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。 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: 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。
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。
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。
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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