鋁基陶瓷型芯發(fā)展歷程

鋁基陶瓷型芯發(fā)展歷程鋁基陶瓷型芯發(fā)展歷程歐洲國家自20世紀70年代起就將鋁基陶瓷型芯應用于生產(chǎn)單晶葉片，在鋁基陶瓷型芯的研究和應用方面世界領(lǐng)先。我國鋁基陶瓷型芯的研制起步于20世紀90年代后期，起步較晚。鋁基陶瓷型芯的主體材料是α-Al2O3粉體。與硅基陶瓷型芯相比，α-Al2O3具有較好的熱強性、較高的化學穩(wěn)定性、優(yōu)異的耐高溫性能，且在焙燒和使用過程中無晶型轉(zhuǎn)變，更適用于定向凝固柱晶及單晶葉片的鑄造。隨著單晶高溫合金鑄造的進一步發(fā)展，渦輪葉片的澆鑄溫度進一步提升，對陶瓷型芯的耐高溫性能和高溫化學穩(wěn)定性的要求更高。鋁基陶瓷型芯存在以下缺陷：一是其燒成通常在高于1，600℃的溫度下進行，燒成性相對較差；二是α-Al2O3難溶于酸和堿，與硅基陶瓷型芯相比，鋁基陶瓷型芯使用后脫芯相對困難。因此，解決燒成難和脫芯難的問題是鋁基陶瓷型芯生產(chǎn)及使用過程中的兩大技術(shù)難點。按成型方法和工藝特點，陶瓷型芯可分為熱壓注、傳遞成形、灌漿成形、凝膠注模成型、3D打印成型陶瓷型芯等。目前國內(nèi)外仍以熱壓注陶瓷型芯為主。產(chǎn)品走向功能化早期的時候，瓷磚只是以建筑材料的角色被廣泛地應用在建筑建設中。這些年逐漸轉(zhuǎn)化為裝飾材料。從本屆中意設計大獎賽的參評產(chǎn)品來看，大部分都是模仿自然的紋理，充分發(fā)揮了瓷磚作為裝飾材料的文化屬性。這種文化的屬性在未來會更加凸顯。由建筑材料到裝飾材料，再往前發(fā)展，瓷磚會逐漸傾向于成為功能性材料。瓷磚的功能性的發(fā)展會朝著三個方向走：第一是打造一個健康的環(huán)境;第二，是打造一個智能化的空間;第三，是關(guān)注人本身的健康。這是瓷磚產(chǎn)品未來的發(fā)展方向。裝備趨向柔性化中國瓷磚產(chǎn)業(yè)的裝備創(chuàng)新方向?qū)饾u趨向柔性化，具體來說將分為三個方面：數(shù)字化、智能化和間歇化。未來現(xiàn)有的所有裝備都將走向數(shù)字化，可以和互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)鏈接。第二就是逐漸智能化、自動化，可以減少人工的參與。還有一個非常重要的就是間歇化，即快速啟動和停止。之前瓷磚的生產(chǎn)線設備，強調(diào)的是連續(xù)不停頓的生產(chǎn)，因此行業(yè)內(nèi)普遍存在的是相應的一種規(guī)模化的、連續(xù)的、單一產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。設備生產(chǎn)柔性化，就能夠滿足未來小批量、多品種的生產(chǎn)方式。這關(guān)乎到包括窯爐在內(nèi)的整個生產(chǎn)線，如何實現(xiàn)快速啟動和快速停止。這是未來需要解決的問題。陶瓷材料在汽車領(lǐng)域的應用汽車里面有很多的陶瓷部件，如鈦酸鋁主要是在汽車缸蓋和排氣管這個地方，主要為了隔熱和保溫，提高汽缸里燃燒溫度。另外一個是氧化鋁噴油器，噴油的時候需要耐腐蝕，同時它還需要絕緣，所以用氧化鋁陶瓷來做。還有廢氣排氣管的閥門一般是用氧化鋯陶瓷做的。還有在汽車里用的電路板，為防止老化、破損，一般都是用氧化鋁陶瓷做電路基板。此外，氧化鋁、氧化硅、碳化硅陶瓷材料分別在汽車大燈、渦輪增壓器、過濾器等器件上面也有應用。作為家居建材中最大的細分領(lǐng)域之一，陶瓷行業(yè)的價格變動一直備受市場關(guān)。尤其近幾年越來越多行業(yè)龍頭上市或籌備上市，高毛利的陶企更受資本市場青睞。不過，在今年房地產(chǎn)行業(yè)面臨調(diào)整的大背景下，陶瓷行業(yè)也受到?jīng)_擊。截止目前，今年已有超過40家陶企破產(chǎn)、清算或重整。同時，天然氣價格的上漲也導致陶瓷生產(chǎn)成本增加，今年行業(yè)內(nèi)已經(jīng)掀起多輪漲價潮。伴隨著房地產(chǎn)市場的陣陣雷聲，頭部陶企不得不重新審視工程與零售渠道，開始加大對經(jīng)銷商的扶持力度，將部分產(chǎn)能逐步轉(zhuǎn)向零售渠道，由此進一步加劇終端市場的競爭。有行業(yè)人士分析，陶瓷行業(yè)集中度提升是大勢所趨，那些頭部陶企手握現(xiàn)金，有規(guī)模、有實力、有品牌、有產(chǎn)能，增長速度和抗風險能力遠高于行業(yè)平均水平，但隨著頭部陶企工程渠道的變化，給予了腰部及腰部以下的陶瓷企業(yè)更充足的喘息與調(diào)整時間，行業(yè)集中度的提升速度或許將比曾經(jīng)預料中的要慢。我國的陶瓷制造行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定進入21世紀以來，我國的陶瓷制造行業(yè)經(jīng)歷了一個穩(wěn)定發(fā)展時期，陶瓷制品的產(chǎn)量和陶瓷行業(yè)企業(yè)數(shù)量都有了巨大的增長，我國的陶瓷總產(chǎn)量位居世界第一位，已成為世界上最大的陶瓷生產(chǎn)國和出口國。雖然中國是全球第一的陶瓷生產(chǎn)大國，但陶瓷行業(yè)整體效率仍然偏低，結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩，缺乏品牌意識等問題長期存在。與發(fā)達國家相比，我國陶瓷市場集中度低，較多企業(yè)規(guī)模較小，技術(shù)與設備較為落后，以生產(chǎn)中低端產(chǎn)品為主，高端產(chǎn)品還需依靠進口。中國是全球最大的瓷磚生產(chǎn)國、消費國與出口國。數(shù)據(jù)顯示，2021年全球陶瓷磚產(chǎn)量183．39億㎡，而中國陶瓷磚產(chǎn)量為88．63億㎡，占比48．3%。盡管有新冠疫情、房地產(chǎn)等多因素影響，行業(yè)對產(chǎn)能擴張的熱情并未因此減弱，在2021年，大型陶企投資、擴產(chǎn)消息不斷。2022年，陶瓷行業(yè)的并購案例只會有增無減。未來的行業(yè)，品牌集中度將加速提升，強者恒強的馬太效應將繼續(xù)增強。在雙碳雙控政策目標下，建筑陶瓷行業(yè)往低碳環(huán)保的發(fā)展趨勢越來越明顯，推進綠色制造、研發(fā)綠色產(chǎn)品、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、合理布局產(chǎn)能等正成為行業(yè)發(fā)展的趨勢，從而加劇了強者愈強的馬太效應，能源、資源將進一步向頭部企業(yè)靠攏，深耕品牌建設的企業(yè)對技術(shù)的投入力度持續(xù)加大，持續(xù)加大綠色、低碳、循環(huán)經(jīng)濟的比重，增強企業(yè)發(fā)展內(nèi)在動力，進一步推動行業(yè)優(yōu)勝劣汰，行業(yè)集中度不斷提高。過往數(shù)十年中，中國建陶的發(fā)展呈現(xiàn)出大規(guī)模、低成本、高速度等特征，在世界建陶行業(yè)具有龍頭地位，而佛山更是中國陶瓷行業(yè)的代表地區(qū)。然而在雙碳、雙控政策背景下，受到房地產(chǎn)下行、內(nèi)需飽和、成本增加等一系列因素疊加，建筑陶瓷和衛(wèi)浴行業(yè)企業(yè)競爭更加激烈，產(chǎn)業(yè)集中化和環(huán)保壓力將加速淘汰落后產(chǎn)能。同時，在后疫情時代，建筑陶瓷和衛(wèi)浴行業(yè)大行業(yè)、小公司的局面或?qū)⒈淮蚱?，行業(yè)正在從過去的粗放式發(fā)展向規(guī)范化、高質(zhì)量發(fā)展方向良性轉(zhuǎn)變。近幾年，陶瓷行業(yè)進入洗牌的深水期，產(chǎn)能資源日益集中。尤其是在雙碳雙控政策背景下，各地收緊了陶瓷生產(chǎn)線的擴張，加快了行業(yè)內(nèi)的收購、并購潮。生一爐火、燒一壺茶、放兩把干果、烤幾顆橘子，與三五個好友圍爐而坐，喝茶談天烤火……這個冬天，脫胎于我國傳統(tǒng)民俗的圍爐煮茶火爆出圈，成為現(xiàn)象級的消費熱點。新的消費方式、消費場景也給陶瓷產(chǎn)業(yè)添了一把火。受國際局勢、疫情等因素影響，以外貿(mào)出口為主的德化陶瓷也遭遇了一個寒冬。按以往經(jīng)驗，每年第四季度訂單量應處全年低位，但隨著圍爐煮茶熱度提升，德化大部分陶瓷企業(yè)今年第四季度內(nèi)銷訂單量大幅上漲。隨著能源和原材料的限制，以及人力成本逐年上升，發(fā)達國家和地區(qū)逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移技術(shù)和產(chǎn)能，世界陶瓷生產(chǎn)中心正在逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。同時，在全球陶瓷市場上，國際陶瓷市場呈現(xiàn)出市場需求多元化、個性化的特點。2023年，將是行業(yè)的另一個巨變之年。疫情的烏云將逐步消散，冰封的市場正日漸恢復。一系列的利好政策，將讓陶瓷行業(yè)觸底反彈的可能性增大。當然，也應該清醒地認識到，行業(yè)產(chǎn)能過剩的矛盾將進一步加劇，市場需求下滑的趨勢將不可逆轉(zhuǎn)。特種陶瓷行業(yè)規(guī)模目前，湖南特種陶瓷企業(yè)眾多，已達230余家，其中規(guī)模以上有86家，國家高新技術(shù)企業(yè)4家!已經(jīng)形成了多位一體的先進陶瓷產(chǎn)業(yè)集群，特種陶瓷產(chǎn)品種類也很豐富，現(xiàn)在已經(jīng)形成了結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷、功能陶瓷三大類，特種陶瓷從業(yè)人數(shù)已達3萬余人。本世紀初特種陶瓷市場規(guī)模預計將達到500億美元，因此許多科學家預言：特種陶瓷在二十一世紀的科學技術(shù)發(fā)展中，特種陶瓷必定會占據(jù)十分重要的地位。特種陶瓷報告有助于企業(yè)及投資者洞察中國特種陶瓷行業(yè)市場供需行為，評估中國特種陶瓷行業(yè)投資價值，為相關(guān)企業(yè)提供第三方的決策支持。報告內(nèi)容有助于特種陶瓷行業(yè)企業(yè)、特種陶瓷投資者了解市場供需情況，并可以為特種陶瓷企業(yè)市場推廣計劃的制定提供第三方?jīng)Q策支持。特種陶瓷報告第一時間為客戶提供中國行業(yè)年度供求數(shù)據(jù)分析，特種陶瓷報告具有內(nèi)容翔實、模型準確、分析方法科學等特點。特種陶瓷行業(yè)發(fā)展特種陶瓷原料純度很高、超細，是精制的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等化合物，這些化合物在自然界中很多。但是像傳統(tǒng)陶瓷，就是以黏土或者瓷土作為原料，或者一些人工合成的化合物的混合，它相對來說比較復雜。從晶體結(jié)構(gòu)上來看，特種陶瓷晶體結(jié)構(gòu)沿用了各種礦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和表述。也就是說和這些天然陶瓷，如果用科學定義的話，它的名稱是一樣的。就像鈣鈦礦、銳鈦礦、熒石、焦綠石、磷灰石等等，這些都是在進行材料結(jié)構(gòu)分析時用的名詞。這些名詞應該說和傳統(tǒng)陶瓷是一模一樣的。從制造工藝方面，特種陶瓷借鑒了傳統(tǒng)陶瓷的一些成型工藝，比如注漿成型、陳化等等。但也發(fā)展了很多特殊工藝，比如流延成型、等靜壓成型、干壓成型、激光成型，包括3D打印、精密機加工等技術(shù)。像燒結(jié)工藝，傳統(tǒng)陶瓷一般用普通窯爐，當然現(xiàn)在窯爐也希望能夠精確控制它的氧化氣氛或者還原氣氛。但是對于特種陶瓷，它要嚴格控制氣氛，一般有無壓燒結(jié)、氣體壓力燒結(jié)、干熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、真空燒結(jié)、等離子脈沖燒結(jié)等。最后能夠制備出哪些產(chǎn)品出來呢？首先是信息功能陶瓷材料和器件，如手機里可以說將近80%以上的器件是陶瓷做的，還有電容器、濾波器、微波器件、傳感器、聲波原件、延遲器、驅(qū)動器。再如照相機，現(xiàn)在里面都是自動聚焦的，它驅(qū)動的是壓電陶瓷馬達，可以精確控制聚焦。又如筆記本電腦顯示器后面的背光源需要一個升壓裝置，升壓裝置就是一種用壓電陶瓷做的升壓。還有陶瓷電路板。電路板過去一般是環(huán)氧樹脂等樹脂纖維混合的電路板。這種電路板在一些嚴苛環(huán)境下，比方說在汽車發(fā)動機附近裝上的話，會老化得很快，這時候使用的電路板一般是陶瓷的。它實際上是有一些多層的電子器件，而且做得很薄，這是用流延法做出來的，大概都在1毫米以下，甚至0．5毫米厚，現(xiàn)在最薄到100個微米左右。在這上面做好電路，然后做成一些特別是在嚴苛環(huán)境下應用的器件。還有最新技術(shù)LTCC，即低溫共燒技術(shù)，是把電路板通過流延出來以后，再通過絲網(wǎng)印刷把各種器件一次做到多層的，最后電路板燒出來以后，實際上把電容、電感、電阻都固化到里面去了，這樣就一次性把一個電子元器件的模塊就做出來了。剛才講的是在信息功能電子領(lǐng)域中陶瓷材料的應用，還有一類陶瓷叫結(jié)構(gòu)陶瓷，主要是利用它很好的機械性能以及耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的性能，所以把它稱作高性能的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。在半導體裝備里面就用了很多的陶瓷零部件，可以做到非常精密。因為半導體的一些裝備，對精度要求很高，如果有一些部件用金屬做比較容易變形，影響半導體設備的精度。像高馬赫數(shù)空天飛行器，因為要和大氣摩擦，產(chǎn)生很高的熱量，這時候金屬是不行的，很多部件必須用陶瓷材料。包括一些飛機像戰(zhàn)斗機的裝甲材料，特別底層的裝甲材料，現(xiàn)在一般都是用碳化硼和碳化硅，因為它要求很輕、很薄，而金屬鋼的密度大也更重。剛才講的很多氮化硅、氧化鋁，清華大學從20世紀80年代就開發(fā)氮化硅的刀具，是在數(shù)控機床尖端用來切削用的，包括可以用氧化鋁來做小的刀具，它可以實現(xiàn)高速的切削。從20世紀90年代起制作防彈裝甲，現(xiàn)在很多防彈衣大家看到里面插的是一個陶瓷片，最便宜的是氧化鋁。盡管它比碳化硼要重一些，但是和鋼板比起來要