【原创】结构和功能一体化是陶瓷材料今后的发展趋势——访中材高新材料股份有限公司总裁张伟儒


来源:中国粉体网   山川

[导读]  第一届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会期间,我们邀请到中材高新材料股份有限公司总裁张伟儒做客“ 对话”栏目。

中国粉体网讯  2022年7月13日,由中国粉体网主办的“第一届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会”于山东济南隆重举行。期间,我们邀请到多位与会专家学者做客“ 对话”栏目,本期为您分享的人物专访是来自中材高新材料股份有限公司总裁张伟儒。



中材高新由山东工陶院和中材人工晶体院两家国家级转制院所重组而成,是我国先进陶瓷和人工晶体材料领域的高新技术企业、国家创新型企业、国家技术创新示范企业。多年来,公司先后承担了百余项国家“863”计划、国家科技攻关、国家自然科学基金和国防科技攻关项目,先后研究开发的数十种新材料、上百种新产品广泛应用于电力、新能源、节能环保、信息以及航空航天等领域,为我国“载人航天”“嫦娥”“国家点火工程”“天和”等国家重大工程以及国防高新技术武器提供了关键配套材料,为我国先进陶瓷和人工晶体行业的技术进步做出了突出贡献。公司最近十多年来,积极推进科技成果产业化,先后培育了氮化硅陶瓷、超特高压电瓷、氧化铝陶瓷、陶瓷平板膜等几个主导产品,在行业内具有较强市场竞争力。


粉体网:张总您好!先进陶瓷作为新材料的重要组成部分目前深受各行各业的重视。请问张总,相比其他材料,先进陶瓷的普遍特征有哪些?


张总:目前先进陶瓷已经成为一种极为重要的新材料,它主要是由离子键和共价键结合而成,所以,它与金属及高分子材料有很多不同的性能。比如说它的高强度、高硬度、耐腐蚀等优异的物理化学性能,以及出色的高温性能,相比其他材料有很大的应用优势。正是因为这些独特之处,先进陶瓷成为了近年来发展特别快的新材料。


粉体网:先进陶瓷是个庞大的体系,它是如何分类的?


张总:先进陶瓷有很多分类方法,比如可以按照材料种类进行分类,也可以按照其用途进行分类。整体来讲,按其特性和用途,先进陶瓷可分为2大类 :结构陶瓷和功能陶瓷。但目前来看这两类陶瓷的区分已经没有明显的界限了,我们既要利用它的结构性能,又要发挥它的功能性,所以说结构和功能一体化的陶瓷材料是今后的发展趋势。


先进陶瓷应用性能分类



粉体网:请问张总,目前较为前沿的先进陶瓷成型技术有哪些?


张总:成型技术对先进陶瓷的制备尤其关键。由于陶瓷烧结后硬度很高,导致其加工难度和成本极高,所以我们期望采用先进的成型方式以达到近净尺寸成型的目的,例如3D打印成型。再比如注塑成型技术,过去我们多采用高压注塑成型,考虑到该方法的设备、模具成本较高,我们近几年和瑞典合作开发了中压注塑成型,这种方法可以大幅度的降低设备、模具方面的成本,同时能达到高压注塑成型的致密度及均匀性水平。所以我认为,3D打印、中压注塑成型等等将是未来先进的成型方法。



高性能陶瓷产品,图片来源:中材高新


粉体网:在全球范围内哪些国家和地区的研究与应用走在世界前列?他们的研究重点分别是什么?


张总:由于研究历史较为悠久,目前美国、日本、欧洲国家在先进陶瓷的研制与应用方面居于领先地位,而且他们极为重视技术成果的产业化,所以他们的发展速度是非常快的。近些年随着国家和各科研院所以及产业界的高度重视,我国的先进陶瓷研究发展速度是最快的,也是最有发展潜力的,市场空间巨大。综合来讲,美国在航天、核电等领域的研究应用较为领先。日本在民用陶瓷材料方面则掌握很大的话语权,比如他们的陶瓷粉体制备技术在世界上是最为先进的。欧洲国家的优势体现在细分市场方面,比如德国在生物陶瓷等领域的研究较为领先,俄罗斯在航天领域及陶瓷基复合材料方面走在世界前列。此外,在装备方面,德国、瑞典等欧洲国家处于全球领先的水平。目前我们国家的先进陶瓷生产基本上已经涵盖了所有种类,制备方法也掌握的较为全面,研发水平基本与国际同步。不足之处在于我们国家在产业化方面尤其是在高端产品的产业化方面与国外还有很大的差距。在高端产品产业化方面,我们需要在制备技术、装备以及我们的管理水平等方面全面提高,只有这样我们才能达到或超过国外的水平。



氮化硅陶瓷球,来源:中材高新


粉体网:目前国内的先进陶瓷总体水平与国外的差距体现在哪些地方?


张总:正如我上面所说,在研发层面,我们国家在先进陶瓷产品的全面性和陶瓷材料的性能指标方面已基本与国际同步。主要差距还是体现在高端产品的产业化方面,比如,尽管我们的HIP氮化硅轴承球以及陶瓷膜等个别产品已经达到国外同类产品水平,但大部分的高端产品与国外还是有很大差距。不过我们的发展进步速度是非常快的,经过5-10年,我认为我们是有能力达到国外先进水平的。


粉体网:据粉体网了解,中材高新在氮化硅陶瓷领域的研究走在全国前列,请您介绍一下中材高新在氮化硅陶瓷方面的研究成果与产业化进展。



高导热氮化硅基板,来源:中材高新


张总:在氮化硅陶瓷方面,我们从山东工陶院到北京人工晶体院历经四十多年,几代人的努力,经过了大量的技术积累,近几年在山东淄博成立了中材高新氮化物陶瓷有限公司,致力于氮化硅陶瓷的产业化,目前我们已经完成从中试生产到年产50吨高端氮化硅陶瓷生产线的转化。我们现在的主要产品有两个,一个是HIP氮化硅陶瓷球,另一个是高导热氮化硅基板。目前我们积极提升生产规模,正在建设200吨氮化硅材料生产项目,该项目包括建设180吨HIP氮化硅陶瓷球和20吨约70万片高导热氮化硅基板生产线,这些项目将在明年上半年就会投产,届时我们至少在规模方面与日本东芝、美国CoorsTek等国外公司处于同一水平,但在技术、质量控制、管理等方面仍需要做很多工作。随着电动汽车对高导热基板、氮化硅轴承球需求量的提高,我们三期规划将做到400吨的生产规模。


粉体网:好的,感谢张总接受我们的采访,谢谢!


(中国粉体网编辑整理/山川)

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作者:山川

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