★ 引言★
在上一篇“我國先進結構陶瓷產業分佈與應用發展狀況”一文中，從宏觀層面展示了我國結構陶瓷產業形成的格局和大致應用發展狀況。可見，近三十年來我國從事先進結構陶瓷材料的高校科研院所和眾多陶瓷企業在陶瓷材料的研發和產業化方面取得了令人矚目的成就，已成為先進結構陶瓷材料的製造大國，不但為我國工業化和現代化進程提供了材料保障和支撐，其中不少企業的高性能陶瓷產品出口到海外，這些企業不但有像潮州三環、山東國瓷、順絡電子、中材高新這樣的大公司，也有許多像湖南美程、深圳商德、廣東夏陽、宜興九榮、上海華碩、浙江宏泰、北京中興實強這樣具有創新活力的中小型企業。
但是，從陶瓷產業鏈和價值鏈上來看，我國先進結構陶瓷許多企業和產品還處於中低端，總體水平與發達國家相比還有一定差距。從先進陶瓷大國向強國轉型，面臨的主要問題、挑戰與痛點至少包括以下幾個方面。
面臨的主要問題和挑戰
1. 缺乏優質先進陶瓷粉末原料生產企業
目前，雖然國內先進陶瓷粉末原料生產企業很多，但陶瓷粉末性能通常存在較大的分散性和不穩定性，因此直接影響後續批量化製備的陶瓷產品性能和可靠性。近幾年國內在一些高品質氧化物陶瓷粉末產業化方面已有突破，如山東國瓷和廣東華旺公司採用先進的水熱水解技術生產的納米氧化鋯粉已作為高端生物陶瓷的齒科材料獲得廣泛應用，在國內外均佔有較大的市場份額；潮州三環生產的用於手機陶瓷背板的高強度高韌性氧化鋯專用粉，已成功用於小米6、小米MIX2、 OPPO等多款手機陶瓷背板，可經受從1米高度不同角度的跌落無任何破裂；江西賽瓷公司生產的高性能低溫燒結納米氧化鋯粉已成功應用於光纖連接器陶瓷插芯，從而打破了日本Tosoh等公司在這一領域的壟斷。但是我國在其他許多重要的結構陶瓷粉末方面還達不到這種水平，例如高純度易燒結的氧化鋁陶瓷粉末，仍然依賴從日本大明公司、住友公司、昭和電工以及德國納博特公司、安邁公司和法國的一些公司進口。特別是高性能非氧化物陶瓷粉末，如氮化硅、氮化鋁、碳化硅、碳化硼、硼化鋯等共價鍵陶瓷粉末，國內尚缺乏一流的生產供應商。例如用於製備高強度陶瓷軸承的氮化硅粉末主要依賴從日本宇部公司（簡稱UBE公司）及瑞典的公司進口；而半導體芯片封裝用的高導熱基板用氮化鋁陶瓷粉主要從日本德山曹達等公司進口，而高性能的碳化硅陶瓷粉末需從法國聖戈班公司進口，高品質的防彈裝甲用碳化硼、超高溫陶瓷用硼化鋯等粉末需從德國H. C. Starck等公司進口；特別是核電站中子吸收用的核級碳化硼原料存在較大差距。大連金瑪硼業是國內在高性能碳化硼粉末研發和生產有實力的企業，正在拉近與國際先進水平的差距。上述這些依賴進口的高端陶瓷粉料一旦被卡脖子（類似中興芯片），將會被置於極端危險的境地。
日本產易燒結氧化鋁粉體
2. 規模化生產的技術與裝備相對落後
雖然我國高性能結構陶瓷生產工藝技術已有很大提升，但在關鍵工藝技術和裝備上仍然有較大差距，國產裝備的性能和可靠性還難以達到國際先進水平。由於結構陶瓷生產的工藝裝備，包括粉體處理裝置、各種成型設備、不同類型高溫燒結爐、精密研磨加工設備，大多不是市場上通用機械裝備；開發這些專用設備其性能和可靠性與進口的設備比較均有差距，體現在設備的精度、可靠性和穩定性以及壽命方面。包括像陶瓷粉末噴霧造粒裝置、注射成型機、氣氛壓力燒結爐、熱等靜壓燒結爐、陶瓷精加工的研磨設備、加工中心（CNC）等。例如近幾年快速發展起來陶瓷粉末的精密注射成型技術，可以製備形狀複雜和內部結構精細的高附加值陶瓷產品，如陶瓷插芯、陶瓷手術刀、陶瓷關節等，但由於成型燒結工藝的可控精度以及後續精密機加工設備等原因，導致像半導體工業中大量使用的陶瓷劈刀等產品還無法商業化生產，還需從日本、美國、瑞士進口。
陶瓷劈刀照片
陶瓷劈刀實物
3. 企業的技術創新及工程化能力還較弱
國內先進結構陶瓷材料的企業雖然多達上千家，但以中小企業居多。由於目前這類企業的專業技術人員（包括工程師和技術工人）普遍比較缺乏，研發力量比較弱，特別是具有十年以上研發和生產經驗的陶瓷工藝工程師和機加工等方面的工程師一人難求，因此在新產品和新工藝的研發方面不像國外公司那樣快速又有條件保障。即使現在通過產學研結合，將大學和科研院所的成果到企業進行轉化，但由於受到企業工程技術人員少和工藝裝備的侷限性，要快速實現產業化和規模化的時間週期也比較長，因此常常失去進入市場的有利時機；可見我國在先進陶瓷產業上的工程師和技術研發人員的嚴重缺失，已成為制約整個產業發展的一大瓶頸。
4. 急需具有國際品牌或專業化的公司
如前所述，美國、日本、德國、法國、英國等發達國家在先進陶瓷材料這一領域已有一批具有國際品牌價值和影響力的大公司，如美國的庫爾斯泰克（CoorsTec）、康寧（Coning）、賽瑞丹（Ceradyne）等公司、日本的京瓷（Kyocera）公司、NGK和NTK公司、東芝陶瓷、德國賽琅泰克（CeramTec）公司、法國聖戈班（Saint-Gobain）公司、英國的摩根（Morgan）公司，這些大公司的產品品質高、種類多、銷往全球，包括中國也要進口他們的許多產品。此外上述發達國家還有一批企業具有高度專業化的水準，如專業生產納米氧化鋯粉末原料的日本東曹（Tosoh）公司和專業生產氮化硅粉末原料日本宇部公司（簡稱UBE），在全球享有盛譽，以至於美國蘋果公司的無線充電的智能手錶陶瓷後蓋，指名必須採用日本Tosoh公司的原料。又例如美國奎斯特技術公司（Quest Technology. LP）其技術核心是注射成型工藝和注射模具的製造，公司生產的產品主要是氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等高技術結構陶瓷，其生產最大的特點是精密注射成型生產線和相應的注射摸具加工配套，產品精度非常高。
我國近幾年雖然也湧現了像潮州三環、山東國瓷、順絡電子、中材高新等大公司，在國際上開始產生影響力，但絕大多數結構陶瓷企業的品牌價值和影響力尚未形成，具有高度專業化的陶瓷公司也比較少。此外，許多中小型陶瓷企業的產品同質化現象嚴重，惡性競爭比較激烈，且產品性能指標達不到國際先進水平，因此還難以進入廣闊的國際市場。
日本精密陶瓷照片
結構陶瓷產業的十大“痛點”
（1）高性能氮化硅和氮化鋁粉末
這兩種重要的先進陶瓷粉末原料嚴重依賴進口，主要來自日本宇部（UBE）公司，日本德山曹達等公司，不但價格昂貴且供貨不能保障。國內的生產企業無論在粉末性能還是批量生產的穩定性和一致性方面均有較大差距，從而在一定程度上制約了像高端陶瓷軸承球、高導熱高強度陶瓷基板等許多高附加值陶瓷產品的產業化。
日本宇部氮化硅粉
（2）高導熱高強度氮化硅陶瓷基板
隨著新能源汽車、高鐵、風力發電和5G基站的快速發展，這些新產業中所用的大功率器件IGBT對最新一代的高導熱高強度的氮化硅陶瓷基板需求巨大，僅中車集團每年需求量就達到500萬片；日本的京瓷和美國羅傑斯等公司都已可批量生產和提供覆銅刻蝕的氮化硅陶瓷基板；國內起步較晚，但近幾年大學研究機構和一些企業都在加快研發並取得較大進展，其導熱率＞90WM/K，抗彎強度＞650MPa，斷裂韌性＞6.5MPa.m1/2；但距產業化還有一定差距。
高導熱高強度氮化硅陶瓷基板
（3）高性能氮化鋁氮化硅覆銅板的製備
對於IGBT用高導熱氮化鋁氮化硅覆銅基板還是以進口為主，特別是在高鐵上的大功率器件控制模塊；國內的基板覆銅技術尚不能完全達到對覆銅板的嚴格考核，例如冷熱循環次數。目前，國際上都採用先進的活化金屬鍵合（AMB）技術進行覆銅，比直接覆銅（DBC）具有更高的結合強度和抗冷熱循環特性。
日本氮化鋁覆銅板
（4）易燒結細晶氧化鋁陶瓷粉末
許多高端的氧化鋁陶瓷產品如氧化鋁體系的生物陶瓷、陶瓷基板、真空管殼、耐磨紡織瓷件、電子真空瓷件等所使用的氧化鋁粉末還依賴從日本、德國、美國進口，特別是製備氧化鋁含量為99.5%、99.7%、99.8%、99.9%的晶粒細小、結構均勻、機電性能和耐磨性好的氧化鋁陶瓷零部件；國內廠家在氧化鋁粉末的雜質含量控制、燒結活性，特別是燒結成瓷後的顯微結構均勻性和材料性能上還具有差距。
（5）壓力傳感器用氧化鋁平板
氧化鋁陶瓷平板電容式壓力傳感器在各種汽車上用量巨大，市場達近百億，但目前這種氧化鋁平板主要依賴進口。國產氧化鋁板在材料的彈性模量、彈性變形循環次數、使用壽命和可靠性等方面還有差距，尚未進入商業化實際應用。
電容式壓力傳感器用氧化鋁板
陶瓷壓力傳感器實物
（6）平板式氧化鋯基氧傳感器
平板式氧化鋯氧傳感器對降低汽車排氣有害物的排放及燃油經濟性的提高起到很大的作用，目前汽車用氧傳感器以濃差電池型氧化鋯傳感器為主。近年來，國內汽車持有量日益增多，每輛汽車至少要安裝2個氧傳感器，氧傳感器市場年增長率達30％，並且氧傳感器屬於易損件，基本上每個大修期(甚至每年)都要更換，而目前我國所有的汽車氧 傳感器幾乎全部依賴進口或者進口組裝。龐大的汽車氧傳感器市場、嚴格的汽車尾氣排放法規和我國國內相關技術的欠缺，使得研究和開發具有我國自主產權的性能好、可靠性高的氧傳感器產品顯得尤為迫切和重要。現在，生產汽車氧傳感器的主要有Bosch、Delphi、Denso、NTK、Kefico等，以及其在各地的一些合資公司和子公司。其中Bosch公司為最大的氧傳感器生產企業。另外，國外一些陶瓷企業，依靠其強大的陶瓷開發能力，生產氧傳感器敏感元件和陶瓷加熱器，如日本京瓷。
氧傳感器
（7）生物陶瓷髖關節
生物陶瓷髖關節市場需求巨大，全球平均每2分鐘就有一例陶瓷髖關節置換手術，目前主要由德國賽琅泰克公司和日本京瓷等公司生產，國內每年需要大量進口。陶瓷髖關節材料性能和可靠性要求非常高，使用壽命至少20年。德國賽琅泰克公司生產的這種採用ZrO2和SrAl12-xCrxO19板狀晶協同增強增韌Al2O3基復相陶瓷材料，其抗彎強度和斷裂韌性分別達到1380MPa和6.5 MPa·m1/2，國內還是空白。
德國賽琅泰克陶瓷髖關節
（8）長壽命高耐磨陶瓷軸承球和軸承
在航天發動機、風力發電、數控機床等高端裝備所使用的陶瓷軸承，不但要求高的力學性能和熱學性能，而且要求優異的耐磨性、可靠性和長壽命，目前國產的氮化硅陶瓷軸承球與日本東芝陶瓷公司還有明顯差距；與國際上著名的瑞典SKF公司、德國FAG公司和日本KOYO等軸承公司相比，我們的軸承還處於產業鏈的中低端，像風電和數控機床等高端產品還依賴進口。
東芝氮化硅陶瓷軸承
（9）大尺寸透明透波陶瓷
在軍工國防用到的透明和透紅外線陶瓷材料，如Y2O3（氧化釔）、MgO（氧化鎂）、AlON（阿隆）、MgAl2O4（鎂鋁尖晶石）陶瓷以及具有激光特性Nd:YAG）透明陶瓷。目前我們的技術還限於製備有限的尺寸，對於國際上已達到半米的大尺寸透明透波陶瓷材料我們還很困難，無論在工藝技術和裝備上均有差距。
美國Armorline的大尺寸鎂鋁尖晶石透明陶瓷
（10）半導體晶圓生產線上的陶瓷備件
半導體晶圓生產線上需要使用到大量的陶瓷備件，例如陶瓷盤、陶瓷手臂、陶瓷環、保持架等；涵蓋了氧化鋁、氮化鋁、碳化硅等多種結構陶瓷材料，要求材料純度高、緻密均勻、產品加工精度和光潔度極高。國內只有少數幾家企業提供部分這類產品，像高端的氮化鋁與碳化硅陶瓷備件還得依賴進口。
英國摩根公司產晶圓生產線陶瓷備件