高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展評價及戰(zhàn)略研究

?? ? ?前言：

?? ? ?2016年發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》突出高技術(shù)陶瓷的戰(zhàn)略地位。但是，我國高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)依舊存在短板，國家扶持芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各項優(yōu)惠政策并未全面地延伸至高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)。本文通過對日本、美國和歐盟的高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行評價，同時對高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)國內(nèi)的發(fā)展作出評價，對比分析國內(nèi)外發(fā)展存在的差距。并以此為依據(jù)，試圖給出適合于我國高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。

?? ? ?一、高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)國外發(fā)展評價

?? ? ?(一)日本：

?? ? ?在高韌性陶瓷領(lǐng)域和電子陶瓷位于領(lǐng)先地位。目前，全球高技術(shù)陶瓷元件市場主要由日本制造商占據(jù)。各類高技術(shù)陶瓷產(chǎn)品，包括熱傳感器、壓力傳感器、磁傳感器、氣體傳感器、光傳感器等，日本占據(jù)了大部分市場。在新型超塑陶瓷、塑料陶瓷、高技術(shù)陶瓷發(fā)動機、高技術(shù)陶瓷電池等研發(fā)領(lǐng)域，處于領(lǐng)先地位。日本曾進行過實驗，測試功能強大的陶瓷電池，用固體陶瓷代替酸性電解質(zhì)。與傳統(tǒng)電池相比，它重量輕2/3，污染少，特別適用于汽車和航空工業(yè)。

?? ? ?日本在發(fā)展高技術(shù)陶瓷和精密陶瓷元素的基礎(chǔ)上，通過研發(fā)制造陶瓷剪刀、陶瓷手術(shù)刀、陶瓷秤、陶瓷加熱器、人造陶瓷粘結(jié)劑、陶瓷圓 珠筆等發(fā)熱元件以及日常產(chǎn)品，積累了一些特殊陶瓷生產(chǎn)方法。例如，京瓷在全球的事業(yè)涉及原料、零件、設(shè)備、機器，以及服務、網(wǎng)絡等各個領(lǐng)域。京瓷最初為一家技術(shù)陶瓷生產(chǎn)廠商。如今，京瓷公司的大多數(shù)產(chǎn)品與電信有關(guān)，生產(chǎn)制造與高性能陶瓷材料相關(guān)的下游產(chǎn)品，包括無線手機和網(wǎng)絡設(shè)備、半導體元件、射頻和微波產(chǎn)品套裝、無源電子元件、水晶振蕩器和連接器、使用在光電通訊網(wǎng)絡中的光電產(chǎn)品。NGK SPARK PLUG主要生產(chǎn)汽車發(fā)動機電機陶瓷火花塞、高品質(zhì)陶瓷，包括耐磨部件、超聲換能器和傳感器、半導體制造設(shè)備產(chǎn)品、電氣設(shè)備產(chǎn)品以及其他陶瓷產(chǎn)品等，一直致力于開發(fā)擁有優(yōu)秀環(huán)境效率的產(chǎn)品，為世界追求的新汽車社會做出貢獻。從結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)方面來看，東芝公司處于領(lǐng)先地位，其半導體生產(chǎn)中的敏感元件主要采用氧化鋁、氮化硅、氧化鋯、碳化硅等材料。

?? ? ?(二)美國：

?? ? ?在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。在美國，結(jié)構(gòu)陶瓷額產(chǎn)量增長速度最快，每年增長約15%。其中，醫(yī)療設(shè)備、汽車、飛機、核工程、航天技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備、機械動力等領(lǐng)域是目前美國結(jié)構(gòu)陶瓷廣泛分布領(lǐng)域。Si3N4、SiC和ZrO2是目前主要的結(jié)構(gòu)陶瓷精密材料。其中，結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)占世界總產(chǎn)量份額的絕大多數(shù)。而且，在美國制造的耐高溫陶瓷，其工作溫度高達1300℃，其工作強度達到普通高溫金屬的6倍以上。美國國防部和國家自然科學基金會負責美國高技術(shù)陶瓷的研發(fā)，特別是在軍事、航空航天、環(huán)保等領(lǐng)域。為適應空間技術(shù)發(fā)展的需要，美國宇航局在結(jié)構(gòu)陶瓷的研究、應用和加工等領(lǐng)域開展了重大研發(fā)項目。高技術(shù)陶瓷發(fā)展計劃是由美國高技術(shù)陶瓷協(xié)會和美國能源部共同資助開展。由于其優(yōu)異的高溫性能、可靠性等獨特性能，將成為經(jīng)濟實用材料的首選，廣泛應用于節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物醫(yī)藥、高端器件生產(chǎn)等領(lǐng)域，以及新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的使用?？蛻艨筛鶕?jù)不同的應用要求，選擇性價比高的優(yōu)質(zhì)陶瓷產(chǎn)品。其中，環(huán)保陶瓷、核能陶瓷、透明陶瓷、透波陶瓷、納米陶瓷等新型陶瓷材料取得了長足的進步。

?? ? ?雖然美國是生產(chǎn)結(jié)構(gòu)陶瓷的產(chǎn)量大國，但其同時相對應也是結(jié)構(gòu)陶瓷最大的消費市場。因此，許多陶瓷產(chǎn)品不得不從歐洲和日本進口。在美國，結(jié)構(gòu)陶瓷制造商包括Costek Technologies和Corning。作為美國市場高技術(shù)陶瓷的領(lǐng)先供應商，庫斯泰克主要業(yè)務為生產(chǎn)各類半導體工業(yè)用陶瓷基板、電真空陶瓷、精密陶瓷零件、半導體設(shè)備用陶瓷零件。一些產(chǎn)品如圖1所示。Corning公司創(chuàng)立于1851年，是晶圓陶瓷、光電材料、高性能特種玻璃、玻璃纖維、光纜、汽車尾氣過濾器的主要供應商，見圖2、圖3，其蜂窩陶瓷技術(shù)和生產(chǎn)處于世界領(lǐng)先地位。(圖1、圖2、圖3)

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?? ? ?(三)歐盟：

?? ? ?在功能陶瓷領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。主要研究的是發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域的新材料技術(shù)，如排氣管內(nèi)襯、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、陶瓷活塞、燃氣輪機轉(zhuǎn)子等。德國發(fā)明了一種陶瓷電容器，用于無安全措施的應用。在這些應用中，電容器通常與正極永久連接，電容器的串聯(lián)可以減少開關(guān)的風險，而無需采取進一步的安全措施，因此適合于現(xiàn)有用戶產(chǎn)品的設(shè)計。圣戈班是世界上高技術(shù)陶瓷前列公司之一，圣戈班涵蓋三大主要業(yè)務：研磨工具、陶瓷材料和玻璃纖維。這三大業(yè)務在中國乃至整個亞洲蓬勃發(fā)展，它們支持并分享創(chuàng)新、技術(shù)和市場。這三大業(yè)務專注于同一個部門，員工可以更好地為客戶服務，與客戶合作，共創(chuàng)美好未來。圣戈班年銷售收入超過300億美元，其中高性能陶瓷占15%。卡博倫和諾頓陶瓷從圣戈班采購。Caramtec是德國最大的技術(shù)陶瓷公司，主要生產(chǎn)用于現(xiàn)代工業(yè)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的先進陶瓷材料。第六個歐盟框架計劃提出要廣泛扶持各個高技術(shù)陶瓷領(lǐng)域的研究項目，其中的一些項目專注于功能陶瓷及其復合材料的先進制備技術(shù)。特別是英、法、德三國，加強了針對航空航天的復合陶瓷材料和功能陶瓷制備技術(shù)的研究。其中，德國研制的脈沖式電流結(jié)設(shè)備，可以完成連續(xù)燒結(jié)大型耐高溫陶瓷的任務。同時，在實施自動化和機械化方面，歐洲建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)在管材和釉料生產(chǎn)方面具有相當?shù)募夹g(shù)實力和發(fā)展能力。

?? ? ?二、高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)國內(nèi)發(fā)展評價

?? ? ?(一)北京：

?? ? ?在CIM技術(shù)陶瓷領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。以清華大學材料研究所和“新陶瓷與精細技術(shù)”國家重點實驗室為依托的中德匯，擁有多年來得到國家自然科學基金、國家863計劃和973計劃大力支持的專有權(quán)，是技術(shù)部評選的50個重點高新技術(shù)孵化項目之一。紫光方達是一家致力于高技術(shù)陶瓷研發(fā)和生產(chǎn)的高技術(shù)公司，是國家技術(shù)部重點支持的科研生產(chǎn)園區(qū)，國家防彈陶瓷產(chǎn)業(yè)化示范工程，其高技術(shù)陶瓷材料在國內(nèi)外處于最高水平。公司原材料制備、成型、燒結(jié)、加工及檢測設(shè)備是國內(nèi)最齊全的，部分關(guān)鍵設(shè)備具有世界水平。除了先進陶瓷材料的研發(fā)外，紫光方達高技術(shù)陶瓷產(chǎn)品的先進應用和銷售策略也走在國內(nèi)外前列，擁有一批國內(nèi)結(jié)構(gòu)陶瓷行業(yè)及相關(guān)專業(yè)的知名專家和經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員，具有較強的技術(shù)開發(fā)能力。

?? ? ?(二)上海：

?? ? ?在精密陶瓷方面處于優(yōu)勢地位。上海卡貝尼功能陶瓷研究院、精密陶瓷生產(chǎn)基地以及研磨中心為卡貝尼公司提供具有國內(nèi)外競爭優(yōu)勢的精密陶瓷產(chǎn)品。其中，在高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應用，特別是半導體光伏太陽能、機械設(shè)備、醫(yī)療器械、石化等行業(yè)的精密儀器。作為一家精密陶瓷生產(chǎn)企業(yè)，卡貝尼以優(yōu)質(zhì)的原材料為基礎(chǔ)，以科學的原材料、輔料使用和回收體系為保障，從生產(chǎn)到最終產(chǎn)品儲存，確保每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都具有環(huán)保的特點，提高資源利用效率。此外，上海施密爾精密陶瓷、鑫茂精密陶瓷等公司都致力于高技術(shù)精密陶瓷的開發(fā)和制造。上海施密爾精密陶瓷有限公司主要生產(chǎn)微薄陶瓷、無感電阻、陶瓷軸承、LED相關(guān)精密陶瓷產(chǎn)品。上海鑫茂精密陶瓷有限公司主要生產(chǎn)紫外燈頭、陶瓷螺帽、陶瓷棒、蜂窩陶瓷、陶瓷焊接保護管等精密陶瓷產(chǎn)品。不僅具有相當客觀的生產(chǎn)效益，更重要的是其新材料多功能、低能耗、低污染，集現(xiàn)代科學技術(shù)、材料工程于一體的產(chǎn)品特點。高新技術(shù)的精密陶瓷產(chǎn)品成為上海的特色，這些企業(yè)在穩(wěn)定、可持續(xù)地發(fā)展。

?? ? ?(三)佛山：

?? ? ?在防彈陶瓷領(lǐng)域擁有優(yōu)勢。由表1可以看出，作為“中國瓷都”的廣東省佛山市，以長城集團股份有限公司為代表的新材料高技術(shù)陶瓷制造企業(yè)，以其完善的陶瓷制造鏈、齊全的陶瓷產(chǎn)品、優(yōu)越的陶瓷技術(shù)、暢通的銷售渠道、眾多的生產(chǎn)基地為支撐，為佛山生產(chǎn)多種性能特點的防彈陶瓷產(chǎn)品提供了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。佛山市三水工業(yè)園區(qū)中眾多高技術(shù)陶瓷企業(yè)大力引進深圳愛爾創(chuàng)技術(shù)有限公司等企業(yè)研發(fā)的多種防彈陶瓷生產(chǎn)技術(shù)，致力于氧化鋁、碳化硼等防彈陶瓷的生產(chǎn)和銷售，不僅提升了佛山市整體陶瓷產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，更有利于充分利用佛山市的國際貿(mào)易優(yōu)勢資源，提升特色的高技術(shù)陶瓷防彈材料品牌效應。(表1)

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?? ? ?三、高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外發(fā)展存在的差距

?? ? ?(一)生產(chǎn)工藝缺乏技術(shù)更新

?? ? ?我國到目前為止，高端型陶瓷材料以及相關(guān)元器件依舊只能以進口為主。由于技術(shù)升級較快，技術(shù)難以進入國內(nèi)市場，導致規(guī)?；a(chǎn)難以領(lǐng)先于世界。國內(nèi)的相關(guān)陶瓷元件公司有順絡電子、風華高科、宇陽控股等。雖然這些公司在國內(nèi)是生產(chǎn)芯片元件的大型規(guī)模公司，但就其高端型產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)水平來看，相比較TDK株式會社、太陽油電等國際知名企業(yè)還有較大差距。雖然我國通過引進國外的高技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備，如注塑機、熱等靜壓機、氣壓燒結(jié)機、鑄造機等，對設(shè)備進行了改進，但由于相關(guān)投資成本高，加大了企業(yè)的經(jīng)濟壓力，從而限制了相關(guān)高技術(shù)陶瓷技術(shù)的發(fā)展。同時，由于加工水平的差距，暫時形成不了可靠的國產(chǎn)替換。

?? ? ?(二)研發(fā)鏈條缺乏相關(guān)配套

?? ? ?我國的主要研究工作往往只存在于材料體系、準備過程或一些關(guān)鍵技術(shù)上，忽視了相關(guān)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)研究，而他們在研發(fā)上的突破并不代表整個行業(yè)的技術(shù)進步。這些現(xiàn)象阻礙了許多優(yōu)秀成果的產(chǎn)業(yè)化和應用。比如，我國目前對陶瓷粉體的制備重視依舊不夠。各種陶瓷粉體仍然沒有專門的生產(chǎn)企業(yè)，導致企業(yè)只能自己設(shè)立部門生產(chǎn)。如日本企業(yè)生產(chǎn)的9999%氧化鋁粉末的燒結(jié)溫度只有1300℃，但是我國目前燒結(jié)最低溫度需要維持在1700℃以上。

?? ? ?(三)成果轉(zhuǎn)化缺乏整合機制

?? ? ?雖然我國目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出性能優(yōu)良的陶瓷材料，但大部分仍處于實驗室樣品的狀態(tài)中。一些產(chǎn)品由于成本高、可靠性差而不能被市場所接受，產(chǎn)品銷量從發(fā)達國家來看相差甚遠。我國電子陶瓷材料的研發(fā)分散在少數(shù)高校、科研院所和少數(shù)大型產(chǎn)品進行小規(guī)模試驗和量產(chǎn)驗證。同時，高校和科研院所屬于不同的材料和零部件領(lǐng)域，側(cè)重點不同，它們彼此脫節(jié)，缺乏對材料、工藝和組件集成的系統(tǒng)研究。高校、科研院所和企業(yè)在體制上相互分離，溝通與合作不夠。大學和研究機構(gòu)的研究成果往往停留在實驗室階段，缺乏及時有效轉(zhuǎn)化成果、實現(xiàn)產(chǎn)學研結(jié)合的有效機制。

?? ? ?四、高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略

?? ? ?(一)優(yōu)化頂層路線設(shè)計

?? ? ?要優(yōu)化相關(guān)頂層路線設(shè)計，在重點、難點領(lǐng)域設(shè)立專項基金，將高技術(shù)陶瓷材料納入到相關(guān)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中整體布局。國家扶持微電子產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和國家扶持芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各項優(yōu)惠政策，應當向高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)延伸。2016年發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》也突出了高技術(shù)陶瓷的地位，實施高性能纖維及復合材料、高技術(shù)稀土材料等技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目。推進新材料制備加工、安全服務、高效利用、高性價比回收利用等關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。確保關(guān)鍵材料的交貨能力，快速有效地在高端制造業(yè)中處于領(lǐng)先地位。同時，完善高技術(shù)陶瓷在新能源、電子信息、環(huán)保、高端機械制造等主要應用領(lǐng)域方面的規(guī)劃，進一步推動高技術(shù)陶瓷向高端進發(fā)。

?? ? ?(二)完善產(chǎn)業(yè)人才支撐體系。

?? ? ?產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)資源綜合利用和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都離不開高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)專業(yè)人才的支撐。重視研發(fā)人員、高技術(shù)陶瓷企業(yè)的制造和管理人才的引進和培訓，并把積累各類高技術(shù)陶瓷專業(yè)技術(shù)人才作為重點戰(zhàn)略任務，不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)管理環(huán)境，注重人才培養(yǎng)，堅持和吸引區(qū)外人才。同時，要不斷建立健全政府引進和鼓勵人才的相關(guān)政策法規(guī)，與企業(yè)合作，制定各種人才優(yōu)惠政策，吸引各類高層次人才。

?? ? ?(三)推動研發(fā)制造平臺化發(fā)展

?? ? ?加強科研單位之間的直接聯(lián)系與合作，打造全面的基于新材料研究的三維實體以及具有較強的器件應用研究能力。打造多元化、多功能的精細陶瓷材料研發(fā)平臺，聯(lián)合開發(fā)精細微結(jié)構(gòu)陶瓷零件、高端制造設(shè)施、大小尺寸陶瓷零件的結(jié)構(gòu)陶瓷材料和性能控制技術(shù)。同時，要依托相關(guān) IC 生產(chǎn)的龍頭企業(yè)，建立芯片生產(chǎn)和封裝測試設(shè)備的材料測試平臺。盡快實現(xiàn)各類光學陶瓷、集成電路封裝、制造裝備、航天光纖絕緣復合材料等共性關(guān)鍵技術(shù)的突破與共享。

?? ? ?(四)強化技術(shù)成果轉(zhuǎn)化

?? ? ?要加大科研人員投入和經(jīng)費投入，加強科研工作；從整體上推動建立及時有效的成果轉(zhuǎn)化機制。目前，國內(nèi)工程不應只停留在物質(zhì)生產(chǎn)，而應加強相關(guān)技術(shù)裝備的理論基礎(chǔ)。要突出調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、構(gòu)建新的產(chǎn)業(yè)體系、建設(shè)循環(huán)型節(jié)能城市、組織創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)、優(yōu)勢和現(xiàn)實條件。戰(zhàn)略聯(lián)盟使高校和科研機構(gòu)能夠盡快攻克一批難點技術(shù)，盡快將科研相關(guān)成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)技術(shù)。統(tǒng)籌規(guī)劃高技術(shù)陶瓷材料及元器件產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，加強原料供應鏈建設(shè)，確保高純度、高穩(wěn)定性高技術(shù)陶瓷原材料供應，大力開展高端工藝裝備研發(fā)，積極推進中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。要在總結(jié)經(jīng)驗教訓的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變機制，提高水平，努力營造更加寬松的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境。

?? ? ?來源：《合作經(jīng)濟與科技》No.10x 2021

?? ? ?作者：鄭四華，孫思達?

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?? ? ?美國國際石材及瓷磚展覽會——2022年4月5日-8日

?? ? ?德國紐倫堡國際石材展覽會——2022年6月22日-25日

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?? ? ?巴西卡舒埃羅國際石材展覽會——2022年8月

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?? ? ?阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜國際石材展覽會——2022年12月5日-8日

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