先進(jìn)陶瓷，又稱新型陶瓷、特種陶瓷、精細(xì)陶瓷、高技術(shù)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(xì)人工合成或精選的無機(jī)化合物為原料，具有精確的化學(xué)組成、精密的制造加工技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有優(yōu)異的力學(xué)、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(yī)藥、高端裝備制造等高端科技領(lǐng)域隨處可見。

01

國內(nèi)先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路

我國的先進(jìn)陶瓷行業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，從20世紀(jì)80年代開始，經(jīng)過“六五”“ 七五”“ 八五”攻關(guān)及“863”“973”“ 科技支撐”“ 科技部重大專項(xiàng)”等國家級(jí)科研項(xiàng)目的投入和研發(fā)，突破了高效發(fā)動(dòng)機(jī)中以高溫陶瓷為關(guān)鍵零部件的技術(shù)難題，由此開展了陶瓷材料的組成設(shè)計(jì)、晶界工程、氣壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、凈尺寸成型等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作，使得此后幾十年，我國在精尖陶瓷制備技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域取得了巨大發(fā)展成果。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國先進(jìn)陶瓷材料制備技術(shù)快速發(fā)展，不斷打破國外壟斷和技術(shù)封鎖，包括各種燒結(jié)技術(shù)、成型工藝、粉末制備技術(shù)、精密加工工藝和陶瓷與金屬的封接技術(shù)等。正是這些裝備技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用及科研人員的積極參與，推動(dòng)了我國先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域，研制并開發(fā)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(chǎn)品性能媲美國際先進(jìn)水平且能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。功能陶瓷方面，目前功能陶瓷占據(jù)我國先進(jìn)陶瓷市場(chǎng)份額的70%，產(chǎn)品種類多、數(shù)量大，例如：集成電路用氧化鋁基片、高導(dǎo)熱氮化鋁基片、高導(dǎo)熱高絕緣BN陶瓷、獨(dú)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(lǐng)域都發(fā)展迅速且已形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè)，為我國工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域提供了關(guān)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(duì)先進(jìn)陶瓷的研究也得到了國家和各研究機(jī)構(gòu)的高度重視，先進(jìn)陶瓷隨之進(jìn)入快速發(fā)展期，在精密成型、燒結(jié)技術(shù)、低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)等領(lǐng)域不斷打破國外壟斷和技術(shù)封鎖，許多現(xiàn)代陶瓷理論和工藝在先進(jìn)陶瓷的制備中得到應(yīng)用。

但是，整體來看，我國的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)除少數(shù)達(dá)到甚至超過國外同行外， 總體上是明顯落后于發(fā)達(dá)國家的水平，正面臨一些極為緊迫的問題。

02

急——鳩占鵲巢，國內(nèi)市場(chǎng)仍被國外廠商把控

全世界先進(jìn)陶瓷產(chǎn)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(chǎng)呼風(fēng)喚雨，掌握著主要話語權(quán)。特別是近幾年隨著我國5G基站、5G通信、新能源汽車、消費(fèi)電子、生物醫(yī)療、軌道交通、半導(dǎo)體芯片與封裝、機(jī)器人與人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的加速發(fā)展，對(duì)電子功能陶瓷、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、納米陶瓷粉體、高端電子陶瓷元器件和結(jié)構(gòu)陶瓷零部件需求巨大，中國已成為全球最大的先進(jìn)陶瓷市場(chǎng)。接下來，先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)將迎來一個(gè)新的爆發(fā)增長期，眾多細(xì)分領(lǐng)域的國產(chǎn)化替代任務(wù)異常緊迫，同時(shí)也為我國先進(jìn)陶瓷的新材料、新產(chǎn)品、新技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化帶來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

03

難——落后就要挨打

雖然我國在先進(jìn)陶瓷材料的開發(fā)上取得了不小的成績，與國際先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域領(lǐng)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(shù)上與發(fā)達(dá)國家依舊存在較大差距。如：1、技術(shù)以及新產(chǎn)品的成果轉(zhuǎn)化非常匱乏全球范圍內(nèi)大約研制出了200多種陶瓷材料及2000多種相關(guān)的應(yīng)用產(chǎn)品，我國在制備相同材料和產(chǎn)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(shí)驗(yàn)樣品而不能規(guī)模化生產(chǎn)的階段，所以產(chǎn)品的銷售額與發(fā)達(dá)國家相去甚遠(yuǎn)。2、高端精細(xì)粉體制備及分散技術(shù)落后目前國內(nèi)先進(jìn)陶瓷粉末原料生產(chǎn)企業(yè)很多，但陶瓷粉末性能通常存在較大的不穩(wěn)定性，因此直接影響后續(xù)批量化制備的陶瓷產(chǎn)品的性能和可靠性。雖然近幾年國內(nèi)在一些高品質(zhì)氧化物陶瓷粉末產(chǎn)業(yè)化方面已有突破，如山東國瓷和廣東華旺公司采用先進(jìn)的水熱水解技術(shù)生產(chǎn)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(yīng)用，在國內(nèi)外均占有較大的市場(chǎng)份額；潮州三環(huán)生產(chǎn)的用于手機(jī)陶瓷背板的高強(qiáng)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(jī)陶瓷背板，可經(jīng)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(jié)構(gòu)陶瓷粉末方面還達(dá)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(jìn)口。

小米黑色陶瓷背板3、規(guī)模化生產(chǎn)的工藝技術(shù)與裝備相對(duì)落后目前國內(nèi)精細(xì)粉體技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)大多從國外引進(jìn)先進(jìn)工藝裝備如氣壓燒結(jié)爐、注射成型機(jī)、流延機(jī)等來提高我國的技術(shù)裝備水平，但此類設(shè)備的引進(jìn)，通常要消耗巨大的資金，給企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)壓力，從而限制了先進(jìn)陶瓷技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展。例如近幾年快速發(fā)展起來的精密注射成型技術(shù)，可以制備形狀復(fù)雜和內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細(xì)的高附加值陶瓷產(chǎn)品，如陶瓷插芯、陶瓷手術(shù)刀、陶瓷關(guān)節(jié)等，但由于國產(chǎn)密煉機(jī)和注射機(jī)以及模具的耐磨性和可控精度以及后續(xù)精密機(jī)加工設(shè)備等原因，導(dǎo)致一些精密陶瓷部件還無法商業(yè)化生產(chǎn)，還需從日本、美國、瑞士進(jìn)口。

04

窘——以下重要產(chǎn)品話語權(quán)較弱

1、MLCC電子陶瓷高端元器件
MLCC在電子制造業(yè)中占據(jù)越來越重要的位置，尤其是隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信、網(wǎng)絡(luò)、汽車、工業(yè)和國防終端客戶的需求日益增多，全球市場(chǎng)達(dá)到百億美元，并以每年10%～15%的速度增長。日本是MLCC的生產(chǎn)大國，日本村田、京瓷、太陽誘電株式會(huì)社和TDK-EPC、韓國的三星電機(jī)等公司都是全球著名的MLCC生產(chǎn)企業(yè)。MLCC的主流發(fā)展趨勢(shì)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(dá)到0.5μm。

村田MLCC產(chǎn)品2、高性能微波介質(zhì)陶瓷及元器件微波介質(zhì)陶瓷廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、導(dǎo)航、全球衛(wèi)星系統(tǒng)、雷達(dá)、藍(lán)牙技術(shù)及無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域。由于構(gòu)成微波介質(zhì)陶瓷的濾波器、諧振器和振蕩器等元器件在5G網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用，其質(zhì)量在很大程度上決定了微波通信產(chǎn)品的最終性能、尺寸極限與成本。低損耗、高穩(wěn)定性和可調(diào)制的微波電磁介質(zhì)材料是如今國際上的核心技術(shù)，目前微波介質(zhì)材料和器件的生產(chǎn)水平以日本村田、京瓷和TDK-EPC，美國Trans-Tech等公司為最高。國內(nèi)武漢凡谷、大富科技、深圳順絡(luò)和江蘇燦勤等企業(yè)與國際知名大企業(yè)相比較，在技術(shù)水平、產(chǎn)品品種和生產(chǎn)規(guī)模上仍有一些差距。3、易燒結(jié)細(xì)晶Al2O3粉體及高端Al2O3制品許多高端的Al2O3陶瓷產(chǎn)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(jìn)口。特別是制備Al2O3含量為99.5%、99.7%、99.8%、99.9%的晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻、機(jī)電性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件。國內(nèi)廠家在Al2O3粉末的雜質(zhì)含量控制、燒結(jié)活性，特別是燒結(jié)成瓷后的顯微結(jié)構(gòu)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(nèi)一流的生產(chǎn)供應(yīng)商稀缺。例如用于制備高強(qiáng)度陶瓷軸承的Si3N4粉末主要依賴從日本宇部興產(chǎn)株式會(huì)社進(jìn)口、半導(dǎo)體芯片封裝用的高導(dǎo)熱基板用AlN陶瓷粉主要從日本德山曹達(dá)等公司進(jìn)口，而高性能的SiC陶瓷粉末還需從法國圣戈班公司進(jìn)口。5、高導(dǎo)熱AlN和Si3N4陶瓷基板隨著新能源汽車、高鐵、風(fēng)力發(fā)電和5G基站的快速發(fā)展，這些新產(chǎn)業(yè)中所用的大功率IGBT模塊對(duì)最新一代的高導(dǎo)熱高強(qiáng)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(chǎn)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(guān)節(jié)生物陶瓷髖關(guān)節(jié)市場(chǎng)需求巨大，全球平均每2分鐘就有一例陶瓷髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，對(duì)該材料性能和可靠性要求非常高，使用壽命可達(dá)20年以上。目前，陶瓷髖關(guān)節(jié)主要由德國賽瑯泰克和日本京瓷等公司生產(chǎn)，國內(nèi)每年需進(jìn)口數(shù)十萬套。德國賽瑯泰克生產(chǎn)的ZrO2和SrAl12-xCrxO19板狀晶協(xié)同增強(qiáng)增韌Al2O3基復(fù)相陶瓷材料，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別達(dá)到1380MPa和6.5MPa?m1/2。

德國賽瑯泰克公司陶瓷髖關(guān)節(jié)7、長壽命高耐磨陶瓷軸承球和軸承在航天發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電和數(shù)控機(jī)床等高端裝備所使用的陶瓷軸承，不但要求高的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，而且還需優(yōu)異的耐磨性、可靠性和長壽命。目前國產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈的中低端，像風(fēng)電和數(shù)控機(jī)床等高端產(chǎn)品還依賴進(jìn)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(lǐng)域的機(jī)械加工中大量使用陶瓷刀頭，據(jù)統(tǒng)計(jì)市場(chǎng)需求達(dá)數(shù)十億元，目前大量進(jìn)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(qiáng)度和高可靠性。目前國內(nèi)企業(yè)只能生產(chǎn)少量非氧化物陶瓷刀具，像汽車產(chǎn)業(yè)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(jìn)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(shù)還限于制備小尺寸產(chǎn)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(shù)和裝備上與其均有差距。10、光刻機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備用精密陶瓷部件

作為半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件，Al2O3、AlN和SiC等多種精密陶瓷部件的研發(fā)生產(chǎn)直接影響著半導(dǎo)體裝備制造業(yè)乃至整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。從上表我們可以看到，精密陶瓷部件在化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、離子注入、刻蝕等一系列半導(dǎo)體主要制造環(huán)節(jié)均有重要應(yīng)用。ESC靜電吸盤同樣是貫穿于幾大重要環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部件，在上表中它雖然沒有歸于“陶瓷件”一類，但據(jù)粉體網(wǎng)編輯了解，目前陶瓷材料是靜電吸盤最熱門的主體材料?？梢哉f，精密陶瓷部件是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。

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(xué)研究總院）因此，無論從經(jīng)濟(jì)安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本角度考慮，要突破我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的“卡脖子”窘境，必須重視精密陶瓷部件等半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化發(fā)展。

05

盼——急需發(fā)展具有國際品牌價(jià)值或高度專業(yè)化的公司

美國、日本、德國、法國、英國等發(fā)達(dá)國家在先進(jìn)陶瓷材料這一領(lǐng)域已有一批具有國際品牌價(jià)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(chǎn)品品質(zhì)高、種類多。此外上述發(fā)達(dá)國家還有一批企業(yè)具有高度專業(yè)化的水準(zhǔn)，如專業(yè)生產(chǎn)納米氧化鋯粉末原料的日本東曹(Tosoh)公司和專業(yè)生產(chǎn)氮化硅粉末原料日本宇部公司(簡稱UBE)，在全球享有盛譽(yù)，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(shù)公司(Quest Technology.LP)其技術(shù)核心是注射成型工藝和注射模具的制造，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是氧化鋁、氮化鋁、氮化硅及復(fù)合陶瓷類等高技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷，其生產(chǎn)最大的特點(diǎn)是精密注射成型生產(chǎn)線和相應(yīng)的注射摸具加工配套車間，產(chǎn)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(xiàn)了像潮州三環(huán)、山東國瓷、順絡(luò)電子、中材高新等大公司，在國際上開始產(chǎn)生影響力，但絕大多數(shù)陶瓷企業(yè)的品牌價(jià)值和影響力尚未形成，具有高度專業(yè)化的陶瓷公司也比較少。此外，許多中小型陶瓷企業(yè)的產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，惡性競(jìng)爭(zhēng)比較激烈，且產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)不到國際先進(jìn)水平，因此還難以進(jìn)入廣闊的國際市場(chǎng)。

從陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈來看，我國先進(jìn)陶瓷許多企業(yè)和產(chǎn)品還處于中低端，總體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。但隨著產(chǎn)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(yī)療、航空航天、半導(dǎo)體等熱點(diǎn)行業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)陶瓷應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，可以預(yù)見，我國先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展時(shí)期，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)將迎來新的機(jī)遇。

參考來源：[1]李靜波等.精細(xì)陶瓷產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其計(jì)量需求探討[2]宋濤等.國內(nèi)外先進(jìn)陶瓷發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[3]謝志鵬等.國內(nèi)先進(jìn)陶瓷狀況與發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)[4]張文毓.先進(jìn)陶瓷材料的研究與應(yīng)用[5]楊治華等.中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2021：先進(jìn)陶瓷材料.今日新材料[6]謝志鵬等.我國先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)業(yè)分布與發(fā)展及面臨的問題與挑戰(zhàn)