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公司動態(tài)

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引言

先進陶瓷作為重要的結(jié)構(gòu)/功能一體化材料，其獨特的性能具有不可替代性，在航天航空、新能源汽車、半導體、高端裝備等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和國防工業(yè)具有巨大的應(yīng)用前景，具有不可或缺的作用，重點產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展迅速。未來，先進陶瓷材料在哪些行業(yè)中發(fā)展值得關(guān)注呢？

電動汽車行業(yè)

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新數(shù)據(jù)，1至11月，我國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成625.3萬輛和606.7萬輛，同比均增長約1倍，市場占有率達25%。除了產(chǎn)銷增長幅度遠超市場同期，新能源車的滲透率也已經(jīng)超過36%，且依然在不斷提升。隨著電動汽車技術(shù)的不斷進步，其零部件材料及設(shè)計更替加速，先進陶瓷材料憑借其特殊的性能優(yōu)勢在新能源電動汽車的應(yīng)用中體現(xiàn)的淋漓盡致。其中，HIP氮化硅軸承球和高導熱氮化硅基板極為熱門。

01 HIP氮化硅軸承球

新能源汽車的電機軸承相比傳統(tǒng)軸承轉(zhuǎn)速高，需要密度更低、相對更耐磨的材料，氮化硅陶瓷軸承中的球在軸承組件內(nèi)產(chǎn)生更少的摩擦、更少的熱量，尤其是氮化硅是天然的電絕緣體，可減少軸承放電產(chǎn)生的電腐蝕，避免出現(xiàn)縮短軸承和潤滑劑的使用壽命，最終導致軸承失效的現(xiàn)象發(fā)生，非常適合應(yīng)用于電動汽車等領(lǐng)域。

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來源：博覽新聞

在電驅(qū)時代下，陶瓷軸承取代鋼球軸承已是一種趨勢，如特斯拉采用的電機中輸出軸是用陶瓷軸承，采用NSK設(shè)計的混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用50個氮化硅球組成；國內(nèi)小鵬P7、G9、蔚來ET7等車型均采用氮化硅陶瓷球絕緣軸承。

在制備方面，目前應(yīng)用最廣泛的氮化硅陶瓷球燒結(jié)工藝為熱等靜壓燒結(jié)（HIP）和氣壓燒結(jié)（GPS），兩種工藝下生產(chǎn)的陶瓷球針對不同的使用環(huán)境都有廣泛的應(yīng)用。與GPS氮化硅相比，HIP氮化硅具有更好的力學性能，更高的疲勞壽命。

目前高端陶瓷軸承產(chǎn)品生產(chǎn)仍以日本、歐美企業(yè)為主導，國際市場占有率、發(fā)展方向的引領(lǐng)力仍然被國外知名企業(yè)所控制。而我國在2015年中材高新氮化物陶瓷有限公司突破了熱等靜壓氮化硅陶瓷球批量化制造技術(shù)，成為繼美國庫斯泰克、日本東芝之后第三家，也是國內(nèi)首家形成批量化生產(chǎn)熱等靜壓氮化硅陶瓷材料的企業(yè)，產(chǎn)品出口到瑞典斯凱孚、美國鐵姆肯、德國GMN、西班牙福賽等地。另外，國瓷金盛等采用相似的工藝能夠制備出彎曲強度達到1000 MPa的氮化硅軸承球。

02 高導熱氮化硅陶瓷基板

氮化硅陶瓷基板主要應(yīng)用于純電動汽車（EV）與混合動力汽車（HEV）的動力裝置、半導體器件和逆變器等市場領(lǐng)域，具有巨大的市場潛力與應(yīng)用前景。

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現(xiàn)階段，商業(yè)應(yīng)用的高熱導氮化硅陶瓷基板材料要求熱導率≥85 W/(m·K)，彎曲強度≥650MPa，斷裂韌性5~7MPa·m1/2，而真正具備大規(guī)模生產(chǎn)高導熱氮化硅陶瓷基板能力的企業(yè)主要有東芝集團、日立金屬株式社、日本電氣化學、日本丸和與日本精細陶瓷。

國內(nèi)對氮化硅陶瓷基板材料的研究也取得部分進展。中材高新氮化物陶瓷有限公司北京分公司以流延成型工藝制備的氮化硅陶瓷基板熱導率為100 W/(m·K)；北京中材人工晶體研究院有限公司通過優(yōu)化燒結(jié)方式與工藝，成功制備出彎曲強度700-800MPa，斷裂韌性≥8MPa·m1/2，熱導率≥80W/(m·K)氮化硅陶瓷基板。

目前，隨著新能源汽車滲透率不斷提高，加之AI技術(shù)的出現(xiàn)，也使得的電動汽車逐步向智能化發(fā)展，不少陶瓷材料也被汽車制造商關(guān)注，如高容MLCC、碳陶剎車、激光雷達封裝材料、陶瓷導熱材料等。

半導體行業(yè)

半導體行業(yè)遵循“一代技術(shù)、一代工藝、一代設(shè)備”的產(chǎn)業(yè)規(guī)律，而半導體設(shè)備的升級迭代很大程度上依賴于精密零部件的技術(shù)突破。其中，精密陶瓷部件是最具有代表的半導體精密部件材料，其在化學氣相沉積、物理氣相沉積、離子注入、刻蝕等一系列半導體主要制造環(huán)節(jié)均有重要應(yīng)用。如軸承、導軌、內(nèi)襯、靜電吸盤、機械搬運臂等。尤其是在設(shè)備腔體內(nèi)部，發(fā)揮支撐、保護、導流等功能。

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2023年以來，荷蘭、日本也先后發(fā)布對管制新規(guī)或外貿(mào)法令，對光刻機在內(nèi)的半導體設(shè)備增加出口許可令規(guī)定，半導體逆全球化趨勢逐漸顯露，供應(yīng)鏈自主可控重要性日益突出。面對半導體設(shè)備零部件國產(chǎn)化的需求，國內(nèi)企業(yè)正積極推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中瓷電子實現(xiàn)了加熱盤和靜電卡盤等技術(shù)難度高的精密零部件國產(chǎn)化，解決國產(chǎn)半導體設(shè)備行業(yè)“卡脖子”問題；國內(nèi)頭部SiC涂層石墨基座、SiC蝕刻環(huán)供應(yīng)商德智新材在順利完成億元融資等。

節(jié)能環(huán)保行業(yè)

國家“雙碳”政策的引導下，各行各業(yè)逐步向節(jié)能、降碳、減污、增效等方向發(fā)展。陶瓷行業(yè)在此背景下，面臨能耗與環(huán)保壓力，但同時也給陶瓷材料帶到新的發(fā)展機遇。

01 陶瓷膜

以陶瓷膜為核心的膜分離技術(shù)目前主要作為高效分離工藝在過程工業(yè)以及特種水處理領(lǐng)域中的過濾分離、濃縮提純、凈化除雜等工藝環(huán)節(jié)用于替代傳統(tǒng)過濾分離技術(shù)。

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陶瓷平板膜，來源：山東工陶

其中，高性能的陶瓷平板膜能夠?qū)崿F(xiàn)復雜環(huán)境下流體的過濾、分離及提純，具有耐高溫高壓、化學穩(wěn)定性好、過濾效率高、可靠性好、運行維護成本低、使用壽命長、全生命周期綠色化等特點。已在工業(yè)園區(qū)廢水治理、中水回用、黑臭水體治理、市政污水及分布式水處理等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)?；茝V及應(yīng)用，具有廣闊的市場前景，是當前國際高性能陶瓷分離膜領(lǐng)域最主要的發(fā)展方向。

除了水處理，我國大氣污染治理也迫在眉睫。脫硝除塵高溫纖維膜是以陶瓷纖維復合膜材料為支撐體，通過負載環(huán)境友好型稀土--金屬氧化物體系的納米脫硝催化劑而制備的具有除塵脫硝一體化功能的過濾元件，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫狀態(tài)下氣體的直接凈化。

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02 氣凝膠

氣凝膠作為超級絕熱材料，全面綠色低碳發(fā)展為氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了前所未有的機遇。在加快推動綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢下，氣凝膠新技術(shù)有望與綠色制造發(fā)展相結(jié)合，形成更多新產(chǎn)品應(yīng)用。

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氣凝膠具有極低密度、超高孔隙率、低折射率、低熱導率、低聲阻抗等特性，這是一般固態(tài)材料所不具備的。這些特性使其在隔熱保溫、生物醫(yī)學、隔音、吸附等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，市場需求潛力巨大。

生物醫(yī)學行業(yè)

隨著社會的發(fā)展和人們生活的改善，人工植入物和人工器官的臨床應(yīng)用將越來越廣泛。不銹鋼、鈷合金等金屬材料因具有優(yōu)異的機械性能和控制性能，在我國長期被作為骨科固化和修復材料，但金屬材料生物相容性較差。因此，相容性更好和更健康的生物陶瓷或涂層材料的研究和市場都處于爆發(fā)增長中。

生物醫(yī)用陶瓷中如Al2O3、ZrO2、ZTA、Si3N4以及它們的復合陶瓷材料等，由于斷裂韌性、耐磨性優(yōu)良，常應(yīng)用于外科手術(shù)承重假體、牙科移植物、骨頭替代物等。其中，氮化硅的殺菌作用和自潤滑特性相結(jié)合，其做種植體，具有長期穩(wěn)定的生物穩(wěn)定性；氧化鋯因性能良好且美觀，但強度由于玻璃陶瓷，常用于牙科修復材料。

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2022年全球醫(yī)用陶瓷材料市場規(guī)模約為150億美元。在中國，2022年醫(yī)用陶瓷材料市場規(guī)模約為45億美元。其中氧化鋁陶瓷占比最大，約60%。氧化鋯陶瓷用于牙科領(lǐng)域較多，氮化硅陶瓷用于骨科植入物。

航天航空行業(yè)

在各種極端應(yīng)用環(huán)境下，陶瓷總是能憑借其優(yōu)異的性能脫穎而出，其中，航空航天和軍工都是先進陶瓷非常火爆的應(yīng)用市場。而在航空航天市場中，“耐高溫”和“隱身”就是陶瓷的兩條發(fā)展主線。

隨著單晶、熱障涂層及主動氣冷的潛力逐漸窮盡，新一代軍用航空發(fā)動機對新型耐高溫結(jié)構(gòu)材料的需求愈發(fā)迫切，SiC/SiC-CMC成為耐高溫結(jié)構(gòu)材料首選之一。碳化硅纖維在SiC/SiC-CMC中起到主要的增強增韌作用，耐溫能力1200℃以上的碳化硅纖維作為SiC/SiC-CMC最關(guān)鍵的原材料，成為各航空強國的研究競爭重點。

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吸波材料是最重要的隱身材料之一，一般由基體材料（或粘結(jié)劑）與吸收介質(zhì)（吸收劑）復合而成。在陶瓷吸波材料中，碳化硅是制作多波段吸波材料的主要成分；陶瓷紅外隱身材料是一種由無機陶瓷納米材料與無機高分子材料復合而成的涂料，通過精細控制無機陶瓷納米粒子均勻分散在無機聚合物基體中，實現(xiàn)高效的寬頻帶電磁波吸波。

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來源：機械工程材料材料圈

聲明

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