中国粉体网讯 与传统陶瓷不同，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”，具备高强度、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。
先进陶瓷的应用
鉴于先进陶瓷在工业发展中的特殊地位，欧美日等发达国家均将先进陶瓷的发展提到战略高度来认识，并投入巨资制订了一系列的研究计划来促进其发展，因此欧美日等发达国家在先进陶瓷领域一直保持全球领先地位。例如：美国对先进陶瓷在航空航天、核能等领域的应用处于领先地位；日本在先进陶瓷材料的产业化、民用领域方面占据领先地位，并占有世界先进陶瓷约一半的市场份额；欧盟在先进陶瓷部分细分应用领域和机械装备领域处于领先地位。
与欧美日等发达国家相比，我国对先进陶瓷的研究起步较晚，因此技术与研究水平与其有相当大的差距，欧美日在保持全球领先的同时也对我国实施技术封锁，这致使先进陶瓷领域一度成为了我国被“卡脖子”的重灾区。经过几十年的追赶，我国的先进陶瓷发展状况如何？被“卡脖子”的关键陶瓷材料是否已取得突破？
我国先进陶瓷的研究及应用现状
我国先进陶瓷研究始于上世纪50年代，上世纪70年代以来国内诸多高校和科研院所开始重视先进陶瓷材料研究，并取得了一系列创新性成果。其中，我国创新性的将纤维补强陶瓷基复合材料应用于战略导弹和各类卫星天线窗的保护框上；多元氮陶瓷相图的研究在国际上有较高的影响，多相复合陶瓷概念的提出促成了一大批具有优异综合性能的新材料诞生。
从20世纪80年代开始，经过“六五”“七五”“八五”攻关及“863”“973”“科技支撑”“科技部重大专项”等国家级科研项目的投入和研发，突破了高效发动机中以高温陶瓷为关键零部件的技术难题，由此开展了陶瓷材料的组成设计、晶界工程、气压烧结、热压烧结、热等静压烧结、净尺寸成型等关键技术的研发工作，使得之后我国在高精尖陶瓷制备技术研发和产业化领域取得了巨大发展成果。
进入21世纪后，我国先进陶瓷材料制备技术快速发展，不断打破国外垄断和技术封锁，包括各种烧结技术（如常压烧结、真空烧结、热等静压烧结、气氛压力烧结等）、成型工艺（如陶瓷注射成型、流延成型、凝胶注模成型、挤压成型等）、粉末制备技术（如固相法、化学气相合成法、化学液相法、自蔓延燃烧合成法等），精密加工工艺和陶瓷与金属的封接技术，有部分产品已出口至美国、日本、欧洲等发达国家。
近些年来，我国已经陆续将先进陶瓷应用于传统产业和新兴产业中的诸多领域。目前，我国在某些尖端先进陶瓷的理论研究和实验水平已经达到国际先进水平，且研究领域广泛，几乎涉猎了所有先进陶瓷材料的研究、开发和生产。许多先进陶瓷产品在我国已能大批量生产，产品质量较稳定，并能占领一定的国际市场。
国内从事先进陶瓷研究与开发的高等院校和科研院所已达100多个单位，如清华大学、中科院上海硅酸盐研究所、哈尔滨工业大学、西北工业大学和武汉理工大学等，为企业发展在一定程度上提供了技术支撑。这些单位研制的透明透波陶瓷、激光陶瓷、超高温陶瓷、陶瓷切削刀具、高温陶瓷基复合材料及其他功能陶瓷材料的性能都接近或达到国际先进水平，许多技术和产品已实现产业化。
伴随着我国先进陶瓷材料制备技术的进步和市场的强劲需求，先进陶瓷产业呈现出良好的发展态势，应用领域越来越广阔，不仅在化工冶金、机械制造、电力电子、能源环保等传统工业领域得到广泛应用，而且在我国航天航空、深空探测、现代通讯、消费电子和国防军工等尖端技术领域获得愈来愈多的应用。
先进陶瓷产业分布情况
目前国内先进陶瓷产业主要集中在山东、江西、广东、江苏、浙江、河北、福建等几个省份。其中广东、江苏、山东三省的先进陶瓷产业集中度高，在技术和产品方面竞争力较强。
国内先进陶瓷产业分布
广东先进陶瓷产业占据优势地位，特别是在功能陶瓷和中高端结构陶瓷与生物陶瓷领域，已拥有多家先进陶瓷上市公司。深圳、佛山、潮州、东莞等地区的先进陶瓷企业借助与香港和海外联系便捷优势，其先进陶瓷材料及零部件制造上在国内处于领先地位，如光通讯陶瓷插芯、手机陶瓷背板、电子封装陶瓷基板、片式陶瓷电容器、片式陶瓷电感器、5G微波介质陶瓷、精密陶瓷零部件等占据了高附加值工业陶瓷产品的很大市场。
江苏的宜兴、苏州、常州等地在精密纺织陶瓷、化工用结构陶瓷、汽车尾气净化用蜂窝陶瓷、环保陶瓷、以及陶瓷轴承和陶瓷滤波器等领域具有优势。其中宜兴地区的精细陶瓷产业已形成较大的生产规模，从单一的Al2O3材料发展到现在的Al2O3、ZrO2、MgO、TiO2、SiC、Si3N4、BN、滑石瓷和堇青石等多种材料；产品的应用范围也大大扩展，不仅大量出口，而且国内市场的占有率也较高，涵盖了许多工业领域。
山东的淄博和潍坊为工业陶瓷聚集区，拥有100余家工业陶瓷企业和五大类工业陶瓷产品，包括耐磨陶瓷内衬、环保陶瓷、陶瓷缸套和球阀、透波石英陶瓷和Si3N4陶瓷、反应烧结SiC陶瓷。山东潍坊集中了我国80%以上的反应烧结SiC陶瓷产品，产值数十亿，产品品种数百种、不但满足国内需求还大量出口到美国和欧洲等国家。山东先进陶瓷代表性企业有国瓷材料、山东工陶院、硅苑科技、淄博华创、华美新材料等，其中国瓷材料在高性能氧化物纳米陶瓷粉体（如BaTiO3、ZrO2、Al2O3）方面已达到国际先进水平，产品销往国内外。
湖南的娄底市和新化县是我国Al2O3电子陶瓷、Al2O3精密瓷件及滑石瓷的主要产地，集中了近百家企业。产品涵盖了用于温控器的95Al2O3或滑石瓷、电光源陶瓷系列、耐热陶瓷系列、水滑片陶瓷系列、新能源汽车用陶瓷继电器外壳等，涌现了像娄底安地亚斯电子陶瓷和湖南美程陶瓷科技这些为比亚迪等新能源汽车提供系列绝缘电子陶瓷的企业，以及湖南新化鑫星电子陶瓷这样的国内最大的陶瓷水滑片生产龙头企业，此外，湖南醴陵在高压电瓷和精密陶瓷方面也形成了一定的产业群。
新能源汽车用Al2O3绝缘电子陶瓷产品
河北唐山依然是我国各种Al2O3陶瓷管和理化瓷的产地，产品主要有Al2O3陶瓷管、热电偶保护管、高温炉件、绝缘瓷件等，除了满足国内市场还出口到欧美和韩国等亚洲国家。
江西景德镇作为中国瓷都，在Al2O3电真空管壳及新能源汽车绝缘瓷件的生产企业较为集中，如景德镇景龙特陶、景华特陶、海川特陶和品安特陶等企业，其工艺技术主要来自原国营九九九厂。此外还有一些压电陶瓷、蜂窝陶瓷、B4C防弹陶瓷、ZrO2陶瓷插芯、滑石瓷的精密陶瓷企业。江西萍乡在化学工业陶瓷、耐磨陶瓷、环保过滤陶瓷膜和高压电瓷等方面聚集度高，是我国化工陶瓷和高压电瓷的重要产地，涌现出一批有规模有影响力的企业，如萍乡龙发实业、中材江西电瓷电气等，其产品在国内外市场占据较高份额。此外，还有上百家中小陶瓷企业。
江西景龙特陶Al2O3真空灭弧室
河南郑州及周边地区依然是Al2O3陶瓷粉末及制品的重要产地，产业规模达到数十亿，集中了一批像中国铝业郑州研究院、天马新材、河南济源兄弟材料等有影响力的企业。河南焦作则集中了一批ZrO2陶瓷粉末和制品的企业，如焦作市维纳科技等。
关键陶瓷材料是否摆脱被“卡脖子”的窘境？
<高性能陶瓷纤维>
陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点。目前大家比较熟知的陶瓷纤维：硅酸铝纤维、莫来石纤维及氧化铝纤维等，就是比较传统的陶瓷纤维，但是除了传统的陶瓷纤维外，还有更先进的陶瓷纤维：石英纤维、碳化硅纤维、氧化锆纤维、氮化物纤维等等，这些先进陶瓷纤维曾长期被国外垄断。
（1）氧化铝纤维
氧化铝纤维与氧化锆纤维、碳化硅纤维、碳纤维等无机纤维皆是国家重点发展的军备材料，属国家重点需求材料。欧美发达国家将其作为战略储备材料，对我国进行技术封锁，部分产品禁售，非禁产品进行高价、限量销售。
氧化铝纤维产品，来源：榕融新材料
我国在耐高温新材料领域起步较晚，几乎从2000年之后才开始进行连续纤维的研发，而部分发达国家在20世纪70年代已经实现量产。据了解，国内最早中试成功的是浙江欧诗漫晶体纤维有限公司，并建成了国内第一套氧化铝纤维连续生产装置；2015年鲁阳节能实现了氧化铝纤维针刺毯的量产。之后，山东东珩国纤新材料、莫纶集团、上海榕融新材料等企业也实现了产业化突破。
（2）碳化硅纤维
碳化硅纤维具有高温耐氧化性、高硬度、高强度、高热稳定性、耐腐蚀性和密度小等优点，是最为理想的航空航天耐高温、增强和隐身材料之一，同时其还具备小的中子吸收截面，因此在航空、航天、核能等领域具有广泛的应用前景。
碳化硅纤维，来源：宁波材料所先进能源材料工程实验室
目前，我国已经具备第二代SiC纤维量产能力，第三代SiC纤维产业化能力稍弱。另一方面，国内SiC纤维需要的纺丝、热工装备加工精度、控制水平和稳定性与发达国家相比还存在较大差距，这将影响纤维质量水平及产业化能力长远发展。
（3 ) 氮化物纤维
从1976年起，山东工陶院便开始研制氮化物陶瓷纤维，直到2011年制备出国内第一根性能优异的连续氮化物陶瓷纤维，打破了国外技术垄断，实现了国内在连续氮化物陶瓷纤维领域的重大突破。随后，山东工陶院又抓住了高性能纤维发展的契机，于2020年开工建设氮化物陶瓷纤维中试线，由此走上了从实验室到中试的跨越发展之路。
高性能氮化物陶瓷纤维，来源：山东工陶院
在20世纪90年代，国防科技大学在SiC纤维研究的同时，开展了聚硅氮烷转化制备Si3N4陶瓷纤维的基础研究，在2005年前后开始进行先驱体转化法制备BN纤维和SiBN纤维基础研究，并于2013年成功制备出了连续SiBN纤维和SiNO纤维，同时借鉴第2代SiC纤维制备技术制备出了连续Si3N4纤维。国内东华大学、中国科学院过程工程研究所等一些单位也相继对氮化硅陶瓷纤维展开了研究。总的来说，国内氮化物陶瓷纤维的发展稍晚于国外，但是基础研究发展很快，基本形成了与美、日、德、法并跑的科研格局。
<电子陶瓷>
（1）高端MLCC还被国外垄断
MLCC在国际电子制造业中占据越来越重要的位置，尤其是随着消费类电子产品、通信、网络、汽车、工业和国防终端客户的需求日益增多，全球市场达到百亿美元，并以每年10%～15%的速度增长。
经过多年的发展，我国MLCC行业已形成较大规模，形成了一批以风华高新科技股份有限公司、深圳宇阳科技发展有限公司为代表的具有国际竞争力的大企业，并在国际竞争中占有一席之地。
来源：国瓷材料
然而，由于全球顶级的MLCC制造厂商陆续在中国内地建立了制造基地，把产能向中国大陆转移，目前国内一半以上的MLCC产量被外资和合资企业占据。同时，由于缺少自主知识产权和先进工艺设备，高性能陶瓷粉体、电极浆料、先进生产设备都大量依赖于国外厂商，我国MLCC生产水平仍落后于国外，我国厂商MLCC产品只能满足中低端市场，高端MLCC产品仍依赖进口。如此看来，我国MLCC供应并未完全摆脱国外的垄断。
（2）高性能微波介质陶瓷及元器件还有差距
在微波介质陶瓷材料方面，我国微波电磁介质的研究起步较早，基本上与发达国家同步，早期主要围绕国防军工上的关键微波器件的需求开展研究开发和生产。近十几年来，形成了若干个一定规模的企业，如武汉凡谷电子股份有限公司、佳利电子有限公司、大富科技股份有限公司、深圳顺络电子股份有限公司、江苏灿勤科技股份有限公司等。但这些企业与国际知名大企业相比较，在技术水平、产品品种和生产规模上仍有较大差距。
（3）片式电感器
我国从20世纪90年代初开始开发、生产片式电感器及相关材料。目前已基本建立起了一个传统与新型产品兼顾、具有相当经济规模、在国际市场占据一定地位的电感器行业，产量约占世界总产量的20%。其中深圳顺络电子股份有限公司已经凭借材料和工艺方面的技术优势在国际竞争中占有一席之地。然而，目前国内片式电感生产厂商依然存在一些问题，大部分产品面向消费类电子产品，应用于通信领域和汽车电子领域的这类基础元件主要被日本、韩国和我国台湾的企业所垄断。
<高性能氧化物陶瓷材料>
（1）易烧结细晶Al2O3粉体及高端Al2O3制品
许多高端的Al2O3陶瓷产品，如Al2O3体系的生物陶瓷、陶瓷基板、耐磨纺织瓷件和电子真空瓷件等所使用的Al2O3粉末还依赖从日本、德国和美国进口。特别是制备Al2O3含量为99.5%、99.7%、99.8%、99.9%的晶粒细小、结构均匀、机电性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件。国内厂家在Al2O3粉末的杂质含量控制、烧结活性，特别是烧结成瓷后的显微结构均匀性和材料性能上还具有差距。
（2）高纯氧化铝
高纯氧化铝粉体纯度高（Al2O3≥99.99%）、粒度细且均匀，具有优于常规材料的光、热、磁、电等特性，被广泛应用于人工晶体、精细陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷、半导体集成电路基片等方面。
经过多年的探索，国内诞生了一批高纯氧化铝生产企业，有部分国内企业在纯度方面已经赶上了国外，并在蓝宝石衬底方向的应用可以实现进口替代。但国产的高纯氧化铝大多数集中在荧光粉等中低端市场，并且在粒径上，国外企业能够做到30nm以下，国内大部分企业距此尚有一定的差距。
（3）纳米氧化锆
纳米氧化锆是一种性能优良的纳米陶瓷材料，尤其是经过稀土掺杂的纳米复合氧化锆具有高强度、高韧性、低热导率、耐磨耐腐蚀以及优异的化学稳定性、生物相容性等优异性能，具有很高的附加使用价值及更广阔的应用场景。
近些年来国产替代产品已经取得了长足的进步，诞生了国瓷材料、东方锆业、三祥新材等等一批纳米氧化锆生产厂家，尤其是国瓷材料成为了全球第一家使用水热法生产氧化锆纳米粉体的企业。但是，在产品高分散性、窄粒度分布、丰富品类等方面，国内厂商仍落后于发达国家，这也导致在某些特殊应用情况下我们仍不得不从国外进口高性能纳米氧化锆。
<高性能非氧化物陶瓷粉料及制品>
在AlN、Si3N4、SiC和B4C等非氧化物陶瓷粉末方面，国内在一定程度上已经实现了初步的国产替代，诞生了一些生产企业，但在高性能非氧化物陶瓷粉末方面，国内尚缺乏一流的生产供应商。
例如用于制备高强度陶瓷轴承的Si3N4粉末主要依赖从日本宇部兴产株式会社进口（国内有青岛瓷兴）；半导体芯片封装用的高导热基板用AlN陶瓷粉主要从日本德山曹达等公司进口（国内有宁夏艾森达、厦门钜瓷、福建臻璟等）；高性能的SiC陶瓷粉末还需从法国圣戈班公司进口；高品质的防弹装甲用B4C和超高温陶瓷用ZrB2等粉末需从德国H.C.Starck等公司进口，特别是核电站中子吸收用的核级B4C原料存在较大差距。
<高导热aln和si3n4陶瓷基板>
随着新能源汽车、高铁、风力发电和5G基站的快速发展，这些新产业中所用的大功率IGBT模块对最新一代的高导热高强度的AlN和Si3N4陶瓷基板需求巨大。
来源：中材高新
日本京瓷和美国罗杰斯等公司都可批量生产和提供覆铜刻蚀的Si3N4陶瓷基板。国内起步较晚，距大规模批量化生产还有一定差距。同时，国内的陶瓷基板覆铜技术尚不能完全达到对覆铜板的严格考核，产品以进口为主。
<长寿命高耐磨陶瓷轴承球和轴承>
在航天发动机、风力发电和数控机床等高端装备所使用的陶瓷轴承，不但要求高的力学性能和热学性能，而且还需优异的耐磨性、可靠性和长寿命。目前国产的Si3N4陶瓷轴承球与日本东芝还有明显差距，与著名的瑞典SKF、德国FAG和日本KOYO等轴承公司相比，我国的轴承还处于产业链的中低端，像风电和数控机床等高端产品还依赖进口。
<切削金属用陶瓷或金属陶瓷刀头>
在汽车、冶金、航天航空领域的机械加工中大量使用陶瓷刀头，据统计市场需求达数十亿元，目前大量进口。陶瓷刀具材料包括Al2O3基、Si3N4基、Sialon陶瓷、ZTA和Ti(N，C)体系等，要求具有高硬度、高强度和高可靠性。目前国内企业只能生产少量非氧化物陶瓷刀具，像汽车产业加工用量巨大的氧化物陶瓷刀具还依赖从瑞典Sandvik、日本京瓷和NTK、德国CeramTec等公司进口。
来源：NGK
<半导体设备精密陶瓷部件>
半导体生产设备需要使用到大量的陶瓷结构件，如陶瓷盘、陶瓷手臂、陶瓷环和保持架等，涵盖了Al2O3、AlN和SiC等多种陶瓷材料，这些陶瓷部件已占整个设备成本的10%以上。这些陶瓷部件要求材料纯度高、致密均匀、产品加工精度和光洁度极高，国内只有少数几家企业提供部分这类产品，像高端的AlN和SiC陶瓷备件还得依赖进口。特别是半导体CVD设备中所需AlN和SiC陶瓷加热盘与卡盘。
陶瓷劈刀，来源：潮州三环
<生物陶瓷>
在氧化锆义齿方面，我国的国瓷材料拥有全产业链生产能力，已基本实现该领域的突破。在生物陶瓷髋关节方面，目前，陶瓷髋关节主要由德国赛琅泰克和日本京瓷等公司生产，国内每年需进口数十万套。德国赛琅泰克生产的ZrO2和SrAl12-xCrxO19板状晶协同增强增韧Al2O3基复相陶瓷材料，其抗弯强度和断裂韧性分别达到1380MPa和6.5MPa•m1/2。
德国赛琅泰克公司陶瓷髋关节
小结
目前来看，我国在关键的先进陶瓷材料的开发及产业化方面取得了不小的成绩，与国际先进陶瓷领域领先的国家也拉近了距离，有些材料基本实现了国产替代，但更多的仍徘徊在中低端市场，高端市场仍依赖于进口。总体来看，国内先进陶瓷水平与美国、日本和德国相比还存在一定的差距。主要表现在3个方面：
（1）技术及新产品工程转化极度匮乏
世界上开发了200多种陶瓷材料及2000多种应用产品。虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料，但绝大部分仍停留在实验室样品上，有的产品由于成本高及可靠性等问题，市场还不能接受，所以产品的销售额与发达国家相比相差甚远。
（2）高端粉体制备及分散技术远远落后
我国对陶瓷粉料的制备仍未引起足够的重视，多种陶瓷粉料尚无专业化生产企业，许多企业不得不“自产自销”。例如：高纯氧化铝粉，日本企业99.99%氧化铝粉烧结温度只需1300℃，而国内需要到1600℃以上；高纯氮化硅粉仍受到日本UBE和德国H.C.Stark的限制，国内企业在粉料质量上仍存在较大的波动。同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。
（3）制造装备加工技术落后
虽然我国引进了国外先进的工艺装备，像气压烧结炉、热等静压、注射成型机、流延机等来提高我国的技术装备水平，但因投资大，在经济上给企业造成了很大压力，从而限制了先进陶瓷的发展。而国内仿制设备因加工水平差距，可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。
参考来源：
[1]宋涛等.国内外先进陶瓷发展现状及趋势
[2]谢志鹏等.国内先进陶瓷状况与发展机遇和挑战
[3]李静波等.精细陶瓷产业现状及其计量需求探讨
[4]张伟儒 等.先进陶瓷材料研究现状及发展趋势
[5]周济等.我国电子陶瓷技术发展的战略思考
[6]邵长伟.国内氮化物陶瓷纤维的研究进展
[7]中国粉体网、粉体大数据研究
（中国粉体网编辑整理/山川）
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