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材料系列科普4:幾個先進陶瓷熱點方向
2020年07月31日 發布 分類:粉體入門 點擊量:627
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新興行業的發展對材料也會提出新的要求及帶來新的機會,先進陶瓷作為新材料的一個重要組成部分,其在國民經濟中發揮著愈來愈重的作用。本文將對先進陶瓷材料的幾個熱點方向進行小小的整理。

 

一、高端陶瓷粉體

原料、配方是制備先進陶瓷主要的核心技術之一,也是眾多先進陶瓷制品之間品質差異的重要原因。

目前,國內中低端粉體基本能夠自給自足,但許多高端粉體還是需要大量進口,在粉體圈運營多年過程中,用戶反應了一個重要的信息:我們選用進口粉體的一個重要因素是“品質穩定”。許多進口陶瓷原料粉體的共同特征之一是有著極為穩定的工藝參數,可以讓下游用粉更方便,陶瓷制品品質的一致性更強。除了一致性之外,低溫燒結的陶瓷粉體材料也是國產粉體“難產”的物料之一,看似類似的氧化鋯、氧化鋁粉進口的往往燒結溫度還是更低,因此高端陶瓷制品用戶往往不計成本的選用進口粉體。舉個很明顯的例子,國內做氮化硅粉的很多,做氮化硅軸承材料的也不少,但為了做出上乘品質的氮化硅滾珠,特陶廠家往往會選用進口的粉體來生產。

在工業界,低配的產品總是容易被模仿,因此能走高端路線的話,應是一個不錯的選擇,對于粉體材料而言,也是同樣的道理的。此外,預計國內材料的內循環模式還要持續一段時間,會對高端陶瓷粉體的制備技術創新及發展有刺激作用么。

 

圖:氮化硅粉體大神宇部的Product List

二、電子陶瓷

陶瓷材料具有的極為寬廣的電氣特性,從絕緣體,到半導體,導體、甚至超導體的性能,陶瓷材料如此的“天賦異稟”,電子工業被大量應用。現在是信息技術的時代未來更加是信息技術的時代,電子工業前景必須是得被看好的。信息化、電子消費產業的快速發展,對電子陶瓷的需求自然水漲船高,全球市場容量超四百億美元。

電子陶瓷是應用于電子技術中的各種陶瓷,也就是在電子工業中用于制造電子元件和器件的陶瓷材料,一般分為結構陶瓷和功能陶瓷(電功能為主)。其中的結構陶瓷指的是制造電子元件、器件、部件和電路中的基體、外殼、固定件和絕緣零件等陶瓷材料,又稱裝置瓷,大致可分為:電真空瓷、電阻基體瓷和絕緣零件,而功能陶瓷則是用于制造電容器、電阻器、電感器、換能器、濾波器、傳感器等,在電路中起一種或多種作用的陶瓷材料,可分為電容器瓷、鐵電瓷、壓電瓷、半導體瓷和磁性瓷等。

除了基礎的電子技術需求的各種陶瓷材料,近期電子材料的焦點,主要在于5G陶瓷濾波器,高頻通訊用電子陶瓷材料,超微小電子器件用電子材料,大功率器件用導熱陶瓷材料等。

 

圖:小型化及高頻化催生的各種電子陶瓷材料發展

三、生物醫用陶瓷

生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料,即直接用于人體或與人體直接相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。需具有良好的生物相容性和穩定的物化性質等,目前被廣泛應用于骨科、牙科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼外科等方面。

 

圖:生物陶瓷應用之一

生物醫用材料目前已成為各國科學家競相研究和開發的熱點,國內生物醫學材料和制品70~80%依賴進口,并基本屬于仿制,我國的生物醫用材料在全球的市場份額只占約2%,產品技術水平大多處于初級階段。伴隨社會人口老齡化,當前我國預計需要人工關節80萬套/年、血管支架160萬個/年、眼內人工晶體140萬個/年(數據有點老,僅供參考,有想法的大佬請在文末留言),對生物陶瓷材料需求將大幅增加。

醫療行業向來與暴利掛鉤,但與此同時,技術門檻及資金實力要求也是極高,因此這個行業的巨頭也是一直處于“一直被模仿從來沒有被超越的”位置。

四、能源及節能環保領域

隨著經濟高速發展、能源需求迅速增加,工業及生活廢棄物巨量產生,能源節約和環境保護已經成為國際社會日益關心的重大問題。在能源匱乏和環境惡化日益嚴重的情況下,先進、高效節能環保技術得以實現的節能蓄熱式熱力垃圾焚燒爐(RTO)和冶煉行業節能蓄熱室用蜂窩陶瓷、熱氣體凈化領域和水處理領域用的陶瓷膜及裝備、特高壓交流輸電技術與裝備用的系列超/特高壓懸式瓷絕緣子、蓄熱換熱用的碳化硅陶瓷部件、光伏產業用系列陶瓷制品都將會獲得難得的發展契機。

此外,隨著汽車尾氣污染排放控制的要求不斷提高,多孔陶瓷材料在汽車尾氣控制器載體的應用也備受關注。

 

 

圖:堇青石DPF(柴油顆粒過濾器)

五、高端設備結構件

在粉體材料制備領域,高純超細的粉體原料需求,催生了許多先進陶瓷材料,例如氮化硅、氧化鋯、碳化硅、塞隆陶瓷、氧化鋁等結構件的需求。耐腐蝕,低磨損的陶瓷材料,目前在砂磨機缸體、研磨棒銷及研磨介質、氣流粉碎機、輸送管道內襯等都有應用。

圖:無壓燒結氮化硅研磨桶

來源:濰坊六合

六、航天軍工

這一領域應用主要涉及到直升機用防彈裝甲陶瓷、陶瓷避彈衣、飛機剎車盤材料、衛星電池用陶瓷隔膜材料、紅外隱身/偽裝涂料、陶瓷軸承、導彈用陶瓷天線罩材料等。目前在航空航天中的應用研究主要集中在火箭噴嘴的耐熱材料,太空飛船的隔熱瓦,復合工程陶瓷材料以及宇宙飛船的觀察窗涂層等,尤其是對具有輕質耐熱耐燒蝕高熔點高強度的陶瓷纖維的研制開發較為關注。

 

圖:碳化硼一體防彈板

如上僅僅是先進陶瓷材料應用汪洋大海中的小小一部分,如有你覺得有更好的更熱的領域歡迎留言分享呢。

編輯:Alpha

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