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[学术]国内外先进陶瓷的研发动向
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国外研发动向 由于先进陶瓷已被广泛应用于交通运输、化工；台金、电子通讯、医疗卫生、广播电视、海洋开发、能源环保及航空航天等工业领域，因此，世界各国，尤其是西方发达国家争相研究、开发和生产先进陶瓷，无论从新品的开发研制还是到市场占领，均展开了异常激烈的竞争。 先进陶瓷已被广泛应用于交通运输、化工冶金、航天等工业领域从目前情况看，先进陶瓷元件的研制与生产主要集中在美国和日本这两个工业发达国家。美国的专利倾向于在基础知识上的创新，日本专利则倾向于在现有技术基础上的改进以期有更多的工程应用前景。 先进陶瓷的销售量逐年增加。据有关媒体报道的统计资料显示：1980年美国特种陶瓷市场规模仅为5.56亿美元，1990年达到了21.96亿美元，2000年高达51.25亿美元。20年间增长了近1 0倍。日本的先进陶瓷市场同样得到了飞速发展，1980年为6 950亿日元，1990年达到25263亿日元，2000年高达61 261亿日元，20年间增长了近9倍。 美国和日本竞相把先进陶瓷作为新型工程材料来发展，目标是把陶瓷的特性如高硬度、高耐磨性、耐高温性于抗腐蚀性和钢的延展性结合起来。日本发展先进陶瓷的战略步骤是首先开发制造生活用品和某些发热元件，如陶瓷剪刀、陶瓷加热器、陶瓷手术刀、人造陶瓷关节以及陶瓷滚珠圆珠笔等。在积累了一定的特种陶瓷生产工艺、掌握了特种陶瓷生产技术的基础上，开始研究开发高级技术陶瓷及精密陶瓷元件。如日立公司采用陶瓷薄膜磁头，既降低了产品的生产成本，又提高了磁头的录音、演奏与消磁性能。随即向市场投放陶瓷光盘，到2000年陶瓷光盘的销售额已达到10亿美元，并成功地打入东南亚、西欧和美国市场。另外，在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑胶复合陶瓷以及各种精细陶瓷材料与陶瓷元件等方面，日本均处于领先地位。 美国在发展先进陶瓷材料方面更是蓝图宏伟、雄心勃勃。由于宇航技术发展的需要，美国国家航空和宇航局在结构陶瓷的开发应用和加工技术方面正在实施大规模的研究与发展计划。目前在美国从事电子陶瓷的公司有300多家，从事陶瓷发动机研究开发和生产的公司在3 0～40家之间。为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗，美国制定了先进高温热机计划，先进涡轮技术应用计划，国家宇航计划和国防关键技术计划，把高温结构陶瓷基复合材料作为重点研究对象，其目标是将发动机热端部件的使用温度提高到1650 oC或者更高，从而提高发动机涡轮进口温度，达到节能、减重、提高推重比和延长寿命的目的，满足军事和民用热机的需要。目前美国格鲁曼公司正在研究大气层超音速飞机发动机的陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件。美国碳化硅公司用Si3N4 ／SiC制造导弹发动机燃起喷管。杜邦公司也已研制出能承受1200～1300℃ 、使用寿命2000h的陶瓷基复合材料发动机部件。 国内研发现状 我国从20世纪50年代开始进行先进陶瓷的研究，材料以氧化铝陶瓷为主，60年代为适应我国电子技术与核技术发展的需要，先进陶瓷的研发获得了长足进展，氧化铍、氧化钙以及其他非氧化物先进陶瓷不断问世。截至2002年，我国从事先进陶瓷开发研制的高校、科研院所和生产企业已超过300家，其中从事功能陶瓷的单位占63 6％，从事结构陶瓷的单位占36 4％ 。主要分布在江苏、浙江、上海、山东、天津、北京、福建和广东沿海地区的城市。西南、西北偏远地区从事先进陶瓷研究的单位以原来的军工企业为主。 我国“十五”科技规划中与先进陶瓷有关的发展领域有：超细粉末的制备技术，批量和工业生产装备的研究；高性能陶瓷的特殊成型、烧结、精密加工、涂层、纤维增强复合技术和工艺装备的研究：脆性材料的评价技术、无损检测、破坏准则及烧结、复合机理；高温工程陶瓷如燃起轮机、高温封阀轴承、风机、炼钢机械部件等研制；光学功能(如透光、偏光、集光、荧光等)陶瓷和光电、光磁、非线性光学陶瓷的研制；敏感陶瓷与电子陶瓷、各种气敏、光敏、声敏、压敏等敏感元件、高热导、高绝缘基板及磁性材料等的研制；化学功能陶瓷(耐腐蚀、催化剂及其载体、燃料电池、离子交换剂等)研制；生物功能陶瓷(如具有生物活性和亲和性的人工骨、牙齿、心瓣膜)研制等。 在我国“十一五”中长期科技发展规划中，提出在新材料领域要“开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料，开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料”，这些均与先进陶瓷材料的研发具有密切关系。 中国科学院在先进功能陶瓷领域的研究在国内具有一定的优势。上海硅酸盐所和清华大学联合主持了科技报“973”项目“信息功能陶瓷的若干基础问题的研究”。中国科学院对弛豫铁电单晶研究方面的最新进展及其应用前景非常关注，支持了声学所和上海硅酸盐所共同承担的知识创新工程方向性项目“新型弛豫铁电单晶声纳换能器研究”。上海硅酸盐所在国际上率先用B ridgeman方法直接从熔体中生长出了高质量的PMN—PT单晶，目前尺寸已达到50 mm X80mm，处于国际领先水平；AlN基板材料的热导率已高达228w／mK，尺寸为50mm ×50mm，并实现了原料的低成本化；研制出居里温度达到91 4℃ 的Bi。NbTiO 铋层状结构压电陶瓷，在高温速度计和高温流量计上具有重要的应用前景。上海技术物理研究所在铁电薄膜非制冷技红外焦平面研究方面承担了多项国家和上海市自然科学基金重点项目，近年来。在APPI Phys．Lett．，J APP1．Lett．．J．Am Ce ram Soc等刊物上连续发表了20多篇论文，部分工作得到国内外的高度评价。声学研究所在压电复合材料研究及换能器制造方面居国内领先地位。新疆理化技术研究所自主开发的高温、低温和常温高精度负温度系数(NTC)热敏电阻器在所控股的公司已经形成年产上千万的产值，也为我国航天、国防等事业做出了突出贡献。以清华大学为代表的高校在先进陶瓷材料的研究方面起到了重要的推动作用。 随着我国改革开放的深入，一批外资或合资先进陶瓷企业应运而生，其中较有规模的有生产AI2O3 基片的上海京磁有限公司，生产蜂窝陶瓷的上海华克排气系统有限公司，生产AI 2O3 基片的苏州共立电子有限公司，生产电子陶瓷和汽车陶瓷配件的摩根美超技术有限公司，生产片式陶瓷滤波器的江苏江佳电子陶瓷公司等。这些外资特种陶瓷企业的进入,促进了我国特种陶瓷的发展。 建议与展望 随着材料科学的迅速发展，先进陶瓷的应用范围在不断扩大，发展前景十分乐观。就其发展来看，功能陶瓷普遍出现小型化、多层化、薄膜化、多功能化倾向。在结构陶瓷方面，切削工具陶瓷正在兴起和稳步增长；发动机陶瓷等热结构用陶瓷以及其他特种工程陶瓷材料等方面进展很大，处在进入实用化突破的前夕。 虽然我国在先进陶瓷研究的某些方面做出了国际领先或者先进水平的成果，但我们必须清醒地认识到，从整体上看，我们与先进国家相比仍然有较大的差距，面临着来自国际上许多大学、研究机构和企业的激烈竞争，形式不容乐观，为此，中国科学院上海硅酸盐研究所，功能陶瓷工程研究中心主任董显林提出，在发展先进陶瓷的研发时需要做到： (1)发挥优势，突出重点。先进陶瓷材料无论是材料种类还是应用范围，覆盖面都非常广。我们不可能面面俱到，必须坚持“有所为，有所不为”的原则。我国尤其是中科院在铁电压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热释电陶瓷、透明陶瓷、电解质陶瓷、超导陶瓷研究方面具有自己的优势，在陶瓷基片、微波介质陶瓷、PTC热敏陶瓷和化学功能陶瓷方面也有自己的特色，我们必须在现有优势的基础上，集中力量，将国际研究前沿和国家重大需求有效的结合起来。谋求长远发展。（作者赵亚娟：中科院文献情报中心研究所） (2)面向需求，加强部署。对于国家需求而我们又相对较弱的关键技术，应尽早有计划的部署。如微波介质陶瓷和铁电薄膜是当前功能陶瓷领域研究和开发的两个重要方向，它们分别与信息技术和计算机技术密切相关，近期应支持基础较好的单位进行相关的研究，以期有所突破。 (3)建立完整的研究开发体系，发挥团队作用。先进陶瓷往往具有明确的应用前景和目标产品， 因此建立起从应用基础研究，到关键技术集成和产品开发的完整研发体系，保证研究、开发和应用的连续性。陶瓷材料研究的切入点很多，容易导致研究小组小而分散的局面，应加强集合，密切协作，充分发挥有效资源的效率。从整体上提高我国在该领域中的国际竞争力。 陶瓷材料在本世纪以来取得了迅速的发展。从结构陶瓷到功能陶瓷都获得了巨大发展。可 以相信，随着科学技术的进步，先进陶瓷材料的研究、开发与生产一定会跃上一个新台阶，为人类的物质文明建设做出贡献 来源:新材料产业 2006年7期 [ Last edited by mainpro on 2006-10-14 at 22:52 ] |
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