中国建材总院第三届“善用资源日”创新成果之“先进陶瓷材料”

先进陶瓷材料

 

“先进陶瓷材料”由于其特定的精细结构和其高强、耐高温、绝缘、超导、生物相容等一系列优良性能，广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等领域，已逐步成为新材料的重要组成部分，是中国建材总院服务国防军工建设的排头产品。中国建材总院陶瓷专业创建于1954年，主要从事建筑卫生陶瓷和工业陶瓷的研究及装备开发，1959年10月，按照国家“两弹一星”发展规划的要求，建立了特种陶瓷专业。建院72年来，特种陶瓷领域的总院人薪火相传，在实践中探索，在传承中创新，开创了多个领域的研究先河，引领着中国先进陶瓷材料技术与产业的发展方向。

特高压电瓷：2006年第一窑冷等静压干法成型户外棒形支柱绝缘子在山东淄博生产线出窑，至2013年在“中国电瓷之都”江西芦溪建厂，再到如今远销欧洲、北美，中材电瓷自主研发的交流1100kV、直流±800kV、直流±1100kV 棒形支柱瓷绝缘子和直流 ±800kV瓷芯复合支柱绝缘子，经中国电力企业联合会鉴定，均已达到国际领先水平，并已成功应用到我国建成投运以及在建特高压重大工程中，满足了我国特高压输变电工程的建设需要，同时用于海外首个特高压直流输电工程——巴西美丽山±800kV特高压直流输电项目。

高性能氮化物陶瓷纤维：具有极为优异的综合性能，如耐超高温、耐化学腐蚀、介电性能优异等，在航空、航天和核工业等高技术领域有着不可替代的作用。

红外光学窗口晶体：可作为红外透镜、红外窗口、红外棱镜、高速飞行器保护窗口，广泛应用于红外成像和红外跟踪、探测等，被誉为光电探测与制导系统的“眼角膜”。

微纳晶体：超低膨胀微纳晶材料是微晶相与玻璃相结合的多相复合固体材料，兼备了玻璃和陶瓷的双重特性，具有优异的尺寸稳定性和耐高温性能，是航空、航天、5G通讯、天文等重大领域的“卡脖子” 材料。其热膨胀系数只有金属的数千分之一，普通玻璃的数百分之一，因此具有热不膨胀冷不收缩的特点，是极端苛刻条件下尺寸稳定性最好的材料。该材料做成光学反射镜，可保证镜面面形稳定不变形，从而保证影像传输不失真，确保像素的高分辨率。在相机光学口径一米的情况下，在600公里的高空能分清地面0.5米的物体，目前应用在高分卫星的空间相机上。人工晶体院激光陀螺产品通过了国内重点用户考核，满足了高精度激光陀螺的应用要求，取得激光陀螺用微纳晶材料国产化的历史性突破。利用它苛刻条件下的耐温性，能急冷急热的特性，开发出了家庭使用的微晶炊具系列产品。

RTP晶体：磷酸氧钛铷（RbTiOPO₄，简称RTP）晶体以其高电光系数、高激光损伤阈值、宽透过波段、不潮解、低半波电压、低电导率、低插入损耗尤其是极低振铃效应的高重频等优异性能成为新一代电光器件用材料。在激光技术、激光照射/测距、激光精密加工等方面有着广泛应用。非常适合用做电光器件，如激光调Q开关、快门、相位和振幅调制器、脉冲选择器，腔倒空器和偏转器。人工晶体院承担着“十四五”重点研发计划揭榜挂帅项目“高频、高功率激光器调制器技术与应用”课题，该项目的实施有望实现“进口替代”。

金刚石：是地球上发现的最坚硬物质，由于金刚石极其特殊的晶体结构，使得它具有诸多优异的物理化学特性，不仅硬度最高，而且具有最高的热导率，透过光谱最宽，声速最快，以及优异的半导体性能，被誉为“终极材料”。上世纪七十年代,人工晶体院开始研究金刚石工具，并且于八十年代在国内最早开发出金刚石锯，应用于石材的切割加工，带动了石材加工和其它加工行业的技术革命，一举填补了国内空白。目前主要从事金刚石厚膜、宝石级单晶、掺硼金刚石电极的研究开发。疫情期间，科研人员根据市场需求开发出金刚石电极及组件，和民企合作首款消杀用喷壶已经投放市场，针对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、甲型流感病毒等典型细菌、病毒短时间内灭活率达99.999%，超过国家标准。

水晶：被誉为晶体的“常青树”。人工合成水晶是重要的电子、光学材料，已成为当今世界应用量最大的压电晶体材料。主要成分是SiO₂，受力产生压电效应，具有高Q 值，频率-温度稳定性好、耐辐照等特点；在光学双折射和旋光性方面，具有通光范围宽、光学均匀性好、激光损伤阈值高等特点。人工晶体院是国内宇航级耐辐照石英晶体生产研制单位和高Q值人造石英晶体军品配套单位。2021年，晶体院学科团队在解决了生长工艺等一系列难题之后，成功开发出了光刻机曝光光学系统用大尺寸、深紫外、高透过人造光学石英晶体。

高纯氧化铝陶瓷结构件：氧化铝陶瓷是应用范围最广、产量最大的工业陶瓷材料，按照Al2O3含量可分为A99瓷、A95瓷、A90瓷、A85瓷等品种。高纯氧化铝陶瓷一般纯度在99%以上，具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、成本低等优点，在航空航天、机械、冶金、化工等各工业领域均有广泛的应用。中国建材总院在高纯氧化铝陶瓷结构件的复杂形状成型技术、控温烧结技术、超高精度加工等领域技术领先。

固体激光器用漫反射陶瓷聚光腔：陶瓷聚光腔利用非几何光学反射成像把泵浦光均匀地反射到激光工作物质上，从而最大限度的传输能量，在激光加工、激光武器、激光测距等方面有重要应用。中国建材总院是国内最早研制、开发陶瓷光学材料的单位，产品具有化学稳定性好、高漫反射率、高机械强度、绝缘性能优、泵浦均匀性好、热膨胀小等优良特性。

电子行业用氧化铝陶瓷基板：氧化铝陶瓷基板由于其良好的电绝缘性、机械性能及化学性能，且耐热冲击、膨胀系数与硅片匹配、成本低和良好地避光性等，广泛应用于厚膜电路、薄膜电路、覆铜板、半导体制冷器、臭氧发生器等领域。

陶瓷气浮导轨：碳化硅气浮导轨具有低膨胀、高导热、高弹性模量等优异特性。通过合理轻量化结构设计既减轻部件整体重量同时增加尺寸稳定性；通过凝胶注模成型可制备出大尺寸复杂结构的导轨及骨架部件，尺寸可达2m及以上。产品具有超高平面度、平行度、直线度，低至1μm。

高精密碳化硅陶瓷真空吸盘：高精密碳化硅陶瓷因致密度高、强度高、弹性模量高、导热高及热膨胀低等特点，成为集成电路装备用陶瓷零部件的首选，可同时满足尺寸精度高、轻量化程度高、在高速运行稳定性高、“结构-功能”一体化。中国建材总院是国内最早开展微电子装备用高精密陶瓷部件研发的单位，所研制的碳化硅陶瓷真空吸盘不仅具有良好的热学、力学性能，且可设计不同的接触结构，极低的晶圆接触面积，优异的尺寸结构稳定性，超高的平面精度，0.3~1μm。

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