中國(guó)粉體網(wǎng)訊 我們對(duì)氮化硅陶瓷的優(yōu)越性已經(jīng)介紹過多次了，它是結(jié)構(gòu)陶瓷家族中綜合性能最為優(yōu)良的一類材料，被譽(yù)為“全能陶瓷”、“黑色陶瓷鋼”、“先進(jìn)陶瓷材料皇冠上的明珠”。
在物理性能方面，氮化硅陶瓷具有較高的抗彎強(qiáng)度以及斷裂韌性，并且具有較好的耐磨損性和一定的自潤(rùn)滑能力。因此，氮化硅很適合用于軸承材料的應(yīng)用之中。除此之外，氮化硅陶瓷還具有比較高的理論熱導(dǎo)率，該特性使其被認(rèn)為是一種很有潛力的高速電路和大功率器件散熱和封裝材料。目前看來，氮化硅陶瓷將是今后陶瓷軸承和高性能陶瓷基板的“代名詞”。
氮化硅陶瓷的研究一直由國(guó)外引領(lǐng)
盡管在19世紀(jì)中葉已經(jīng)人工制備出氮化硅，但是在以后的一百多年時(shí)間里，氮化硅材料一直沒有出現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。陶瓷形式的氮化硅最早是由英國(guó)發(fā)展起來的，該材料在1955年首次生產(chǎn)，主要用于熱電偶管、熔融金屬坩堝和火箭噴嘴。這種類型的材料是將金屬硅粉末壓坯再經(jīng)升溫和沖入氮?dú)獾纬傻模髞肀环Q為反應(yīng)結(jié)合氮化硅(RBSN)。由于這種反應(yīng)燒結(jié)氮化硅一般含有25%左右的氣孔隙，致密化程度不夠高，因而未能體現(xiàn)氮化硅材料的高強(qiáng)度和硬度等性能。
圖片來源：中材高新氮化物陶瓷有限公司
經(jīng)過幾代陶瓷科研人員努力，解決氮化硅陶瓷不同的工程應(yīng)用的多種燒結(jié)工藝被相繼開發(fā)出來，近來又陸續(xù)發(fā)展的放電等離子體燒結(jié)和微波燒結(jié)等新技術(shù)給氮化硅應(yīng)用又開拓了新的途徑。在先進(jìn)燒結(jié)技術(shù)的保障下，氮化硅的各方面性能優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)出來，成為綜合性能最為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。
說起我國(guó)對(duì)氮化硅陶瓷的研究，要追溯到40多年前。早在1978年，我國(guó)就在山東工陶院設(shè)立了氮化硅項(xiàng)目組，這也是我國(guó)最早開展氮化硅研究的單位之一。但由于我國(guó)的生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，國(guó)外又對(duì)我國(guó)實(shí)施技術(shù)封鎖，尤其是熱等靜壓制備方法，技術(shù)門檻高，設(shè)備綜合指標(biāo)苛刻且費(fèi)用昂貴，所以一直未被攻克，長(zhǎng)期處于“真空”狀態(tài)，嚴(yán)重制約著我國(guó)高端氮化硅陶瓷材料的發(fā)展。
中材高新氮化物公司的產(chǎn)業(yè)化之路
2011年，中材高新開始組建產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，在山東成立中材高新氮化物陶瓷有限公司，以盡快實(shí)現(xiàn)高性能氮化硅陶瓷球的批量生產(chǎn)。
2015年成功突破國(guó)外的技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)高性能氮化硅陶瓷材料中試生產(chǎn)線的貫通，并于當(dāng)年將熱等靜壓（HIP）氮化硅軸承球推向市場(chǎng)，性能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)材料水平。
2017年，年產(chǎn)100噸高性能氮化硅陶瓷生產(chǎn)線開工建設(shè)，標(biāo)志著我國(guó)氮化硅研制產(chǎn)業(yè)化達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的水平。自此之后，氮化物公司已量產(chǎn)出規(guī)格從φ0.8mm到φ101.6mm不等、精度等級(jí)G3、G5、G10、G20不等的陶瓷球。
圖片來源：中材高新氮化物陶瓷有限公司
氮化物公司現(xiàn)在的主要產(chǎn)品有兩個(gè)，一個(gè)是HIP氮化硅陶瓷球，另一個(gè)是高導(dǎo)熱氮化硅基板。在今年7月于濟(jì)南舉辦的“第一屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)，中材高新材料股份有限公司總裁張偉儒在接受中國(guó)粉體網(wǎng)記者采訪的時(shí)候介紹，目前氮化物公司已經(jīng)完成從中試生產(chǎn)到年產(chǎn)50噸高端氮化硅陶瓷生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)化，并正在建設(shè)200噸氮化硅材料生產(chǎn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目包括建設(shè)180噸HIP氮化硅陶瓷球和20噸約70萬片高導(dǎo)熱氮化硅基板生產(chǎn)線，這些項(xiàng)目將在明年上半年就會(huì)投產(chǎn)，屆時(shí)他們至少在規(guī)模方面與日本東芝、美國(guó)CoorsTek等國(guó)外公司處于同一水平。隨著電動(dòng)汽車對(duì)高導(dǎo)熱基板、氮化硅軸承球需求量的提高，他們?nèi)谝?guī)劃將做到400噸的生產(chǎn)規(guī)模。
圖片來源：中材高新氮化物陶瓷有限公司
讓氮化硅陶瓷這顆“明珠”更加璀璨耀眼
從無到有、從弱到強(qiáng)，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷程，從1978年成立項(xiàng)目組到2017年9月“年產(chǎn)100噸高性能氮化硅陶瓷生產(chǎn)線”開工建設(shè)，氮化硅陶瓷材料也迎來了高速發(fā)展期，成功研制的G3級(jí)軸承球已在航天、航空工程上應(yīng)用，解決了該類產(chǎn)品長(zhǎng)期以來依賴進(jìn)口的“卡脖子”技術(shù)難題。目前，高性能氮化硅陶瓷軸承已在高端裝備、電動(dòng)汽車、風(fēng)電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，從根本上解決了完全依賴進(jìn)口的局面。切入新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈后，與全球軸承科技與制造頭部企業(yè)合作，成功開發(fā)新能源汽車用氮化硅陶瓷軸承并實(shí)現(xiàn)批量供貨。與比亞迪、中車等合作研發(fā)新能源汽車功率器件用高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板產(chǎn)品，均展示出未來巨大的市場(chǎng)需求。堅(jiān)持創(chuàng)新自立自強(qiáng)，氮化硅陶瓷這顆“黑色明珠”將會(huì)更加璀璨耀眼。
2023年3月9-10日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在江西萍鄉(xiāng)舉辦“2022第五屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”，我們有幸邀請(qǐng)到了中材高新材料股份有限公司董事長(zhǎng)張偉儒先生作題為《高性能氮化硅陶瓷制備技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀》的報(bào)告，屆時(shí)，張總將對(duì)氮化硅陶瓷的制備技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望。
信息來源：
[1]拼搏2022|氮化物公司：讓氮化硅陶瓷這顆“明珠”更加璀璨耀眼.中國(guó)建材總院
[2]張創(chuàng)等.氮化硅陶瓷的研究與應(yīng)用進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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