智能手机、液晶电视、电脑、汽车这些产品中都应用了众多尖端的先进技术，而陶瓷在其中同样不可或缺。例如，一部智能手机中使用的微型电子元器件——陶瓷电容器，就有数百上千个之多。但这类陶瓷并不是人们生活中常见的“瓷砖”“瓷碗”，它们是使用高精工艺生产出来的先进陶瓷。

一、先进陶瓷与传统陶瓷的区别

      陶瓷制品分为普通陶瓷与先进陶瓷两大类，其中的先进陶瓷，又称新型陶瓷、特种陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等，它是指采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料，具有精准的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计，并具有优异的力学、声、光、热、电、生物等特性的陶瓷，在航空航天、电子信息、生物医药、高端装备制造等高端科技领域随处可见。

它们的主要区别如下：

二、先进陶瓷的分类及应用

      先进陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷，具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。功能陶瓷是具有电、磁、光、热、化学、生物等特性，且具有相互转换功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为结构陶瓷。

1、电子陶瓷

      随着信息化产业、电子消费产业的快速发展，工业用电子产品、消费电子产品将保持快速发展趋势，对电子陶瓷的需求巨大，预计到2020年全球电子陶瓷需求将突破400亿美元。电子陶瓷是先进陶瓷中最成熟的技术产品，占先进陶瓷市场份额的65%。主要用于芯片、电容、集成电路封装、传感器、绝缘体、铁磁体、压电陶瓷、半导体、超导等。主要材料有钛酸钡、氧化锌、钛锆酸铅、铌酸锂、氮化铝、二氧化锆和氧化铝等。

2、生物陶瓷

      生物陶瓷是指直接作用于人体或者与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料，广义讲，凡属于生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。作为生物陶瓷材料应具备以下功能:代替人体内有病的或损伤的部分,作为人体先天性缺损部分的代用品，有助于人体内组织的恢复。

      生物医用材料目前已成为各国科学家竞相研究和开发的热点，国内生物医学材料和制品70%-80%依赖进口，并基本属于仿制，我国的生物医用材料在全球的市场份额仅占2%，产品技术水平大多处于初级阶段。伴随社会人口的老龄化，到2020年，我国将需要人工关节80万套/年、血管支架160万个/年、眼内人工晶体140万个/年，对生物陶瓷材料需求将会大幅增加。

      生物陶瓷除用于测量、诊断、治疗外, 主要是作为生物硬组织的代用材料, 可应用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳喉鼻科及普通外科等各个方面。

3、纳米陶瓷

      近年来纳米陶瓷倍受人们关注。当所选用的原料以及成材后晶粒达到纳米量级时，将为陶瓷材料的制备科学、陶瓷学、陶瓷工艺以及最终的材料性能带来突变，从而开辟陶瓷材料更广泛的用途。

      目前纳米陶瓷制备方法有三大类：物理制备法、气相法、湿化学法。制备的纳米陶瓷粉体有：Al2O3、ZrO2、SiO2、Si2N、SiC、BaTiO3、TiO2等。纳米陶瓷的研制，带动了一些新的快速烧结设备的开发，如真空烧结工艺、微波烧结工艺和等离子烧结技术(SPS)等。

4、低膨胀陶瓷

      热膨胀系数正值小于2 ×10-6 /℃的材料称为低膨胀材料，膨胀系数接近于零的材料为超低膨胀材料。低膨胀陶瓷，特别是零膨胀陶瓷或负膨胀陶瓷，可作为发动机主要部件，航空材料叶片，炉具垫片，电路基片，天文镜坯及天线罩，高温观察窗，精密计量等器件，载体及过滤器，核废料固定化，封接材料等高技术材料。

5、节能环保和新能源领域使用的先进陶瓷

      随着经济高速发展、能源需求迅速增加，工业及生活废弃物巨量产生，能源节约和环境保护已经成为国际社会日益关心的重大问题。在能源匮乏和环境恶化日益严重的情况下，先进、高效节能环保技术得以实现的节能蓄热式热力垃圾焚烧炉(RT0)和冶炼行业节能蓄热室用蜂窝陶瓷、热气体净化领域和水处理领域用的陶瓷膜及装备、特高压交流输电技术与装备用的系列超/特高压悬式瓷绝缘子、蓄热换热用的碳化硅陶瓷部件、光伏产业用系列陶瓷制品都将会获得难得的发展契机。

6、航空航天陶瓷

      应用主要涉及直升机用防弹装甲陶瓷、飞机刹车盘材料、卫星电池用陶瓷隔膜材料、红外隐身（伪装）涂料、陶瓷轴承、导弹用陶瓷天线罩材料等。目前在航空航天中的应用研究主要集中在火箭喷嘴的耐热材料，太空飞船的隔热瓦，复合工程陶瓷材料以及宇宙飞船的观察窗涂层等，尤其是对具有轻质耐热、耐烧蚀、高熔点高强度的陶瓷纤维的研发极为关注。

三、军工领域成为先进陶瓷火爆市场

      功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为结构陶瓷。陶瓷材料的军工应用则主要集中在结构材料及电子器件方面：

1. 用于航空发动机及飞机刹车盘

      对于航空发动机来说，提高涡轮前燃气温度是提高发动机推力的主要技术途径，但是目前的涡轮前燃气温度已经逐步接近高温合金自身的熔点，温度上升空间很小，因此需要有替代材料。陶瓷基复合材料具有耐高温特性，可用于热端构件。研究表明陶瓷基复合材料可将涡轮前燃气温度在现有的基础上提高300K以上。同时陶瓷基复合材料密度小，有利于发动机减重。随着民用航空业对提高燃油效率的不断追求，通用航空GE预计在今后十年陶瓷基复合材料在航空中的应用将增长十倍。

2. 用在飞机刹车盘材料

      碳陶刹车盘与上一代刹车盘相比，静摩擦系数提高1-2倍，湿态摩擦性能衰减降低60%以上，磨损率降低50%以上，使用寿命提高1-2倍。生产周期降低2/3，生产成本降低1/3，能耗降低2/3，性价比提高2-3倍。是目前国际上发现能在1500℃高温环境下，各项物理性能不发生衰减的材料。推广应用后，每年可为中国民航客机节约成本3亿元左右。

3. 用于火箭发动机热结构件

      陶瓷基复合材料可用于火箭发动机中。由于陶瓷基复合材料耐热冲击性高，对液体推进剂化学稳定性高，比金属材料耐高温，具有较高的抗蠕变性，是一种理想的液体火箭发动机热结构件材料。

4. 用于航天飞行器和导弹的热防护材料

      航天飞行器在进入大气的过程中，由于强烈的气动加热，飞行器的头锥和机翼前缘的温度高达1650℃，热防护系统是航天飞行器的关键技术之一。首代热防护系统的设计是采用放热-结构分开的思想，即冷却结构外部加放热系统。C/SiC复合材料的发展，使飞行器的承载结构和放热一体化。尤其是哥伦比亚号热防护系统失效造成的机毁人亡事件后，使C/SiC陶瓷基复合材料更受关注。在热结构材料的构件中包括航天飞机和导弹的鼻锥、导翼、机翼和盖板等。

5. 用于卫星反射镜

      卫星反射镜材料的性能要求是密度低、比刚度大、热膨胀系数CTE低、高导热性以及适当的强度和硬度、可设计性等。玻璃反射镜和金属反射镜加工成大型轻型反射镜都有一定的局限性。因此，国内外都正在研究C/SiC复合材料反射镜，该复合材料密度较低，刚度高，在低温下热膨胀系数小及导热性能良好，热性能和力学性能都比较理想，而且可以得到极好的表面抛光，是一种十分理想的卫星反射镜基座材料。美国、俄罗斯、德国、加拿大等利用碳纤维增强碳化硅复合材料(Cf/SiC)制备出高性能反射镜。

6. 陶瓷材料及陶瓷基复合材料会被用在装甲中

      如防弹衣、战机和装甲车的防护层等。防弹衣主要由衣套和防弹层两部分组成，防弹层可吸收弹头或弹片的动能，对低速弹头或弹片有明显的防护效果，在控制一定的凹陷情况下可减轻对人体胸、腹部的伤害。热压碳化硼和碳化硅陶瓷基复合材料可以用于制造坚固的抗击打的盔甲板。我国是世界上三大的防弹衣生产国，在国际市场上，我国防弹衣价格大约500美元左右，而其他国家的防弹衣价格在800美元左右，在制造成本方面我国存在优势。

7. 用在飞机装甲方面

      一些军用直升机均装配有包括陶瓷装甲座椅、陶瓷组件和陶瓷面板系统等部件在内的陶瓷装甲系统。此外，陶瓷基复合材料还应用在陆军的装甲战车上，如斯特瑞克中型装甲车。

8. 用于信息化电子器件

      军用陶瓷电容器需求旺盛。电子陶瓷除了在民用领域被广泛应用，随着武器装备信息化的加速，如陶瓷电容器这类电子陶瓷在军工领域的需求不断增大，尤其是片式多层瓷介电容器（MLCC，市占率超过90%），而军用市场对电容器质量要求较高，中国军用陶瓷电容器市场规模常年保持10%以上的增长。

四、先进陶瓷研发与产业化问题解析

1. 国内先进陶瓷产业与国外的差距

      当前，国内先进陶瓷材料在各领域内的应用总体来说还与国外发达国家相比有明显的差距，特别是基础技术、应用技术和产业化方面，满足不了国民经济迅速发展的要求，国内先进陶瓷产业与国外存在一定差距，可以概括为以下四个方面：

（1）市场

      目前世界先进和高附加值的先进陶瓷产品，特别是高端装备中大量的陶瓷制品仍需进口，如手机中使用的片式压电陶瓷滤波器、风力发电机陶瓷绝缘轴承等，国内各龙头企业占据市场份额较低，与国外仍有较大差距。

（2）粉体与器件

      现阶段国内材料的纯度、分散性、均匀性、性能稳定性等均与国外有较大差距，高质量粉体高度依赖进口；器件性能与国外存在5-30年代差。

（3）知识产权和标准

      国内先进陶瓷知识产权布局和标准布局都起步较晚，知识产权中整体的zhuanli布局数量、质量与国外比有较大差距，龙头企业申请的zhuanli数量、质量也与国外龙头相差甚远。

（4）产业化能力

      国内企业的高质量先进陶瓷产业化时间节点、能力及产量均落后国外企业。

2. 国内先进陶瓷产业差距问题的原因

      先进陶瓷产业出现这些问题的原因有很多，我们从整体角度分析了原因，包括以下几个方面：

（1）顶层设计

      材料属于产业而不是行业，是各个行业的基础和支撑，与各个行业都相关，而材料产业又有“三高三长”的特点，所以材料产业的利润和价值体现在延伸或者关联产业。而材料产业更重视核心技术及平台的打造，最终形成深化后续应用的竞争优势的解决方案，而不是简单的产品或者商品。所以特别需要顶层设计、整体管理、战略布局、系统规划。

（2）基础研究与应用研究

      由于学校的体制和企业的机制，学校基础研究的方向很多都是规划在论文影响因子高和学生能够有效毕业的领域；而企业基础研究的方向，由于投入大、周期长、见效慢，往往更重视能够二次创新形成短期效益和引进人员快速获得成功的投入，所以最后基础研究集中度很高，但深度、广度、高度、长度都远远不够。应用研究实际上包含应用平台（解决技术、产品功效关系的研发；属于应用研究深度）和应用中心（解决技术、产品、商品匹配度方面的研发；属于应用研究广度），但由于企业之间信用基础不够、护城河很难建立，竞争和保密成为主旋律，因此以竞合为基础的应用研究很难有效、高质量、可持续的进行。

（3）矿产资源

      我国先进陶瓷的锆矿、铝矿等矿产资源贫瘠，无大型矿产供应商，资源严重依赖进口，而对于矿产加工能力虽然很高，但深度应用十分欠缺。

（4）人才结构与薪资压力

      高中学子读大学时对材料专业热情度低，材料、化学类研究生占比比较少，且材料类研究生就业时只有少部分会选择先进制造行业，选择材料就会更少，造成人才资源严重不足。此外，材料类毕业生薪资普遍低于计算机、金融类、互联网等行业毕业生，不及全国毕业生平均薪资，而先进陶瓷在材料领域也不属于热门，大家兴趣更低。

（5）资本青睐度

      外部资本、内部资本在先进制造业的投资数量和投资金额明显较其他行业少，而材料产业就更少。

五、如何抢占高端制造制高点

      国内的先进陶瓷体系不断拓展，制备技术不断丰富与进步，应用领域也从单一的军事、航空航天推广到环保、新能源、电子信息等更为广泛的民用市场，陶瓷材料也从结构陶瓷、功能陶瓷向结构——功能一体化发展。针对目前国内先进陶瓷现状，仍需从几个方面进行重点研究开发：

      陶瓷技术的基础理论研究和结构设计需要匹配应用领域对先进陶瓷的发展要求，能够对新体系、新产品、新应用和批量化转化提供技术保障。

      陶瓷粉体技术的研究与产业化，要打破高端粉体仍受国外制约的现状，满足陶瓷材料发展的基本需要。

      增韧技术的研究是突破先进陶瓷应用局限性的关键之一，强韧化技术将实现先进陶瓷应用翻天覆地的变化。

      降低先进陶瓷生产成本是突破先进陶瓷应用局限性的另一个关键因素，特别是大批量化生产制备技术、生产装备的精密制造技术、陶瓷精密加工技术的发展将决定成本降低的能力。

      注射成型、注凝成型和固体无模成型技术将成为批量化应用潜力的成型技术，微波烧结、放电等离子烧结技术将会给陶瓷材料性能带来质的飞跃。

      结合“十三五”规划的要求和工业发展的要求，能源转化载体的储能陶瓷、在环境保护中作用突出的过滤陶瓷（膜）等功能——结构一体化陶瓷、以氮化硅为代表综合性能优良的结构陶瓷、以AlON透明陶瓷为代表的光电陶瓷将成为应用、研究的主力。

      当今先进陶瓷材料的发展不再局限于传统技术，而更多的是与现代信息、自动化技术、不同材料的结合而形成新的技术科学（计算材料科学、功能-结构一体化等），先进陶瓷发展的新时代即将到来。