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1、陶瓷型芯产业深度调研及未来发展现状趋势一、 熔模铸造行业发展情况熔模铸造又称失蜡铸造，是一种少切削、无切削的特种铸造方法，形成的铸件的工作面无需机械加工或只需局部打磨，即可达到类似抛光铸件的尺寸精度和表面粗糙度。熔模铸造的典型特征是不开型取模，利用熔化、溶解或烧失等方法脱除母模，获得铸型空腔，铸型可加热后浇入金属。熔模铸造形成的产品精密、复杂，接近于零件最终的形状，可不加工或很少加工即直接使用，是一种近净形成形的先进工艺。在熔模铸造中，采用常规的涂料涂挂、撒砂等传统生产工艺无法实现复杂狭窄的铸件内腔。航空发动机、燃气轮机空心涡轮叶片的冷却通道迂回曲折，必须采用陶瓷型芯形成空腔。涡轮叶片的形状尺
2、寸、组织结构和性能直接影响飞机和发动机的性能、结构重量系数、寿命和制造成本等各种重要指标。因此熔模铸造技术是先进航空装备和民用航空产品向轻量化、精确化、长寿命、低成本方向发展的重要技术基础。20世纪40年代熔模铸造开始用于工业生产，广泛应用于航空、化工、能源、交通运输等行业。熔模铸造有优势：铸件表面光洁度高；铸件尺寸精度高；材料利用率高（70%90%）；几乎不受合金种类限制，并可铸造各种结构复杂的铸件。尤其是20世纪70年代末，热等静压（HIP）技术被广泛应用于铸件的后处理，使得某些铸造缺陷得以被消除，从而有效改善了铸件的力学性能及稳定性。2018年全球熔模铸造产业总产值142亿美元，中国占全
3、球熔模铸造行业产值的比例约为21%。全球熔模铸造产业中，支撑其增长率的主要行业为航空产业。二、 特种陶瓷行业发展情况特种陶瓷，又称先进陶瓷、高性能陶瓷，是指具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。特种陶瓷以无机非金属材料为基础原料，以特定比例混配其他化合物，经成型、烧成等工艺制备而成。按化学成分，特种陶瓷可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途，特种陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷主要基于材料的力学和结构用途，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点，主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。功能陶
4、瓷主要基于材料的特殊功能，具有电气性能、磁性、生物特性、热敏性和光学特性等特点，主要包括绝缘和介质陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体及其敏感陶瓷等。我国特种陶瓷研究始于上世纪50年代，随着国际上特种陶瓷跨越式的发展，上世纪70年代以来国内诸多高校和科研院所开始重视特种陶瓷材料研究，我国特种陶瓷产业快速发展，精密小尺寸产品、大尺寸陶瓷器件的成型、烧成技术、低成本规模化制备技术、陶瓷加工系统等领域不断取得创新性成果。三、 特种陶瓷行业发展特种陶瓷原料纯度很高、超细，是精制的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等化合物，这些化合物在自然界中很多。但是像传统陶瓷，就是以黏土或者瓷土作为原料，或者一些人工合成的
5、化合物的混合，它相对来说比较复杂。从晶体结构上来看，特种陶瓷晶体结构沿用了各种矿物质的结构和表述。也就是说和这些天然陶瓷，如果用科学定义的话，它的名称是一样的。就像钙钛矿、锐钛矿、荧石、焦绿石、磷灰石等等，这些都是在进行材料结构分析时用的名词。这些名词应该说和传统陶瓷是一模一样的。从制造工艺方面，特种陶瓷借鉴了传统陶瓷的一些成型工艺，比如注浆成型、陈化等等。但也发展了很多特殊工艺，比如流延成型、等静压成型、干压成型、激光成型，包括3D打印、精密机加工等技术。像烧结工艺，传统陶瓷一般用普通窑炉，当然现在窑炉也希望能够精确控制它的氧化气氛或者还原气氛。但是对于特种陶瓷，它要严格控制气氛，一般有无压
6、烧结、气体压力烧结、干热压烧结、热等静压烧结、真空烧结、等离子脉冲烧结等。最后能够制备出哪些产品出来呢？首先是信息功能陶瓷材料和器件，如手机里可以说将近80%以上的器件是陶瓷做的，还有电容器、滤波器、微波器件、传感器、声波原件、延迟器、驱动器。再如照相机，现在里面都是自动聚焦的，它驱动的是压电陶瓷马达，可以精确控制聚焦。又如笔记本电脑显示器后面的背光源需要一个升压装置，升压装置就是一种用压电陶瓷做的升压。还有陶瓷电路板。电路板过去一般是环氧树脂等树脂纤维混合的电路板。这种电路板在一些严苛环境下，比方说在汽车发动机附近装上的话，会老化得很快，这时候使用的电路板一般是陶瓷的。它实际上是有一些多层的
7、电子器件，而且做得很薄，这是用流延法做出来的，大概都在1毫米以下，甚至05毫米厚，现在最薄到100个微米左右。在这上面做好电路，然后做成一些特别是在严苛环境下应用的器件。还有最新技术LTCC，即低温共烧技术，是把电路板通过流延出来以后，再通过丝网印刷把各种器件一次做到多层的，最后电路板烧出来以后，实际上把电容、电感、电阻都固化到里面去了，这样就一次性把一个电子元器件的模块就做出来了。刚才讲的是在信息功能电子领域中陶瓷材料的应用，还有一类陶瓷叫结构陶瓷，主要是利用它很好的机械性能以及耐高温、耐磨损、耐腐蚀的性能，所以把它称作高性能的结构陶瓷材料。在半导体装备里面就用了很多的陶瓷零部件，可以做到非
8、常精密。因为半导体的一些装备，对精度要求很高，如果有一些部件用金属做比较容易变形，影响半导体设备的精度。像高马赫数空天飞行器，因为要和大气摩擦，产生很高的热量，这时候金属是不行的，很多部件必须用陶瓷材料。包括一些飞机像战斗机的装甲材料，特别底层的装甲材料，现在一般都是用碳化硼和碳化硅，因为它要求很轻、很薄，而金属钢的密度大也更重。刚才讲的很多氮化硅、氧化铝，清华大学从20世纪80年代就开发氮化硅的刀具，是在数控机床尖端用来切削用的，包括可以用氧化铝来做小的刀具，它可以实现高速的切削。从20世纪90年代起制作防弹装甲，现在很多防弹衣大家看到里面插的是一个陶瓷片，最便宜的是氧化铝。尽管它比碳化硼要
9、重一些，但是和钢板比起来要好很多，特别是它能够抗子弹的打击。在潜艇里面也使用了很多陶瓷轴承，陶瓷轴承耐腐蚀，具有自润滑效果，还有抗电磁的效应。四、 装备趋向柔性化中国瓷砖产业的装备创新方向将会逐渐趋向柔性化，具体来说将分为三个方面：数字化、智能化和间歇化。未来现有的所有装备都将走向数字化，可以和互联网实现链接。第二就是逐渐智能化、自动化，可以减少人工的参与。还有一个非常重要的就是间歇化，即快速启动和停止。之前瓷砖的生产线设备，强调的是连续不停顿的生产，因此行业内普遍存在的是相应的一种规模化的、连续的、单一产品的生产方式。设备生产柔性化，就能够满足未来小批量、多品种的生产方式。这关乎到包括窑炉在
10、内的整个生产线，如何实现快速启动和快速停止。这是未来需要解决的问题。五、 特种陶瓷行业现状特种陶瓷也是现代陶瓷中的重要品种上。为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，特种陶瓷这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，特种陶瓷建成投运后年平均每年可节约标煤76744吨，特种陶瓷相应减少二氧化碳约2429吨特种陶瓷是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。为了生产、特种陶瓷研究和学习上的方便，有时不按化学组成。六、 我国的陶瓷制造行业发展稳定进入21世纪以来，我国的陶瓷制造行业经历了一个稳定发展时期，陶瓷制品的产量和陶瓷行业企业数量都有了巨大的增长，我国的陶瓷总产量位居世界第一位，已
11、成为世界上最大的陶瓷生产国和出口国。虽然中国是全球第一的陶瓷生产大国，但陶瓷行业整体效率仍然偏低，结构性产能过剩，缺乏品牌意识等问题长期存在。与发达国家相比，我国陶瓷市场集中度低，较多企业规模较小，技术与设备较为落后，以生产中低端产品为主，高端产品还需依靠进口。中国是全球最大的瓷砖生产国、消费国与出口国。数据显示，2021年全球陶瓷砖产量18339亿，而中国陶瓷砖产量为8863亿，占比483%。尽管有新冠疫情、房地产等多因素影响，行业对产能扩张的热情并未因此减弱，在2021年，大型陶企投资、扩产消息不断。2022年，陶瓷行业的并购案例只会有增无减。未来的行业，品牌集中度将加速提升，强者恒强的马
12、太效应将继续增强。在双碳双控政策目标下，建筑陶瓷行业往低碳环保的发展趋势越来越明显，推进绿色制造、研发绿色产品、优化能源结构、合理布局产能等正成为行业发展的趋势，从而加剧了强者愈强的马太效应，能源、资源将进一步向头部企业靠拢，深耕品牌建设的企业对技术的投入力度持续加大，持续加大绿色、低碳、循环经济的比重，增强企业发展内在动力，进一步推动行业优胜劣汰，行业集中度不断提高。过往数十年中，中国建陶的发展呈现出大规模、低成本、高速度等特征，在世界建陶行业具有龙头地位，而佛山更是中国陶瓷行业的代表地区。然而在双碳、双控政策背景下，受到房地产下行、内需饱和、成本增加等一系列因素叠加，建筑陶瓷和卫浴行业企业
13、竞争更加激烈，产业集中化和环保压力将加速淘汰落后产能。同时，在后疫情时代，建筑陶瓷和卫浴行业大行业、小公司的局面或将被打破，行业正在从过去的粗放式发展向规范化、高质量发展方向良性转变。近几年，陶瓷行业进入洗牌的深水期，产能资源日益集中。尤其是在双碳双控政策背景下，各地收紧了陶瓷生产线的扩张，加快了行业内的收购、并购潮。生一炉火、烧一壶茶、放两把干果、烤几颗橘子，与三五个好友围炉而坐，喝茶谈天烤火这个冬天，脱胎于我国传统民俗的围炉煮茶火爆出圈，成为现象级的消费热点。新的消费方式、消费场景也给陶瓷产业添了一把火。受国际局势、疫情等因素影响，以外贸出口为主的德化陶瓷也遭遇了一个寒冬。按以往经验，每年第四季度订单量应处全年低位，但随着围炉煮茶热度提升，德化大部分陶瓷企业今年第四季度内销订单量大幅上涨。随着能源和原材料的限制，以及人力成本逐年上升，发达国家和地区逐步向发展中国家转移技术和产能，世界陶瓷生产中心正在逐步向发展中国家转移。同时，在全球陶瓷市场上，国际陶瓷市场呈现出市场需求多元化、个性化的特点。2023年，将是行业的另一个巨变之年。疫情的乌云将逐步消散，冰封的市场正日渐恢复。一系列的利好政策，将让陶瓷行业触底反弹的可能性增大。当然，也应该清醒地认识到，行业产能过剩的矛盾将进一步加剧，市场需求下滑的趋势将不可逆转。
陶瓷型芯产业深度调研及未来发展现状趋势
