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2023
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精密陶瓷成半导体设备的“香饽饽”，国内产业哪些问题亟需解决？
精密陶瓷由于其自身的优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天和生物医学等领域，成为这些领域发展的重要关键材料，备受各工业发达国家的极大关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。
1. 产业现状
目前，全球范围内精密陶瓷技术快速进步、应用领域拓宽及市场稳定增长的发展趋势明显。由于较高的技术壁垒，精密陶瓷行业长期被日本、美国及一些具有独特技术的欧洲公司所垄断。其中，日本是最大的精密陶瓷生产国，门类齐全，产量大，应用领域广，综合性能优，在陶瓷市场特别是电子陶瓷市场中占据主导地位。耐高温结构陶瓷则是美国精密陶瓷发展的重点。此外，欧盟各国特别是德国、法国在结构陶瓷领域进行了重点研究，主要集中在发电装备、新能源材料和发动机中的陶瓷器件等领域。
我国几乎对所有工业用精密陶瓷材料都进行了研究和开发，经过“六五”、“七五”、“八五”攻关及“863”、“973”、“科技支撑”、“科技部重大专项”等科研项目的研发，我国精密陶瓷材料的研究与开发能力有了显著的提高。
我国陶瓷材料制备工艺发展概况：
在粉体制备方面，我国陶瓷粉体的制备方法主要有固相反应法、液相反应法和气相反应法3大类。随着纳米技术的发展，通过气相反应法制成的粉体具有表面积大、球形度高、粒径分布窄等特点，为高性能陶瓷制备提供了基础保障。
在成形技术方面，我国精密陶瓷行业采用的主要成形技术有干法压制成形中的冷等静压成形、塑性成形中的注射成形、浆料成形中的流延成形和凝胶注模成形等。
在烧结技术方面，我国精密陶瓷行业主要采用热压烧结(HP)和气压烧结(GPS)技术，国内在大尺寸气压烧结氮化硅陶瓷方面突破了国外技术封锁，实现技术国产化。
在精密加工技术方面，电火花加工、超声波加工、激光加工和化学加工等加工技术逐步应用于陶瓷加工中。
2. 我国面临的主要问题和挑战
与国外精密陶瓷行业相比，我国生产的大部分精密陶瓷产品附加值较低，很多电子整机中技术含量较高的陶瓷元件仍需要大量进口；原料高纯化、元器件高致密、大尺寸、复杂形状、陶瓷靶材等问题亟需解决；国内部分材料的性能指标尚未达到国外同类材料的水平，装备设备精度差，高端设备依赖进口；产学研用结合不紧密，实验室成果缺乏重视，与实际应用脱节严重。
目前我国高纯、超细、高性能陶瓷粉体制造技术和工艺与日美等国家有着较大距离，高端粉体材料依然以进口为主。另外，粉体的高效分散技术也存在较大差距。引进高端装备在一定程度提升了我们的技术装备水平，但对于企业而言投资大，经济压力大。随着国产高端制备装备的发展，对可满足特定材料性能要求的陶瓷材料及部件需求量也越来越大，但受限于我国高端陶瓷材料的制造水平，很大程度上还是需要使用进口材料。总体来说，我国从先进陶瓷大国向强国转型主要面临以下问题：
（一）缺乏优质先进陶瓷粉末原料生产企业
目前，虽然国内先进陶瓷粉末原料生产企业很多，但陶瓷粉末性能通常存在较大的分散性和不稳定性，因此直接影响后续批量化制备的陶瓷产品性能和可靠性。近几年国内在一些高品质氧化物陶瓷粉末产业化方面已有突破，如山东国瓷和广东华旺公司采用先进的水热水解技术生产的纳米氧化锆粉已作为高端生物陶瓷的齿科材料获得广泛应用，在国内外均占有较大的市场份额；潮州三环生产的用于手机陶瓷背板的高强度高韧性氧化锆专用粉，已成功用于小米6、小米MIX2、OPPO等多款手机陶瓷背板，可经受从1米高度不同角度的跌落无任何破裂；江西赛瓷公司生产的高性能低温烧结纳米氧化锆粉已成功应用于光纤连接器陶瓷插芯，从而打破了日本Tosoh等公司在这一领域的垄断。
但是我国在其他许多重要的结构陶瓷粉末方面还达不到这种水平，例如高纯度易烧结的氧化铝陶瓷粉末，仍然依赖从日本大明公司、住友公司、昭和电工以及德国纳博特公司、安迈公司和法国的一些公司进口。特别是高性能非氧化物陶瓷粉末，如氮化硅、氮化铝、碳化硅、碳化硼、硼化锆等共价键陶瓷粉末，国内尚缺乏一流的生产供应商。例如用于制备高强度陶瓷轴承的氮化硅粉末主要依赖从日本宇部公司（简称UBE公司）及瑞典的公司进口；而半导体芯片封装用的高导热基板用氮化铝陶瓷粉主要从日本德山曹达等公司进口，而高性能的碳化硅陶瓷粉末需从法国圣戈班公司进口，高品质的防弹装甲用碳化硼、超高温陶瓷用硼化锆等粉末需从德国H.C.Starck等公司进口；特别是核电站中子吸收用的核级碳化硼原料存在较大差距。大连金玛硼业是国内在高性能碳化硼粉末研发和生产有实力的企业，正在拉近与国际先进水平的差距。上述这些依赖进口的高端陶瓷粉料一旦被卡脖子（类似中兴芯片），将会被置于极端危险的境地。
（二）规模化生产的技术与装备相对落后
虽然我国高性能结构陶瓷生产工艺技术已有很大提升，但在关键工艺技术和装备上仍然有较大差距，国产装备的性能和可靠性还难以达到国际先进水平。由于结构陶瓷生产的工艺装备，包括粉体处理装置、各种成型设备、不同类型高温烧结炉、精密研磨加工设备，大多不是市场上通用机械装备；开发这些专用设备其性能和可靠性与进口的设备比较均有差距，体现在设备的精度、可靠性和稳定性以及寿命方面。包括像陶瓷粉末喷雾造粒装置、注射成型机、气氛压力烧结炉、热等静压烧结炉、陶瓷精加工的研磨设备、加工中心（CNC）等。例如近几年快速发展起来陶瓷粉末的精密注射成型技术，可以制备形状复杂和内部结构精细的高附加值陶瓷产品，如陶瓷插芯、陶瓷手术刀、陶瓷关节等，但由于成型烧结工艺的可控精度以及后续精密机加工设备等原因，导致像半导体工业中大量使用的陶瓷劈刀等产品还无法商业化生产，还需从日本、美国、瑞士进口。
（三）企业的技术创新及工程化能力还较弱
国内先进结构陶瓷材料的企业虽然多达上千家，但以中小企业居多。由于目前这类企业的专业技术人员（包括工程师和技术工人）普遍比较缺乏，研发力量比较弱，特别是具有十年以上研发和生产经验的陶瓷工艺工程师和机加工等方面的工程师一人难求，因此在新产品和新工艺的研发方面不像国外公司那样快速又有条件保障。即使现在通过产学研结合，将大学和科研院所的成果到企业进行转化，但由于受到企业工程技术人员少和工艺装备的局限性，要快速实现产业化和规模化的时间周期也比较长，因此常常失去进入市场的有利时机；可见我国在先进陶瓷产业上的工程师和技术研发人员的严重缺失，已成为制约整个产业发展的一大瓶颈。
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