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3.先进陶瓷在高技术领域的应用与发展

2022-05-23
作者:陈定柱
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(1)电子陶瓷行业

电子陶瓷是无源电子元件的核心材料,是电子信息技术的重要材料基础。

近年来,随着电子信息技术日益走向集成化、智能化和微型化,以半导体技术为基础的有源器件和集成电路迅速发展,无源电子元件日益成为电子元器件技术的发展瓶颈。而电子陶瓷材料及技术是制约高端元件发展的重要因素之一,越来越成为制约电子信息技术发展的核心技术之一。从战略高度研判国内外电子陶瓷材料与元器件技术的发展现状,分析我国相关领域的问题及对策,对于推动我国高端电子元器件产业的发展具有重要意义。

我国是无源电子元件大国但不是强国。从产品产量上看,我国无源元件的产量占到了全球的 40%以上,多种电子陶瓷产品的产量居世界首位,已经形成了一批在国际上拥有一定竞争力的元器件产品生产基地,同时拥有全球最大的应用市场。然而,我国但元件产值不足全球产值的四分之一,高端元件大量依赖进口。目前高端电子陶瓷材料市场主要为日本企业所垄断,国内生产的材料少部分用于高端元器件产品,大部分用于中低端元器件产品;国内高水平科研成果在转化过程中遭遇来自原材料、生产装备、稳定性等方面的瓶颈,所占市场份额相对较低。在产业技术方面,我国的电子陶瓷及其元器件产品生产基地已经形成了相当的规模,并拥有国际先进的生产水平。

(2)光学陶瓷行业

目前,对透明陶瓷尚无明确的定义,通常将直线透过率大于 40%的陶瓷概括为透明陶瓷。陶瓷是一种多晶材料,当光通过时,由于其内部的晶界、气孔或杂质的存在,会产生吸收、散射、双折射等效应,从而导致光强大幅度降低,因此一般陶瓷是不透光的。透明陶瓷作为无机透明材料,与单晶和玻璃相比,单晶大多采用提拉法制备,难以制得大尺寸材料;玻璃制备工艺简单,容易制得大块,但其机械性能较差,且由于玻璃的无序环境,声子能量高,大大降低掺杂离子的发光效率;而透明陶瓷既具有陶瓷的高强度、耐高温,化学稳定性好等优点,又兼备玻璃良好的光学透过性,同时作为一种晶体材料,激活离子掺杂浓度高,其晶体场环境能有效改善发光离子的发光效率。

(3)生物陶瓷行业

生物材料的发展,可分为以下四个阶段:①18 世纪:采用天然材料(如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等)作为骨修复材料的人工骨研究启蒙阶段;②19 世纪:采用纯金、纯银、铂等贵金属的自然发展阶段;③20 世纪中叶:采用钴铬铝合金、纯钛、钛合金,以及有机玻璃等高分子材料用于临床的探索阶段;④20 世纪 60 年代:生物陶瓷崭露头角的迅速发展阶段。

生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料,即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。广义讲,凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。生物陶瓷材料根据与组织的结合情况分为生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。两者的根本区别在于植入体内后,植入体是否能够与活组织形成化学键合。

关节损伤的发生率上升和牙科治疗数量的增加等,成为推动生物陶瓷市场成长的主要要素。全球生物陶瓷市场在 2019 年~2024 年间,预测将以约 6.8%的年复合成长率成长。生物适合材料的需求增加,起因于老年人增加的脊椎手术及 orthobiological 手术的增加,在牙科医疗的使用增加,疾病的硬化组织置换的利用增加等,成为这个市场主要成长要素。根据全美脊髓损伤统计中心发表的资料,2019 年时,美国,每年报告的新脊髓损伤(SCI)是 17,730 件,这是国内每 100 万人口约有54 案例。

(4)高温陶瓷行业

超高温陶瓷材料(Ultrahigh-Temperature Ceramics,简称 UHTCs)指高温环境(2000℃以上)和反应气氛中(如原子氧环境)能够保持化学稳定的一种特殊材料,通常包括硼化物、碳化物、氧化物在内的一些高熔点过渡金属化合物,由上述化合物组成的多元复合陶瓷材料统称为超高温陶瓷材料。这些高熔点过渡金属化合物中,TaC、ZrB2、HfB2、HfC 等的熔点超过了 3000℃,从而使得它们在极端高温条件下具有很大的应用潜力。

投顾姓名:陈定柱;执业编号:A1120120060007

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