先進陶瓷走了100多年，在市場站穩(wěn)了嗎？

先進陶瓷是在多個國民經(jīng)濟重要領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。先進陶瓷材料屬于陶瓷材料的一種。陶瓷材料具備優(yōu)良材料特性，與金屬材料、高分子材料并列為當(dāng)代“三大固體材料”。

先進陶瓷擁有遠超傳統(tǒng)材料的優(yōu)良性能。

相較于傳統(tǒng)材料，先進陶瓷材料在性能方面展現(xiàn)出巨大的潛力，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1）先進陶瓷材料具有優(yōu)異的性能特點，涵蓋了力學(xué)、化學(xué)、機械和熱學(xué)等多個性能。

2）先進陶瓷材料相較于傳統(tǒng)材料蘊含更強大的實用功能，例如，化學(xué)方面的功能、超導(dǎo)體功能等，這些特性可以更加充分地應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品中。

3）先進陶瓷材料在改變某種組成或者摻雜后，性能也會發(fā)生相應(yīng)變化。在這一過程中，主要采用的原材料包括氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂等。

此外，先進陶瓷的優(yōu)良物理、化學(xué)和生物等性能與普通陶瓷有極大差別，這主要源自其原材料、制造工藝和精加工過程的更高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具體對比如下：

全球先進陶瓷發(fā)展歷史悠久，研發(fā)與工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)有超過100年的時間。二十世紀(jì)八十年代以來，先進陶瓷在全球得到突飛猛進的發(fā)展。

根據(jù)弗若斯特沙利文數(shù)據(jù)，2021年全球先進陶瓷市場規(guī)模達到3,818億元，其中先進結(jié)構(gòu)陶瓷為1,067億元，占比28%。

數(shù)據(jù)來源：弗若斯特沙利文

先進陶瓷的優(yōu)良性能使其在市場大放光彩。

（1）汽車領(lǐng)域：

汽車發(fā)動機上的運用：

隨著汽車工業(yè)不斷地發(fā)展，先進陶瓷材料正廣泛運用于汽車工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中。美國在陶瓷材料設(shè)計中，有極多數(shù)的氧化鋁陶瓷材料是運用在機械中的，這也是先進陶瓷材料受到認(rèn)可并持續(xù)發(fā)展的原因之一。在汽車發(fā)動機方面，對其性能要求極高。在柴油發(fā)動機中需要將燃油消耗降低到特定標(biāo)準(zhǔn)，因此需要使用先進陶瓷材料。

來源：富樂華DBA陶瓷基板

使用耐熱合金制造的發(fā)動機所需的起動溫度低于先進陶瓷材料，這意味著在高溫工作條件下，先進陶瓷材料能夠促進燃料更好地燃燒，達到更高的利用效率，同時減少排放廢氣，對環(huán)境保護起到積極作用，實現(xiàn)了提高利用效率和環(huán)境保護的雙重目標(biāo)。

由于先進陶瓷材料具有較低的熱傳導(dǎo)性，發(fā)動機的自身能量也能更有效地保留，進一步提高了能源利用效率，從而在一定程度上延長了發(fā)動機的使用壽命。因此，先進陶瓷材料在汽車工業(yè)中的運用不僅能夠提升發(fā)動機性能，還有助于提高能源效率，降低排放，實現(xiàn)更可持續(xù)的汽車工業(yè)發(fā)展。

汽車傳感器上的運用：

先進陶瓷材料在汽車傳感器領(lǐng)域同樣取得了顯著的成效，然而在應(yīng)用時必須充分考慮汽車特有的環(huán)境，包括極端的高低溫、排放的廢氣等等。這就需要這些材料具有輕質(zhì)、廣泛的輸出范圍以及可實現(xiàn)循環(huán)利用的特點。同時，以先進陶瓷材料制造的傳感器可以集成到高級監(jiān)控系統(tǒng)中，在輪胎漏氣或輪胎壓力不穩(wěn)定時自動發(fā)出警報。這些創(chuàng)新的應(yīng)用顯著增強了汽車的安全性能。

圖片來源：美程科技傳感器系列

（2）航天航空領(lǐng)域：

航空發(fā)動機的運用：

隨著各種新型材料出現(xiàn)，先進陶瓷材料被廣泛運用于航空航天工業(yè)中。然而，航空航天領(lǐng)域?qū)ο冗M陶瓷材料的要求更加嚴(yán)格，因為航空操作在極惡劣環(huán)境下進行，需要充分利用先進陶瓷材料的耐高溫、高強度、高硬度、抗腐蝕和高熔點等特性。航空發(fā)動機是航空領(lǐng)域最關(guān)鍵的核心部件，對使用周期的要求非常高。航空發(fā)動機基本都以燃?xì)鉃閯恿Γ涔ぷ鳒囟仍礁撸试礁?。因此，提高發(fā)動機的推重并降低燃料消耗是至關(guān)重要的。

在這種背景下，陶瓷基復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)陶瓷材料成為發(fā)動機材料制備的首選。陶瓷基復(fù)合材料用在發(fā)動機中，能夠承受高溫、抗腐蝕，并且具有較好的抗沖擊性能等特點。這種改進使得飛機發(fā)動機的壽命顯著提升，大幅提高了渦輪前溫度。另一方面，結(jié)構(gòu)陶瓷材料能夠優(yōu)化發(fā)動機部件的結(jié)構(gòu)，使其更加緊湊，從而在高溫環(huán)境下節(jié)省其他金屬材料的使用。因此，航空航天領(lǐng)域?qū)ο冗M陶瓷材料的需求十分迫切。

航天防熱系統(tǒng)的運用：

火箭、飛行器和導(dǎo)彈在飛行時通常具有相當(dāng)高的速度，這導(dǎo)致其表面溫度升高，從而提升了對防熱系統(tǒng)的需求。在大氣層飛行中，導(dǎo)彈的速度極高，常規(guī)的鋁合金等材料難以滿足需求，因此需要更多類型的先進陶瓷材料以實現(xiàn)優(yōu)異的防熱性能。美國的研究表明，陶瓷復(fù)合材料的耐溫可達到1700℃。航天飛機的機翼前緣和前門等部位需要承受超過1250℃的高溫，因此需要使用能夠耐受高溫的先進材料。

根據(jù)資料顯示，日本的飛機Hope-x使用陶瓷復(fù)合材料作為平面翼板和曲面翼板的防熱保護系統(tǒng)；法國則將陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用于Hermes飛行器的蓋板隔熱層。這些成功案例充分驗證了先進陶瓷材料在高溫環(huán)境下的耐久性，也使得應(yīng)用后的航天設(shè)備更加穩(wěn)定、安全，也將在未來數(shù)年內(nèi)推動航空航天制造業(yè)對陶瓷復(fù)合材料的需求增加。

（3）軍工領(lǐng)域：

防彈衣的運用：

在軍工領(lǐng)域，新材料的運用不僅將推動新技術(shù)和新材料的進一步發(fā)展，也將廣泛應(yīng)用于軍事裝備的創(chuàng)新。在軍用服裝方面，防彈衣主要由衣套和防彈層兩部分組成。衣套通常采用基本纖維制成，注重舒適性和穿著效果。防彈層的材料不僅包括先進陶瓷材料，還包括其他材料的混合，如金屬和尼龍材料等，以確保在統(tǒng)一狀態(tài)下提供保護，同時在個體活動時也能發(fā)揮防護作用。防彈層主要在危險情況下提供阻隔和緩沖作用，尤其在胸部和肺部。這一功能的實現(xiàn)是依托于在制作防彈衣時運用到的碳化硅、氧化鋁等先進陶瓷材料。相較于傳統(tǒng)材料，先進陶瓷材料的摩擦系數(shù)較低，并具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。這使其廣泛應(yīng)用于抗沖擊、輕便耐用的防彈衣上。

防彈裝甲的運用：

在應(yīng)用先進陶瓷材料于防彈裝甲時，對其硬度、密度、強度和微觀結(jié)構(gòu)等性能有極高的要求。防彈陶瓷材料中常用的有四種：碳化硼、碳化硅、氧化鋁和纖維復(fù)合陶瓷材料。在軍事裝備中，對結(jié)構(gòu)防護要求較高，以追求快速移動性能為主要目標(biāo)。纖維復(fù)合陶瓷材料的應(yīng)用能有效抑制陶瓷體積缺陷，增強材料的韌性和強度，從而增加軍事裝備的防彈性能。

中國先進陶瓷市場空間巨大、前景良好。

日本在先進陶瓷的產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)、民用領(lǐng)域應(yīng)用方面占據(jù)領(lǐng)先地位，日資企業(yè)在全球先進陶瓷領(lǐng)域占據(jù)約50%的市場份額。日本自二十世紀(jì)八十年代以來，將先進陶瓷的研發(fā)制造放在國際競爭中的戰(zhàn)略性地位，不斷加大投資力度。在電子陶瓷、光導(dǎo)纖維、高韌性陶瓷、陶瓷敏感原件、泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑膠復(fù)合陶瓷、高性能陶瓷電池和陶瓷發(fā)動機部件等領(lǐng)域均處于國際領(lǐng)先地位。歐洲在機械裝備領(lǐng)域先進陶瓷處于領(lǐng)先地位，產(chǎn)業(yè)重點為應(yīng)用在發(fā)電設(shè)備中的新型材料技術(shù)，如陶瓷活塞蓋、排氣管里襯、渦輪增壓轉(zhuǎn)子和燃?xì)廨嗈D(zhuǎn)子等。

自2020年以來，隨著中國在泛半導(dǎo)體、新能源等領(lǐng)域全球制造地位日益提高，以及國家大力推動新材料發(fā)展，先進陶瓷的市場需求也在不斷擴大，產(chǎn)業(yè)向高端化發(fā)展。現(xiàn)階段，我國先進陶瓷技術(shù)研究領(lǐng)域廣泛，部分理論研究已接近國際主流水平；一些產(chǎn)品逐漸加入國際市場競爭，企業(yè)將對高精尖、高附加值產(chǎn)品的研究開發(fā)作為發(fā)展重要抓手。中國先進陶瓷市場起步較晚，先進結(jié)構(gòu)陶瓷目前國產(chǎn)替代率仍然不高，但發(fā)展勢頭迅猛，國產(chǎn)替代前景良好，國產(chǎn)替代市場空間巨大。

參考來源：

1.翁世雯等，先進陶瓷材料在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用

2.巨潮資訊網(wǎng)，珂瑪科技、富樂華、美程科技等公司公開資料