中國粉體網訊 先進陶瓷，又稱新型陶瓷、特種陶瓷、精細陶瓷、高技術陶瓷等，它和金屬材料、高分子材料并稱為“三大固體材料”。它是指采用高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料，具有精確的化學組成、精密的制造加工技術和結構設計，并具有優異的力學、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷，從而在航空航天、電子信息、生物醫藥、高端裝備制造等高端科技領域隨處可見。
氧化鋯珠，圖片來源：晶安高科
國內先進陶瓷產業發展之路
我國的先進陶瓷行業發展相對較晚，從20世紀80年代開始，經過“六五”“ 七五”“ 八五”攻關及“863”“ 973”“ 科技支撐”“ 科技部重大專項”等國家級科研項目的投入和研發，突破了高效發動機中以高溫陶瓷為關鍵零部件的技術難題，由此開展了陶瓷材料的組成設計、晶界工程、氣壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、凈尺寸成型等關鍵技術的研發工作，使得此后幾十年，我國在精尖陶瓷制備技術研發和產業化領域取得了巨大發展成果。
進入21世紀后，我國先進陶瓷材料制備技術快速發展，不斷打破國外壟斷和技術封鎖，包括各種燒結技術、成型工藝、粉末制備技術、精密加工工藝和陶瓷與金屬的封接技術等。正是這些裝備技術的研發與應用及科研人員的積極參與，推動了我國先進陶瓷產業的快速發展。在結構陶瓷領域，研制并開發出了耐高溫和抗熱震的氧化鋁坩堝、氧化鋯陶瓷軸承球和研磨球、精密陶瓷劈刀等，產品性能媲美國際先進水平且能產業化生產。功能陶瓷方面，目前功能陶瓷占據我國先進陶瓷市場份額的70%，產品種類多、數量大，例如：集成電路用氧化鋁基片、高導熱氮化鋁基片、高導熱高絕緣BN陶瓷、獨石電容用粉料、微波諧振器陶瓷、特種微晶氧化鋁基片等新材料，在陶瓷電阻、電容、電感、陶瓷封裝基座、陶瓷插芯等領域都發展迅速且已形成規模化產業，為我國工業技術領域提供了關鍵的零部件配套材料。
直徑1010mm高純氧化鋁盤和外徑200mm雙層同心高純氧化鋁圓筒
來源：上海硅酸鹽研究所
近年來，我國對先進陶瓷的研究也得到了國家和各研究機構的高度重視，先進陶瓷隨之進入快速發展期，在精密成型、燒結技術、低成本規模化制備技術等領域不斷打破國外壟斷和技術封鎖，許多現代陶瓷理論和工藝在先進陶瓷的制備中得到應用。
但是，整體來看，我國的先進陶瓷產業除少數達到甚至超過國外同行外， 總體上是明顯落后于發達國家的水平，正面臨一些極為緊迫的問題。
急——鳩占鵲巢，國內市場仍被國外廠商把控
全世界先進陶瓷產品的銷售總額超過300億美元，并以每年10％以上的速度增長，我國的銷售額占比卻不到10%，歐美日陶瓷廠商仍在我國陶瓷市場呼風喚雨，掌握著主要話語權。
特別是近幾年隨著我國5G基站、5G通信、新能源汽車、消費電子、生物醫療、軌道交通、半導體芯片與封裝、機器人與人工智能、工業互聯網的加速發展，對電子功能陶瓷、高性能結構陶瓷、生物陶瓷、納米陶瓷粉體、高端電子陶瓷元器件和結構陶瓷零部件需求巨大，中國已成為全球最大的先進陶瓷市場。接下來，先進陶瓷產業將迎來一個新的爆發增長期，眾多細分領域的國產化替代任務異常緊迫，同時也為我國先進陶瓷的新材料、新產品、新技術的研發和產業化帶來新的挑戰與機遇。
難——落后就要挨打
雖然我國在先進陶瓷材料的開發上取得了不小的成績，與國際先進陶瓷領域領先的國家也拉近了距離，然而在高精密、高性能的粉體制備技術上與發達國家依舊存在較大差距。如：
1、技術以及新產品的成果轉化非常匱乏
全球范圍內大約研制出了200多種陶瓷材料及2000多種相關的應用產品，我國在制備相同材料和產品的條件下，所消耗的成本更高，可靠性更低，大部分停留在實驗樣品而不能規模化生產的階段，所以產品的銷售額與發達國家相去甚遠。
2、高端精細粉體制備及分散技術落后
目前國內先進陶瓷粉末原料生產企業很多，但陶瓷粉末性能通常存在較大的不穩定性，因此直接影響后續批量化制備的陶瓷產品的性能和可靠性。雖然近幾年國內在一些高品質氧化物陶瓷粉末產業化方面已有突破，如山東國瓷和廣東華旺公司采用先進的水熱水解技術生產的納米氧化鋯粉已作為高端生物陶瓷的齒科材料獲得廣泛應用，在國內外均占有較大的市場份額；潮州三環生產的用于手機陶瓷背板的高強度高韌性氧化鋯基專用粉，已成功用于小米6、小米MIX2、等多款手機陶瓷背板，可經受從1m高度不同角度的跌落無破裂。但是我國在其他許多重要的結構陶瓷粉末方面還達不到這種水平，如氧化鋁體系的生物陶瓷、陶瓷基板、真空管殼、耐磨紡織瓷件、電子真空瓷件等所使用的氧化鋁粉末還依賴從日本大明公司、住友公司、昭和電工以及德國納博特公司、安邁公司和法國的一些公司進口。
小米黑色陶瓷背板
3、規模化生產的工藝技術與裝備相對落后
目前國內精細粉體技術領先的企業大多從國外引進先進工藝裝備如氣壓燒結爐、注射成型機、流延機等來提高我國的技術裝備水平，但此類設備的引進，通常要消耗巨大的資金，給企業帶來了很大的經濟壓力，從而限制了先進陶瓷技術產品的發展。例如近幾年快速發展起來的精密注射成型技術，可以制備形狀復雜和內部結構精細的高附加值陶瓷產品，如陶瓷插芯、陶瓷手術刀、陶瓷關節等，但由于國產密煉機和注射機以及模具的耐磨性和可控精度以及后續精密機加工設備等原因，導致一些精密陶瓷部件還無法商業化生產，還需從日本、美國、瑞士進口。
窘——以下重要產品話語權較弱
1、MLCC電子陶瓷高端元器件
MLCC在電子制造業中占據越來越重要的位置，尤其是隨著消費類電子產品、通信、網絡、汽車、工業和國防終端客戶的需求日益增多，全球市場達到百億美元，并以每年10%～15%的速度增長。日本是MLCC的生產大國，日本村田、京瓷、太陽誘電株式會社和TDK-EPC、韓國的三星電機等公司都是全球著名的MLCC生產企業。MLCC的主流發展趨勢是小型化、大容量、薄層化、堿金屬化、高可靠性，單層陶瓷膜已達到0.5μm。
村田MLCC產品
2、高性能微波介質陶瓷及元器件
微波介質陶瓷廣泛應用于移動通信、導航、全球衛星系統、雷達、藍牙技術及無線局域網等領域。由于構成微波介質陶瓷的濾波器、諧振器和振蕩器等元器件在5G網絡中被廣泛使用，其質量在很大程度上決定了微波通信產品的最終性能、尺寸極限與成本。低損耗、高穩定性和可調制的微波電磁介質材料是如今國際上的核心技術，目前微波介質材料和器件的生產水平以日本村田、京瓷和TDK-EPC，美國Trans-Tech等公司為最高。國內武漢凡谷、大富科技、深圳順絡和江蘇燦勤等企業與國際知名大企業相比較，在技術水平、產品品種和生產規模上仍有一些差距。
3、易燒結細晶Al2O3粉體及高端Al2O3制品
許多高端的Al2O3陶瓷產品，如Al2O3體系的生物陶瓷、陶瓷基板、耐磨紡織瓷件和電子真空瓷件等所使用的Al2O3粉末還依賴從日本、德國和美國進口。特別是制備Al2O3含量為99.5%、99.7%、99.8%、99.9%的晶粒細小、結構均勻、機電性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件。國內廠家在Al2O3粉末的雜質含量控制、燒結活性，特別是燒結成瓷后的顯微結構均勻性和材料性能上還具有差距。
4、高純度高活性AlN、Si3N4和SiC等陶瓷粉料
高性能AlN、Si3N4、B4C等非氧化物陶瓷粉末，國內一流的生產供應商稀缺。例如用于制備高強度陶瓷軸承的Si3N4粉末主要依賴從日本宇部興產株式會社進口、半導體芯片封裝用的高導熱基板用AlN陶瓷粉主要從日本德山曹達等公司進口，而高性能的SiC陶瓷粉末還需從法國圣戈班公司進口。
5、高導熱AlN和Si3N4陶瓷基板
隨著新能源汽車、高鐵、風力發電和5G基站的快速發展，這些新產業中所用的大功率IGBT模塊對最新一代的高導熱高強度的AlN和Si3N4陶瓷基板需求巨大。日本京瓷和美國羅杰斯等公司都可批量生產和提供覆銅刻蝕的Si3N4陶瓷基板。
京瓷氮化硅覆銅板
6、生物陶瓷髖關節
生物陶瓷髖關節市場需求巨大，全球平均每2分鐘就有一例陶瓷髖關節置換手術，對該材料性能和可靠性要求非常高，使用壽命可達20年以上。目前，陶瓷髖關節主要由德國賽瑯泰克和日本京瓷等公司生產，國內每年需進口數十萬套。德國賽瑯泰克生產的ZrO2和SrAl12-xCrxO19板狀晶協同增強增韌Al2O3基復相陶瓷材料，其抗彎強度和斷裂韌性分別達到1380MPa和6.5MPa•m1/2。
德國賽瑯泰克公司陶瓷髖關節
7、長壽命高耐磨陶瓷軸承球和軸承
在航天發動機、風力發電和數控機床等高端裝備所使用的陶瓷軸承，不但要求高的力學性能和熱學性能，而且還需優異的耐磨性、可靠性和長壽命。目前國產的Si3N4陶瓷軸承球與日本東芝還有明顯差距，與著名的瑞典SKF、德國FAG和日本KOYO等軸承公司相比，我國的軸承還處于產業鏈的中低端，像風電和數控機床等高端產品還依賴進口。
東芝氮化硅陶瓷軸承
8、切削金屬用陶瓷或金屬陶瓷刀頭
在汽車、冶金、航天航空領域的機械加工中大量使用陶瓷刀頭，據統計市場需求達數十億元，目前大量進口。陶瓷刀具材料包括Al2O3基、Si3N4基、Sialon陶瓷、ZTA和Ti(N，C)體系等，要求具有高硬度、高強度和高可靠性。目前國內企業只能生產少量非氧化物陶瓷刀具，像汽車產業加工用量巨大的氧化物陶瓷刀具還依賴從瑞典Sandvik、日本京瓷和NTK、德國CeramTec等公司進口。
9、大尺寸透明透波陶瓷
在軍工國防用到的透明和透紅外線陶瓷材料，如Y2O3、MgO、AlON、MgAl2O4陶瓷以及具有激光特性的Nd:YAG透明陶瓷。目前我國的技術還限于制備小尺寸產品，而像美國surmet等公司已可制備0.5m以上的大尺寸透明透波陶瓷，我國無論在工藝技術和裝備上與其均有差距。
10、光刻機等半導體設備用精密陶瓷部件
作為半導體生產設備的關鍵部件，Al2O3、AlN和SiC等多種精密陶瓷部件的研發生產直接影響著半導體裝備制造業乃至整個半導體產業鏈的發展。從上表我們可以看到，精密陶瓷部件在化學氣相沉積、物理氣相沉積、離子注入、刻蝕等一系列半導體主要制造環節均有重要應用。ESC靜電吸盤同樣是貫穿于幾大重要環節的關鍵部件，在上表中它雖然沒有歸于“陶瓷件”一類，但據粉體網編輯了解，目前陶瓷材料是靜電吸盤最熱門的主體材料。可以說，精密陶瓷部件是整個半導體產業基礎中的基礎。
碳化硅多孔吸盤，碳化硅組合式框架
（圖片來源：中國建筑材料科學研究總院）
因此，無論從經濟安全角度還是產業成本角度考慮，要突破我國半導體產業面臨的“卡脖子”窘境，必須重視精密陶瓷部件等半導體生產設備關鍵部件的國產化發展。
盼——急需發展具有國際品牌價值或高度專業化的公司
美國、日本、德國、法國、英國等發達國家在先進陶瓷材料這一領域已有一批具有國際品牌價值和影響力的大公司，如美國的CoorsTeK、康寧、賽瑞丹等公司，日本的京瓷、村田、NGK、東芝陶瓷，德國賽瑯泰克(CeramTec)，法國圣戈班公司，英國的摩根公司，這些大公司的產品品質高、種類多。此外上述發達國家還有一批企業具有高度專業化的水準，如專業生產納米氧化鋯粉末原料的日本東曹(Tosoh)公司和專業生產氮化硅粉末原料日本宇部公司(簡稱UBE)，在全球享有盛譽，以至于美國蘋果公司的無線充電的智能手表后蓋，指名必須采用日本Tosoh公司的原料。又例如美國奎斯特技術公司(Quest Technology.LP)其技術核心是注射成型工藝和注射模具的制造，公司生產的產品主要是氧化鋁、氮化鋁、氮化硅及復合陶瓷類等高技術結構陶瓷，其生產最大的特點是精密注射成型生產線和相應的注射摸具加工配套車間，產品精度非常高。
美國Armorline的大尺寸鎂鋁尖晶石透明陶瓷
我國近幾年雖然也涌現了像潮州三環、山東國瓷、順絡電子、中材高新等大公司，在國際上開始產生影響力，但絕大多數陶瓷企業的品牌價值和影響力尚未形成，具有高度專業化的陶瓷公司也比較少。此外，許多中小型陶瓷企業的產品同質化現象嚴重，惡性競爭比較激烈，且產品性能指標達不到國際先進水平，因此還難以進入廣闊的國際市場。
推動我國先進陶瓷產業發展的對策和建議
1、大力發展關鍵戰略材料產業鏈
根據國家戰略要求、市場需求及研發程度，進行初步分類，優先解決具有重大需求且技術相對成熟的材料產業化，然后解決研發周期長或者起步較晚的材料，并制訂短期和長期目標。根據研發程度不同，研發主體也應該不同，處于研發初期的以高校科研院所為主體，以解決相關技術難題及產業化難題為目標；處于產業化初期的以實力雄厚的新材料企業為主體，以提高材料成品率及穩定性為目標；處于產業化成熟階段的企業和行業協會應該制定相關標準，完善新材料的產業鏈，最終實現關鍵材料的產業化應用。
2、優化陶瓷材料產業結構
加快完善相關產業的政策和法律法規體系，制定相關的技術標準體系，完善產業鏈、創新鏈、資金鏈。通過政府對先進陶瓷材料發展的規劃引導，使企業聚焦到國家重點發展的材料產業，防止出現投資碎片化、分散化、內卷化。培育重點龍頭企業，使其掌握核心技術和核心產品。鼓勵企業與科研院所合作，提高資源利用率。
3、加大扶持政策
設立扶持先進陶瓷材料產業發展專項資金，安排一定數量的資金對重點領域進行技術創新和技術改造，對已獲得核心技術專利、成果實現產業化或者市場前景良好的重點產業加大資金支持力度，對在研發領域作出重大貢獻的單位和個人進行獎勵；對相關研發企業實施低稅收政策，尤其是中小型企業，可根據實際情況實行低稅收甚至免稅，使其先立足再發展。
4、加強人才隊伍建設
鼓勵高校、研究所、企業聯合設立先進陶瓷材料產業人才培訓基地，培養制造業急需的科研人員、技術骨干與復合型人才。吸收國外高水平技術人才，建立完善的技術創新激勵機制。鼓勵國際交流與合作，引進國外先進技術，提升自身技術水平。
小結
從陶瓷產業鏈和價值鏈來看，我國先進陶瓷許多企業和產品還處于中低端，總體水平與發達國家相比還有一定差距。但隨著產研界乃至國家層面的不斷重視，以及隨著我國智能終端、新能源汽車、生物醫療、航空航天、半導體等熱點行業的發展，先進陶瓷應用范圍將進一步擴大，可以預見，我國先進陶瓷產業將步入快速發展時期，相關生產企業將迎來新的機遇。
參考來源：
[1]李靜波等.精細陶瓷產業現狀及其計量需求探討
[2]宋濤等.國內外先進陶瓷發展現狀及趨勢
[3]謝志鵬等.國內先進陶瓷狀況與發展機遇和挑戰
[4]張文毓.先進陶瓷材料的研究與應用
[5]楊治華等.中國新材料產業發展報告2021：先進陶瓷材料.今日新材料
[6]謝志鵬等.我國先進結構陶瓷產業分布與發展及面臨的問題與挑戰
（中國粉體網編輯整理/山川）
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