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10
2023
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精密陶瓷成半導體設備的“香餑餑”，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)哪些問題亟需解決？
精密陶瓷由于其自身的優(yōu)良性能，被廣泛應用于國防、化工、冶金、電子、機械、航空、航天和生物醫(yī)學等領域，成為這些領域發(fā)展的重要關鍵材料，備受各工業(yè)發(fā)達國家的極大關注，其發(fā)展在很大程度上也影響著其他工業(yè)的發(fā)展和進步。
1. 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
目前，全球范圍內(nèi)精密陶瓷技術快速進步、應用領域拓寬及市場穩(wěn)定增長的發(fā)展趨勢明顯。由于較高的技術壁壘，精密陶瓷行業(yè)長期被日本、美國及一些具有獨特技術的歐洲公司所壟斷。其中，日本是最大的精密陶瓷生產(chǎn)國，門類齊全，產(chǎn)量大，應用領域廣，綜合性能優(yōu)，在陶瓷市場特別是電子陶瓷市場中占據(jù)主導地位。耐高溫結構陶瓷則是美國精密陶瓷發(fā)展的重點。此外，歐盟各國特別是德國、法國在結構陶瓷領域進行了重點研究，主要集中在發(fā)電裝備、新能源材料和發(fā)動機中的陶瓷器件等領域。
我國幾乎對所有工業(yè)用精密陶瓷材料都進行了研究和開發(fā)，經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”攻關及“863”、“973”、“科技支撐”、“科技部重大專項”等科研項目的研發(fā)，我國精密陶瓷材料的研究與開發(fā)能力有了顯著的提高。
我國陶瓷材料制備工藝發(fā)展概況：
在粉體制備方面，我國陶瓷粉體的制備方法主要有固相反應法、液相反應法和氣相反應法3大類。隨著納米技術的發(fā)展，通過氣相反應法制成的粉體具有表面積大、球形度高、粒徑分布窄等特點，為高性能陶瓷制備提供了基礎保障。
在成形技術方面，我國精密陶瓷行業(yè)采用的主要成形技術有干法壓制成形中的冷等靜壓成形、塑性成形中的注射成形、漿料成形中的流延成形和凝膠注模成形等。
在燒結技術方面，我國精密陶瓷行業(yè)主要采用熱壓燒結(HP)和氣壓燒結(GPS)技術，國內(nèi)在大尺寸氣壓燒結氮化硅陶瓷方面突破了國外技術封鎖，實現(xiàn)技術國產(chǎn)化。
在精密加工技術方面，電火花加工、超聲波加工、激光加工和化學加工等加工技術逐步應用于陶瓷加工中。
2. 我國面臨的主要問題和挑戰(zhàn)
與國外精密陶瓷行業(yè)相比，我國生產(chǎn)的大部分精密陶瓷產(chǎn)品附加值較低，很多電子整機中技術含量較高的陶瓷元件仍需要大量進口；原料高純化、元器件高致密、大尺寸、復雜形狀、陶瓷靶材等問題亟需解決；國內(nèi)部分材料的性能指標尚未達到國外同類材料的水平，裝備設備精度差，高端設備依賴進口；產(chǎn)學研用結合不緊密，實驗室成果缺乏重視，與實際應用脫節(jié)嚴重。
目前我國高純、超細、高性能陶瓷粉體制造技術和工藝與日美等國家有著較大距離，高端粉體材料依然以進口為主。另外，粉體的高效分散技術也存在較大差距。引進高端裝備在一定程度提升了我們的技術裝備水平，但對于企業(yè)而言投資大，經(jīng)濟壓力大。隨著國產(chǎn)高端制備裝備的發(fā)展，對可滿足特定材料性能要求的陶瓷材料及部件需求量也越來越大，但受限于我國高端陶瓷材料的制造水平，很大程度上還是需要使用進口材料?？傮w來說，我國從先進陶瓷大國向強國轉(zhuǎn)型主要面臨以下問題：
（一）缺乏優(yōu)質(zhì)先進陶瓷粉末原料生產(chǎn)企業(yè)
目前，雖然國內(nèi)先進陶瓷粉末原料生產(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的水熱水解技術生產(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)的用于手機陶瓷背板的高強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)的高性能低溫燒結納米氧化鋯粉已成功應用于光纖連接器陶瓷插芯，從而打破了日本Tosoh等公司在這一領域的壟斷。
但是我國在其他許多重要的結構陶瓷粉末方面還達不到這種水平，例如高純度易燒結的氧化鋁陶瓷粉末，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、硼化鋯等共價鍵陶瓷粉末，國內(nèi)尚缺乏一流的生產(chǎn)供應商。例如用于制備高強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）及瑞典的公司進口；而半導體芯片封裝用的高導熱基板用氮化鋁陶瓷粉主要從日本德山曹達等公司進口，而高性能的碳化硅陶瓷粉末需從法國圣戈班公司進口，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)有實力的企業(yè)，正在拉近與國際先進水平的差距。上述這些依賴進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的境地。
（二）規(guī)模化生產(chǎn)的技術與裝備相對落后
雖然我國高性能結構陶瓷生產(chǎn)工藝技術已有很大提升，但在關鍵工藝技術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到國際先進水平。由于結構陶瓷生產(chǎn)的工藝裝備，包括粉體處理裝置、各種成型設備、不同類型高溫燒結爐、精密研磨加工設備，大多不是市場上通用機械裝備；開發(fā)這些專用設備其性能和可靠性與進口的設備比較均有差距，體現(xiàn)在設備的精度、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、氣氛壓力燒結爐、熱等靜壓燒結爐、陶瓷精加工的研磨設備、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，可以制備形狀復雜和內(nèi)部結構精細的高附加值陶瓷產(chǎn)品，如陶瓷插芯、陶瓷手術刀、陶瓷關節(jié)等，但由于成型燒結工藝的可控精度以及后續(xù)精密機加工設備等原因，導致像半導體工業(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、瑞士進口。
（三）企業(yè)的技術創(chuàng)新及工程化能力還較弱
國內(nèi)先進結構陶瓷材料的企業(yè)雖然多達上千家，但以中小企業(yè)居多。由于目前這類企業(yè)的專業(yè)技術人員（包括工程師和技術工人）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)驗的陶瓷工藝工程師和機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)學研結合，將大學和科研院所的成果到企業(yè)進行轉(zhuǎn)化，但由于受到企業(yè)工程技術人員少和工藝裝備的局限性，要快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；臅r間周期也比較長，因此常常失去進入市場的有利時機；可見我國在先進陶瓷產(chǎn)業(yè)上的工程師和技術研發(fā)人員的嚴重缺失，已成為制約整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。
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