中國粉體網(wǎng)訊 2018年7月16-17日，中國粉體網(wǎng)在山東淄博喜來登酒店成功主辦了2018新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。作為千年瓷都和現(xiàn)代先進(jìn)陶瓷最重要的產(chǎn)業(yè)基地之一，淄博迎來了全國各地知名的專家、學(xué)者和企業(yè)界代表共計200多位齊聚一堂。
七月的淄博，驕陽似火，正如代表們內(nèi)心所洋溢的熱情。他們積極地分享、交流、學(xué)習(xí)、宣傳和求索。這是一場饕餮盛宴，既提供了豐富專業(yè)的理論知識，又展現(xiàn)了精湛獨到的技術(shù)經(jīng)驗。這是一次具有代表性的行業(yè)盛會，既推動了產(chǎn)業(yè)鏈的上下游貫通，又促進(jìn)了產(chǎn)學(xué)研的多方互動。這也將是一場具有里程碑意義的盛會，既指明了新型陶瓷產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向，又點出了目前亟待攻克的難題。以下謹(jǐn)是筆者圍繞新型陶瓷的制備、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化來回顧本次會議的那些精彩瞬間。
一、制備技術(shù)趨向高精尖
重型燃?xì)廨啓C(jī)的高溫葉片及陶瓷涂層是其核心的部件與技術(shù)。為了在嚴(yán)酷的工作環(huán)境下對合金葉片提供長時間有效的保護(hù)，陶瓷熱障涂層（TBC）通常需要滿足多項超嚴(yán)格的條件如低熱導(dǎo)率、高熱膨脹系數(shù)、高熔點、高溫穩(wěn)定性、高斷裂韌性、優(yōu)良的熱循環(huán)性能、耐腐蝕等，這勢必對陶瓷材料及陶瓷涂層的制備工藝提出非常高的要求。清華大學(xué)新型陶瓷與精細(xì)工藝國家重點實驗室潘偉教授在報告中介紹到，陶瓷涂層材料除了有傳統(tǒng)的YSZ，也可能用新型改性氧化鋯或低K稀土新陶瓷材料。他還提到陶瓷涂層的制備工藝主要有APS陶瓷噴涂工藝、EB-PVD陶瓷涂層工藝、新興的PS-PVD即真空等離子陶瓷噴涂技術(shù)、陶瓷懸浮和溶液等離子涂層工藝等。同時，潘教授還提到一種新型的熱障涂層材料即焦綠石材料，并將其與YSZ涂層進(jìn)行了對比。
再結(jié)晶碳化硅具有大于99%的純度，且具有高溫強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗蠕變性好、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)良的性能，但是由于它的多孔結(jié)構(gòu)致使其抗氧化性能削弱、力學(xué)性能不高。那么，如何能既利用它的多孔結(jié)構(gòu)，又提高它的抗氧化性能與力學(xué)性能或者實現(xiàn)其功能化？湖南大學(xué)陶瓷研究所所長肖漢寧教授在報告中給出了三種方法，分別是：聚合物浸漬-裂解法制備高密度RSiC；熔滲法制備RSiC-MoSi2三維互穿復(fù)合材料；多孔化制備RSiC多孔材料。
濟(jì)南大學(xué)侯憲欽教授根據(jù)一個經(jīng)典的力學(xué)公式推導(dǎo)出高力學(xué)性能陶瓷要求：高鍵能、致密化、微晶化，并提出微晶化是提高陶瓷耐磨性的最有效的方法。侯教授強(qiáng)調(diào)了耐磨氧化鋁陶瓷微晶化制備技術(shù)有兩個關(guān)鍵點即原料的超細(xì)粉磨與低溫慢燒技術(shù)。其中，超細(xì)粉磨工藝使用的是球磨機(jī)+砂磨機(jī)的濕法研磨工藝，而低溫慢燒技術(shù)使用的是一種新穎的兩步燒結(jié)法，燒結(jié)的效果據(jù)候教授講是“非常神奇”。在報告當(dāng)中，侯教授還透露了一個“獨家秘笈”，他認(rèn)為國內(nèi)廠家在使用球磨過程中普遍都違背原理，使磨機(jī)的填充率超過80%，而據(jù)他的親身經(jīng)驗，當(dāng)磨機(jī)的填充率在50%左右時研磨的效果為最佳。
陶瓷材料如SiC陶瓷具有中子特性好、高溫強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率大、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，SiC基復(fù)合材料若能進(jìn)一步優(yōu)化性能，具有比金屬材料更好的耐高溫、耐腐蝕等綜合服役性能，將會成為新型核反應(yīng)堆的首選材料。中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所周有福研究員在報告中提出，引入MAX相低溫制備高致密高導(dǎo)熱SiC-TiC復(fù)合陶瓷；利用電泳沉積-浸漬熱解法制備高性能SiCf/SiC復(fù)合材料；采用固相反應(yīng)法合成碳化鈹粉體，制備了磁性碳化鈹小球；直接氮化法合成了高質(zhì)量AlON陶瓷粉體，無壓燒制了直線透過率>80 %高質(zhì)量AlON陶瓷片等。
常用的粉碎設(shè)備及工藝大多數(shù)情況下只能做到微米級細(xì)度，若要得到亞微米、納米級粉體應(yīng)用最為廣泛的方法是高能珠磨法，其設(shè)備是新型介質(zhì)攪拌磨（珠磨機(jī)或砂磨機(jī)）。而傳統(tǒng)的砂磨機(jī)在使用過程中常會遇到四大難題：軸封泄漏及損壞；分離網(wǎng)堵塞；難以用超細(xì)珠研磨；產(chǎn)品顆粒不均勻。威海叁星飛榮納米科技有限公司副總經(jīng)理向龍華在報告中提到，針對臥式機(jī)的四大難題，通過計算模擬分析和大量的實驗，叁星飛榮自主創(chuàng)新研發(fā)了一種新機(jī)型：SP系列立式無軸封無篩網(wǎng)砂磨機(jī)。該設(shè)備可應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，特別是在超硬、耐磨、斷裂韌性強(qiáng)的陶瓷材料方面。
另外，在陶瓷粉體粒度檢測分析方面，珠海歐美克儀器有限公司銷售應(yīng)用經(jīng)理沈興志在報告中指出，應(yīng)在評估激光粒度儀的分辨能力基礎(chǔ)上建立粉體粒徑的質(zhì)控體系。而丹東百特儀器有限公司技術(shù)總監(jiān)李雪冰則對納米陶瓷顆粒的多種表征技術(shù)的原理、優(yōu)劣及其在氧化鋯微粉檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了報告。國內(nèi)兩大粒度儀器制造商的骨干人員報告的內(nèi)容確實干貨滿滿。
二、應(yīng)用技術(shù)挖掘材料的高附加值
潘偉教授研究的陶瓷熱障涂層材料應(yīng)用于重型燃?xì)廨啓C(jī)，此應(yīng)用屬于國家戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)，同時也是最高端的制造業(yè)。以往的陶瓷材料偏重于中低端的應(yīng)用，隨著應(yīng)用基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，更高端且符合國家戰(zhàn)略性需要的應(yīng)用技術(shù)將被更多地開發(fā)出來。
肖漢寧教授研發(fā)的再結(jié)晶碳化硅陶瓷由于不含任何燒結(jié)助劑，可充分發(fā)揮碳化硅材料的許多優(yōu)異特性，如高溫強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕性等，因此，特別適合在高溫、強(qiáng)腐蝕性等惡劣環(huán)境下作結(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)-功能一體化應(yīng)用，如高溫點火器，以及RSiC多孔陶瓷應(yīng)用于水處理和廢氣處理等。
陶瓷行業(yè)作為高能耗行業(yè)，節(jié)能降耗一直是其痛點。南京工業(yè)大學(xué)郭露村教授圍繞高溫材料節(jié)能兩大主要難題即材料比重大與抗高溫蠕變性差來進(jìn)行攻關(guān)。郭教授在指出現(xiàn)有輕質(zhì)耐火材料的局限性之后，提出新型耐火材料絕熱材料的開發(fā)途徑是通過多元協(xié)同輕質(zhì)化+晶界高溫強(qiáng)化來解決以上兩大難題。郭教授研發(fā)的SPS耐火絕熱材料的性能已經(jīng)趕超發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品的性能，陶瓷產(chǎn)業(yè)的高能耗有望在不久的將來能夠大幅降下來。
隨著水資源匱乏和水污染現(xiàn)象的日益加重，水處理的需求將越來越大，但傳統(tǒng)的水處理方式處理效率低、資源消耗高，且不能完全滿足苛刻環(huán)境下的使用要求，在此背景下，作為一種具備分離功能且高效節(jié)能的新材料新技術(shù)，陶瓷膜在水處理過程中發(fā)揮著巨大的作用。山東硅酸鹽研究設(shè)計院樊震坤教授提到，在成功研發(fā)了類球型原料粉體、高耐酸堿腐蝕性支撐體制備技術(shù)、高滲透性能膜材料制備技術(shù)、低成本工藝制備技術(shù)、陶瓷膜水處理應(yīng)用過程之后，陶瓷膜現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理、市政污水處理、石化化工中有機(jī)溶劑分離、水質(zhì)凈化等領(lǐng)域。
北京科技大學(xué)曹文斌教授團(tuán)隊研發(fā)的氮摻雜二氧化鈦光催化環(huán)境凈化技術(shù)，能夠有效地改善室內(nèi)環(huán)境，為人們提供更環(huán)保、健康、安全的人居環(huán)境。其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣闊，包括了：光催化建材；醫(yī)院、學(xué)校、市政辦公等公共場所的抗菌凈化產(chǎn)品；光催化凈化社區(qū)；光催化水凈化產(chǎn)品；致霾氣體分解及自清潔等。這也正凸顯了新型陶瓷材料的環(huán)保功能。
高超音速飛行器長時間在大氣層內(nèi)飛行，要求防熱部件能長時間在氧化氣氛中經(jīng)受2000℃以上的高溫。同時，又要求不能發(fā)生燒蝕。一般的難熔金屬材料、燒蝕材料、C/C復(fù)合材料以及陶瓷材料等均不能滿足使用要求。山東工業(yè)陶瓷設(shè)計研究院周長靈教授在報告中首先介紹了超高溫陶瓷材料在美國、意大利及中國的研究現(xiàn)狀，然后依次介紹了四種超高溫陶瓷材料（即ZrB2-SiC-ZrC三元陶瓷、ZrB2-SiC-C超高溫復(fù)相陶瓷、ZrB2 -SiC-BNf復(fù)相陶瓷及C f/ZrB2-SiC復(fù)合材料）的制備以及它們耐高溫、抗燒蝕、抗熱震性能的機(jī)理。
石英材料具有低導(dǎo)熱、低膨脹、低介電常數(shù)、低損耗角損耗及良好的高溫性能穩(wěn)定性等優(yōu)點，在防熱、隔熱、透波、承載等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。山東工業(yè)陶瓷設(shè)計研究院新材料事業(yè)部副總經(jīng)理王洪升在報告中提到，熔融石英陶瓷是應(yīng)用于超音速導(dǎo)彈天線罩的主要材料，“殲十、梟龍”等戰(zhàn)斗機(jī)所攜帶的導(dǎo)彈均選用此材料；國內(nèi)研制的石英纖維織物增強(qiáng)石英基復(fù)合材料已經(jīng)獲得型號應(yīng)用，主要應(yīng)用于高超聲速飛行器天線罩、天線窗等；碳纖維增強(qiáng)石英材料為超高聲速武器用導(dǎo)彈提供耐高溫、低導(dǎo)熱以及低膨脹連接環(huán)；輕質(zhì)、高效隔熱的陶瓷剛性隔熱瓦材料是高超聲速飛行器研制過程的關(guān)鍵部件。
三、產(chǎn)業(yè)化案例層出不窮
曹文斌教授團(tuán)隊研發(fā)的光催化噴劑實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，與某企業(yè)合作成立了光催化噴劑生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)能達(dá)到500噸，且通過了相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，并被評為國家級高新技術(shù)企業(yè)。另外還自主設(shè)計并建立了中國首座光催化科普館。
氮化硅陶瓷的市場需求總量巨大，但國內(nèi)氮化硅粉體與用戶要求的差距很大，制約其規(guī)�；瘧�(yīng)用的關(guān)鍵因素包括：粉體產(chǎn)品的性能低；產(chǎn)量普遍較低；生產(chǎn)工藝落后。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李江濤研究員試圖利用燃燒合成這一典型的低成本制備技術(shù)來滿足市場對氮化硅粉體的巨大需求。李研究員團(tuán)隊在廊坊建立了中試基地并積累了相關(guān)的工程化經(jīng)驗。其團(tuán)隊在裝備與工藝上的創(chuàng)新使氮化硅陶瓷在合成溫度、制備周期及能耗方面都具備了明顯的優(yōu)勢，為氮化物陶瓷的產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。目前已經(jīng)成功的產(chǎn)業(yè)化案例包括為某公司建立的年產(chǎn)萬噸燃燒合成VN-Fe生產(chǎn)線，以及為多晶硅鑄錠脫模劑粉體的國內(nèi)一家龍頭企業(yè)提供的光伏級Si3N4制備技術(shù)。
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所蔣丹宇研究員在報告中提及，上硅所研發(fā)的Y-TZP（釔穩(wěn)定四方相氧化鋯陶瓷）刀口環(huán)在技術(shù)轉(zhuǎn)讓后，分散到多個小企業(yè)延續(xù)到現(xiàn)在；其研發(fā)的陶瓷插芯和套筒向?qū)幉彻巨D(zhuǎn)讓了相關(guān)技術(shù)，并獲得上海市科技進(jìn)步一等獎。
樊震坤教授在報告中提及，硅元陶瓷膜產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，形成了1條年產(chǎn)200000平方米高性能陶瓷膜產(chǎn)品的示范線。
周有福研究員在報告中提及，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研發(fā)的大功率、高密度LED光源已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。中科芯源在國際上率先研發(fā)出實用化熒光陶瓷和自主COB封裝技術(shù)并突破大功率（500W-1000W）LED光源封裝技術(shù)。其產(chǎn)品在沈陽鐵路局長春電務(wù)段示范應(yīng)用。
四、亟待解決的難題
重型燃?xì)廨啓C(jī)的核心部件與技術(shù)包括葉片涂層材料與制備工藝都被一些發(fā)達(dá)國家所壟斷，國內(nèi)基本依賴進(jìn)口，受制于人的狀況比較嚴(yán)重，屬于被“卡脖子”的領(lǐng)域。潘偉教授在報告中提及，國內(nèi)應(yīng)該重視新興的PS-PVD技術(shù)，它有可能替代EB-PVD工藝，因這方面在國際上均剛起步，我們與國外的差距相對較小。
與核用金屬材料大量研究相比，升級換代的核用陶瓷材料研究仍處初始階段，存在眾多科學(xué)性、技術(shù)性問題。周有福研究員在關(guān)于新型核反應(yīng)堆陶瓷材料的研發(fā)報告中展望：研發(fā)新型SiC基復(fù)合材料及制品，以期提升抗輻照性能以及制造工藝，并進(jìn)一步提高復(fù)合水平，如SiCf編織骨架，大幅突破固有韌性差、難加工等應(yīng)用瓶頸。
蔣丹宇研究員就當(dāng)前比較流行的手機(jī)陶瓷背板發(fā)表了自己的反思，他指出，隨著指紋識別的需求量減少、成本問題突出、難以批量化生產(chǎn)以及受手機(jī)品牌知名度的影響，手機(jī)陶瓷背板未來的發(fā)展撲朔迷離。這個問題對于下游一些相關(guān)企業(yè)來說至關(guān)重要。
3D打印行業(yè)由于打印材料的限制，目前商業(yè)應(yīng)用上主要是輔助設(shè)計、配套打模等，據(jù)北京華清厚澤文化發(fā)展有限責(zé)任公司技術(shù)總監(jiān)郭麗斌的觀察，目前支撐3D打印產(chǎn)業(yè)生存的實際上是教育培訓(xùn)市場。要解決這一尷尬的生存局面，郭總監(jiān)指出，應(yīng)當(dāng)尋求新的3D打印材料，并探索與其匹配的打印裝備。因此，3D打印材料的拓展與創(chuàng)新將是該行業(yè)亟待解決的難題。
除了以上難題之外，李江濤研究員還提出一個具有重大價值的課題，在工程陶瓷（包括氮化硅陶瓷）的需求方面，美國及全球都有相關(guān)的研究數(shù)據(jù)，但是中國在這方面的研究還是空白。李研究員指出這將是中國粉體網(wǎng)及相關(guān)行業(yè)協(xié)會、產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)需要解決的課題。
五、結(jié)語
綜上可以看出，在新型陶瓷的制備技術(shù)方面，設(shè)備趨向精尖，粉料趨向超細(xì)，工藝趨向高效；在應(yīng)用方面，朝著高附加值的方向發(fā)展，如應(yīng)用于軍工、核電、電子等能源、通訊領(lǐng)域，以及應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、降耗等領(lǐng)域；在產(chǎn)業(yè)化方面，科研成果轉(zhuǎn)化率較高，具備自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)越來越多，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本降低，產(chǎn)量提高，適合規(guī)�；a(chǎn)。
本文謹(jǐn)是我們作為粉體行業(yè)的媒體平臺對本次大會信息的初步接收，而對這些理論及經(jīng)驗的深層次“消化、吸收”則要靠行業(yè)內(nèi)的有志之士來共同完成。我們知道，一個產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量的持續(xù)發(fā)展，離不開國家的頂層設(shè)計，更離不開行業(yè)內(nèi)的互助協(xié)作。本次會議作為一個契機(jī)，將推動新型陶瓷產(chǎn)業(yè)向更高的方向發(fā)展。在總結(jié)以往成就的同時，我們亦不可忽視對行業(yè)的反思。在130多種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料中，我們國家有32%為空白，有52%要依賴進(jìn)口，由此驚人的數(shù)據(jù)看來，新型陶瓷產(chǎn)業(yè)也將道阻且長、充滿了挑戰(zhàn)性。
