中國粉體網(wǎng)訊 先進(jìn)陶瓷材料作為一種高性能的新型材料，正逐漸成為支撐現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。由于其具有高模量、高硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗侵蝕、生物相容性以及優(yōu)異的電絕緣和透光透波等特性，被廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、電子信息、生物醫(yī)療、核電與新能源、機(jī)械化工等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并且將在微電子工業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)、自動化控制和未來智能化技術(shù)等方面發(fā)揮日益顯著的作用。
根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Research and Market預(yù)測，到2024年全球先進(jìn)陶瓷市場規(guī)模將達(dá)1346億美元，年復(fù)合增長率超過8%，全球先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)已達(dá)到數(shù)萬億級的市場規(guī)模。面對先進(jìn)陶瓷的巨大市場與應(yīng)用前景，世界各國均高度重視先進(jìn)陶瓷材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。
美國
美國高溫結(jié)構(gòu)先進(jìn)陶瓷的發(fā)展良好，在航空航天和核能領(lǐng)域應(yīng)用處于領(lǐng)先地位。目前在航天技術(shù)、航空器、核工程、汽車、醫(yī)療設(shè)備及機(jī)械動力等領(lǐng)域處于大范圍使用階段。美國國家航空和宇航局(NASA)在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的開發(fā)和制備技術(shù)方面正在實施大規(guī)模的研究與發(fā)展計劃，將高溫陶瓷基復(fù)合材料制備技術(shù)作為研究重點(diǎn)，其目標(biāo)是將發(fā)動機(jī)熱端部件的使用溫度提高到1650℃或者更高。
同時，美國是結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)大國，更是結(jié)構(gòu)陶瓷最大的消費(fèi)國。其中較大的結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)商是括Coors Tec公司和康寧公司。Coors Tec技術(shù)陶瓷公司是美國技術(shù)陶瓷市場最大的供應(yīng)商，生產(chǎn)各種精密陶瓷部件、電真空陶瓷、半導(dǎo)體工業(yè)用陶瓷基板和半導(dǎo)體設(shè)備用陶瓷部件，其中Coors Tec在半導(dǎo)體設(shè)備用超高純碳化硅陶瓷的全球市場擁有較高份額；康寧公司是晶圓陶瓷、光電材料、高性能特種玻璃、玻璃纖維、光纜以及汽車尾氣過濾器等產(chǎn)品的供應(yīng)商，特別是在蜂窩陶瓷技術(shù)和生產(chǎn)方面，康寧公司處于全球領(lǐng)先地位。
目前，美國已將新型陶瓷材料如納米陶瓷技術(shù)、陶瓷裝甲、環(huán)保陶瓷、核電用陶瓷、透光透波陶瓷等制備技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展方向，且已取得重大進(jìn)展。其中，20世紀(jì)70年代美國陸軍實驗室和Raytheon公司開展了透明ALON的研究，使得Raytheon在20世紀(jì)末成為唯一可以生產(chǎn)高質(zhì)量ALON陶瓷的公司。而后，Surmet公司獲得了技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并通過無壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)實現(xiàn)了批量化大尺寸AlON陶瓷的生產(chǎn)及工程化應(yīng)用。美國賽瑞丹公司(Ceradyne)每年給美國軍方提供的防彈陶瓷裝甲達(dá)到10億美元以上。
歐州
歐州在功能陶瓷領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。歐洲從事陶瓷材料研究和開發(fā)的主要國家(如德國、法國、英國、意大利等)在航天航空所需的耐高溫抗燒蝕陶瓷基復(fù)合材料(如 Cf/SiC、SiCf/SiC)，超高溫陶瓷(ZrB2-SiC、HfB2-SiC)占有優(yōu)勢，歐洲在機(jī)械裝備領(lǐng)域先進(jìn)陶瓷處于領(lǐng)先地位，產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)為應(yīng)用在發(fā)電設(shè)備中的新型材料技術(shù)，如陶瓷活塞蓋、排氣管里襯、渦輪增壓轉(zhuǎn)子和燃?xì)廨嗈D(zhuǎn)子等。
德國：賽瑯泰克公司(Ceram Tec)是德國最大的技術(shù)陶瓷公司，其先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品包括工業(yè)、醫(yī)療兩大類，醫(yī)療產(chǎn)品專注于醫(yī)療植入陶瓷件，工業(yè)產(chǎn)品下游覆蓋汽車、航空、機(jī)械、電子、化工等領(lǐng)域。此外德國還有一批專業(yè)的中小型陶瓷原料公司如Starck公司、燒結(jié)設(shè)備公司如FCT公司。
來源：Ceram Tec官網(wǎng)
法國：圣戈班是一家法國公司，世界百強(qiáng)企業(yè)之一。在先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域，圣戈班陶瓷材料事業(yè)部隸屬于高功能解決方案全球事業(yè)部，主要從事各種先進(jìn)陶瓷材料的研發(fā)生產(chǎn)，涵蓋多個業(yè)務(wù)單元。
英國：摩根公司(Morgan)是全球化的先進(jìn)材料企業(yè)，產(chǎn)品涉及熱產(chǎn)品、碳與技術(shù)陶瓷兩塊。其中熱產(chǎn)品部門又由熱陶瓷、熔融金屬兩大業(yè)務(wù)板塊構(gòu)成；碳與工業(yè)陶瓷部門則分為電子碳素、密封件軸承，以及技術(shù)陶瓷三塊。
瑞典：世界軸承巨頭SKF公司是在20世紀(jì)80年代末期，開始研發(fā)和生產(chǎn)采用陶瓷材料的軸承和密封件產(chǎn)品，2023年SKF在中國第50萬顆應(yīng)用于新能源汽車行業(yè)的陶瓷球軸承正式下線。瑞典Sandvik有先進(jìn)的陶瓷刀具生產(chǎn)線，生產(chǎn)Al2O3基、Si3N4基，以及晶須增韌Al2O3陶瓷刀具。研制成功的SiC晶須增韌Al2O3陶瓷刀具Al2O3+SiCw，晶須的加入使 Al2O3基陶瓷的斷裂韌性提高兩倍多, 同時保留了很高的硬度，這種刀具投入市場，使Al2O3基陶瓷刀具能夠進(jìn)軍對高硬材料有沖擊力的加工。
日本
日本在陶瓷粉體、先進(jìn)陶瓷材料的產(chǎn)業(yè)化和民用領(lǐng)域方面占據(jù)領(lǐng)先地位，日資企業(yè)在全球先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域占據(jù)約50%的市場份額。日本自二十世紀(jì)八十年代以來，將先進(jìn)陶瓷的研發(fā)制造放在國際競爭中的戰(zhàn)略性地位，不斷加大投資力度。在電子陶瓷、光導(dǎo)纖維、高韌性陶瓷、陶瓷敏感原件、泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑膠復(fù)合陶瓷、高性能陶瓷電池和陶瓷發(fā)動機(jī)部件等領(lǐng)域均處于國際領(lǐng)先地位。
與美國對比，日本先進(jìn)陶瓷在功能陶瓷領(lǐng)域研究首屈一指，同時在陶瓷粉體的研究與應(yīng)用也具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。全球高端功能陶瓷粉體市場大多由日本企業(yè)壟斷，如Sakai化學(xué)、NCI化學(xué)、日本德山等。從目前的市場格局來看，在陶瓷粉體市場，AlN粉體日本德山一家獨(dú)大，占據(jù)全球75%的市場份額；氮化硅粉體方面，日本宇部、電氣化學(xué)走在前列。在高性能MLCC陶瓷粉體方面，日系廠商（例如村田）根據(jù)大容量（10μF以上）的需求，在D50為100納米的濕法BaTiO3基礎(chǔ)上添加稀土金屬氧化物改性，制造成高可靠性的X7R陶瓷粉料，最終制作出10μF－100μF小尺寸（如0402、0201等）MLCC。
從全球先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，日本的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋較為全面。與此同時，日本孕育了眾多在各自領(lǐng)域內(nèi)具有顯著話語權(quán)的陶瓷業(yè)巨頭，諸如京瓷、村田、東芝、日本特殊陶業(yè)公司、NGK、昭和電工等知名企業(yè)。特別是京瓷與村田等，作為年銷售額高達(dá)千億級別的先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域的跨國公司，它們在全球范圍內(nèi)均展現(xiàn)出了非凡的影響力和重要地位。
俄羅斯
俄羅斯在先進(jìn)陶瓷的研究開發(fā)和生產(chǎn)方面，基礎(chǔ)扎實，設(shè)施齊全。近些年，俄羅斯在高溫陶瓷材料、透波陶瓷、陶瓷復(fù)合基材料制備及加工技術(shù)、陶瓷3D打印技術(shù)方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。
據(jù)了解，俄羅斯國家科學(xué)技術(shù)大學(xué)的材料科學(xué)家曾經(jīng)研制出一種氰化鉿陶瓷，理論上能承受4200℃高溫。在此之前，世界上公認(rèn)的最耐高溫、最難熔化的人造物質(zhì)是鉭鉿碳化物。另外，俄羅斯采用SHS法（自蔓燃高溫合成技術(shù)）合成的化合物已多達(dá)700種，位居世界領(lǐng)先地位。
2022年，俄羅斯等國家積極探索核熱推進(jìn)技術(shù)、旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)技術(shù)，高溫合金材料、增材制造、高溫陶瓷復(fù)合材料等發(fā)展。同年4月，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院強(qiáng)度物理與材料科學(xué)研究所的研究人員開發(fā)出一種獨(dú)特的陶瓷復(fù)合材料，該材料硬度與金剛石相當(dāng)，可承受高達(dá)2700℃的高溫，未來可應(yīng)用于高超聲速飛行器熱端部件、火箭發(fā)動機(jī)和其他高溫環(huán)境運(yùn)行的多種設(shè)備。8月，據(jù)俄羅斯《消息報》網(wǎng)站報道，俄羅斯工程師在世界上首次開發(fā)出了用陶瓷制造火箭發(fā)動機(jī)的技術(shù)，這種發(fā)動機(jī)比金屬發(fā)動機(jī)更耐高溫，因而效率更高。此外，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院強(qiáng)度物理學(xué)與材料科學(xué)研究所科研人員開發(fā)出了一種能自我修復(fù)缺陷的陶瓷復(fù)合材料，新材料主要是為高能系統(tǒng)和高速飛機(jī)提供熱保護(hù)。
陶瓷3D打印技術(shù)方面，早在2006年，俄羅斯托木斯克理工大學(xué)學(xué)生借助3D打印技術(shù)研制了小型人造衛(wèi)星Tomsk-TPU-120。該衛(wèi)星是世界上第一個由大學(xué)生自主研制的利用3D打印技術(shù)制造的航天器，并成功登上了國際空間站，裝置的外殼利用的是熱塑性3D打印技術(shù)，電池組是通過氧化鋯陶瓷3D打印制作而成，續(xù)航能力更強(qiáng)。
中國
我國的先進(jìn)陶瓷行業(yè)起步較晚，自20世紀(jì)80年代開始，歷經(jīng)多個國家級科研項目如“六五”“七五”“八五”攻關(guān)計劃，以及“863”“973”“科技支撐”和“科技部重大專項”等的大力投入與研發(fā)，我們成功攻克了高效發(fā)動機(jī)中高溫陶瓷關(guān)鍵零部件的技術(shù)難題。在此過程中，陶瓷材料的組成設(shè)計、晶界工程、氣壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)以及凈尺寸成型等關(guān)鍵技術(shù)也取得了顯著進(jìn)展。這些努力使得我國在隨后的幾十年里，在精尖陶瓷制備技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得了重大突破和豐碩成果。
目前，國內(nèi)先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)分布主要集中在廣東、江蘇、山東，江西、湖南、浙江、河南、河北等地。其中廣東、江蘇、山東三省的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)集中度高，在技術(shù)和產(chǎn)品方面競爭力較強(qiáng)。
江蘇的宜興、蘇州、常州等地在精密紡織陶瓷、化工用結(jié)構(gòu)陶瓷、汽車尾氣凈化用蜂窩陶瓷、環(huán)保陶瓷、以及陶瓷軸承和陶瓷濾波器等領(lǐng)域具有優(yōu)勢。
廣東先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)占據(jù)優(yōu)勢地位，特別是在功能陶瓷和中高端結(jié)構(gòu)陶瓷與生物陶瓷領(lǐng)域，已擁有六家先進(jìn)陶瓷上市公司。
山東的淄博和濰坊為工業(yè)陶瓷聚集區(qū)，擁有100余家工業(yè)陶瓷企業(yè)和五大類工業(yè)陶瓷產(chǎn)品，包括耐磨陶瓷內(nèi)襯、環(huán)保陶瓷、陶瓷缸套和球閥、透波石英陶瓷和Si3N4陶瓷、反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷。
隨著中國在泛半導(dǎo)體、新能源等領(lǐng)域全球制造地位日益提高，以及國家大力推動新材料發(fā)展，先進(jìn)陶瓷的市場需求也在不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)向高端化發(fā)展，也孕育出一批實力企業(yè)正走上國際舞臺，例如國瓷材料、三環(huán)集團(tuán)、中材高新、風(fēng)華高科等等。此外，國內(nèi)從事先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷及其陶瓷復(fù)合材料研究與開發(fā)的高等院校和科研院所已達(dá)近100家，為企業(yè)發(fā)展在一定程度上提供了技術(shù)支撐。以清華大學(xué)、上海硅酸鹽研究所為代表的研究單位，它們所研制的透明透波陶瓷、激光陶瓷、超高溫陶瓷、超低溫陶瓷、防彈陶瓷、陶瓷切削刀具、高溫陶瓷基復(fù)合材料的性能都接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，許多技術(shù)和產(chǎn)品已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
來源：
鄭四華等：高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展評價及戰(zhàn)略研究
謝志鵬等：國際先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r
張文毓：先進(jìn)陶瓷材料的研究與應(yīng)用
吳永慶：向先進(jìn)陶瓷材料標(biāo)準(zhǔn)制高點(diǎn)邁進(jìn)
中國工業(yè)報：全球七大最頂尖的新材料強(qiáng)國
科技導(dǎo)報：2022年航天裝備熱點(diǎn)回眸
科技日報、中國粉體網(wǎng)、珂瑪科技招股說明書
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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