透明陶瓷的崛起：耐高温、抗划伤，未来材料的新星

在东莞松山湖材料实验室，麻朝阳博士展示了透明陶瓷。


从外观上看，透明陶瓷和玻璃几乎没什么区别，但是由于两者的材质和制备工艺不同，透明陶瓷要比玻璃更抗划伤、耐磨损、耐高温，即使在500℃、600℃的高温下，依旧安然无恙。据麻博士介绍，东莞的透明陶瓷从粉体到成型，以及烧结工艺的优化，基本上打破了国外的垄断。传统的烧制工艺，迎来了新时代的科技突破！


东莞的科研团队和企业在透明陶瓷技术的研发中，不断进行创新和突破。开发了独特的烧结助剂配方，有效降低了烧结温度，提高了陶瓷的透明度；在成型工艺上，引入了先进的 3D 打印技术，实现了复杂形状透明陶瓷部件的高精度制造。


一、透明陶瓷的技术魅力


1、透明陶瓷的原理与特性


透明陶瓷是一种具有优异光学性能的新型陶瓷材料。其原理在于通过精细的制备工艺，控制陶瓷内部的晶粒尺寸、晶界结构以及气孔等缺陷，使得光线能够在材料内部几乎无阻碍地传播，从而实现透明效果。


与传统玻璃相比，透明陶瓷具有更高的硬度、强度、耐高温性能和化学稳定性。这些特性使得透明陶瓷在诸多领域展现出了独特的应用优势。


2、制备技术的关键环节


原料选择与处理

选用高纯度的原料是制备优质透明陶瓷的基础。通过精细的化学处理和提纯，去除杂质，确保原料的纯度和化学组成的精确性。


成型工艺


包括干压成型、注浆成型、注射成型等多种方法。每种成型方法都有其特点和适用范围，需要根据具体的产品要求和生产条件进行选择。


烧结技术


这是决定透明陶瓷性能的关键步骤。采用先进的烧结方法，如热等静压烧结、放电等离子烧结等，能够在高温高压下促进陶瓷颗粒的致密化，减少气孔和晶界缺陷。


后处理工艺


如退火、抛光等，进一步提高透明陶瓷的光学性能和表面质量。


二、透明陶瓷的广泛应用


1、光学领域


激光材料


透明陶瓷具有良好的光学均匀性和热导率，是制造高功率固体激光器的理想材料。能够承受高能量的激光辐射，提高激光器的输出功率和稳定性。


光学窗口和透镜


用于航空航天、国防等领域的高性能光学窗口和透镜，具有耐磨损、抗冲击、耐高温等优点，能够在恶劣环境下保持良好的光学性能。


2、电子领域


集成电路基板


透明陶瓷的高热导率和良好的电绝缘性能，使其成为集成电路基板的优质材料，有助于提高芯片的散热效率和性能稳定性。


电子封装材料


用于封装电子元件，提供良好的机械支撑和防护，同时不影响电子信号的传输。


3、能源领域


太阳能电池盖板


透明陶瓷的耐候性和高强度使其能够作为太阳能电池盖板，保护电池组件，提高太阳能的转化效率。


燃料电池部件


在固体氧化物燃料电池中，透明陶瓷可以作为电解质或电极材料，提高电池的性能和寿命。


4、医疗领域

医疗成像设备部件


如 X 射线探测器的窗口材料，能够提高成像的清晰度和准确性。


牙科材料


用于制作假牙、牙冠等，具有美观、耐磨、生物相容性好等优点。


三、行业发展现状与挑战


近年来，全球透明陶瓷市场呈现出快速增长的趋势。欧美和日本等发达国家在技术研发和应用推广方面一直处于领先地位，占据了较大的市场份额。然而，随着中国等新兴经济体的崛起，全球市场格局正在逐渐发生变化。


我国在透明陶瓷领域的研究起步较晚，但发展迅速。在国家政策的支持和科研人员的努力下，已经在部分关键技术上取得了突破，并实现了产业化应用。然而，与国际先进水平相比，仍存在一定的差距，主要表现在高端产品的研发和生产能力不足、市场份额较小等方面。


东莞凭借其强大的制造业基础和创新能力，在透明陶瓷产业中异军突起。形成了从原材料供应、研发生产到应用推广的完整产业链，涌现出了一批具有核心竞争力的企业和品牌。


四、行业发展面临的挑战


尽管透明陶瓷的性能优异，但在制备过程中仍存在诸多技术难题，如如何进一步提高透明度、降低成本、实现大规模生产等。


国际市场上，发达国家的企业凭借其技术优势和品牌影响力，占据了高端市场的主导地位。国内企业在市场竞争中面临着较大的压力。


由于透明陶瓷属于新型材料，其应用领域和市场认知度仍有待进一步拓展和提高。需要加强与下游应用企业的合作，推动产品的应用示范和推广。


随着各领域对高性能材料的需求不断增加，透明陶瓷市场呈现出良好的增长态势。有报告预测，到2028年全球透明陶瓷市场规模将会达到122.06亿元，预计年均复合增长率在23.7%上下浮动。在中国，透明陶瓷的研究与应用领域发展迅猛，部分方向甚至已经出现逼近和赶超国际先进水平的态势。不过，目前与国际领先水平仍存在一定差距，比如用于透明陶瓷制备的高品质粉体较为缺乏、可制备尺寸相对较小、光学质量相对较差、综合性能尚有差距以及服役性能评估不够充分等。但随着国内相关研究的不断深入和技术的持续进步，这些差距有望逐渐缩小。


文章来源： 央视财经，森鹿数据没有鹿，AI
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来源：贤集网
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