江西省新型陶瓷产业发展“十一五”专题规划提纲

江西省新型陶瓷产业发展“十一·五”专题规划（草案）一、前言1、引言新型陶瓷，亦称高性能陶瓷、先进陶瓷、高技术陶瓷或精细陶瓷，是近代发展起来的各种陶瓷的总称。按其特征和用途可分为两大类：即结构陶瓷和功能陶瓷。现在，随着组成结构、制备技术和应用性能等不断发展，陶瓷已从传统的概念扩展到几乎整个无机非金属材料。新型陶瓷不仅可作为具有高强、高韧、高硬度、耐高温和耐腐蚀等特性的结构材料，而且可作为能量转换、信息传递和环境敏感等效应的功能材料，也可制成兼具结构与功能双重特性的材料，已成为许多高新技术领域中不可缺少的关键材料；作为日用陶瓷领域的远红外陶瓷、抗菌陶瓷等由于具有新的功能自然也是新型陶瓷家族中的一员，因此都得到异常迅速的发展。新型陶瓷各具有特异的功能和作用，大到可以振兴一个国家。举几个例子说明。在20世纪70年代中期日本的汽车技术已经很不错，但很难打进美国市场，打不进美国市场就很难打进国际市场。其原因是：当时美国制定了一个政策，限制汽车尾气污染。日本人认为这是一个机会，希望日本汽车能以清洁汽车的形象进入美国市场。日本科学家把氧化锆做成多孔的传感器，装在发动机里面就能够自动检测到燃烧腔里氧气跟燃烧气体的比例，并自动控制输入气体和排放气体的比例，排放出来的有害气体大大减少，使尾气排放标准不仅达到美国的标准，而且远远超过。这样，美国要减少城市污染就必须买日本的汽车，日本的汽车工业从此就发展起来了。还有应用到战争上的例子，如海湾战争，美国的坦克一般的子弹打不进去，由于它的材料是新型陶瓷材料。原来坦克的外壳是钢铁造，磁性弹头打的时候，弹头粘在上面转，一直到打穿甲壳为止。现在用复合装甲壳，材料是陶瓷，子弹打上去就掉下来。再如超导，人们普遍认为金属才导电，但现在科学发现已经证明金属的导电性还不如陶瓷，陶瓷超导体将具有非常广泛的用途，如未来高速磁浮列车就需要超导。进入新世纪以来，让人感觉“纳米世界”一下子走近了人们身边。从材料的角度讲，纳米材料的出现，的确给从事新型陶瓷材料科学研究的人注入了新的增长点、新的活力。因为纳米材料的更新会带来方方面面的更新。比如，飞机材料强度提高了可以轻很多。另外，材料到了纳米尺度以后，表现出很多其它性能，有些根本不存在的性能现在变成现实。有些材料在普通情况下不发光，但是到了纳米级以后就发光。总之，在新世纪，信息、能源技术和生物工程等近代迅速崛起的三大科学技术给材料科学的发展以强大的推动力。而作为材料科学的一个重要分支，新型陶瓷则是这些高新技术不可缺少的关键新材料。从某种角度来说，谁拥有一定的新型陶瓷技术优势，谁就拥有一定的竞争强势，谁就能占领应有的一席之地；在国内外激烈竞争的环境下，国家如此，国内各省如此，各单位也是如此。同时从另一方面来看，新型陶瓷市场非常广阔。据预测，全世界新型陶瓷销售额1985-2000年，约每5年翻一番。举二实例说明，美国阿贡国家实验室邀请世界著名陶瓷专家就发动机陶瓷零部件的前景提出评述，若采用陶瓷发动机技术，估计年度节能，到2000年为633×1015焦耳，价值为67亿美元，到2010年为401×1016焦耳，价值为410亿美元。中国新型陶瓷的应用如高压钠灯、Si3N4陶瓷刀具，SiC密封圈等都取得很好的经济效益，据1988年统计，仅高压钠灯一项年节电2亿度，合人民币3000万元。由此可知，新型陶瓷在军事、经济等领域的重大作用。2、规划领域和规划期面对国内外新型陶瓷研究开发和产业化的迅猛发展，江西省何去何从？是积极应对，迎头赶上，并抢占某些优势高地；还是消极对待、错失良机？故我们必须立足于新型陶瓷的省情，既要从战略的角度去开发颇有潜力和高技术含量的新型陶瓷；又要立足现状，从现有基础上，做大做强有发展前景的，初具规模的新型陶瓷产业化项目；同时提供和创造条件使一批有生命的新型陶瓷科研成果迅速转化成生产力，走向市场。这应是我省发展新型陶瓷行之有效的“三轮共驱”策略。在充分调研和讨论的基础上，特制订本省“十一五”期间及后5-10年，新型陶瓷产业化规划领域应为：电子陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷和纳米粉体制备，以及具有新功能的日用陶瓷，例：抗菌陶瓷、保健瓷、有害气体吸附瓷、储能自发光艺术陈设瓷、驱蚊瓷等。二、产业现状1、目前全省的基本情况江西省地处长江中下游南岸。东邻浙闽、南连广东、西接湖南、北毗鄂院，是珠江三角洲、长江三角洲、闽东南三角区的腹地，也是国家重点开放开发的沿长江经济带和京九经济带的重要区段。全省总面积16.69万平方公里，地形为三面环山，北部临江。总人口4139万人。在全国已探明储量的155种矿产中，江西就有98种。具有突出优势的矿产铜、钨、银、钽铌、稀土、铀被誉为江西省的“六朵金花”，其中钽铌和稀土都是和新型陶瓷息息相关的矿产资源，有很大的利用和发展空间。江西省新型陶瓷产业区域（原料和产品）主要分布在景德镇市、南昌市、萍乡市、宜春和赣州地区部分县市。就新型陶瓷开发研究和产业化水平而言，江西省在全国处于中游水平，较之北京市、上海市、江苏省、浙江省、山东省等总体水平较落后。但也有本省的一些特色产品和闪亮点。在闪亮点上，例：南昌大学的发光材料（陶瓷）在国内处于领先水平，很有发展潜力和市场前景。景德镇陶瓷学院，大规格蜂窝陶瓷技术接近国际先进水平，处国内领先水平，其成果在转让给企业中实现了产业化，产生了巨大的经济效益，2004年被评为江西省科技进步二等奖。九江学院的等离子溅射陶瓷涂层和日本进行国际技术合作，其科研成果和技术水平处国内领先，接近国际先进水平。在产业化项目中，景德镇市的压电陶瓷在全国很有影响，萍乡市的蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷填料以及景德镇市的结构陶瓷（氧化铝陶瓷柱塞体、氧化铝防弹陶瓷、氧化锆陶瓷刀具、模具等），以及高安市有机硅产品均具有较高的水平，也取得一定的经济效益。另外，九江市的纳米氧化锆微粉制备、省稀土公司的稀土氧化物精加工和宜春钽、铌氧化物提纯和精加工都具有较高水平，尤其是后两者新型陶瓷资源是国内独一无二的，可以做大做强，挖掘巨大的社会和经济效益。2、新型陶瓷发展过程新型陶瓷尚无精确定义，一般认为新型陶瓷是“采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷”。作为新型陶瓷发展的历史过程可追溯到：本世纪二三十年代以来，由于科学的高速发展，对传统陶瓷提出了新的挑战。如电力的普及与大规模的应用，需要使用大量强度很高、绝缘性能很好的绝缘子；电子通信的发展迫切需要在高频下绝缘性能良好的陶瓷材料；特别是在第二次世界大战期间，为了解决用于制作高质量电容器的天然云母的匮乏，希望能够用介电常数高的陶瓷来代替天然云母。现实的需要推动了对陶瓷材料进行广泛而深入的研究。人们发现，虽然陶瓷中的玻璃相，使陶瓷变得坚硬、致密，但是，也正是陶瓷中的玻璃相，妨碍了陶瓷强度的进一步提高。同时，玻璃相也是陶瓷绝缘性能不好的根源。于是，在传统陶瓷的基础上，一些强度高、性能好的材料不断涌现，它们的玻璃相含量都比传统陶瓷低。目前，由于陶瓷制备工艺的不断进步，特别是对陶瓷烧结过程、显微结构进行研究的结果表明，制备出玻璃相含量非常低，甚至几乎不含玻璃相的，由许多微小晶粒结合而成的结晶陶瓷是可能的。这种材料的各种性能有可能与相应单晶体的性能相近。现在，许多高性能陶瓷，几乎都是不含有玻璃相的结晶态陶瓷。为了有别于传统陶瓷，人们称之为新型陶瓷或高技术陶瓷；有时，也称之为精细陶瓷，取其显微结构、制备技术都非常精细之意；也有人称其为工程陶瓷，取其主要应用在工程技术方面之意。从传统陶瓷到新型陶瓷，是陶瓷发展史的第二次重大飞跃。这一过程始于本世纪四五十年代，并且还在不断的发展。当然，传统陶瓷和新型陶瓷之间并无绝对的界线，然而二者在原材料、制备工艺、显微结构等多方面确有相当的差别。但无论从材料本身的性能，或者是材料所采用的制备技术来看，新型陶瓷已经成为陶瓷科学、材料科学与工程方面，非常活跃、极富挑战的前沿研究领域。新型陶瓷，无论从材料的性能，还是从材料的的制备工艺技术来看，都已经和人们对陶瓷的印象有很大的不同。在许多人的印象中，陶瓷是一种坚硬但易碎的物体，缺乏韧性，缺乏塑性。说到陶瓷的生产，便马上想到了“泥巴”和满是粉尘的车间。而许多新型陶瓷则是既坚且韧，一改陶瓷易碎的旧形象。例如，60年代后期发展起来的增韧氧化锆瓷就非常坚韧，不仅摔在地上不会碎裂，有人还把增韧氧化锆球放在铁砧上用铁锤用力敲打，竟然难以敲碎。日本的企业家和陶瓷科学家为了改变人们对先进陶瓷的传统印象，特别把这种新型陶瓷改制成剪刀和水果刀作为礼品，赠送给公司、企业的客人，甚至作为商品在市场上以低于成本价格销售，称之为永不卷刃、永不生锈、永不磨损的刀具，一改人们的形象，赢得了民众和社会舆论对发展新型陶瓷的支持，取得了戏剧性的宣传效果。而这种陶瓷剪刀和水果刀全部在市场上站住了脚跟，并且逐步变得有利可图了。有的新型陶瓷有很好的弹性，可以制成陶瓷弹簧。近年来还发现一些新型陶瓷具有超塑性，断裂前的应变可达到300%，这更是传统陶瓷所难以想象的。至于新型陶瓷的性能则更是丰富多彩。60年代以来，新型陶瓷在材料和制备技术两方面的研究都取得了很大的进展和成就。值得一提的是，在陶瓷发展进程中正面临着第三次飞跃：从新型陶瓷发展到纳米陶瓷。3、国内外情况：传统技术烧制陶瓷制品，长则需要封炉好几天，短则需要保温数小时。如今，只需几分钟就能将氮化硅粉末烧成致密强韧的陶瓷，这不是天方夜谭，英国《自然》杂志载文介绍了这项最新研究成果。主持这个研究项目的是在瑞典斯德哥尔摩大学从事科研的中国学者沈志坚博士。在新材料及陶瓷研究领域享有盛誉的英国教授德里克汤姆森应约为这篇文章发表评论说：30多年来，研究与控制陶瓷的微观结构举步维艰，沈志坚与其同事们在这个研究领域取得了突破，使精确控制陶瓷微观结构与性能成为可能。他预期，一系列强韧陶瓷将随着这一成果的推广应运而生。现代文明与材料技术的突飞猛进是密不可分的。假如硅的纯净度不能达到99.99999%，计算机芯片、移动电话和光纤网络等信息技术产品就不会出现。在过去几十年中，性能优异的新材料不断涌现，使摩天大厦建得更高，汽车变得更轻、更加省油。这其中有金属，有塑料，也有新型陶瓷的功劳。今天的陶瓷，不仅仅是茶杯、花瓶。从厨房里的水龙头到轴承、防弹衣、坦克装甲板、飞机发动机和火箭助推器，到处都有陶瓷的踪影，。这些新型陶瓷比钢和其它金属密度低、硬度高，耐热性能好。然而，要想做出高强度的新型陶瓷不仅成本非常高，而且也非常不容易，因为陶瓷有其固有的致命弱点：太脆、容易开裂。利用传统烧结方法需要长时间的高温烧烤，其间发生的物理变化，化学反应很难得到精确控制，导致获得的陶瓷材料性能不稳定，可靠性差。要使陶瓷材料进入大规模的实用阶段，必须改善其太脆易裂的弱点，提高其可靠性，还要将成本降下来。根据沈志坚等的新烧结原理，能高效率地在数分钟之内将氮化硅粉末烧结成一种强韧的陶瓷，能更加简便、精确地控制反应过程，以一种所谓“动力学成熟”法来控制氮化硅颗粒的形态与大小。用一句行话说，这是将组成陶瓷的细小晶体颗粒制成长针状，使它们相互咬合，从而提高韧性。这一成果为解决长期困扰陶瓷研究的“成本”与“可靠性”这两个难题迈出了非凡的一步。正如汤姆森在评论文章中所说，它为陶瓷新材料的工业应用增加了可能性，提供了新方法，为将来开发更高性能的陶瓷开拓了思路。新型陶瓷作为现代工业新材料家族中的重要一员，有着巨大的应用前景。上述新发现，将会使这种工业应用离我们更近。譬如，科学家们正在研究让陶瓷取代金属来制造汽车发动机。届时可将发动机的水冷装置省去，热效能也能相应提高。提高涡轮发动机热利用效益的途径之一是提高工作温度，用新型陶瓷制作的涡轮入口温度可从800-900℃提高到1350℃，可将热利用效率从现在的15-20%提高到42%。利用新型陶瓷，还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。医用B超发生器的心脏也是一块压电陶瓷，它实现的却是一个逆向转换将电脉冲转变成机械振动，产生超声波。高温燃料