近三十年來我國從事先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的高校科研院所和眾多陶瓷企業(yè)在陶瓷材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得了令人矚目的成就，已成為先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制造大國，不但為我國工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程提供了材料保障和支撐，其中不少企業(yè)的高性能陶瓷產(chǎn)品出口到海外，這些企業(yè)不但有像潮州三環(huán)、山東國瓷、順絡(luò)電子、中材高新這樣的大公司，也有許多像湖南美程、深圳商德、廣東夏陽、宜興九榮、上海華碩、浙江宏泰、北京中興實(shí)強(qiáng)這樣具有創(chuàng)新活力的中小型企業(yè)。

　　但是，從陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈上來看，我國先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷許多企業(yè)和產(chǎn)品還處于中低端，總體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。從先進(jìn)陶瓷大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)型，面臨的主要問題、挑戰(zhàn)與痛點(diǎn)至少包括以下幾個方面。

　　面臨的主要問題和挑戰(zhàn)

　　1. 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(jià)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。

日本產(chǎn)易燒結(jié)氧化鋁粉體

　　2. 規(guī)模化生產(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。

陶瓷劈刀照片

陶瓷劈刀實(shí)物

　　3.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。

　　4.急需具有國際品牌或?qū)I(yè)化的公司

　　如前所述，美國、日本、德國、法國、英國等發(fā)達(dá)國家在先進(jìn)陶瓷材料這一領(lǐng)域已有一批具有國際品牌價(jià)值和影響力的大公司，如美國的庫爾斯泰克（CoorsTec）、康寧（Coning）、賽瑞丹（Ceradyne）等公司、日本的京瓷（Kyocera）公司、NGK和NTK公司、東芝陶瓷、德國賽瑯泰克（CeramTec）公司、法國圣戈班（Saint-Gobain）公司、英國的摩根（Morgan）公司，這些大公司的產(chǎn)品品質(zhì)高、種類多、銷往全球，包括中國也要進(jìn)口他們的許多產(chǎn)品。此外上述發(fā)達(dá)國家還有一批企業(yè)具有高度專業(yè)化的水準(zhǔn)，如專業(yè)生產(chǎn)納米氧化鋯粉末原料的日本東曹（Tosoh）公司和專業(yè)生產(chǎn)氮化硅粉末原料日本宇部公司（簡稱UBE），在全球享有盛譽(yù)，以至于美國蘋果公司的無線充電的智能手表陶瓷后蓋，指名必須采用日本Tosoh公司的原料。又例如美國奎斯特技術(shù)公司（Quest Technology. LP）其技術(shù)核心是注射成型工藝和注射模具的制造，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等高技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷，其生產(chǎn)最大的特點(diǎn)是精密注射成型生產(chǎn)線和相應(yīng)的注射摸具加工配套，產(chǎn)品精度非常高。

　　 我國近幾年雖然也涌現(xiàn)了像潮州三環(huán)、山東國瓷、順絡(luò)電子、中材高新等大公司，在國際上開始產(chǎn)生影響力，但絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷企業(yè)的品牌價(jià)值和影響力尚未形成，具有高度專業(yè)化的陶瓷公司也比較少。此外，許多中小型陶瓷企業(yè)的產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，惡性競爭比較激烈，且產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)不到國際先進(jìn)水平，因此還難以進(jìn)入廣闊的國際市場。

日本精密陶瓷照片

　　結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)業(yè)的十大“痛點(diǎn)”

　　（1）高性能氮化硅和氮化鋁粉末

　　這兩種重要的先進(jìn)陶瓷粉末原料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，主要來自日本宇部（UBE）公司，日本德山曹達(dá)等公司，不但價(jià)格昂貴且供貨不能保障。國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)無論在粉末性能還是批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性和一致性方面均有較大差距，從而在一定程度上制約了像高端陶瓷軸承球、高導(dǎo)熱高強(qiáng)度陶瓷基板等許多高附加值陶瓷產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。

日本宇部氮化硅粉

　?。?）高導(dǎo)熱高強(qiáng)度氮化硅陶瓷基板

　　隨著新能源汽車、高鐵、風(fēng)力發(fā)電和5G基站的快速發(fā)展，這些新產(chǎn)業(yè)中所用的大功率器件IGBT對最新一代的高導(dǎo)熱高強(qiáng)度的氮化硅陶瓷基板需求巨大，僅中車集團(tuán)每年需求量就達(dá)到500萬片；日本的京瓷和美國羅杰斯等公司都已可批量生產(chǎn)和提供覆銅刻蝕的氮化硅陶瓷基板；國內(nèi)起步較晚，但近幾年大學(xué)研究機(jī)構(gòu)和一些企業(yè)都在加快研發(fā)并取得較大進(jìn)展，其導(dǎo)熱率＞90WM/K，抗彎強(qiáng)度＞650MPa，斷裂韌性＞6.5MPa.m1/2；但距產(chǎn)業(yè)化還有一定差距。

高導(dǎo)熱高強(qiáng)度氮化硅陶瓷基板

　?。?）高性能氮化鋁氮化硅覆銅板的制備

　　對于IGBT用高導(dǎo)熱氮化鋁氮化硅覆銅基板還是以進(jìn)口為主，特別是在高鐵上的大功率器件控制模塊；國內(nèi)的基板覆銅技術(shù)尚不能完全達(dá)到對覆銅板的嚴(yán)格考核，例如冷熱循環(huán)次數(shù)。目前，國際上都采用先進(jìn)的活化金屬鍵合（AMB）技術(shù)進(jìn)行覆銅，比直接覆銅（DBC）具有更高的結(jié)合強(qiáng)度和抗冷熱循環(huán)特性。

日本氮化鋁覆銅板 

　　（4）易燒結(jié)細(xì)晶氧化鋁陶瓷粉末

　　許多高端的氧化鋁陶瓷產(chǎn)品如氧化鋁體系的生物陶瓷、陶瓷基板、真空管殼、耐磨紡織瓷件、電子真空瓷件等所使用的氧化鋁粉末還依賴從日本、德國、美國進(jìn)口，特別是制備氧化鋁含量為99.5%、99.7%、99.8%、99.9%的晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻、機(jī)電性能和耐磨性好的氧化鋁陶瓷零部件；國內(nèi)廠家在氧化鋁粉末的雜質(zhì)含量控制、燒結(jié)活性，特別是燒結(jié)成瓷后的顯微結(jié)構(gòu)均勻性和材料性能上還具有差距。

　　（5）壓力傳感器用氧化鋁平板

　　氧化鋁陶瓷平板電容式壓力傳感器在各種汽車上用量巨大，市場達(dá)近百億，但目前這種氧化鋁平板主要依賴進(jìn)口。國產(chǎn)氧化鋁板在材料的彈性模量、彈性變形循環(huán)次數(shù)、使用壽命和可靠性等方面還有差距，尚未進(jìn)入商業(yè)化實(shí)際應(yīng)用。

電容式壓力傳感器用氧化鋁板

陶瓷壓力傳感器實(shí)物

　　（6）平板式氧化鋯基氧傳感器

　　平板式氧化鋯氧傳感器對降低汽車排氣有害物的排放及燃油經(jīng)濟(jì)性的提高起到很大的作用，目前汽車用氧傳感器以濃差電池型氧化鋯傳感器為主。近年來，國內(nèi)汽車持有量日益增多，每輛汽車至少要安裝2個氧傳感器，氧傳感器市場年增長率達(dá)30％，并且氧傳感器屬于易損件，基本上每個大修期(甚至每年)都要更換，而目前我國所有的汽車氧 傳感器幾乎全部依賴進(jìn)口或者進(jìn)口組裝。龐大的汽車氧傳感器市場、嚴(yán)格的汽車尾氣排放法規(guī)和我國國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的欠缺，使得研究和開發(fā)具有我國自主產(chǎn)權(quán)的性能好、可靠性高的氧傳感器產(chǎn)品顯得尤為迫切和重要?，F(xiàn)在，生產(chǎn)汽車氧傳感器的主要有Bosch、Delphi、Denso、NTK、Kefico等，以及其在各地的一些合資公司和子公司。其中Bosch公司為最大的氧傳感器生產(chǎn)企業(yè)。另外，國外一些陶瓷企業(yè)，依靠其強(qiáng)大的陶瓷開發(fā)能力，生產(chǎn)氧傳感器敏感元件和陶瓷加熱器，如日本京瓷。

氧傳感器

　　（7）生物陶瓷髖關(guān)節(jié)

　　生物陶瓷髖關(guān)節(jié)市場需求巨大，全球平均每2分鐘就有一例陶瓷髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，目前主要由德國賽瑯泰克公司和日本京瓷等公司生產(chǎn)，國內(nèi)每年需要大量進(jìn)口。陶瓷髖關(guān)節(jié)材料性能和可靠性要求非常高，使用壽命至少20年。德國賽瑯泰克公司生產(chǎn)的這種采用ZrO2和SrAl12-xCrxO19板狀晶協(xié)同增強(qiáng)增韌Al2O3基復(fù)相陶瓷材料，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別達(dá)到1380MPa和6.5 MPa·m1/2，國內(nèi)還是空白。

德國賽瑯泰克陶瓷髖關(guān)節(jié)

　　（8）長壽命高耐磨陶瓷軸承球和軸承

　　在航天發(fā)動機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、數(shù)控機(jī)床等高端裝備所使用的陶瓷軸承，不但要求高的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，而且要求優(yōu)異的耐磨性、可靠性和長壽命，目前國產(chǎn)的氮化硅陶瓷軸承球與日本東芝陶瓷公司還有明顯差距；與國際上著名的瑞典SKF公司、德國FAG公司和日本KOYO等軸承公司相比，我們的軸承還處于產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，像風(fēng)電和數(shù)控機(jī)床等高端產(chǎn)品還依賴進(jìn)口。

東芝氮化硅陶瓷軸承

　　（9）大尺寸透明透波陶瓷

　　在軍工國防用到的透明和透紅外線陶瓷材料，如Y2O3（氧化釔）、MgO（氧化鎂）、AlON（阿?。?、MgAl2O4（鎂鋁尖晶石）陶瓷以及具有激光特性Nd:YAG）透明陶瓷。目前我們的技術(shù)還限于制備有限的尺寸，對于國際上已達(dá)到半米的大尺寸透明透波陶瓷材料我們還很困難，無論在工藝技術(shù)和裝備上均有差距。

美國Armorline的大尺寸鎂鋁尖晶石透明陶瓷

　　（10）半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線上的陶瓷備件

　　半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線上需要使用到大量的陶瓷備件，例如陶瓷盤、陶瓷手臂、陶瓷環(huán)、保持架等；涵蓋了氧化鋁、氮化鋁、碳化硅等多種結(jié)構(gòu)陶瓷材料，要求材料純度高、致密均勻、產(chǎn)品加工精度和光潔度極高。國內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)提供部分這類產(chǎn)品，像高端的氮化鋁與碳化硅陶瓷備件還得依賴進(jìn)口。

英國摩根公司產(chǎn)晶圓生產(chǎn)線陶瓷備件