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2023

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精密陶瓷成半導(dǎo)體設(shè)備的“香餑餑”，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)哪些問題亟需解決？

精密陶瓷由于其自身的優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于國防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空、航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，成為這些領(lǐng)域發(fā)展的重要關(guān)鍵材料，備受各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的極大關(guān)注，其發(fā)展在很大程度上也影響著其他工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

1. 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

目前，全球范圍內(nèi)精密陶瓷技術(shù)快速進(jìn)步、應(yīng)用領(lǐng)域拓寬及市場穩(wěn)定增長的發(fā)展趨勢明顯。由于較高的技術(shù)壁壘，精密陶瓷行業(yè)長期被日本、美國及一些具有獨(dú)特技術(shù)的歐洲公司所壟斷。其中，日本是最大的精密陶瓷生產(chǎn)國，門類齊全，產(chǎn)量大，應(yīng)用領(lǐng)域廣，綜合性能優(yōu)，在陶瓷市場特別是電子陶瓷市場中占據(jù)主導(dǎo)地位。耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷則是美國精密陶瓷發(fā)展的重點(diǎn)。此外，歐盟各國特別是德國、法國在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域進(jìn)行了重點(diǎn)研究，主要集中在發(fā)電裝備、新能源材料和發(fā)動機(jī)中的陶瓷器件等領(lǐng)域。

我國幾乎對所有工業(yè)用精密陶瓷材料都進(jìn)行了研究和開發(fā)，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)”等科研項(xiàng)目的研發(fā)，我國精密陶瓷材料的研究與開發(fā)能力有了顯著的提高。

我國陶瓷材料制備工藝發(fā)展概況：

在粉體制備方面，我國陶瓷粉體的制備方法主要有固相反應(yīng)法、液相反應(yīng)法和氣相反應(yīng)法3大類。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，通過氣相反應(yīng)法制成的粉體具有表面積大、球形度高、粒徑分布窄等特點(diǎn)，為高性能陶瓷制備提供了基礎(chǔ)保障。

在成形技術(shù)方面，我國精密陶瓷行業(yè)采用的主要成形技術(shù)有干法壓制成形中的冷等靜壓成形、塑性成形中的注射成形、漿料成形中的流延成形和凝膠注模成形等。

在燒結(jié)技術(shù)方面，我國精密陶瓷行業(yè)主要采用熱壓燒結(jié)(HP)和氣壓燒結(jié)(GPS)技術(shù)，國內(nèi)在大尺寸氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷方面突破了國外技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)技術(shù)國產(chǎn)化。

在精密加工技術(shù)方面，電火花加工、超聲波加工、激光加工和化學(xué)加工等加工技術(shù)逐步應(yīng)用于陶瓷加工中。

2. 我國面臨的主要問題和挑戰(zhàn)

與國外精密陶瓷行業(yè)相比，我國生產(chǎn)的大部分精密陶瓷產(chǎn)品附加值較低，很多電子整機(jī)中技術(shù)含量較高的陶瓷元件仍需要大量進(jìn)口；原料高純化、元器件高致密、大尺寸、復(fù)雜形狀、陶瓷靶材等問題亟需解決；國內(nèi)部分材料的性能指標(biāo)尚未達(dá)到國外同類材料的水平，裝備設(shè)備精度差，高端設(shè)備依賴進(jìn)口；產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合不緊密，實(shí)驗(yàn)室成果缺乏重視，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)嚴(yán)重。

目前我國高純、超細(xì)、高性能陶瓷粉體制造技術(shù)和工藝與日美等國家有著較大距離，高端粉體材料依然以進(jìn)口為主。另外，粉體的高效分散技術(shù)也存在較大差距。引進(jìn)高端裝備在一定程度提升了我們的技術(shù)裝備水平，但對于企業(yè)而言投資大，經(jīng)濟(jì)壓力大。隨著國產(chǎn)高端制備裝備的發(fā)展，對可滿足特定材料性能要求的陶瓷材料及部件需求量也越來越大，但受限于我國高端陶瓷材料的制造水平，很大程度上還是需要使用進(jìn)口材料?？傮w來說，我國從先進(jìn)陶瓷大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)型主要面臨以下問題：

（一）缺乏優(yōu)質(zhì)先進(jìn)陶瓷粉末原料生產(chǎn)企業(yè)

目前，雖然國內(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分散性和不穩(wěn)定性，因此直接影響后續(xù)批量化制備的陶瓷產(chǎn)品性能和可靠性。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)度高韌性氧化鋯專用粉，已成功用于小米6、小米MIX2、OPPO等多款手機(jī)陶瓷背板，可經(jīng)受從1米高度不同角度的跌落無任何破裂；江西賽瓷公司生產(chǎn)的高性能低溫?zé)Y(jié)納米氧化鋯粉已成功應(yīng)用于光纖連接器陶瓷插芯，從而打破了日本Tosoh等公司在這一領(lǐng)域的壟斷。

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，例如高純度易燒結(jié)的氧化鋁陶瓷粉末，仍然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。特別是高性能非氧化物陶瓷粉末，如氮化硅、氮化鋁、碳化硅、碳化硼、硼化鋯等共價鍵陶瓷粉末，國內(nèi)尚缺乏一流的生產(chǎn)供應(yīng)商。例如用于制備高強(qiáng)度陶瓷軸承的氮化硅粉末主要依賴從日本宇部公司（簡稱UBE公司）及瑞典的公司進(jìn)口；而半導(dǎo)體芯片封裝用的高導(dǎo)熱基板用氮化鋁陶瓷粉主要從日本德山曹達(dá)等公司進(jìn)口，而高性能的碳化硅陶瓷粉末需從法國圣戈班公司進(jìn)口，高品質(zhì)的防彈裝甲用碳化硼、超高溫陶瓷用硼化鋯等粉末需從德國H.C.Starck等公司進(jìn)口；特別是核電站中子吸收用的核級碳化硼原料存在較大差距。大連金瑪硼業(yè)是國內(nèi)在高性能碳化硼粉末研發(fā)和生產(chǎn)有實(shí)力的企業(yè)，正在拉近與國際先進(jìn)水平的差距。上述這些依賴進(jìn)口的高端陶瓷粉料一旦被卡脖子（類似中興芯片），將會被置于極端危險(xiǎn)的境地。

（二）規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)與裝備相對落后

雖然我國高性能結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)工藝技術(shù)已有很大提升，但在關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備上仍然有較大差距，國產(chǎn)裝備的性能和可靠性還難以達(dá)到國際先進(jìn)水平。由于結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)的工藝裝備，包括粉體處理裝置、各種成型設(shè)備、不同類型高溫?zé)Y(jié)爐、精密研磨加工設(shè)備，大多不是市場上通用機(jī)械裝備；開發(fā)這些專用設(shè)備其性能和可靠性與進(jìn)口的設(shè)備比較均有差距，體現(xiàn)在設(shè)備的精度、可靠性和穩(wěn)定性以及壽命方面。包括像陶瓷粉末噴霧造粒裝置、注射成型機(jī)、氣氛壓力燒結(jié)爐、熱等靜壓燒結(jié)爐、陶瓷精加工的研磨設(shè)備、加工中心（CNC）等。例如近幾年快速發(fā)展起來陶瓷粉末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，但由于成型燒結(jié)工藝的可控精度以及后續(xù)精密機(jī)加工設(shè)備等原因，導(dǎo)致像半導(dǎo)體工業(yè)中大量使用的陶瓷劈刀等產(chǎn)品還無法商業(yè)化生產(chǎn)，還需從日本、美國、瑞士進(jìn)口。

（三）企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新及工程化能力還較弱

國內(nèi)先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的企業(yè)雖然多達(dá)上千家，但以中小企業(yè)居多。由于目前這類企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員（包括工程師和技術(shù)工人）普遍比較缺乏，研發(fā)力量比較弱，特別是具有十年以上研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的陶瓷工藝工程師和機(jī)加工等方面的工程師一人難求，因此在新產(chǎn)品和新工藝的研發(fā)方面不像國外公司那樣快速又有條件保障。即使現(xiàn)在通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，將大學(xué)和科研院所的成果到企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，但由于受到企業(yè)工程技術(shù)人員少和工藝裝備的局限性，要快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；臅r間周期也比較長，因此常常失去進(jìn)入市場的有利時機(jī)；可見我國在先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)上的工程師和技術(shù)研發(fā)人員的嚴(yán)重缺失，已成為制約整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。

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