周和平教授课题组研究的氧化铝和氮化铝陶瓷基片,在大功率的电路板的应用上获得成功。
周济的研究成果在清华相关公司建立了年产10亿只片式电感器的生产线,并在山东、深圳等地方的企业实现技术转让或转化,取得了显著的经济和社会效益。
黄勇-杨金龙课题组研究的陶瓷胶态成型新工艺,以该高技术为基础,已经建设中试产业化试验基地,开发出陶瓷薄壁异形管、精密轴陶瓷承球、柱状磨介、造纸机脱水板、圆珠笔头等多种新产品。其中陶瓷微珠生产技术和工艺生产线已被世界五百强之一圣戈班集团公司整体收购,并计划建成世界上最大规模的陶瓷微珠生产基地。
曾博士在山东青岛与国外合作研制开发的高性能锂离子电池材料,已经开始出口海外。最近王教授课题组的研究发现,陶瓷材料的电学性能和电磁畴尺寸,可以小到20个纳米以下,为陶瓷材料纳米化和电子元器件进一步微细化,带来了希望,有关研究结果为国内外同行高度关注,韩国等大型电子元器件厂家纷纷要求技术合作和技术转让。现在已经有越来越多的企业和投资家关注先进陶瓷材料技术的产业化了。
未来之路
《中国科技财富》:请描述一下先进陶瓷行业的未来发展好吗?
李建保:要描述先进陶瓷材料的发展前景,首先要了解相关的大背景,包括国际的技术发展趋势和我国的技术需求。先进陶瓷材料的世界性研究热潮,在上世纪七十年代开始,八十年代中期到九十年代前期为顶峰,开拓了一系列的陶瓷新材料体系,提高了几乎所有陶瓷材料的性能,发掘了陶瓷材料的新用途和性能指标,成熟了陶瓷的提纯、合成、成型、烧结和加工技术,为先进陶瓷材料科学与技术的体系化奠定了基础。我国在这个领域可能落后十年左右,具体在研究上落后5-10年,在应用上可能落后更多些。国际上陶瓷材料目前的研究重点,是性能标准化和加工精细化。尽管在人类历史上陶瓷材料出现更早,或许由于陶瓷材料组分更复杂、高温反应更难于控制,在科研的科学体系化方面的进展,陶瓷材料科学体系的完整性和工业技术的配套性,还落后于其他两材料兄弟——金属材料与高分子材料。
作为新材料的重要成员,中国陶瓷材料的发展,面临着一个机遇。新型陶瓷材料将在中国城市化和重化工工业进程中发挥着越来越大的节能和环保作用。而且,随着通讯技术的进步,高频元器件的比例将越拉越大,由于高频引发高温,耐高温的陶瓷元器件,将得到发展。另外,随着生物技术的进步,与生物骨骼化学成分相近的陶瓷材料,也会因具有更好的生物相容性而得到青睐。
更重要的一点是,随着中国成为世界性工厂的进展,在5-10年后,中国自己设计的产品将替代国际来料加工,中国产品竞争力的提高以及中国出口产品的性能—价格竞争力的增强,都需要新材料技术的支撑。真正发挥新材料功效,让新材料在中国制造产品的竞争力增强和中国节能环保技术产品中发挥作用的时代,伴随着中国自主设计能力的提高,很快就要到来。
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李建保
男,1959年出生于江西南昌,1977年考入长春地质学院, 1988年3月日本东京大学工学院博士课程毕业后到清华大学任教。1992年晋升为教授,1995年获得国家杰出青年科学基金,1997年当选中国十大杰出青年,1998年至2003年兼任清华大学学术委员会秘书长,1998年至今担任新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室主任。2000年担任国家科技部863高技术计划新材料领域高性能结构材料技术主题专家组长。2002年至2005年担任青海大学校长。为全国政协委员,中国青年科学工作者协会副会长,中国新材料产业促进会主任,中国硅酸盐学会副理事长,国际陶瓷联盟组织中方代表,美国陶瓷学会会员,日本陶瓷学会会员。
材料与现代陶瓷
物质分为三种形态:固体、液体、气体。对人类生活有用的物质,就叫做材料。固体材料分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料三大类。金属材料的组成为金属元素,有机高分子材料的组成主要为炭-氢等非金属元素或者气态元素,而无机非金属材料则一般由金属元素和非金属元素结合而成,例如硅酸盐、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物和硼化物等。例如玻璃、水泥、钛酸钡、氮化硅、氧化铝等,日用和建筑陶瓷也都属于这类。
先进陶瓷或者现代技术陶瓷,是指具有特殊的电子学、声光学或者磁性和热学性以及高的机械强度等力学性能的陶瓷材料。先进陶瓷材料主要有功能陶瓷和结构陶瓷两大类。结构陶瓷主要是以利用机械强度和形状为主要目的的陶瓷材料,功能陶瓷包括具有特殊的光、电、磁、声、热等物理学性能的陶瓷材料,例如电子陶瓷、隔热陶瓷、磁性陶瓷、微波陶瓷等。
陶瓷材料具有从公元前2000年的远古起源历史,有可以在2000多度高温下使用的耐热特性。所以,陶瓷是追索古代文明的重要的考古资料。我国是世界上的陶瓷古国,传统陶瓷的辉煌历史得到世界公认。
现代高技术陶瓷引起人们关注,起始于二次世界大战时美国战舰上安装声纳装置,这种装置使用了压电水晶的原理,用钛酸钡陶瓷做成超声波振动发射与接收的电子器件,使陶瓷成为神秘的高技术的象征。二战结束后,人们开始在陶瓷材料中发掘新型的电子元器件材料。
上世纪六十年代,超级大国进行空中竞争,开始将耐高温的陶瓷材料部件使用于高速飞行器件中的耐热瓦等关键部位。
七十年代后期,先进国家为了研制功率大而体积小的发动机,把目光转向了耐高温的陶瓷材料,试图将陶瓷部分替代发动机内部高温部件甚至研制全陶瓷的发动机,这个时期,陶瓷材料的强韧化和纤维复合化技术得到迅速发展。
八十年代末,美国科学家将陶瓷材料的电阻降低到接近于零,使陶瓷材料成为比金属导电性能还要好的超导材料,并获得诺贝尔奖,使人们对于陶瓷材料的电子学的可控制性产生极大兴趣。
九十年代以后,由于移动通讯器械的强劲需求,耐高温并且对于高频电磁波很好响应的陶瓷材料,成为重要的移动通讯的电子元器件的主流材料,现在手机中的许多微型元件都属于陶瓷材料的元件。由于人们预测今后的光通讯的发展和太阳能的高效率利用技术的发展,具有特殊光学特性和光电特性的先进陶瓷材料,在今后一段时期,将会快速进步。
清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室
新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,是新材料技术领域的国家重点实验室,依托在清华大学,主要研究新型陶瓷材料和相关的先进制造工艺技术。实验室以高温结构陶瓷、信息功能陶瓷、生物陶瓷、纳米材料、超细粉体、及陶瓷基复合材料和无损评价作为主要研究方向。研究内容包括具有耐高温高强度和高耐磨耗性能的高性能结构陶瓷材料、为现代信息电子器件服务的信息功能陶瓷材料,以及具有良好生物相容性的生物陶瓷以及以无机材料为主要成分的陶瓷基复合材料。



