中國(guó)建材總院第三屆“善用資源日”創(chuàng)新成果之“先進(jìn)陶瓷材料”

先進(jìn)陶瓷材料

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“先進(jìn)陶瓷材料”由于其特定的精細(xì)結(jié)構(gòu)和其高強(qiáng)、耐高溫、絕緣、超導(dǎo)、生物相容等一系列優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空、航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，已逐步成為新材料的重要組成部分，是中國(guó)建材總院服務(wù)國(guó)防軍工建設(shè)的排頭產(chǎn)品。中國(guó)建材總院陶瓷專業(yè)創(chuàng)建于1954年，主要從事建筑衛(wèi)生陶瓷和工業(yè)陶瓷的研究及裝備開(kāi)發(fā)，1959年10月，按照國(guó)家“兩彈一星”發(fā)展規(guī)劃的要求，建立了特種陶瓷專業(yè)。建院72年來(lái)，特種陶瓷領(lǐng)域的總院人薪火相傳，在實(shí)踐中探索，在傳承中創(chuàng)新，開(kāi)創(chuàng)了多個(gè)領(lǐng)域的研究先河，引領(lǐng)著中國(guó)先進(jìn)陶瓷材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

特高壓電瓷：2006年第一窯冷等靜壓干法成型戶外棒形支柱絕緣子在山東淄博生產(chǎn)線出窯，至2013年在“中國(guó)電瓷之都”江西蘆溪建廠，再到如今遠(yuǎn)銷歐洲、北美，中材電瓷自主研發(fā)的交流1100kV、直流±800kV、直流±1100kV 棒形支柱瓷絕緣子和直流?±800kV瓷芯復(fù)合支柱絕緣子，經(jīng)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定，均已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并已成功應(yīng)用到我國(guó)建成投運(yùn)以及在建特高壓重大工程中，滿足了我國(guó)特高壓輸變電工程的建設(shè)需要，同時(shí)用于海外首個(gè)特高壓直流輸電工程——巴西美麗山±800kV特高壓直流輸電項(xiàng)目。

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高性能氮化物陶瓷纖維：具有極為優(yōu)異的綜合性能，如耐超高溫、耐化學(xué)腐蝕、介電性能優(yōu)異等，在航空、航天和核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域有著不可替代的作用。

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紅外光學(xué)窗口晶體：可作為紅外透鏡、紅外窗口、紅外棱鏡、高速飛行器保護(hù)窗口，廣泛應(yīng)用于紅外成像和紅外跟蹤、探測(cè)等，被譽(yù)為光電探測(cè)與制導(dǎo)系統(tǒng)的“眼角膜”。

微納晶體：超低膨脹微納晶材料是微晶相與玻璃相結(jié)合的多相復(fù)合固體材料，兼?zhèn)淞瞬ＡШ吞沾傻碾p重特性，具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性和耐高溫性能，是航空、航天、5G通訊、天文等重大領(lǐng)域的“卡脖子” 材料。其熱膨脹系數(shù)只有金屬的數(shù)千分之一，普通玻璃的數(shù)百分之一，因此具有熱不膨脹冷不收縮的特點(diǎn)，是極端苛刻條件下尺寸穩(wěn)定性最好的材料。該材料做成光學(xué)反射鏡，可保證鏡面面形穩(wěn)定不變形，從而保證影像傳輸不失真，確保像素的高分辨率。在相機(jī)光學(xué)口徑一米的情況下，在600公里的高空能分清地面0.5米的物體，目前應(yīng)用在高分衛(wèi)星的空間相機(jī)上。人工晶體院激光陀螺產(chǎn)品通過(guò)了國(guó)內(nèi)重點(diǎn)用戶考核，滿足了高精度激光陀螺的應(yīng)用要求，取得激光陀螺用微納晶材料國(guó)產(chǎn)化的歷史性突破。利用它苛刻條件下的耐溫性，能急冷急熱的特性，開(kāi)發(fā)出了家庭使用的微晶炊具系列產(chǎn)品。

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RTP晶體：磷酸氧鈦銣（RbTiOPO₄，簡(jiǎn)稱RTP）晶體以其高電光系數(shù)、高激光損傷閾值、寬透過(guò)波段、不潮解、低半波電壓、低電導(dǎo)率、低插入損耗尤其是極低振鈴效應(yīng)的高重頻等優(yōu)異性能成為新一代電光器件用材料。在激光技術(shù)、激光照射/測(cè)距、激光精密加工等方面有著廣泛應(yīng)用。非常適合用做電光器件，如激光調(diào)Q開(kāi)關(guān)、快門、相位和振幅調(diào)制器、脈沖選擇器，腔倒空器和偏轉(zhuǎn)器。人工晶體院承擔(dān)著“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃揭榜掛帥項(xiàng)目“高頻、高功率激光器調(diào)制器技術(shù)與應(yīng)用”課題，該項(xiàng)目的實(shí)施有望實(shí)現(xiàn)“進(jìn)口替代”。

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金剛石：是地球上發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)硬物質(zhì)，由于金剛石極其特殊的晶體結(jié)構(gòu)，使得它具有諸多優(yōu)異的物理化學(xué)特性，不僅硬度最高，而且具有最高的熱導(dǎo)率，透過(guò)光譜最寬，聲速最快，以及優(yōu)異的半導(dǎo)體性能，被譽(yù)為“終極材料”。上世紀(jì)七十年代,人工晶體院開(kāi)始研究金剛石工具，并且于八十年代在國(guó)內(nèi)最早開(kāi)發(fā)出金剛石鋸，應(yīng)用于石材的切割加工，帶動(dòng)了石材加工和其它加工行業(yè)的技術(shù)革命，一舉填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。目前主要從事金剛石厚膜、寶石級(jí)單晶、摻硼金剛石電極的研究開(kāi)發(fā)。疫情期間，科研人員根據(jù)市場(chǎng)需求開(kāi)發(fā)出金剛石電極及組件，和民企合作首款消殺用噴壺已經(jīng)投放市場(chǎng)，針對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、甲型流感病毒等典型細(xì)菌、病毒短時(shí)間內(nèi)滅活率達(dá)99.999%，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

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水晶：被譽(yù)為晶體的“常青樹(shù)”。人工合成水晶是重要的電子、光學(xué)材料，已成為當(dāng)今世界應(yīng)用量最大的壓電晶體材料。主要成分是SiO?，受力產(chǎn)生壓電效應(yīng)，具有高Q 值，頻率-溫度穩(wěn)定性好、耐輻照等特點(diǎn)；在光學(xué)雙折射和旋光性方面，具有通光范圍寬、光學(xué)均勻性好、激光損傷閾值高等特點(diǎn)。人工晶體院是國(guó)內(nèi)宇航級(jí)耐輻照石英晶體生產(chǎn)研制單位和高Q值人造石英晶體軍品配套單位。2021年，晶體院學(xué)科團(tuán)隊(duì)在解決了生長(zhǎng)工藝等一系列難題之后，成功開(kāi)發(fā)出了光刻機(jī)曝光光學(xué)系統(tǒng)用大尺寸、深紫外、高透過(guò)人造光學(xué)石英晶體。

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高純氧化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)件：氧化鋁陶瓷是應(yīng)用范圍最廣、產(chǎn)量最大的工業(yè)陶瓷材料，按照Al2O3含量可分為A99瓷、A95瓷、A90瓷、A85瓷等品種。高純氧化鋁陶瓷一般純度在99%以上，具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、機(jī)械、冶金、化工等各工業(yè)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。中國(guó)建材總院在高純氧化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜形狀成型技術(shù)、控溫?zé)Y(jié)技術(shù)、超高精度加工等領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先。

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固體激光器用漫反射陶瓷聚光腔：陶瓷聚光腔利用非幾何光學(xué)反射成像把泵浦光均勻地反射到激光工作物質(zhì)上，從而最大限度的傳輸能量，在激光加工、激光武器、激光測(cè)距等方面有重要應(yīng)用。中國(guó)建材總院是國(guó)內(nèi)最早研制、開(kāi)發(fā)陶瓷光學(xué)材料的單位，產(chǎn)品具有化學(xué)穩(wěn)定性好、高漫反射率、高機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性能優(yōu)、泵浦均勻性好、熱膨脹小等優(yōu)良特性。

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電子行業(yè)用氧化鋁陶瓷基板：氧化鋁陶瓷基板由于其良好的電絕緣性、機(jī)械性能及化學(xué)性能，且耐熱沖擊、膨脹系數(shù)與硅片匹配、成本低和良好地避光性等，廣泛應(yīng)用于厚膜電路、薄膜電路、覆銅板、半導(dǎo)體制冷器、臭氧發(fā)生器等領(lǐng)域。

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陶瓷氣浮導(dǎo)軌：碳化硅氣浮導(dǎo)軌具有低膨脹、高導(dǎo)熱、高彈性模量等優(yōu)異特性。通過(guò)合理輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既減輕部件整體重量同時(shí)增加尺寸穩(wěn)定性；通過(guò)凝膠注模成型可制備出大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌及骨架部件，尺寸可達(dá)2m及以上。產(chǎn)品具有超高平面度、平行度、直線度，低至1μm。

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高精密碳化硅陶瓷真空吸盤(pán)：高精密碳化硅陶瓷因致密度高、強(qiáng)度高、彈性模量高、導(dǎo)熱高及熱膨脹低等特點(diǎn)，成為集成電路裝備用陶瓷零部件的首選，可同時(shí)滿足尺寸精度高、輕量化程度高、在高速運(yùn)行穩(wěn)定性高、“結(jié)構(gòu)-功能”一體化。中國(guó)建材總院是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展微電子裝備用高精密陶瓷部件研發(fā)的單位，所研制的碳化硅陶瓷真空吸盤(pán)不僅具有良好的熱學(xué)、力學(xué)性能，且可設(shè)計(jì)不同的接觸結(jié)構(gòu)，極低的晶圓接觸面積，優(yōu)異的尺寸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，超高的平面精度，0.3~1μm。

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