從二十世紀八十年代開始,以高效發動機和燃汽輪機中高溫陶瓷關鍵零部件開發為導向的陶瓷材料的組成設計、晶界工程、凈尺寸成型、燒結技術研發,為先進結構陶瓷的研究與發展培育了人才隊伍、奠定了基礎。
此后三十年,我國在高技術陶瓷制備技術研發和產業化方面取得巨大進展。目前已可以制備各類新型結構陶瓷材料和生產各種復雜形狀的陶瓷部件,其中一部分結構陶瓷產品已出口海外。另外,國內先進結構陶瓷產業分布與區域特色已經形成。伴隨著我國結構陶瓷材料制備技術的進步和市場的強勁需求,結構陶瓷產業呈現出良好的發展態勢,新一代結構陶瓷產品的應用涵蓋各個領域,在國民經濟和工業現代化進程中發揮重要的作用。
先進結構陶瓷產業地域分布
國內先進結構陶瓷產業主要集中在廣東、江蘇、山東以及湖南、浙江、江西、河南、遼寧等地,其中廣東、江蘇、山東、江西、湖南五省的結構陶瓷集中度高,在技術和產品方面具有競爭力。一批有實力的企業得以涌現;同時許多專業技術型的中等規模企業也快速發展。此外還有數百家具有特色的小型結構陶瓷企業。
先進結構陶瓷產業主要分布區域
廣東省的深圳、佛山、潮州、東莞、汕頭等地區的先進陶瓷企業在陶瓷零部件制造上具有一定優勢,如光通訊陶瓷插芯、手機陶瓷背板、電子穿戴產品用陶瓷表殼、電子封裝陶瓷基板、高強度陶瓷柱塞、陶瓷球閥、陶瓷精密零部件、高溫陶瓷棍棒等占據了高附加值工業陶瓷產品的很大市場。目前共有企業大約200多家,其中發展出一些在國際上具有一定競爭力的大公司或上市公司,如潮州三環、東方鋯業、佛山市陶瓷研究所股份有限公司、順絡電子旗下的東莞信柏結構陶瓷公司等,還有一批像深圳商德這類在陶瓷精密成型與精密加工有特色的中小型企業。
江蘇的宜興、蘇州、常州、常熟等地區在精密紡織陶瓷零部件、精密陶瓷軸承球、化工用結構陶瓷部件、汽車尾氣凈化用蜂窩陶瓷、耐磨陶瓷、水處理和煙氣處理環保陶瓷等領域具有優勢,代表性企業包括江蘇宜興非金屬化工機械廠有限公司、宜興市九榮特種陶瓷有限公司、江蘇金盛陶瓷科技有限公司、江蘇省陶瓷研究所有限公司、宜興王子制陶有限公司等。其中宜興地區的精細陶瓷產業已經形成較大的生產規模,從單一的氧化鋁材料發展到現在的氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈦、滑石瓷、堇青石、碳化硅、氮化硅和氮化硼等多種材料;產品的應用范圍也大大擴展,涵蓋了許多工業領域,不僅大量出口,而且國內市場的占有率也較高。產品門類也涵蓋了紡織瓷、裝飾瓷、耐磨陶瓷、環保陶瓷、化工陶瓷等各個領域。其中紡織機械陶瓷和汽車尾氣凈化蜂窩陶瓷在國內占有優勢和領先水平。據不完全統計宜興市工業陶瓷總產值近數十億元,其中應稅銷售超億元的有5家,5000萬元以上的18家。
山東的淄博、濰坊為工業陶瓷聚集區,擁有工業陶瓷企業100余家和五大類工業陶瓷產品:(a)耐磨氧化鋁氧化鋯陶瓷內襯與造紙機用陶瓷部件,(b)脫硫脫硝環保陶瓷,(c)石油化工用陶瓷缸套和球閥,(d)透波石英陶瓷和氮化硅陶瓷,(e)耐熱耐蝕領域用反應燒結碳化硅陶瓷。代表性企業有山東工陶院、硅苑科技、淄博華創、濰坊華美、濰坊致達。此外,山東東營的上市公司山東國瓷在高性能氧化物納米陶瓷粉末(如鈦酸鋇、氧化鋯、氧化鋁)方面已達到國際先進水平,產品近一半銷往國外。山東淄博的工業陶瓷優勢和特色在于擁有陶瓷粉體制備、陶瓷機械設備生產、結構陶瓷產品制造及應用的產業鏈。已形成相當規模的氧化鋁耐磨介質,用于造紙的高速紙機耐磨陶瓷件,用于火電系統的陶瓷閥門及管道,用于冶金鑄造的陶瓷過濾器、陶瓷升液管,用于化工行業的陶瓷填料,用于各種泵類的陶瓷密封件,用于太陽能行業的石英坩堝,用于電力行業的真空管殼,石油開采用陶瓷缸套和柱塞等產品。濰坊則集中了我國80%以上的反應燒結碳化硅陶瓷產品,產值上十億,產品品種數百種、不但滿足國內需求還大量出口到美國和歐洲等國家。
江西省的萍鄉在化學工業陶瓷、陶瓷填料、耐磨陶瓷、環保過濾陶瓷膜和高壓電瓷方面聚集度高,是我國化工陶瓷和高壓電瓷的重要生產基地,涌現出一批有規模有影響力的企業,如江西萍鄉龍發實業股份有限公司、萍鄉順鵬新材料有限公司,中材江西電瓷電氣有限公司,其產品在國內外市場占據較高份額。其中萍鄉龍發是國內耐酸耐溫防腐化工陶瓷的供應商,萍鄉順鵬的耐磨陶瓷產品已出口到歐洲美洲和非洲。此外,還有上百家中小陶瓷企業。作為中國瓷都的景德鎮,則在氧化鋁陶瓷管殼及瓷件的生產企業較為集中,如景德鎮海川特種陶瓷有限公司、景德鎮景華特種陶瓷有限公司、景德鎮品安特種陶瓷有限公司,其工藝技術主要來自原國營九九九廠。此外還有一些壓電陶瓷、蜂窩陶瓷、碳化硼防彈陶瓷、氧化鋯陶瓷插芯、滑石瓷的精密陶瓷企業。
湖南的婁底市和新化縣則是我國氧化鋁電子陶瓷、氧化鋁精密瓷件、及滑石瓷的主要生產基地,集中了近百家企業,成為地方支柱產業。產品涵蓋了用于溫控器的95%氧化鋁或滑石瓷、保險管陶瓷系列、電光源陶瓷系列、耐熱陶瓷系列、水滑片陶瓷系列、新能源汽車繼電器用金屬化陶瓷外殼系列,涌現了像湖南新化鑫星電子陶瓷有限公司這樣的國內的陶瓷水滑片生產龍頭企業,像湖南省美程陶瓷科技有限公司和婁底市安地亞斯電子陶瓷有限公司這樣的為比亞迪等新能源汽車提供繼電器金屬化陶瓷外殼的大企業。此外,作為釉下五彩陶瓷之都的湖南醴陵市,在高壓電瓷和精密陶瓷也形成了一定產業群,集中了一批像湖南醴陵特種電瓷電器有限公司、醴陵華鑫電瓷電器有限公司、湖南正陽精密陶瓷有限公司等有影響力的公司。
河北唐山市依然是我國各種氧化鋁陶瓷管和理化瓷的生產基地,產品主要有氧化鋁陶瓷管、熱電偶保護管、高溫爐件、化學瓷件、絕緣瓷件、異型瓷件等,除了滿足國內市場還出口到歐美和韓國等亞洲國家。集中了一批像唐山陶瓷集團工業試驗廠有限公司、唐山科碩特種陶瓷制造有限公司等有影響力的企業。
河南鄭州及周邊地區依然是氧化鋁陶瓷粉末及制品的重要產地,產業規模達到數十億,集中了一批像中國鋁業鄭州研究院、河南濟源兄弟材料有限責任公司等有影響力的企業。而河南焦作地區則集中了一批氧化鋯陶瓷粉末和制品的企業,如焦作市維納科技有限公司、焦作李封工業有限責任公司。
國內先進結構陶瓷應用領域
先進結構陶瓷不僅在化工冶金、機械制造、電力電子、能源環保等傳統工業領域得到廣泛應用,而且在我國航天航空、深空探測、現代通訊、消費電子、生物醫療、國防軍工等尖端技術領域獲得愈來愈多的應用。一批有實力的企業,如潮州三環、山東國瓷、中材高新、江西賽瓷、東方鋯業、宜興化機、佛山陶瓷所、東莞信柏、萍鄉龍發、湖南美程、山東硅苑等產值上億甚至達到30億的公司或上市公司得以涌現;同時許多專業技術型的中等規模企業也快速發展,如深圳商德、淄博華創、鄭州華碩、濰坊致達、浙江宏泰、廣東夏陽、九榮特陶、江蘇金盛、
大連金瑪硼業、湖南正陽、沈陽星光、北京中興實強。此外還有數百家具有特色的小型結構陶瓷企業。以下為先進結構陶瓷應用領域:
機械工業領域
陶瓷切削刀具:由我國清華大學、北京科技大學等單位最早自主開發的Si3N4陶瓷刀具系列表現出優異的切削性能,特別適合于鑄鐵件和高溫合金的加工。另外,在此基礎上發展出的Si3N4+TiC(TiCN)復合陶瓷刀具,在國內十幾個行業、上千家企業推廣應用。與傳統刀具相比,其切削效率提高3~10倍,其切削耐用度提高十幾倍,帶來了顯著的增產節能效益。切削刀具的銷售量約80~100萬片/年,隨著我國機械制造業的復蘇和發展,其銷量將更大。
機械密封環:我國已成為機械工業中廣泛使用的陶瓷密封件的生產國,其材質主要采用SiC、Al2O3、Si3N4陶瓷材料,特別是由常壓燒結亞微米碳化硅粉末制成的細晶單相碳化硅產品已在化工廠、煉油廠、離心機、水動渦輪、油井和氣井的大型泵上應用。在汽車上的燃油泵和冷卻水泵上使用的碳化硅滑動密封環的使用壽命通常比整機長多倍。代表性企業有鄭州華碩、浙江東新、北京中興實強,行業產值已達10余億元。
精密陶瓷軸承:近十年來國內精密陶瓷軸承發展迅速,成為新一代結構陶瓷的一個重要方向,主要產品包括滾動軸承和滑動軸承,主要采用Si3N4、SiC、ZrO2這三種耐磨陶瓷材料,其中滾動軸承更多傾向于氣壓燒結Si3N4陶瓷和ZrO2陶瓷,而滑動軸承主要選用常壓燒結SiC或SiC/石墨的復合材料。各種陶瓷軸承的滾動壽命排序結果為Al2O3<SiC<ZrO2<Si3N4。混合陶瓷軸承與同規格同精度等級的鋼軸承相比,其壽命提高3-6倍,溫升可降低35%~60%。陶瓷軸承已在高速機床、醫療裝置、化工設備、風力發電等傳動系統獲得越來越多的應用。熱等靜壓燒結Si3N4軸承已經在火箭的液氫液氧發動機上獲得應用。常壓燒結SiC或SiC/C的滑動軸承已成為磁力泵、屏蔽泵、真空泵中最理想的滑動軸承。國內陶瓷軸承球及軸承的生產企業已有二十余家,代表性企業有中材高新、江蘇金盛、上海泛聯、北京中興實強、上海材料研究所、洛陽軸承研究所等。
石油化工冶金
陶瓷閥門與缸套:近年來許多單位在陶瓷閥門的研制與生產上日趨成熟,涌現一批陶瓷閥門的專業廠家,如東莞信柏結構陶瓷有限公司、福建智勝特種陶瓷有限公司、天津圣凱、北京中興實強、山東硅苑、淄博華創等公司。陶瓷閥門