中國(guó)粉體網(wǎng)訊 高性能碳化物先進(jìn)陶瓷材料具有耐高溫、穩(wěn)定性好、硬度高、良好的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率等性能，在化工、機(jī)械、能源、電子、無(wú)線通訊、航天航空、國(guó)防科技等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。盡管碳化物陶瓷具有一系列優(yōu)良的性能，但是其原子間是由鍵性很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，熔點(diǎn)高，較難燒結(jié)。為此發(fā)展了碳化物陶瓷的常壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等燒結(jié)技術(shù)。
碳化物陶瓷燒結(jié)技術(shù)專利信息分析
碳化物陶瓷的發(fā)展是極度依賴其燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展的，我們先通過(guò)對(duì)碳化物陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行專利信息分析，了解碳化物陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。
1905 年，Carborumdum 在碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)了第一件專利。1905—1970年，碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)量很少，幾乎在 20 件以下。該時(shí)期為碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的萌芽時(shí)期，技術(shù)研發(fā)處于探索階段。
碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)
1971—1997 年，這一時(shí)期碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的專利申請(qǐng)量得到了提升，專利申請(qǐng)量緩慢增加，申請(qǐng)人和發(fā)明人也在逐漸增加，研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷壯大。這一時(shí)期為碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展時(shí)期，熱等靜壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等新技術(shù)相繼出現(xiàn)，雖然申請(qǐng)量仍不多，申請(qǐng)量有起伏，但逐漸達(dá)到了每年幾十件的水平。
1998 年至今，是碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的快速發(fā)展時(shí)期，專利申請(qǐng)量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。中國(guó)在碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展較晚，主要是由于中國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，2008 年后，專利申請(qǐng)量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。尤其是 2015 年后，中國(guó)的專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)趨勢(shì)與全球?qū)＠暾?qǐng)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)相近，成為全球?qū)＠暾?qǐng)量增長(zhǎng)的主要因素。
在排名前 30 的申請(qǐng)人中日本不僅申請(qǐng)總量最多，還擁有較多的大型企業(yè)。例如日本礙子、日立等，說(shuō)明日本對(duì)碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)較為關(guān)注。在排名前 30 的申請(qǐng)人中，來(lái)自美國(guó)的企業(yè)共 6 家，Carborumdum 的專利申請(qǐng)量為 75 件，該公司是美國(guó)在碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)專利最早的公司，這與美國(guó)較早開(kāi)始碳化物陶瓷燒結(jié)技術(shù)的情況相符，SiC 的反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)最早在美國(guó)研究成功。早期碳化物燒結(jié)技術(shù)（如熱壓燒結(jié)、常壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)等）的研發(fā)多集中在美國(guó)。
碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)全球前 30 主要申請(qǐng)人國(guó)別分布
可以看到，碳化物陶瓷產(chǎn)業(yè)具有優(yōu)勢(shì)的地區(qū)對(duì)其燒結(jié)技術(shù)也極為重視，同時(shí)他們對(duì)燒結(jié)技術(shù)的研究又進(jìn)一步鞏固了他們?cè)谔蓟锾沾深I(lǐng)域的地位。
氮化物陶瓷
氮化物陶瓷是氮與金屬或非金屬元素以共價(jià)鍵相結(jié)合的難熔化合物為主要成分的陶瓷。應(yīng)用較廣的陶瓷有四氮化三硅、氮化硼、氮化鋁等陶瓷。其中以四氮化三硅陶瓷的抗氧化能力最佳，1400℃時(shí)開(kāi)始活性氧化，抗化學(xué)腐蝕性很好。有的還具有特殊的機(jī)械、介電或?qū)嵝阅�。和氧化物相比，氮化物抗氧化能力較差，從而限制了其在空氣中的應(yīng)用。
氮化物陶瓷具有極其優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，是制造各種易腐蝕部件的好材料。它能耐幾乎所有的無(wú)機(jī)酸(氫氟酸除外)和30%以下的燒堿溶液，也能耐很多有機(jī)物質(zhì)的侵蝕。所以可用作制造坩堝、球閥、高溫密封閥、各類水泵的密封件等。
氮化物陶瓷還是一種很好的電絕緣材料，它的電絕緣性能可以和氧化鋁陶瓷相比。它還有透微波的性能，可以用作雷達(dá)天線罩。它的介電性能隨溫度的變化甚小，在高溫下至少可用到550°C。它的抗熱震性能在各類陶瓷中是比較優(yōu)越的，這使它可以在六個(gè)馬赫(即六倍于音速)，甚至于可在七個(gè)馬赫的飛行速度下使用，是制造火箭噴嘴和透平葉片的合適材料。
但是，和碳化物陶瓷一樣，由于鍵性很強(qiáng)的共價(jià)鍵的存在，氮化物陶瓷的燒結(jié)也非常困難，這就給其實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)了困難。因此，碳化物陶瓷和氮化物陶瓷的燒結(jié)工藝成為了研究熱點(diǎn)。另一方面，由于燒結(jié)難度較大，對(duì)燒結(jié)設(shè)備的要求自然更高，沒(méi)有先進(jìn)設(shè)備的支撐，無(wú)論再先進(jìn)的技術(shù)也無(wú)法發(fā)揮它的最佳作用。一句話，碳化物陶瓷與氮化物陶瓷的燒結(jié)，既需要好技術(shù)，也需要好設(shè)備。
中國(guó)粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2021第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”。屆時(shí)，來(lái)自上海晨華科技股份有限公司的研發(fā)部經(jīng)理孫礦先生帶來(lái)題為《高性能氮化物碳化物陶瓷的工藝及裝備研究進(jìn)展》的報(bào)告。上海晨華科技股份有限公司具有18年的熱工裝備制造經(jīng)驗(yàn)，在報(bào)告中，孫礦經(jīng)理將立足于自身積累的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，與大家分享氮化物陶瓷和碳化物陶瓷的燒結(jié)工藝及燒結(jié)設(shè)備選擇等方面的知識(shí)。（鑒于當(dāng)前防控需要，原定于2021年8月13-14日在鄭州喆鵬酒店舉辦的“第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”將延期舉辦，計(jì)劃參會(huì)的單位可以聯(lián)系會(huì)務(wù)組，具體舉辦日期主辦方確定后將第一時(shí)間通知您�。�
專家介紹：
孫礦，工學(xué)碩士，上海晨華科技股份有限公司研發(fā)部經(jīng)理，從事真空燒結(jié)設(shè)備研發(fā)超十年，帶領(lǐng)企業(yè)團(tuán)隊(duì)先后研發(fā)出單晶硅、氣壓爐、第四代SPS、MiniSPS、MiniHP等設(shè)備產(chǎn)品，并進(jìn)行前沿設(shè)備及控制如閃燒、超聲波輔助燒結(jié)，多場(chǎng)耦合燒結(jié)等多功能設(shè)備研發(fā)，提高設(shè)備自動(dòng)化程度及安全性，操作易用性，受到用戶好評(píng)。任職期間承擔(dān)多項(xiàng)市級(jí)項(xiàng)目，并與中科院過(guò)程所、南京理工大學(xué)、太原理工大學(xué)等科研院所進(jìn)行項(xiàng)目合作。
參考來(lái)源：
[1]熊文婷.碳化物先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)專利信息分析
[2]王波. 高性能多孔氮化物陶瓷的組織設(shè)計(jì)與制備
[3]劉永勝. 氮化物陶瓷系高溫透波材料的研究進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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