先进陶瓷材料研究现状及发展趋势

精品课件先进陶瓷材料研究现状及发展趋势发展科2016.05.27精品课件目录先进陶瓷材料概念及分类国内外研究现状及发展趋势先进陶瓷制备技术发展情况宜兴先进陶瓷产业发展现状精品课件一、先进陶瓷材料概念及分类传统上，陶瓷的概念是指以粘土及其天然矿物为原料，经过粉碎混合、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品。亦称为“普通陶瓷”。先进陶瓷是“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、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。”精品课件透明陶瓷灯功能陶瓷：功能陶瓷是具有电、磁、光、热、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为结构陶瓷。结构陶瓷：是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。陶瓷球阀先进陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。一、先进陶瓷材料概念及分类精品课件种类性能应用结构陶瓷高温陶瓷800℃以上长期使用，超高温短期使用窑炉器件、柴油机等发动机、航空航天、空间技术等高强陶瓷高韧性、高强度、良好的抗冲击性机床主轴轴承、密封环、模具等超硬陶瓷热稳定性、化学稳定性、弹性模量优良高速磨削道具、防弹装备等耐腐蚀陶瓷优良的化学稳定性和耐冲刷性能化工设备、舰船潜艇密封、金属液体防护、过滤陶瓷等功能陶瓷电子陶瓷压电、光电、热释电、铁电、绝缘性电子元器件、超高压绝缘子等超导陶瓷超导特性、耐低温超导光缆、空间、电子、生物等光学陶瓷透波性能、透明性、荧光性基板、天线罩、发光器、陶瓷传感器、激光器件等生物陶瓷与血液、器官良好的生物相容性陶瓷关节、骨骼、牙齿等磁性陶瓷磁导率、矫顽力大、硬度高微波器件、量子无线电等储能陶瓷能量转换与存储特性热、电、光、氢储能等先进陶瓷应用性能分析一、先进陶瓷材料概念及分类力学性能物理、化学性能精品课件一、先进陶瓷材料概念及分类先进陶瓷材料国民经济新的增长点国家经济实力的重要标志之一精品课件二、国内外研究现状及发展趋势美国日本欧盟全球第二大先进陶瓷材料生产基地，占全球市场份额20%以上；国家航空和宇航局对结构陶瓷的大规模研究与开发；“脆性材料设计”等十大计划；业内知名企业：格鲁曼、杜邦、赛瑞丹全球最大先进陶瓷材料生产基地，占全球市场份额50%以上；功能陶瓷领域垄断国际市场；“月光计划”、300kW陶瓷燃气轮机研制计划等；业内知名企业：京瓷、东芝、旭硝子、住友、村田、东陶市场份额仅次于日本和美国；德国、法国在结构陶瓷领域重点研发；“尤里卡”等研发计划1.国外研究发展情况精品课件二、国内外研究现状及发展趋势精品课件功能陶瓷的研究得到了国家和各科研院所的高度重视进入快速发展期，不断打破国外垄断和技术封锁现代工艺推动了特种纤维、连续纤维复合材料制备技术快速发展纳米技术的应用使某些陶瓷材料性能发生根本性变化学科交叉大幅提高了材料的性能1980-19901980-19901980-1990进入21世纪现在2.国内研究发展情况二、国内外研究现状及发展趋势精品课件二、国内外研究现状及发展趋势太阳能熔融石英方坩埚110~1100mm系列产品应用领域：太阳能光伏行业的多晶硅铸锭环节形状要求：大件、壁薄性能要求：密度均匀、强度高、热传导性强、热膨胀系数低精品课件二、国内外研究现状及发展趋势1）技术及新产品工程转化极度匮乏虽然我国同样能制备出性能良好的陶瓷材料，但绝大部分仍停留在实验室样品上，有的产品由于成本高及可靠性等问题，市场还不能接受，所以产品的销售额与发达国家相比相差甚远。2）高端粉体制备及分散技术远远落后我国对陶瓷粉料的制备仍未引起足够的重视，多种陶瓷粉料尚无专业化生产企业，许多企业不得不“自产自销”。受部分发达国家限制，国内企业在粉料质量上仍存在较大的波动；同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。3）制造装备加工技术落后虽然我国引进了国外先进的工艺装备，像气压烧结炉、热等静压、注射成型机、流延机等来提高我国的技术装备水平，但因投资大，在经济上给企业造成了很大压力，从而限制了先进陶瓷的发展。而国内仿制设备因加工水平差距，可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。存在问题：精品课件二、国内外研究现状及发展趋势产业发展的技术保障打破国际垄断，满足产业发展的基本需求注模成型、注凝成型、固体无模成型、微波烧结、放电等离子烧结储能陶瓷、环保过滤陶瓷、光电陶瓷、功能-结构一体化陶瓷等降低生产成本批量化生产的新型成型技术、新型环保烧结技术符合“十三五”和工业发展的要求基础理论研究和结构设计粉体技术的研发及产业化增韧技术重点研发方向突破应用局限性的关键因素精品课件三、先进陶瓷的制备技术发展情况先进陶瓷材料的制备工艺坯体成型坯体烧结精密加工粉体制备精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况1.陶瓷粉体的制备方法固相反应法液相反应法气相反应法粉体制备方法活性高纯度高粒径小后续成型烧结机械性能显微结构精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况目前实验室和工业上应用最广泛的粉体制备方法精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况2.先进陶瓷的成型技术成型技术干法压制成型塑性成型干压成型冷等静压成型挤压成型注射成型热蜡铸成型扎膜成型浆料成型固体无模成型注浆成型流延成型凝胶注模成型原位凝固成型熔融沉积成型三维打印成型分层实体成型立体光刻成型激光选取烧结成型精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况（1）冷等静压成型冷等静压成型分类工艺缺点优点三、先进陶瓷的制备发展情况将粉体放入柔性模具或包套中，通过对其施加各项均匀的压力成型干袋式等静压湿袋式等静压成本低、模具简单；生坯强度高；制品密度高,不易变形制品尺寸不精确；复杂形状成型较困难；自动化生产率低（目前国内应用最为广泛、最为成熟的工艺）精品课件冷等静压成型超特高压绝缘子三、先进陶瓷的制备发展情况精品课件流延成型法制备的Al2O3陶瓷基片三、先进陶瓷的制备发展情况（2）流延成型坯体制备加工处理料浆制备步骤：料浆薄膜基带刮刀流延成型薄膜制备过程优点：工艺稳定，生产效率高，自动化程度高，坯体韧性高、强度高，可制备厚度为10-1000μm的高质量陶瓷薄膜。缺点：坯体粘结剂含量高，密度小，烧成收缩率高达20-21%。（广泛应用在电容器瓷片、Al2O3基片和压电陶瓷膜片中）精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况（3）其他成型方法CAD设计、3D打印的三维立体构件精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况3.先进陶瓷的烧结技术宏观变化：体积收缩、致密度提高、强度增加。微观变化：晶粒迁移，尺寸长大，气孔减少。坯体烧结是指把成型坯体转变为致密体的工艺过程。精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况烧结状态烧结压力特殊加热原理固态烧结液相烧结常压烧结无压烧结真空烧结热压烧结热等静压烧结气氛烧结微波烧结放电等离子烧结自蔓延烧结坯体烧结技术精品课件热压烧结的透明陶瓷三、先进陶瓷的制备发展情况（1）热压烧结（HP）热压烧结指在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。全进口热压烧结设备价格：31万欧元（￥260万）烧结温度低、时间短制品密度高、性能强优点产品形状单一、生产率低设备价格成本高缺点100~200℃精品课件国产化气压烧结氮化硅陶瓷轴承球三、先进陶瓷的制备发展情况（2）气压烧结（GPS）气压烧结指在高温烧结过程中对坯料施加1-10Mpa气体压力，抑制了高温下陶瓷材料的分解和失重，从而可以提高烧结温度，促进材料的致密化。最大优势较低成本制备性能优良、形状复杂的共价键陶瓷，并可实现批量化生产。精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况（3）新型烧结技术精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况4.陶瓷精密加工技术导致先进陶瓷的精密加工技术已经成为国内外陶瓷领域的热点陶瓷材料属于硬脆材料，其特点是：硬度高，脆性大，不变形。加工难度大，稍有不慎就会产生裂纹或者破坏精品课件三、先进陶瓷的制备发展情况力学的——化学的——光化学的——光刻电化学的——电解抛光电学的——————光学的——激光加工磨料加工：磨削、研磨、抛光等刀具加工：切割蚀刻：磨削、研磨、抛光等化学抛光电火花加工电子束加工离子束加工等离子束加工陶瓷精加工种类传统加工技术精品课件陶瓷球阀磨削加工激光切割机激光打孔机超声波打孔机精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状山东淄博江苏宜兴江西萍乡广东深圳湖南新化河北唐山国家火炬计划宜兴非金属产业基地精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状全市陶瓷材料产业相关企业500多家规模以上企业30多家总应税销售额30多亿元丁蜀镇地区1.产业总体发展情况其它地区精品课件结构陶瓷化机厂、王子制陶、杜塞拉姆、海登皇格功能陶瓷电子器件总厂、陶瓷研究所先进陶瓷材料门类齐全四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状企业技术包容性强传统技术：热压铸、注浆和干压技术等先进技术：流延、等静压、自动压铸和高压注射等先进企业引领高端技术精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状2.创新体系建设情况江苏省宜兴陶瓷产业园江苏省宜兴工业陶瓷科技产业园江苏省宜兴新材料高新技术创业服务中心江苏省宜兴新型陶瓷材料公共技术服务中心江苏省陶瓷耐火产品检测中心国家火炬计划非金属材料特色产业基地产业集聚平台创新服务平台精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状全市先进陶瓷材料产业累计认定各级企业研发机构80多家，其中省级工程技术研究中心13家。国家高新技术企业40多家，获批省级以上高新技术产品近60只。承担省级以上科技计划项目40项以上，其中化机厂的“满足柴油车国Ⅳ以上排放标准的大规格堇青石蜂窝陶瓷载体的研发及产业化”、电子器件厂“集成电路封装用多引出端高密度陶瓷外壳的研发及产业化”等获批省重大科技成果转化项目，王子制陶、拜富科技等承担国家“863”项目子课题4项，东城陶瓷等承担国家中小企业创新基金项目20余项。近五年创新成果精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状3.存在问题第一，产业层次相对不高，产业链较短。我市的陶瓷产品门类较多，但仍以通用型、基础型材料为主，功能化、专用化的高端材料产值占比较低，面向下游高端应用领域的新型功能性材料开发不够，关键生产装备、核心部件及材料、高端配套产品仍然依赖外购，缺乏自主研发能力和高端产品的配套能力，低端产品重复度高，价格竞争激烈。第二，受外部环境影响偏大，抵御风险能力较弱。由通货膨胀引发的原材料成本、人口红利引发的人力资源成本、市场竞争加剧引发的市场营销、物流运输等经营成本的持续上涨，不断蚕食着企业的利润空间，令我市相关企业的生产成本优势和产品价格优势逐步丧失，直接阻碍了陶瓷材料产业增长的步伐，而严峻的宏观经济环境更加剧了企业抵御风险的压力。第三，环保压力大，资源环境制约明显。政府对资源、能源和环境的管理力度在逐年加强，政策上对陶瓷产业发展的制约日益明显，全行业节能降耗，治污减排的任务十分繁重，关键高档产品用原材料资源紧张的形势在短期内也难以缓解。精品课件优化产业发展环境提升行业发展水平壮大产业规模四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状4.发展建议①②③精品课件发挥协会作用优化产业结构加强政策引导•结合“十三五”规划和工业发展要求，贯彻落实我市《关于陶瓷产业发展的工作意见》等文件精神•完善金融、财税等扶持政策•加大技术改造，合理设定发展门槛•充分发挥好我市陶瓷材料行业协会服务、协调、自律、监督和管理的作用•做好制定产业规划、科技信息交流、产业技术培训、加快人才培养等工作•鼓励企业通过兼并重组等方式调整和优化结构•提高产业集中度，提高抗风险能力和资源利用率•降低能耗水平优化产业发展环境四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状精品课件四、宜兴市先进陶瓷产业发展现状提升工艺和装备加强科技合作注重新品开发•研发纳米陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷等先进陶瓷。•推进“大尺寸蜂窝陶瓷载体”、“集成电路封装用高密度陶瓷外壳”等产品实现产业化。研发机构升级•开展企业研发机构绩效管理，做好企业研发机构提档升级。•鼓励企业进一步加大投入，积极建设研究生工作站、省级工程技术研究中心、省重点实验室等创新平台。•逐步淘汰落后产品•开发免烧型砖