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先进陶瓷材料有哪些看点值得关注?
发布时间:2023-7-12
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智能手机、液晶电视、电脑、汽车这些产品中都应用了众多尖端的先进技术,而陶瓷在其中同样不可或缺。例如,一部智能手机中使用的微型电子元器件——陶瓷电容器,就有数百上千个之多。但这类陶瓷并不是人们生活中常见的“瓷砖”“瓷碗”,它们是使用高精工艺生产出来的先进陶瓷。

那么,先进陶瓷是什么?有哪些特点和应用?让我们一同来看。

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先进陶瓷与传统陶瓷的区别

陶瓷制品分为普通陶瓷与先进陶瓷两大类,其中的先进陶瓷,又称新型陶瓷、特种陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等,它是指采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料,具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计,并具有优异的力学、声、光、热、电、生物等特性的陶瓷,在航空航天、电子信息、生物医药、高端装备制造等高端科技领域随处可见。

它们的主要区别如下:

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先进陶瓷的分类及应用

先进陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷,具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。功能陶瓷是具有电、磁、光、热、化学、生物等特性,且具有相互转换功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额,其余为结构陶瓷。

先进陶瓷部分应用如下:

1、电子陶瓷

随着信息化产业、电子消费产业的快速发展,工业用电子产品、消费电子产品将保持快速发展趋势,对电子陶瓷的需求巨大,预计到2020年全球电子陶瓷需求将突破400亿美元。电子陶瓷是先进陶瓷中最成熟的技术产品,占先进陶瓷市场份额的65%。主要用于芯片、电容、集成电路封装、传感器、绝缘体、铁磁体、压电陶瓷、半导体、超导等。主要材料有钛酸钡、氧化锌、钛锆酸铅、铌酸锂、氮化铝、二氧化锆和氧化铝等。


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2、生物陶瓷

生物陶瓷是指直接作用于人体或者与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料,广义讲,凡属于生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。作为生物陶瓷材料应具备以下功能:代替人体内有病的或损伤的部分,作为人体先天性缺损部分的代用品,有助于人体内组织的恢复。

生物医用材料目前已成为各国科学家竞相研究和开发的热点,国内生物医学材料和制品70%-80%依赖进口,并基本属于仿制,我国的生物医用材料在全球的市场份额仅占2%,产品技术水平大多处于初级阶段。伴随社会人口的老龄化,到2020年,我国将需要人工关节80万套/年、血管支架160万个/年、眼内人工晶体140万个/年,对生物陶瓷材料需求将会大幅增加。


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生物陶瓷除用于测量、诊断、治疗外, 主要是作为生物硬组织的代用材料, 可应用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳喉鼻科及普通外科等各个方面。

3、纳米陶瓷

近年来纳米陶瓷倍受人们关注。当所选用的原料以及成材后晶粒达到纳米量级时,将为陶瓷材料的制备科学、陶瓷学、陶瓷工艺以及最终的材料性能带来突变,从而开辟陶瓷材料更广泛的用途。

目前纳米陶瓷制备方法有三大类:物理制备法、气相法、湿化学法。制备的纳米陶瓷粉体有:Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂、Si₂N、SiC、BaTiO₃、TiO₂等。纳米陶瓷的研制,带动了一些新的快速烧结设备的开发,如真空烧结工艺、微波烧结工艺和等离子烧结技术(SPS)等。

4、低膨胀陶瓷

热膨胀系数绝对值小于2 ×10⁻⁶ /℃的材料称为低膨胀材料,膨胀系数接近于零的材料为超低膨胀材料。低膨胀陶瓷,特别是零膨胀陶瓷或负膨胀陶瓷,可作为发动机主要部件,航空材料叶片,炉具垫片,电路基片,天文镜坯及天线罩,高温观察窗,精密计量等器件,载体及过滤器,核废料固定化,封接材料等高技术材料。

5、节能环保和新能源领域使用的先进陶瓷

随着经济高速发展、能源需求迅速增加,工业及生活废弃物巨量产生,能源节约和环境保护已经成为国际社会日益关心的重大问题。在能源匮乏和环境恶化日益严重的情况下,先进、高效节能环保技术得以实现的节能蓄热式热力垃圾焚烧炉(RT0)和冶炼行业节能蓄热室用蜂窝陶瓷、热气体净化领域和水处理领域用的陶瓷膜及装备、特高压交流输电技术与装备用的系列超/特高压悬式瓷绝缘子、蓄热换热用的碳化硅陶瓷部件、光伏产业用系列陶瓷制品都将会获得难得的发展契机。

6、航空航天陶瓷

应用主要涉及直升机用防弹装甲陶瓷、飞机刹车盘材料、卫星电池用陶瓷隔膜材料、红外隐身(伪装)涂料、陶瓷轴承、导弹用陶瓷天线罩材料等。目前在航空航天中的应用研究主要集中在火箭喷嘴的耐热材料,太空飞船的隔热瓦,复合工程陶瓷材料以及宇宙飞船的观察窗涂层等,尤其是对具有轻质耐热、耐烧蚀、高熔点高强度的陶瓷纤维的研发极为关注。


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国内相关产业政策的支持

2014年,《国家集成电路产业发展推进纲要》《关于印发2014-2016年新型显示产业创新发展行动计划的通知》等政策颁布,大力推进了集成电路制造企业和显示面板企业自主发展,并引导上下游产业链企业加强协作,全面提高供应链本地化水平。

“十三五”时期,先进陶瓷作为新材料领域重要组成部分,先后进入《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》《工业“四基”发展目录》《产业关键共性技术发展指南》《战略性新兴产业分类》《产业结构调整指导目录》,成为国家新兴产业发展规划的重要一环。先进陶瓷等新材料为我国发展壮大新一代信息技术、高端装备、新材料、生物、新能源汽车、新能源、节能环保、数字创意等战略性新兴产业提供了基础支撑能力。

“十四五”时期,我国继续推动先进陶瓷等新材料产业技术向国际领先水平发展。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出,至2025年,重点新材料总体技术和应用与国际水平同步,部分达到国际领先水平;全面提升新材料产品质量水平与稳定性,中高端产品所占比重大幅提升,整体水平进入全球价值链中高端环节;关键高端材料和高端装备自主研发水平和自主保障能力显著提升,关键短板材料受制于人的问题得到有效缓解。先进陶瓷未来将作为国家战略规划之一将继续得到政策大力支持,并加快向关键技术领域突破,助力我国多类战略性新兴产业发展。


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