国外先进陶瓷研发及产业化应用发展状况.pdf

国外先进陶瓷研发及产业化应用发展状况

作者：谢志鹏范彬彬

来源：《景德镇陶瓷》2021年第06期

先进陶瓷是“采用高度精炼提纯或化学合成的粉体原料，具有精确控制的化学组成，通过

产品结构设计，按照便于控制的制造技术加工、制备得到具有优异特性的陶瓷”。先进陶瓷涵

盖了结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷等各类氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等高性能陶瓷材

料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及优异的电学性能、光学性能、化学稳

定性和生物相容性。

随着现代高新技术产业的快速发展，先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许

多高技术领域发展的关键材料。先进陶瓷不仅广泛应用于机械、化工、能源、环保等工业领

域，而且在航空航天、通信电子、半导体微电子、生物医疗、国防军工及高铁、新能源汽车等

高科技领域和新型产业中得到越来越多的应用。

据统计，先进陶瓷产业每年以8%左右的增长速度高速发展，全球先进陶瓷产业已达到数

万亿级的市场规模。但从陶瓷产业价值链来看，我国先进陶瓷许多企业和产品仍处于中低端，

日、美、欧则占据了包括功能陶瓷和电子元器件在内的中高端市场。本文从多方面介绍了国际

上这些先进陶瓷的研发重点及其应用发展状况。

、国外先进陶瓷研发1与产业化重点

面对先进陶瓷的巨大市场与应用前景，世界各国政府及先进陶瓷产业界都做出了许多积极

响应。从2000年开始，美国国家能源部与美国陶瓷协会联合资助并实施了为期20年的美国先

进陶瓷发展计划。欧盟第六次框架计划支持广泛的多领域课题研究，其中一些专门针对高性能

陶瓷及其复合材料的先进制备技术，特别是英国、法国和德国在航空航天应用的背景下加强陶

瓷基复合材料和超高温陶瓷材料的制备技术研究。在先进陶瓷制备技术具有优势的日本更是加

大力度发展新技术新工艺，其中以日本国立研究机构、日本京瓷和村田为代表的大公司在高性

能先进陶瓷的开发研究方面取得了令人瞩目的成绩。图1列出了上述国家的部分先进陶瓷企业

在2020年的生产销售情况。

美国已将新型陶瓷材料如陶瓷装甲、环保陶瓷和核电用陶瓷等制备技术作为优先发展方

向。欧洲从事陶瓷材料研究和开发的主要国家有德国、法国、英国、意大利，他们在航天航空

所需的耐高温抗烧蚀陶瓷基复合材料（如Cf/SiC，SiCf/SiC），超高温陶瓷（ZrB2-SiC，

HfB2-SiC）占有优势。日本在精密陶瓷粉末（如BaTiO3，ZrO2，Si3N4，AlN，Nd：YAG，

BaTiO3）合成、电子陶瓷元器件、纳米/微米复合陶瓷材料技术方面继续发挥引领作用；同时

在积极开发高强度和高韧性的陶瓷及其复合材料，例如在1500℃抗弯强度达1400MPa的

Si3N4高温陶瓷，以及具有高导热率的Si3N4陶瓷基板。此外随着先进陶瓷在各种尖端技术和

重大工程中应用，极端环境下（超高/低温，超高腐蚀，超高辐射，超强磁场）使用的陶瓷材

料及服役行为也得到重要发展。

、国外先进陶瓷2应用与产业发展状况

结构2.1陶瓷及其应用情况

结构陶瓷主要是指可发挥材料力学、热学、化学、电绝缘等性能的一类先进陶瓷，常作为

工程结构材料使用。结构陶瓷的化学键主要为离子键和共价键，因此其具有高强度、高硬度、

高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性，从而在机械冶金、化工环保、生物医疗、航天

航空，国防军工，核电与新能源等领域得到广泛的应用，已成为国家某些重大工程和尖端技术

中不可或缺的关键材料。如图2所示各种结构陶瓷产品及精密加工后的陶瓷结构件。

在欧美市场，有超过150家的结构陶瓷企业和几十家相关的原料供应商。近几年数据显

示，德国生产和消费了欧洲结构陶瓷市场的37%，法国和英国的市场总和占27%。欧洲的主

要结构陶瓷生产国包括德国，法国，英国、瑞典和意大利。欧洲较大的结构陶瓷公司有法国

Saint-Gobain、德国CeramTec、英国Morgan，此外德国还有一批专业的中小型陶瓷原料公司

如Starck、燒结设备公司如FCT。在以往二十年里，世界先进结构陶瓷的市场规模平均以

7%～9%的速度递增，达到500亿美元，不同的应用领域的占比如表1所示。

在航空发动机设计中轴承材料和技术始终占到90%～95%，可以说轴承技术代表着发动机

极限转速、耐温能力和可靠性水平。目前国际上著名的轴承公司如瑞典SKF、德国FAG、日

本KOYO和东芝都先后建立了陶瓷轴承生产线。

陶