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民用特種陶瓷材料及結構件技術

發布時間: 2014年01月23日          瀏覽次數: 1273

   技術開發單位】中國兵器工業集團北方材料科學與工程研究院五二所

  【技術簡介】本項目以五二研究所承擔的國防科工委軍用新材料預研項目“抗彈陶瓷材料應用研究”、“耐燒蝕抗沖擊陶瓷材料”等項目所取得的具有自主知識產權的重要研究成果“高性能氧化鋁基結構陶瓷材料”、“高性能無壓燒結碳化硅陶瓷材料”為基礎,通過北方材料院金利公司、北方三山等特種陶瓷產業化平臺,結合重大裝備輕量化高剛性陶瓷移動平臺核心部件、工業化裝備耐高溫、耐腐蝕結構件、民用防爆防護產品領域對高技術陶瓷的日趨廣泛的需求,開展軍用領域特種陶瓷高新技術成果向民用領域的產業化推廣和轉化。

  利用五二研究所在特種陶瓷、高性能有機防護材料領域的技術優勢,通過優化調整批量化生產工藝流程,立足現有設備基礎,通過適當補充完善加工型設備條件,可將現有的“抗沖擊高韌性氧化鋁基陶瓷”軍工科研成果轉化為:民用和警用人體防護產品、防爆特種車輛改裝和工業領域耐燒蝕、耐腐蝕、耐磨損結構件產品。同時通過中組部千人計劃的引領作用和創新團隊平臺,利用在實際生產工藝中掌握的復雜形狀陶瓷部件的成型、加工、燒結和焊接組裝的成套工藝技術,可將現有的高性能無壓燒結碳化硅、碳化硼材料制造技術,通過轉化為國家重大裝備:大規模半導體集成電路制造設備——大型光刻機輕量化、高剛性、低膨脹、耐磨損移動平臺核心部件產品。全球光刻機市場基本由ASML(荷蘭)、尼康(日本)、佳能(日本) 3家所控制。其售價極其昂貴,平均售價達4000萬歐元。幾乎占半導體生產設備總投資的20%。目前,國家組織了科技重大專項“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”(簡稱02專項),開展22~14納米前瞻性研究,形成65-45納米裝備、材料、工藝配套能力及集成電路制造產業鏈。結合五二研究所的軍品陶瓷材料及加工的成果基礎,面向02專項研制配套的部件開展相關材料及部件的研究開發,通過材料和部件制備工藝的突破,推廣軍品陶瓷材料技術在國民經濟重大裝備上的應用,帶動高端結構陶瓷產品的產業發展。

  【技術特點】

  氧化鋁基陶瓷

  (1)通過增韌化處理,克服了陶瓷韌性不足的弱點,為工程應用提供了堅實的保障。

  (2)產品價格相對便宜,容易取得市場認同,產業化所需設備投資小,便于操作,易形成批量生產能力,通過配方和工藝流程調整,可形成不同價格和性能級別的民用產品,具有較為廣泛的市場適應性。

  (3)由于創新和經濟結構調整的需要,工業領域極端服役裝備對耐高溫、耐腐蝕和耐磨損部件的需求愈加迫切,同時高技術陶瓷的作用逐步獲得了市場認可,因此特種陶瓷的推廣和應用具有廣闊的市場空間。

  無壓碳化硅陶瓷

  (1)該項技術的特點是以陶瓷材料制備技術和成型加工技術相融合,根據材料的工藝特點確定成型,燒結,加工的工藝,適合開發大尺寸、復雜形狀特種陶瓷構件。到目前為止國內的陶瓷廠家不了解該技術所生產的產品,也不了解應用的市場和制作的工藝路線,更沒有開發這類產品的市場。

  (2)我國電子行業企業在開發和生產其他類似精密半導體設備時所需的精密陶瓷部件需要向國外的陶瓷廠家訂購,該類設備研制和生產單位在陶瓷部件的設計和委托制造過程中,受制于國外產品單價極其昂貴(關鍵構件單價高達幾百萬),制造周期長。

  (3)我們在該領域已經在國內具有工藝和制作經驗的優勢,中組部千人計劃國家特聘專家曹劍武博士在國外的專業研究機構和企業的研發工作中積累了豐富的材料技術和相關的部件成型加工技術,并在回國工作后組建創新團隊結合52所的研究基礎,進行國產化研究,取得了材料和制造工藝的突破,開始為設備研制單位提供陶瓷部件。

  【技術指標】

  材料技術指標

  性能單位碳化硅陶瓷低熱膨脹陶瓷Al2O3基陶瓷

  密度g/cm33.1~3.152.45~2.543.9~4.15

  彈性模量GPa>400>135330~380

  抗彎強度MPa>400>280≥350

  熱膨脹系數10-6/K2~4<0.058.5

  熱導率W/m·K>120410.9

  大型復雜形狀部件的技術指標

  外形尺寸 > 500x500x150 mm

  復雜形狀壁厚 < 3 mm

  【技術水平】國內領先

  【可應用領域和范圍】民用級人體防護材料、警用防爆、防彈方艙主體材料;民用耐磨結構件;重大高新裝備大型光刻機移動平臺等高強度、高剛性、低熱膨脹結構件。

  【專利狀態】已獲得專利2項

  【技術狀態】試生產階段

  【合作方式】技術服務、配套生產

  【投入需求】2000萬元

  【轉化周期】2年

  【預期效益】通過軍轉民項目實施,預計各類防護產品:包括各類陶瓷人體防護產品、防爆改裝車輛防彈板年生產能力達到20000m2,年經營收入達到3000萬元,年利潤預計達到450萬元。高性能陶瓷結構件:包括工業領域氧化鋁基陶瓷耐高溫、耐腐蝕、耐磨損部件及重大裝備光刻機移動平臺等復雜陶瓷部件產品實現年經營收入2000萬元,年利潤500萬元。項目完成后可實現年產值5000萬元,年利潤總額950萬元。

  同時項目的實施可及時配合我國重大專項的設備研制以及下一步的產業化,形成精密半導體重大裝備的配套產業。填補我國在大尺寸復雜形狀陶瓷部件制造的空白。通過國家重大專項的引領,將大尺寸復雜形狀的陶瓷部件的產品推向國際市場,形成競爭能力。通過軍轉民的產品開發和拓展,可以促進材料及工藝的技術開發和應用開發,反過來為軍事上的精密裝備的部件研制服務。

 


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