先进陶瓷未来有望在多个行业得到应用与发展 - 华南3D打印展

先进陶瓷，这一兼具结构和功能的材料，凭借其独树一帜的性能，在众多领域中展现出不可替代的地位。特别是在航天航空、新能源汽车、半导体以及高端装备等新兴战略产业和国防工业中，其应用前景显得尤为广阔，发挥着举足轻重的作用。随着科技的不断进步，先进陶瓷的重点产品应用正在蓬勃发展。那么，在未来的道路上，哪些行业将成为先进陶瓷材料发展的热点呢？

电动汽车行业

随着电动汽车技术的飞速发展，其零部件材料的更新换代速度也在不断加快。在这一过程中，先进陶瓷材料凭借其独特的性能优势，在新能源电动汽车的应用中大放异彩。其中，HIP氮化硅轴承球和高导热氮化硅基板成为了行业的热点。

01 HIP氮化硅轴承球

新能源汽车的电机轴承转速高于传统轴承，因此需要更耐磨、密度更低的材料。而氮化硅陶瓷轴承中的球在轴承组件内摩擦更少、热量更低，且氮化硅本身是电绝缘体，能有效减少轴承放电引发的电腐蚀，从而延长轴承和润滑剂的使用寿命，避免轴承失效。这使得氮化硅轴承球在电动汽车等领域的应用中表现出色。

在电动汽车的驱动时代，陶瓷轴承逐渐成为钢球轴承的替代品，这一趋势在特斯拉等知名汽车制造商的电机设计中已得到体现。特斯拉采用的电机输出轴便采用了陶瓷轴承，其混合陶瓷轴承设计由NSK精心打造，其中轴承滚珠全部由氮化硅球制成。此外，国内的小鹏PG9以及蔚来ET7等车型也纷纷采用氮化硅陶瓷球绝缘轴承，凸显了其在电动汽车领域的重要地位。

在制备工艺上，热等静压烧结（HIP）和气压烧结（GPS）是当前应用最广泛的氮化硅陶瓷球烧结方法。这两种工艺生产的陶瓷球都能满足不同的使用需求。值得一提的是，HIP氮化硅在力学性能和疲劳寿命方面相比GPS氮化硅更为出色。

另一方面，氮化硅陶瓷基板在电动汽车行业也展现出广阔的应用前景。它们主要被用于纯电动汽车（EV）与混合动力汽车（HEV）的动力装置、半导体器件以及逆变器等多个关键领域。随着电动汽车市场的不断壮大，氮化硅陶瓷基板的市场潜力也将进一步得到释放。

当前，商业领域对于高热导氮化硅陶瓷基板的需求日益旺盛，其热导率需达到或超过85 W/(m·K)，同时弯曲强度不低于650MPa，断裂韧性介于5~7MPa·m1/2。然而，真正具备大规模生产此类高导热氮化硅陶瓷基板能力的企业并不多见，主要包括东芝集团、日立金属株式社、日本电气化学、日本丸和以及日本精细陶瓷等几家。

值得一提的是，国内在氮化硅陶瓷基板材料的研究方面也取得了显著进展。例如，中材高新氮化物陶瓷有限公司北京分公司采用流延成型工艺，成功制备出热导率高达100 W/(m·K)的氮化硅陶瓷基板。此外，中材人工晶体研究院有限公司通过精心优化烧结方式和工艺，同样制备出性能卓越的氮化硅陶瓷基板，其弯曲强度范围为700-800MPa，断裂韧性不低于8MPa·m1/2，且热导率至少达到80W/(m·K)。

随着新能源汽车市场的持续渗透以及AI技术的不断涌现，电动汽车正逐步向智能化迈进。这一趋势不仅推动了汽车制造商对高性能陶瓷材料的广泛关注，如高容MLCC、碳陶刹车、激光雷达封装材料以及陶瓷导热材料等，也为氮化硅陶瓷基板等关键材料带来了前所未有的市场机遇。

半导体行业

作为高科技产业的重要一环，其发展遵循着“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业逻辑。随着半导体技术的不断进步，设备升级迭代的速度也在加快，这进一步推动了精密零部件技术的突破。在众多精密零部件中，精密陶瓷部件以其独特的性能和广泛的应用领域脱颖而出。这些陶瓷部件不仅在化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入、刻蚀等半导体主要制造环节发挥着重要作用，还广泛应用于轴承、导轨、内衬、静电吸盘以及机械搬运臂等关键部件。特别是在设备腔体内部，精密陶瓷部件发挥着支撑、保护和导流等关键功能，确保了半导体设备的稳定运行和产品质量的不断提升。

2023年以来，荷兰与日本相继颁布了新的管制措施或外贸法令，针对半导体设备，特别是光刻机的出口许可进行了更为严格的规范。这一系列举措预示着半导体行业逆全球化的趋势正在逐渐显现，从而使得供应链的自主可控性变得愈发重要。为了应对半导体设备零部件国产化的迫切需求，国内企业纷纷投身于产业发展之中。其中，中瓷电子成功实现了加热盘和静电卡盘等高技术难度精密零部件的国产化，为国产半导体设备行业破解了关键技术瓶颈；而国内领先的SiC涂层石墨基座与SiC蚀刻环供应商德智新材也顺利完成了亿元融资，为其进一步发展注入了强大动力。
在节能环保的大背景下，陶瓷行业既面临着能耗与环保的挑战，也迎来了新的发展机遇。陶瓷膜技术，作为高效分离工艺的代表，在过程工业和特种水处理领域发挥着日益重要的作用。它能够有效地替代传统过滤分离技术，实现过滤分离、浓缩提纯、净化除杂等多项功能，为陶瓷行业的可持续发展贡献力量。

其中，高性能陶瓷平板膜在复杂环境下展现了卓越的流体过滤、分离及提纯能力。它不仅耐高温高压，还具有出色的化学稳定性、高过滤效率、良好可靠性及低运行维护成本。此外，其使用寿命长，全生命周期绿色化，已在工业园区废水治理、中水回用等多个领域实现规模化应用，展现出广阔的市场前景，成为当前国际高性能陶瓷分离膜领域的重要发展方向。

同时，我国大气污染治理也面临紧迫需求。脱硝除尘高温纤维膜，以陶瓷纤维复合膜材料为支撑，结合环境友好型稀土-金属氧化物体系纳米脱硝催化剂，制备出具有除尘脱硝一体化功能的过滤元件，实现高温气体直接净化。

再者，气凝胶作为一种超级绝热材料，其全面绿色低碳发展为气凝胶产业带来了重大机遇。在推动绿色产业发展的趋势下，气凝胶新技术有望与绿色制造深度融合，催生更多创新产品应用。

气凝胶凭借其独特的物理特性，如极低的密度、超高的孔隙率、低折射率、出色的隔热性以及低声阻抗等，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
这些特性使得气凝胶成为隔热保温、生物医学、噪音控制以及吸附技术等领域的理想选择，其市场需求日益旺盛。

生物医学领域的应用

随着社会的进步和人们生活水平的提高，人工植入物和人工器官在临床上的应用越来越普遍。虽然不锈钢、钴合金等金属材料因出色的机械性能和控制性能而长期被用作骨科固化和修复材料，但它们的生物相容性相对较差。因此，生物相容性更好、更利于健康的生物陶瓷或涂层材料正受到广泛关注，其研究和市场都呈现出爆发式增长。

在生物医用陶瓷中，Al2OZrOZTA、Si3N4及其复合陶瓷材料因具有优异的断裂韧性和耐磨性，常被用于制作外科手术承重假体、牙科移植物以及骨头替代物等。特别值得一提的是，氮化硅因其独特的杀菌作用和自润滑特性，在作为种植体使用时能展现出长期稳定的生物稳定性。而氧化锆则因其出色的性能和美观度，尽管其强度略逊于玻璃陶瓷，但在牙科修复材料领域仍占据一席之地。

航天航空行业的应用

在航空航天领域，陶瓷材料凭借其出色的性能，在各种极端环境下都能大放异彩。该领域对陶瓷的需求主要体现在“耐高温”和“隐身”两大方面。随着单晶、热障涂层及主动气冷技术的潜力逐渐挖掘殆尽，新一代军用航空发动机对耐高温结构材料的需求日益旺盛，而SiC/SiC-CMC材料因具有优异的耐高温性能而备受瞩目。其中，碳化硅纤维作为SiC/SiC-CMC的关键增强增韧材料，其耐温能力高达1200℃以上，成为各航空强国竞相研究的焦点。

吸波材料在航空航天领域中扮演着至关重要的角色，它是实现隐身功能的关键材料之一。这类材料通常由基体材料（或称为粘结剂）与吸收介质（即吸收剂）经过复合工艺制成。在陶瓷吸波材料中，碳化硅因其独特的性质而成为制作多波段吸波材料的核心成分。此外，陶瓷红外隐身材料也是一种重要的隐身涂料，它通过将无机陶瓷纳米材料与无机高分子材料进行复合，实现高效的宽频带电磁波吸波功能。这种材料的特点在于其精细的制备工艺，确保了无机陶瓷纳米粒子能够均匀地分散在无机聚合物基体中，从而发挥出优异的吸波效果。