先進(jìn)陶瓷以其優(yōu)異的性能在新材料領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，成為航空航天、通信電子、半導(dǎo)體微電子、生物醫(yī)療、國防軍工及高鐵、新能源汽車等高科技領(lǐng)域和新興產(chǎn)業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵材料，受到人們世界各國的高度重視。

01、我國先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍落后于國外

我國先進(jìn)陶瓷研究始于上世紀(jì)50年代，起步較晚且前期發(fā)展稍慢。從20世紀(jì)80年代開始，經(jīng)過“六五”“ 七五”“ 八五”攻關(guān)及“863”“ 973”“ 科技支撐”“ 科技部重大專項(xiàng)”等*科研項(xiàng)目的投入和研發(fā)，突破了高效發(fā)動機(jī)中以高溫陶瓷為關(guān)鍵零部件的技術(shù)難題，由此開展了陶瓷材料的組成設(shè)計(jì)、晶界工程、氣壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、凈尺寸成型等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作，使得此后幾十年，我國在精尖陶瓷制備技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域取得了巨大發(fā)展成果。

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國先進(jìn)陶瓷材料制備技術(shù)快速發(fā)展，不斷打破國外壟斷和技術(shù)封鎖，包括各種燒結(jié)技術(shù)、成型工藝、粉末制備技術(shù)、精密加工工藝和陶瓷與金屬的封接技術(shù)等。正是這些裝備技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用及科研人員的積極參與，推動了我國先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

近些年來，我國已經(jīng)陸續(xù)將先進(jìn)陶瓷應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)中的諸多領(lǐng)域。目前，我國在某些*先進(jìn)陶瓷的理論研究和實(shí)驗(yàn)水平已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，且研究領(lǐng)域廣泛，幾乎涉獵了所有先進(jìn)陶瓷材料的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。許多先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品在我國已能大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定，并能占領(lǐng)一定的國際市場。

但是，整體來看，我國的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)除少數(shù)達(dá)到甚至超過國外同行外，總體上是明顯落后于發(fā)達(dá)國家的水平。

02、粉體——我國先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)的“葫蘆腰”

從概念上看，先進(jìn)陶瓷是一類采用高純度、超細(xì)、人工合成或精選的無機(jī)化合物為原料，具有*的化學(xué)組成、精密的制造加工技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有優(yōu)異的力學(xué)、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷材料。

從生產(chǎn)流程上看，先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)主要涉及粉體制備，成型、燒結(jié)、精加工等重要環(huán)節(jié)，其中陶瓷產(chǎn)品的性能很大程度上取決于原料粉體的特性已成為業(yè)內(nèi)共識。因此有專家直接指出：我們的先進(jìn)陶瓷和世界先進(jìn)水平相比還是有一定的差距，這個差距很大一部分是來源于我們的原料粉體技術(shù)仍然落后于世界先進(jìn)水平。

把范圍稍微放大一點(diǎn)，據(jù)媒體的統(tǒng)計(jì)，至少包括超細(xì)銀粉、高純碳化硅粉、高純度氧化鎂、氧化鋯粉體、氮化鋁粉體、球形硅微粉、高純氧化鋁、球形氧化鋁、氮化硅粉體、導(dǎo)電炭黑、3D打印用球形金屬粉、MLCC高端陶瓷粉料等在內(nèi)的幾十種粉體原材料的高端產(chǎn)品仍未完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代，大量依賴進(jìn)口！

可以說，原料粉體已成為制約我國先進(jìn)陶瓷乃至整個新材料產(chǎn)業(yè)的“葫蘆腰”，是產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展中*為“瘦弱”的環(huán)節(jié)。

目前，日本在先進(jìn)陶瓷材料科研、制備方面占有*、突出的地位，日資企業(yè)在全球先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域市場份額達(dá)50%左右，是當(dāng)之無愧的先進(jìn)陶瓷*強(qiáng)國。

日本在先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域的強(qiáng)大體現(xiàn)在其產(chǎn)業(yè)鏈完整以及各環(huán)節(jié)的深厚實(shí)力，尤其在粉體方面。日本誕生了一批以生產(chǎn)陶瓷粉料聞名的企業(yè)，并牢牢占據(jù)了全球陶瓷粉體的高端市場。

例如在許多高端的Al2O3陶瓷產(chǎn)品方面，晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻、機(jī)電性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件所使用的Al2O3粉末由日本企業(yè)把控；在高性能MLCC陶瓷粉體方面，日系廠商可以根據(jù)訂單要求，在100nm的鈦酸鋇基礎(chǔ)上改性，*終可制成小尺寸（0402、0201等）、大容量（10~100μF）的MLCC。此外，著名陶瓷粉體企業(yè)還有生產(chǎn)高性能Si3N4粉末的日本宇部興產(chǎn)株式會社，生產(chǎn)高導(dǎo)熱基板用AlN陶瓷粉的德山曹達(dá)，生產(chǎn)高分散性細(xì)粒度的高純氧化鋁的住友化學(xué)等等。

相比之下，雖然目前國內(nèi)先進(jìn)陶瓷粉末原料生產(chǎn)企業(yè)很多，很多陶瓷粉體也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化突破，純度、細(xì)度方面也沒問題，但除少數(shù)已完全實(shí)現(xiàn)替代并打進(jìn)國際市場的陶瓷粉體外，仍有很多關(guān)鍵粉體在穩(wěn)定性、分散性、成型性能、燒結(jié)性能等方面有很大的進(jìn)步空間。

03、什么樣的陶瓷粉體是“理想粉體”

一般來說，理想陶瓷粉體或高質(zhì)量陶瓷粉體主要包括以下幾個方面。

1.化學(xué)成分

從化學(xué)成分來講，一般追求兩個方面：高純度與*的配比。

高純度方面。雜質(zhì)的存在有時候會嚴(yán)重影響到制品的性能，例如：在高純氧化鋁中，往往會存在硅、鈣、鐵、鈉、鉀等雜質(zhì)。鐵雜質(zhì)的存在會使燒結(jié)后的材料發(fā)黑發(fā)暗；鈉、鉀雜質(zhì)會影響材料的電性能，導(dǎo)致其電性能變差；剩余兩種雜質(zhì)會導(dǎo)致材料在燒結(jié)過程中晶粒異常長大。在透明陶瓷方面雜質(zhì)的影響就更大了，陶瓷粉體中雜質(zhì)的存在將直接宣布透明陶瓷“失明”，這是因?yàn)殡s質(zhì)作為第二相，與陶瓷本體材料的光學(xué)性能差異巨大，往往會造成散射和吸收中心，會大大降低了陶瓷的透光性。在氮化硅和氮化鋁等氮化物陶瓷中，氧雜質(zhì)的存在會導(dǎo)致導(dǎo)熱性能的下降。  

配比方面。在陶瓷生產(chǎn)配方中，大多時候不需要極度“高純”的單一組分，而往往會摻雜一些輔料，如燒結(jié)助劑等。這種情況下，配比準(zhǔn)確是*基本要求，因?yàn)椴煌�的化學(xué)成分和含量，會對制品的性能產(chǎn)生決定性的影響。

2.相組成

一般要求粉體盡可能具備與陶瓷制品相同的物相，不希望在燒結(jié)過程中發(fā)生相變。雖然某些時候，相變的確對陶瓷的致密化能起到促進(jìn)作用，但在絕大多數(shù)情況下，相變的發(fā)生是不利于陶瓷的燒結(jié)的。比如氧化鋁陶瓷的燒結(jié)，一般都采用α-相也就是剛玉相粉料，如果采用的是θ-相或γ-相粉料，在燒結(jié)過程中相變產(chǎn)生的體積收縮很難控制，制品容易出現(xiàn)變形。而如果是氧化鋯陶瓷，如果燒結(jié)過程中發(fā)生相變，那就會直接導(dǎo)致陶瓷的開裂。對氮化硅陶瓷而言，α相質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的氮化硅陶瓷粉末作為燒結(jié)的初始粉末是制備高性能氮化硅陶瓷材料的基礎(chǔ)。

3.顆粒尺寸與形貌

一般而言，顆粒越細(xì)越好。因?yàn)榘凑宅F(xiàn)有的燒結(jié)理論，坯體致密度的速度與粉料的大�。ɑ蚱淠炒畏降拇笮。┦浅煞幢鹊�，顆粒越小，越有利于燒結(jié)。例如超細(xì)氮化鋁粉體由于其高的比表面積，會在燒結(jié)的過程中增加燒結(jié)的推動力，加速燒結(jié)的過程。此外，粉體的尺寸變小也就意味著物質(zhì)的擴(kuò)散距離變短，高溫下有利于液相物質(zhì)的生成，極大地加強(qiáng)了流動傳質(zhì)作用。據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯的了解，工業(yè)上一般要求超細(xì)氮化鋁粉體的D50（即顆粒累積分布為50%的粒徑）尺寸盡可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均勻。

也有研究表明，合理的顆粒粒度及顆粒級配的粉料、通過加入粘結(jié)劑對粉末進(jìn)行造粒，使其具有更好的流動性對后續(xù)的成型和燒結(jié)會產(chǎn)生積極的影響，主要原因是粒度分布寬的粉體中存在的大顆粒會形成較多空隙，這些空隙在成型過程中會被細(xì)顆粒所填充，但前提是必須在一定的粒度分布范圍內(nèi)。

規(guī)則形貌的陶瓷粉體具有更好的流動性對后續(xù)的成型和燒結(jié)會產(chǎn)生積極的影響，造粒工藝就是讓粉體在粘結(jié)劑的作用下形成類球狀的形貌，這也間接表明球形陶瓷粉體在成型和燒結(jié)過程中對提高陶瓷的致密度有著積極的作用。

4.均勻性

粉料的均勻性很容易被忽略，但實(shí)際上其重要性比前面幾方面更為重要，或者說前面幾方面性能的好壞，很重要的一點(diǎn)就是看其均勻性如何。

比如粉料的化學(xué)成分。前面說過，理論上化學(xué)組成按化學(xué)計(jì)量*合適，但前提是各種組成分布均勻。然而在實(shí)際上，粉體中的成分分布往往存在局部的不均勻，使某些區(qū)域的成分配比偏離化學(xué)計(jì)量。這樣的粉體有時候會導(dǎo)致陶瓷性能的下降。

顆粒大小也是如此。一般對于粉體顆粒度的要求是細(xì)而且分布窄，同時還要具備分散性好等特性，避免團(tuán)聚等現(xiàn)象的發(fā)生造成對燒結(jié)性能的不利影響，*好還都是球形顆粒，像一堆微小的乒乓球，以保證有良好的流動性。

04、小結(jié)

當(dāng)然，目前我們陶瓷粉體要實(shí)現(xiàn)快速追趕，不是幾句話就能解決的，需要研發(fā)、技術(shù)、設(shè)備、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等全方面的長期積淀以及上下游的協(xié)同合作。但粉體原料在先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)中的重要性已不言而喻，希望能引起產(chǎn)研界及政府部門的進(jìn)一步重視。