CAC2025 广(guang)州(zhou)先(xian)进陶瓷论坛暨(ji)展览(lan)会(hui)
2025年5月26-28日 美丽豪酒店（广州番禺店）
广(guang)义上(shang)的(de)(de)陶(tao)(tao)瓷材(cai)料指的(de)(de)是除有机(ji)和金属材(cai)料以外(wai)的(de)(de)其他所有材(cai)料，即无机(ji)非金属材(cai)料。主要分为传统陶(tao)(tao)瓷材(cai)料和先进陶(tao)(tao)瓷材(cai)料（也(ye)是本文(wen)的(de)主要(yao)描述对象(xiang)）。
本文将(jiang)对大家比较关注的陶瓷材料(liao)及(ji)其应有做一(yi)个简单的(de)整理。
图表1
一、先(xian)进陶瓷材料特征
陶(tao)瓷材(cai)料通常由三(san)种不同的(de)(de)相(xiang)(xiang)组成(cheng)(cheng)，分(fen)别是(shi)晶(jing)相(xiang)(xiang)、玻璃相(xiang)(xiang)和气相(xiang)(xiang)（气孔）。晶(jing)相(xiang)(xiang)是(shi)陶(tao)瓷材(cai)料中(zhong)最主要的(de)(de)组成(cheng)(cheng)相(xiang)(xiang)，它决定了陶(tao)瓷材(cai)料的(de)(de)物理化学性质；玻璃相(xiang)(xiang)的(de)(de)作用是(shi)填充晶(jing)粒(li)简(jian)析、粘结晶(jing)粒(li)、提高材(cai)料致(zhi)密度(du)、降低烧(shao)结温度(du)和控(kong)制晶(jing)粒(li)生长；气相(xiang)(xiang)是(shi)在工艺过程中(zhong)形成(cheng)(cheng)并保留下来的(de)(de)，先(xian)进(jin)陶(tao)瓷材(cai)料中(zhong)的(de)(de)残留气孔往往难以避免(mian)。
图表2：先进陶瓷与传统陶瓷的对比
二、世界范围内的(de)先进陶瓷实力对比
目前国(guo)外先(xian)(xian)进(jin)陶瓷(ci)(ci)发展处于领(ling)(ling)(ling)(ling)先(xian)(xian)地位的(de)主要，有美国(guo)、日(ri)本(ben)、欧盟、俄(e)罗斯(si)等。其中，美国(guo)对先(xian)(xian)进(jin)陶瓷(ci)(ci)在航(hang)空(kong)航(hang)天、核能等领(ling)(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)的(de)应用处于领(ling)(ling)(ling)(ling)先(xian)(xian)地位，日(ri)本(ben)在先(xian)(xian)进(jin)陶瓷(ci)(ci)材料的(de)产业化、民(min)用领(ling)(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)方面占(zhan)据领(ling)(ling)(ling)(ling)先(xian)(xian)地位，并占(zhan)有世(shi)界先(xian)(xian)进(jin)陶瓷(ci)(ci)约一半的(de)市场份额；欧盟在先(xian)(xian)进(jin)陶瓷(ci)(ci)部分细分应用领(ling)(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)和(he)(he)机械(xie)装备领(ling)(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)处于领(ling)(ling)(ling)(ling)先(xian)(xian)地位；俄(e)罗斯(si)、乌克兰(lan)在结构(gou)陶瓷(ci)(ci)和(he)(he)陶瓷(ci)(ci)基复合材料方面实力雄厚。
图表3：世界各区域先进陶瓷侧重点
目前(qian)国内先进陶瓷产业主要集中在山东、江西(xi)、广东、江苏(su)、浙江、河北(bei)、福建等几个(ge)省份，2015年这些省份产值比例约占全国产值的70%。其中，华东地区较大的先进陶瓷产业基地有山东淄博、江苏宜兴，华中地区较大的先进陶瓷产业基地有江西萍乡，华南地区较大的先进陶瓷产业基地有广东佛山。国内很多先进陶瓷产品在世界范围内已性格比高广受称赞，但还是很大一部分产品与国际巨头门存在较大差距，中低端基本能自给自足或出口海外，但众多高端领域还需加油努力屡起袖子干。
图表4：先进陶瓷"巨头"
三、先(xian)进陶瓷应(ying)用
先(xian)进陶瓷(ci)包含的(de)材料范(fan)畴及应用领(ling)域(yu)极(ji)为(wei)广阔，下(xia)文将以浅显易懂的(de)先(xian)进陶瓷(ci)的(de)应用特(te)性为(wei)线索，将先(xian)进陶瓷(ci)分为(wei)：电子陶瓷(ci)、结构材料、涂(tu)层/薄膜、复合材料四大类，进行综述。
1、电(dian)子陶瓷
电(dian)子(zi)(zi)陶(tao)瓷(ci)是先进陶(tao)瓷(ci)中最成熟的(de)，占先进陶(tao)瓷(ci)市场份额一般以上，电(dian)子(zi)(zi)陶(tao)瓷(ci)主(zhu)要用作(zuo)芯(xin)片(pian)、电(dian)容(rong)、集成电(dian)路的(de)封装，传感器(qi)，绝缘(yuan)体(ti)，铁(tie)磁体(ti)，压(ya)电(dian)陶(tao)瓷(ci)，半导(dao)体(ti)，超(chao)导(dao)体(ti)等。
常见的材料有钛(tai)酸钡、氧化锌、钛锆酸铅、铌酸锂、氮化(hua)铝(lv)、氧化(hua)锆和氧化(hua)铝(lv)等。主要(yao)考虑(lv)的性能有(you)：相对介电常(chang)数(shu)及(ji)磁导(dao)率(lv)、电导(dao)率(lv)和热(re)导(dao)率(lv)；用于与(yu)金属封装(zhuang)的链接性能（热(re)匹(pi)配性）也很重(zhong)要(yao)。
图表5、氮化铝基板
2、结(jie)构陶(tao)瓷
结构陶(tao)瓷主要(yao)有切削工具、模具、耐(nai)磨(mo)零件、泵和阀部(bu)件、发动(dong)机部(bu)件、热交换器(qi)、生物部(bu)件和装甲等。主要(yao)的材料有：氮化(hua)硅、碳化(hua)硅、氧化(hua)锆和碳化(hua)硼(peng)、二硼(peng)化(hua)钛、氧化(hua)铝和塞隆等，其典(dian)型(xing)的特性有：高(gao)强(qiang)度(du)、低密(mi)度(du)、耐(nai)高(gao)温、抗蠕变(bian)、耐(nai)磨(mo)损、耐(nai)腐蚀和化(hua)学(xue)稳定性好。
这(zhei)其中氮(dan)化(hua)硅(gui)已优(you)异的(de)综合性能备受关(guan)注，目前商用(yong)的(de)氮(dan)化(hua)硅(gui)陶(tao)瓷主要用(yong)于切削工具，用(yong)于大(da)功(gong)率风力发电轴承材料也是氮(dan)化(hua)硅(gui)非常值得期待(dai)的(de)领(ling)域，除此之外，氮(dan)化(hua)硅(gui)基板也是一个备受关(guan)注的(de)应用(yong)应用(yong)方向(xiang)。
图表6、风力发电机氮化硅滚珠
对于(yu)结构陶(tao)瓷(ci)而言，一(yi)直面临高(gao)(gao)成(cheng)本、低可靠性(xing)和低重现性(xing)等(deng)问题，高(gao)(gao)成(cheng)本和制造(zao)工艺(yi)和废品(pin)率高(gao)(gao)有(you)关，可靠性(xing)与重现性(xing)低于(yu)韧(ren)(ren)性(xing)有(you)关，陶(tao)瓷(ci)作(zuo)为(wei)典型的脆性(xing)材料，在低温是不能(neng)通(tong)过形变(bian)来(lai)吸收(shou)能(neng)量(liang)，一(yi)旦裂纹尺寸达(da)到临界数值，破(po)坏就(jiu)会发生(sheng)，因此结构陶(tao)瓷(ci)的增韧(ren)(ren)手段一(yi)直以来(lai)都备受关注，目前增韧(ren)(ren)的方法有(you)：颗粒增韧(ren)(ren)、晶须和纤(xian)维增韧(ren)(ren)及(ji)由应力诱导相变(bian)增韧(ren)(ren)等(deng)。
3、涂层/薄膜
涂层(ceng)可充分利用不同材料的(de)性能并显著降低成本，例(li)如(ru)导(dao)电(dian)芯(xin)片上的(de)绝缘涂层(ceng)膜(mo)对集成电(dian)路是必不可少的，在发动机部(bu)件表面涂(tu)一(yi)层耐磨材(cai)料(liao)则可大大增加其使用寿命。
涂层(ceng)中最大的(de)问题是(shi)涂层(ceng)与(yu)计提的(de)结合不(bu)牢，这(zhei)是(shi)由(you)于涂层(ceng)与(yu)集体材料(liao)性能不(bu)饿匹配(pei)造成(cheng)的(de)（例如金属基(ji)体的(de)热膨(peng)胀系(xi)(xi)数高、陶瓷涂层(ceng)的(de)热膨(peng)胀系(xi)(xi)数低），涂层(ceng)和(he)基(ji)体间增加一(yi)梯度材料(liao)使其热胀系(xi)(xi)数平缓过(guo)度可缓解这(zhei)一(yi)矛盾，但更好的(de)解决之道(dao)有待于对基(ji)体/涂层界面的化学结构与机械结构结合有更深入的理解。
图(tu)表7、耐刮防污汽车陶瓷涂层
4、复合材料
复合(he)材料是(shi)先进(jin)陶(tao)瓷中(zhong)重(zhong)要的组成，也是(shi)目(mu)前研究比较活(huo)跃的领域(yu)。纤维或晶(jing)须(xu)增强的结构陶(tao)瓷复合(he)材料到的问(wen)题(ti)在过去数十年(nian)建(jian)发展迅速，出现了金属基复台(tai)材料(MMCs)和陶瓷基复台材科(CMCs)等。
陶(tao)瓷基(ji)复合(he)材(cai)料包括氧(yang)(yang)化物(wu)基(ji)、玻璃基(ji)、碳化物(wu)基(ji)和(he)(he)氮(dan)化物(wu)基(ji)陶(tao)瓷等，例如(ru)氧(yang)(yang)化铝填(tian)充由(you)于抗热震(zhen)性不(bu)好(hao)使(shi)其应用(yong)受到(dao)限制，加(jia)入了碳化硅晶须和(he)(he)碳化硅颗粒(li)增(zeng)强后，则(ze)有许多(duo)新用(yong)途，例如(ru)应用(yong)于刀(dao)具材(cai)料。加(jia)入30%体积增强的SiC/Al2O3复合材料，断裂韧性＞20MPa·m1/2，强度可达14GPa。
金(jin)属基复(fu)合材料(liao)包括Al2O3、C、B、SiC纤维增强的轻金属如Al、Mg、Li等，增强剂也可是Al2O3、SiC、B4C、TiC颗粒。与(yu)传统合金(jin)相(xiang)比，金(jin)属基复合材料的密度更小，强度更高，抗蠕(ru)变和耐磨性(xing)更好，在汽(qi)车、电(dian)子、航空等行(xing)业(ye)有广(guang)泛的应用。
图表8、增强材料：碳化硅纤维
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