陶瓷基復(fù)合材料的韌性得到較大提高，通過(guò)仿生學(xué)在精細(xì)陶瓷制備工藝中得到應(yīng)用，層狀材料得到較大發(fā)展。
聚合物裂解轉(zhuǎn)化、化學(xué)氣相沉（滲）積、溶膠工藝的采用，使得特種纖維的制造、連續(xù)纖維復(fù)合材料制備技術(shù)快速發(fā)展。納米技術(shù)在陶瓷中的應(yīng)用使材料性能發(fā)生根本性變化，使某些陶瓷具有超塑性或使陶瓷的燒結(jié)溫度大大降低。
進(jìn)入21世紀(jì)，功能陶瓷的研究也得到了國(guó)家和各科研院所的高度重視。從1995—2015年我國(guó)先進(jìn)陶瓷產(chǎn)值及預(yù)測(cè)可以看出，我國(guó)先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期，預(yù)計(jì)到2015年產(chǎn)值可達(dá)到450億元。精密小尺寸產(chǎn)品、大尺寸陶瓷器件的成型、燒結(jié)技術(shù)、低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)，陶瓷加工系統(tǒng)等領(lǐng)域不斷打破國(guó)外壟斷和技術(shù)封鎖。
例如凝膠注模工藝生產(chǎn)的大尺寸熔融石英陶瓷方坩堝打破了美國(guó)賽瑞丹、日本東芝和法國(guó)維蘇威3大公司的技術(shù)壟斷，在2007年率先實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，通過(guò)近5年的不斷發(fā)展，已經(jīng)形成110～1100mm系列產(chǎn)品，產(chǎn)能居于全球第1位。
但是，國(guó)內(nèi)先進(jìn)陶瓷總體水平與美國(guó)、日本和德國(guó)相比還存在一定的差距。主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：
技術(shù)及新產(chǎn)品工程轉(zhuǎn)化極度匱乏
世界上開(kāi)發(fā)了200多種陶瓷材料及2000多種應(yīng)用產(chǎn)品。雖然我國(guó)同樣能制備出性能良好的陶瓷材料，但絕大部分仍停留在實(shí)驗(yàn)室樣品上，有的產(chǎn)品由于成本高及可靠性等問(wèn)題，市場(chǎng)還不能接受，所以產(chǎn)品的銷(xiāo)售額與發(fā)達(dá)國(guó)家相比相差甚遠(yuǎn)。
高端粉體制備及分散技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后
我國(guó)對(duì)陶瓷粉料的制備仍未引起足夠的重視，多種陶瓷粉料尚無(wú)專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，許多企業(yè)不得不“自產(chǎn)自銷(xiāo)”。例如：高純氧化鋁粉，日本企業(yè)99.99%氧化鋁粉燒結(jié)溫度只需1300℃，而國(guó)內(nèi)需要到1600℃以上；高純氮化硅粉仍受到日本UBE和德國(guó)H.C.Stark的限制，國(guó)內(nèi)企業(yè)在粉料質(zhì)量上仍存在較大的波動(dòng)。同時(shí)，粉體的高效分散技術(shù)也存在較大差距。
制造裝備加工技術(shù)落后
雖然我國(guó)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的工藝裝備，像氣壓燒結(jié)爐、熱等靜壓、注射成型機(jī)、流延機(jī)等來(lái)提高我國(guó)的技術(shù)裝備水平，但因投資大，在經(jīng)濟(jì)上給企業(yè)造成了很大壓力，從而限制了先進(jìn)陶瓷的發(fā)展。而國(guó)內(nèi)仿制設(shè)備因加工水平差距，可靠性和穩(wěn)定性暫時(shí)無(wú)法與國(guó)外產(chǎn)品相比。
我國(guó)在“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃中明確指出大力發(fā)展新型功能與智能材料、先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料、納米材料、新型電子功能材料、高溫合金材料等關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。實(shí)施高性能纖維及復(fù)合材料、先進(jìn)稀土材料等科技產(chǎn)業(yè)化工程。掌握新材料的設(shè)計(jì)、制備加工、高效利用、安全服役、低成本循環(huán)再利用等關(guān)鍵技術(shù)，提高關(guān)鍵材料的供給能力，搶占新材料應(yīng)用技術(shù)和高端制造制高點(diǎn)。
同時(shí)，對(duì)先進(jìn)陶瓷主要應(yīng)用領(lǐng)域新能源、電子信息、環(huán)境保護(hù)、高端機(jī)械制造等同樣提出了規(guī)劃要求，將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)先進(jìn)陶瓷向規(guī)模化、應(yīng)用化、高端化發(fā)展。
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