工業陶瓷發展現狀及動向

吳建鋒 冷光輝

（武漢理工大學材料科學與工程學院，湖北武漢430070）

0 引言

隨著現代高新技術的發展，工業陶瓷已逐步成為新材料的重要組成部分，成為許多高技術發展的重要關鍵材料，已引起各工業發達國家的極大關注。由于其特定的精細結構和其高強、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導電、絕緣、磁性、透光、半導體以及壓電、鐵電、聲光、超導、生物相容等一系列優良性能被廣泛地應用于國防、化工、冶金、電子、機械、航空、航天、生物醫學等國民經濟的各個領域。隨著現代科學技術對材料性能的要求越來越高，工業陶瓷材料便發揮著越來越重要的作用，其發展在很大程度上制約著其它工業的發展和進步。因此工業陶瓷的研究及其應用開發狀況是體現一個國家國民經濟綜合實力的重要標志之一，也是國民經濟新的增長點。在未來若干年內工業陶瓷材料無論是品種還是質量，產值的發展速度都會很快。

我國工業陶瓷研究和生產起步較晚，與國際先進水平還存在一些差距，這必須引起我們的重視，特別是科研工作者的重視。我們必須認清當前工業陶瓷的發展趨勢及我國工業陶瓷發展中存在的問題，采取科學合理的對策，努力將我國工業陶瓷的科研水平和生產能力提高到一個新的臺階。

1 當前國內外形勢

1.1 科研方面

由于工業陶瓷在工業發展中的特殊地位，一些發達國家均將工業陶瓷的發展提到戰略的高度來認識，并投入巨資制訂專門的研究計劃來促進其發展，以確保這些國家在國民經濟實力和軍事領域方面稱雄世界。比較著名的有日本通產省精細陶瓷研究與開發的“月光計劃”；300kW陶瓷燃氣輪機研制計劃；美國的“脆性材料設計”等十大計劃[1]；美國聯邦計劃“先進材料與材料設備”中每年用于材料研究與工程費高達20～25億美元[2]，以提高其國際上的競爭力；歐共體包括德、法、英等若干國家也采取了一些發展新材料的相應措施，如“尤里卡計劃”等。我國政府對工業陶瓷的發展也非常重視，國家863計劃，高技術產業示范化工程項目等重大研究計劃都給予工業陶瓷相關研究項目以支持。

1.2 市場化方面

近幾年世界工業陶瓷發展十分迅猛，應用范圍和潛在市場不斷擴大。美國陶瓷工業部門的統計數字顯示，美國、日本、西歐的工業陶瓷市場年平均增長率為12％，其中西歐工業陶瓷市場總值年平均增長率達15～18％。美國工業陶瓷市場總值年平均增長率9.9％。日本精細陶瓷協會對日本工業陶瓷市場進行了預測，其年平均增長率為7.2％。在大多數工業發達國家經濟活力（GDP增長）均很低（約2～4％）和其它工業增長率都很小的情況下，工業陶瓷已經長期保持很高的增長率，這表明工業陶瓷產業是充滿發展活力，具有廣闊發展前景的十分活躍的朝陽工業，且其發展將對其它工業部門的發展起到推動和促進作用[1]。目前工業陶瓷最大市場在日本（表1）和美國（表2），其次是西歐等國，工業陶瓷的最大應用是電子陶瓷，其次耐磨部件，再次是機加工刀具，還有宇航軍事用耐溫部件及特種涂料。

隨著中國經濟的快速發展，高技術工業陶瓷的市場空間巨大。預計到2015年，中國高技術工業陶瓷的市場需求每年將達到450億元[3]，其中相當一部分的需求出現在化工、石油、電子，環保、新能源等工業領域。在中國工業陶瓷產業比較發達的地區，如江西萍鄉、江蘇宜興、廣東佛山、山東淄博等地，一些技術水平比較高的企業已經開始涉足高技術陶瓷的研發和生產，在有些產品上已經形成一定規模。如覆膜陶瓷管、多孔陶瓷膜等化工陶瓷產品的產量和技術都達到一定水平。

中國加入WTO為中國工業陶瓷產品走向國際市場創造了良機。目前國內工業陶瓷產品的技術開發已有較強的依托，工業陶瓷主要生產廠家都得到了國內大專院校和工程技術單位的協作及支持，這為參與國際競爭打下了良好的基礎，某些產品質量已達到國際貿易商檢標準。因此，產業具有一定的商業競爭能力，況且我們的產量與國際市場的需求量相比，還有很大的發展空間[4]。但是，我國出口的工業陶瓷產品種類主要還是以瓷質規整填料、散裝填料和瓷球為主，進口品種則主要是蜂窩陶瓷等特種產品。也就是說，我國工業陶瓷的生產現狀還不容樂觀，我們的生產設備還很落后，自動化水平還很低，技術也有待進一步發展。所以，在國際市場上我們還是靠大宗的一般性產品去競爭，這種以資源換取國際市場的做法實際上是后患無窮的。因此，應加強這一行業中資源優勢與技術進步的結合，增強技術競爭能力。但是，工業陶瓷產品的開發和檢測是涉及多學科的高技術產業，不可能一蹴而就。所以，要隨著國家整體經濟的發展和技術開發的深入，根據實際情況從行業中適當部分入手，逐步使其轉變為高技術產業。中國的工業陶瓷產品大規模地走向國際市場還尚待時日，強化行業規范、加強產品質量保證體系、提高產品技術含量，特別是培訓和建立一支有效的、高水平的國際商貿隊伍，形成行業的整體競爭實力尤為重要。

表1 日本工業陶瓷市場規模（單位：億日元）Tab.1 The market size of industrial ceram ics in Japan

表2 美國工業陶瓷市場規模（單位：百萬美元）Tab.2 The market size of industrial ceram ics in the United States

2 存在的問題和對策

2.1 存在的問題

雖然我國工業陶瓷發展取得了很大進步，科研投入也在逐步增大，有近百家科研院所和高等院校參與工業陶瓷的研究與開發，每年完成的科研成果上百項，發表論文千余篇，全國從事工業陶瓷生產的大小企業約千余家，但生產能力仍無法滿足市場的需求。我國工業應用領域的高技術陶瓷產品基本來自國外，如日本、美國等；產品研發速度慢，國外已經應用成熟的產品在國內還處于研發階段；整個產業的裝備水平落后，開發高技術陶瓷所需的大型制造工藝體系不完整。在日本，光是開發制造高技術陶瓷生產裝備的企業就有400多家，而國內這樣的企業很少。另外，上游的技術研發與支撐體系也不完善，技術研發與產業化脫節的情況還很嚴重。與發達國家相比，我國工業陶瓷的產業化發展尚存在以下問題。

（1）企業生產技術和管理較落后，仍是勞動密集型行業。我國的這一行業到目前為止也還是勞動密集型行業，是以傳統工藝生產為主，所以，整個行業中生產方式落后的小企業占到全行業的70～80％。缺乏像日本的NGK公司、美國的康寧公司等大型工業陶瓷企業及具有強大生命力的拳頭產品，企業受資金、技術、設備等因素的制約相當嚴重。這些企業不但小，而且管理落后，只能生產規格單一、牌號陳舊的老式產品，資源浪費、能源浪費明顯，嚴重阻礙著我國工業陶瓷生產的發展。

（2）產學研銜接存在較多問題。實驗室內材料性能較高，但規模化生產和應用較落后，產品性能不夠穩定。研究工作往往只重視實驗室工作，而忽視中間試驗及工程化技術和產業化工作的研究，使得許多科研成果被束之高閣，技術擴散環節不利。一些研究工作局限于某一種材料、工藝、部件或某些關鍵技術研究，而與之配套的整體技術、生產設備、制造工藝等基礎研究往往被忽視，這樣有可能在某些關鍵技術上可達到國際先進水平，但與之配套的一般技術問題卻得不到解決，從而使本身很有價值的成果得不到應用。

（3）缺乏統籌的宏觀市場調控和技術交流。重復性的研究工作較多，一些相近的生產線更是一哄而上，使得有限的財力、物力過于分散，市場混亂。如近幾年我國對環保要求日益加強，汽車尾器凈化器用蜂窩陶瓷日漸受寵，各地蜂擁而上，出現了許多年產幾萬、十幾萬立升蜂窩陶瓷生產廠家，各生產線均達不到經濟規模，成本高，加上許多廠家技術不夠成熟，產品性能較差，缺乏與國外產品的競爭力。隨著我國加入世貿組織，國外產品的涌入，勢必使得這些小企業步履艱難，難以維持生產，甚至破產。再如陶瓷刀具、泡沫陶瓷等的產業化發展也存在類似的問題。

（4）新上生產線及新建企業的論證及工程設計、建設等不規范，為以后的生產造成一些難以克服的困難。最近，隨著納米材料的研究與發展，超細粉體的制備已顯重要，國內出現了幾家投資規模較大的超細粉體制備企業。但由于缺乏對市場容量的調查與論證，超越市場需求上規模、上檔次，甚至超越資金能力擴大投資，結果產品成本高、市場銷路不暢，企業開工嚴重不足，投巨資上的先進設備處于閑置狀態，企業處于進退兩難地步。

（5）企業缺乏科研風險投資意識。工業陶瓷相對于日用陶瓷和建筑衛生陶瓷是一個高技術含量、高附加值的產業。由于技術含量高其產業化風險較大，國內許多企業不愿投資進行其產業化開發研究，一些投入巨資興建的工業陶瓷生產廠家，由于技術不配套或開發力度不夠而不能達到預想的生產規模。產品單一，制備成本較高，缺乏市場競爭力。

2.2 應采取的對策

（1）對小、散、落后的企業進行整頓，以大企業為中心組建股份制企業集團或以其它形式進行規模化管理，進行相對來說較有規模的生產，形成整體競爭優勢已較為適宜。這樣可以在技術進步上發展得再快些，并達到相對規范、集中管理、避免亂挖濫采、節省資源的目的。

（2）加強產學研聯合和科研成果向生產轉化的中間試驗環節的發展，促進科研開發成果的轉化。

產學研聯合方面，目前，在我國一方面科研成果束之高閣的現象嚴重，另一方面企業又缺乏新的技術支持，來開發新產品、增加產品規格品種，提高產品的技術含量，完善其使用功能，提高質量降低成本等等，以保持企業穩步發展。產學研聯合是科研開發成果轉化的有效途徑，目前存在的一些問題主要是聯合各方利益關系沒有理清。要通過政府部門的組織，界定工作內容及側重點，使聯合各方充分發揮其自身特長，共同完成成果轉化任務，最后共同受益。針對我國產學研聯合的實際，對合作中實驗室設備的共用，人員交流和相互兼職，科技成果的轉移，知識產權的分享都應有明確的規定，解決好合作三方的知識產權和利益分配問題，尋求三方共同發展的利益驅動機制。

中間試驗環節方面，國內外的經驗教訓證明，研究開發和實際生產過渡環節是科技成果轉化為生產力的關鍵，中間試驗階段的重要性和投人均要遠遠高于研究開發階段，只有經過中間試驗環節，實驗室的科研成果才能推廣，同時企業也渴望接受較成熟和把握較大的科研成果，以降低投資風險。

（3）建立工業陶瓷工程化技術研究中心和產業促進機構

如前所述，研究開發與產業化間的中間過渡環節很薄弱，研究開發的科技成果不能有效地轉化為生產力，相當一部分產業化項目因缺少中間試驗環節而不成功。國際上工業發達國家解決這一問題的辦法是建立專門的工程技術研究中心和產業促進機構（企業孵化器－Business Incubator），如美國的Alfred大學的先進陶瓷工程中心及Rutgers大學的先進陶瓷研究中心，日本的精細陶瓷中心等。目前在國家的支持下已建立了一批工業陶瓷方面的重點實驗室，但這些重點實驗室大多數只是進行一些工業陶瓷制備中的一些關鍵技術的實驗室研究，尚缺乏中間實驗條件及工程化技術研究條件，對企業情況及市場了解也很少。迫切需要組建工業陶瓷工程技術研究中心和企業孵化器，通過“產、學、研”結合和多方合作，將大專院校和科研院所的先進成果和獨特技術與市場需求及企業條件結合起來，進行工程化技術研究，使其達到產業化，加快科技成果轉化，促進工業陶瓷產業發展，并通過技術咨詢、技術服務、工程設計等規范相關企業。促進行業進步，促進相關領域及國防工業發展，提高我國的綜合國力。

（4）政府行政部門和行業協會積極發揮其管理職能和宏觀調控作用

發達國家如美國的國防部、國家宇航局、能源部，日本的通產省和工業科技廳以及歐洲共同體等都對工業陶瓷的研究與開發工作實施了宏觀與實質性的領導，各行業之間分工協作，避免了重復研究和投資，合理利用人、財、物。在我國雖然政府工作部門對工業陶瓷的研究與開發也傾注了極大的精力，但行業間相互協調不夠，重復立項相當多，尤其是市場前景看好的產品，缺乏必要的制約機制，重復投資重復建設，結果市場魚龍混雜，輕則擾亂市場，重則可能葬送市場。為此，政府行政部門和行業協會必須充分發揮其管理職能和宏觀調控作用，為我國工業陶瓷的健康發展把好航向。

（5）加強相關產業間的技術交流及滲透

現代技術中的各個領域間都有很多可相互借鑒或互相滲透的東西，一個行業的發展也受其它行業的影響和制約。加強相關行業間的交流與滲透有利于技術發展和成果轉化以及新產品市場的開拓。工業陶瓷新產品的開發，首先是市場的開發，必須打破行業界限，拓展視野，大膽開發目前采用其它材料而又存在許多問題的應用領域，通過行業間的共同努力，促進工業陶瓷的發展。

3工業陶瓷發展趨勢

我國汽車、化工、環保、信息、能源等產業的發展是推動工業陶瓷發展的根本力量，工業陶瓷必須滿足產業日益苛刻的要求，而導致材質和品種、結構和功能的多樣化發展。目前環保和新能源已成為當前關注的焦點，在這兩個行業工業陶瓷都扮演著重要角色，環保和新能源行業的高速發展，必將推動工業陶瓷的高速發展。如“十二五”期間，節能環保方面，我國將部署1000套蓄熱式熱力垃圾焚燒爐（RTO），其核心部件便是蜂窩陶瓷，其需求量在5萬～10萬m3/年；冶金和煉鋼行業的節能蓄熱室需要的蜂窩陶瓷在8萬m3/年；在煙氣處理，水處理等行業對陶瓷過濾管，過濾球及陶瓷膜的需求量也在不斷增加。新能源方面，我國將部署4000MW的太陽能熱發電站，用于蓄熱的陶瓷產品在24萬m3以上，其SiC吸熱器及陶瓷輸熱管道的需求量也極其巨大。預計未來僅節能環保和新能源領域對工業陶瓷的需求量在千億元以上。因此，我們要立足現實，既要加強化工瓷，電瓷等傳統強項的發展，又要抓住機遇，加強工業陶瓷在新領域，新行業的研究和發展。

此外，在以下幾個方面還需要加強研發和市場化推廣力度。

（1）工程結構陶瓷，如陶瓷切削刀具、陶瓷機械零件、陶瓷熱機材料；（2）功能陶瓷，如陶瓷基板材料、微波陶瓷介質材料、壓電陶瓷、電容器陶瓷材料、PTC熱敏陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷、超導材料；（3）生物陶瓷。

這些高技術工業陶瓷將在國民生產中起到越來越重要的作用，也會占到越來越多的市場份額，代表著未來工業陶瓷的發展方向。

1李安明，王樹海.我國工業陶瓷產業化存在的問題及對策.陶瓷工程，1999，33（5）：44～47

2江蘇省工商業聯合會工業陶瓷同行商會.關于宜興工業陶瓷發展的調查報告.江蘇經濟報，2008，3，28（B03）

3張木早.國內高技術工業陶瓷靠進口.中國化工報，2009，11，26（007）

4賈正平.工業陶瓷生產縱橫談.河北陶瓷，2001，29（1），32