邊華英尹青亞徐向榮
1河南建筑材料研究設計院有限責任公司(450002)
2河南省科學院質量檢驗與分析測試研究中心(450000)
漫談我國陶瓷產業現狀
邊華英1,2尹青亞1徐向榮1
1河南建筑材料研究設計院有限責任公司(450002)
2河南省科學院質量檢驗與分析測試研究中心(450000)
這里概述了我國傳統日用陶瓷和陳設瓷的生產歷史、產區及技術狀況,對特種陶瓷區別于傳統陶瓷的要素進行了闡述,探討了特種陶瓷的發展方向和趨勢、市場空間。
陶瓷;傳統陶瓷;特種陶瓷;結構陶瓷;功能陶瓷
陶瓷從狹義上說是指以黏土為主要原料經高溫燒制的制品,常分為陶器、炻器和瓷器;從廣義上說陶瓷還包括磚瓦、耐火材料、玻璃、琺瑯,以及各種元素的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氧化物等無機非金屬材料和水泥、石墨等[1]。
隨著技術的進步,傳統陶瓷和特種陶瓷都取得了長足的發展,特種陶瓷又常常被稱作近代陶瓷、先進陶瓷、精細陶瓷、工程陶瓷、新型陶瓷、高技術陶瓷、高性能陶瓷等。特種陶瓷在原材料和純度要求、生產工藝或性能上均與傳統陶瓷有一定的區別。
通常所說傳統陶瓷或普通陶瓷一般指日用陶瓷、建筑陶瓷、衛生陶瓷、化工陶瓷、電瓷和陳列藝術陶瓷等,是采用天然黏土類礦物原料經過粉碎加工、成型、燒成而得到的一種多晶、多相硅酸鹽材料。按瓷化程度情況可將普通陶瓷分為細瓷、炻瓷和陶器。其中,細瓷含日用細瓷中的長石質瓷、高長石質瓷、絹云母質瓷、滑石質瓷、骨灰瓷、色瓷等,以及電瓷、衛生潔具、化工瓷和化學瓷;炻瓷包括日用炻瓷、紫砂器皿、化工炻瓷,如耐酸容器、耐酸磚和建筑炻瓷;陶器也可分為粗陶和細陶,而細陶又可分為長石質日用細陶和黏土-滑石質、黏土-葉臘石質、黏土-硅灰石質建筑細陶[2]。
陶瓷是中國古代勞動人民的偉大發明之一,在材料領域陶瓷發展遠比金屬和塑料要早,在8 000~ 10 000年之前陶器就出現了,在上古新石器時代黃河流域就出現了仰韶文化,又稱彩陶文化,在山東龍山出現了黑陶(又稱蛋殼陶),而殷周時期出現了釉陶,秦代秦俑技術則標志了中國在公元前220年前后制陶業已經相當發達。從考古發掘看中國原始瓷器技術出現在3 000年之前,而東漢越窯青瓷距今已有1 700年的歷史。古代絲綢之路將中國的陶瓷器運往中亞和西亞等地區。唐代越窯的青瓷、邢窯的白瓷和唐三彩陶器都享有盛名[1]。宋代是我國陶瓷業發展的鼎盛時期,五大名窯定窯、汝窯、官窯、鈞窯和哥窯聞名于世。景德鎮更是以其工藝匠人的技藝超群成為宋代以來我國的瓷業中心,并在明清時期得到了持續快速發展,其瓷質特色以聲如磬、白如玉、明如鏡、薄如紙而聞名海內外,中國彩瓷也從三彩發展到了五彩。
隨著經濟的快速發展、人民生活水平不斷提高,人們的審美意識和審美需求越來越多樣化,一些陶瓷精品躋身于奢侈品行列。鈞窯的三彩瓷、醴陵的五彩瓷和景德鎮陶瓷等作為一種文化的象征都重新受到世人推崇,沿海地區的德化瓷和潮州瓷都有其擁躉者和技藝傳承者,并且作為人類的物質文化遺產受到了地方的保護。
目前,我國傳統日用陶瓷和陳設瓷的主要生產情況如下:湖南醴陵的硬質日用瓷、炻瓷和釉下五彩為地方代表作品;景德鎮的青花、顏色釉、雕塑瓷等是當地的logo;廣東潮州的通花瓷(鏤空)、廣彩、廣鈞;山東博山的軟質瓷、焦寶石瓷、花釉陳設瓷;河北唐山的雕金裝飾和骨灰瓷、邯鄲的鐵系花釉和鐵銹花品種;江蘇宜興的紫砂、宜鈞、硬陶和青瓷;四川榮昌的細陶產品均已蜚聲世界[2]。另外,河南的焦作和禹州、廣西的北流、廣東的梅州和湛江、河北的邯鄲等均是知名的陶瓷產區[3]。
衛生陶瓷是指衛生和清潔盥洗用的陶瓷用具,目前我國的衛生潔具產品材質多屬瓷質和半瓷質,少量為精陶或熟料陶質,品類有洗面器、大小便器、婦洗器、水箱、洗滌槽、浴盆、返水管、肥皂盒、衛生紙盒、毛巾架、梳妝臺板、掛衣鉤、火車專用衛生器、化驗槽等。我國衛浴品牌多屬于中端產品,高檔品牌較少,難以與歐美國家抗衡。目前佛山的阿波羅、伊麗、科寶·博洛尼、杜菲尼,浙江的歐琳等品牌躋身高端品牌行列;我國衛浴產品中檔品牌有30多家,以廣東、福建、浙江等地的品牌為主,例如廣東的箭牌、法恩莎、美加華、東鵬、薩米特、浪鯨等,福建的九牧,重慶的帝王,四維、唐山的惠達,山東的美林,河南的中陶等品牌,各自都占有一定的市場份額。
晉代時潮汕瓷器工藝已達到雕塑精巧、青釉純凈、胎骨堅硬、瓷化程度較高的工藝水平。唐宋時期達到成熟期,饅頭窯、馬蹄窯、龍窯大規模應用,據文獻記載北宋時期筆架山西麓有九十九條窯,號稱“百窯村”,潮州四郊呈現“沿江十里,煙火相望”的景象。在明代陶瓷生產基地從筆架山轉到了楓溪鎮,品種以日用瓷為主,其瓷質胎骨薄、質堅色白、器型精巧、紋飾簡樸奔放、線條自然流暢、有款識和題詩、題材豐富,顯示出較高的燒制水平,清末彩瓷得到迅速發展。而當代潮州陶瓷品類齊全,除主要的陳設美術瓷、日用瓷、工業陶瓷和建筑衛生潔具等領域外其特種陶瓷制品也占有一定的市場份額,其中陳設美術瓷以通花瓷、瓷花、人物和動物瓷塑代表其技藝水平[4]。廣東的日用陶瓷產品有骨質瓷、鎂質瓷、長石質瓷、精陶等品種,形成了完整的產業鏈,生產能力居全國各陶瓷產區之首,也是全國日用陶瓷出口量最大的地區[3]。
廣東佛山地區生產陶瓷已有5 000多年的歷史,在中國的陶瓷行業中占據著舉足輕重的位置。石灣地區歷來有“南國陶都”的美譽,陶文化底蘊源遠流長,并且是嶺南文化的重要組成部分。其制陶的歷史開始于原始社會的新石器時代,到唐宋時期已經很發達,明清兩代則達到鼎盛時期,石灣的藝術陶塑、手工業用陶器、建筑園林陶瓷等遠銷國外。改革開放后20世紀80年代從意大利引進了第一條建筑陶瓷生產線,佛山陶瓷產業進入規模化快速發展階段,技術水平不斷提高并引導了國內建筑陶瓷技術的發展。佛山地區的陶瓷企業數量多,生產規模大,在建陶行業獲得全國一半以上的中國馳名商標,佛山陶瓷產品在各地市場都有著很高的知名度和強大的市場滲透力。“佛山陶瓷”集體商標的成功注冊進一步強化了佛山陶瓷行業的產業優勢,在佛山陶瓷企業的品牌提升方面將起到積極的作用。雖然,其他地區陸續建了不少建筑陶瓷企業,但其影響力仍很難超越佛山陶瓷品牌。作為改革開放的前沿地區,廣東地域的工業技術發展速度迅猛,不僅在傳統日用瓷、陳設瓷、建筑陶瓷和衛生陶瓷行業的發展走在我國相應領域的前列,而且在特種陶瓷領域的發展中開始起主導作用。
特種陶瓷通常被認為是采用高度精選的原料,具有能精確控制的化學組成,按照便于控制的制造技術加工的,便于進行結構設計,并具有優異特性的陶瓷。因為發展的歷史還比較短,人類對特種陶瓷研究的深度和廣度都很有限,所以其具有較大的發展空間和開發潛力。在適當改變特種陶瓷的配方組成或摻雜后,特種陶瓷的功能可能按人們的設計思路加以呈現,并且由于所采用的初始原材料Al2O3、SiO2、MgO等價格低廉,儲量豐富易獲得,以至于近二三十年來各主要工業國家都十分注意特種陶瓷的開發和研究,形成了世界性的陶瓷熱。
特種陶瓷常常又分為結構陶瓷和功能陶瓷,結構陶瓷又稱工程陶瓷,是以其強度和韌性為主要應用指標的耐高溫、高強度、復合結構材料,其性能通常不涉及電子的運動而取決于原子間的鍵合和微觀結構(如晶體結構、晶粒尺寸、組織形態、第二相結構、位錯亞結構等),主要包括高強度陶瓷、(超)高溫陶瓷、(超)低溫陶瓷、高韌性陶瓷、超硬陶瓷和納米陶瓷等。功能陶瓷通常具有一種或多種特殊功能,如電性能、磁性能、光性能或聲性能等,這些性能取決于組成原子中電子云的結構和電子運動如旋轉、散射、激發、躍遷等[5]。功能陶瓷向著高性能、高可靠性、多功能、微型化和集成化的方向發展,其品類主要包括電子陶瓷、敏感陶瓷、光學陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷和超導陶瓷等。功能陶瓷中大約60%是電子陶瓷,如鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體陶瓷、電介質陶瓷(電絕緣陶瓷和電容器陶瓷)等[6]。功能陶瓷具有微波介電性能、氣敏性能、超導性能、電阻梯度性能、鐵電性能及其相變行為,以及多層驅動性、弛豫性能等優良功能,應用領域十分廣泛。
按照化學組成又可將特種陶瓷分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷、砷化物陶瓷,硒化物陶瓷、碲化物陶瓷,以及金屬陶瓷、纖維補強陶瓷復合材料等品類。特種陶瓷的生產工藝與傳統陶瓷既有相似之處又有區別,在成型技術方面特種陶瓷主要以干壓成型、等靜壓成型、擠壓成型、注射成型等技術為主,其燒結方法除常壓燒結法外,主要采用熱壓燒結熱等靜壓燒結法、反應燒結法、液相燒結法、微波燒結法、電弧等離子燒結法、自蔓延燒結法等燒結新技術。
特種陶瓷與傳統陶瓷的區別主要在于以下四個方面[1]:
1)特種陶瓷的主要原材料為氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等,區別于傳統陶瓷的長石—石英—黏土系配方。
2)特種陶瓷的性能優劣取決于化合物原料的純度和生產工藝,而不是像傳統陶瓷那樣,因為不同的原材料產地和窯爐類型決定了相應地域陶瓷的坯釉品種、質地和性能。
3)特種陶瓷廣泛采用真空燒結、氣氛燒結、熱壓、熱等靜壓等燒結手段,在很大程度上區別于傳統的倒焰窯、隧道窯和輥底窯等燒成手段。
4)特種陶瓷相比傳統陶瓷往往具有更高的強度、硬度,能耐腐蝕,具有導電或絕緣性能,部分功能陶瓷在磁、電、光、聲、生物工程等現代技術領域具有特殊的應用價值,不僅僅局限于傳統陶瓷的裝飾藝術性、日常餐飲使用性,以及用于建筑陶瓷或衛生潔具領域。
我國特種陶瓷主要生產企業有200多家,本土的有淄博華光,江蘇高淳,深圳南玻,河北隆達,湖南的新化,精誠,泰鑫,南京泰龍,廣東風華等企業。由于特種陶瓷為精細產品,附加值高,相比于傳統陶瓷尚屬藍海地帶,一些外商踴躍來華投資設立企業,如華光菲尼克斯,上海京瓷,華克,蘇州共立,江蘇江佳,捷嘉,珠海西門子、松下等外企。目前,我國主要的特種陶瓷產品為磨介、軸承、刀具等結構陶瓷,以及陶瓷基片、電容器、濾波器、壓電陶瓷、敏感陶瓷、絕緣陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷、化工防腐陶瓷、過濾凈化陶瓷、紅外陶瓷等功能性陶瓷[6]。
未來,特種陶瓷領域要著重開發和研究的關鍵技術在于:1)對于特種陶瓷的燒結機理、檢測技術和粉末制備技術等進一步的探索和研究;2)超導陶瓷方向的研究;3)陶瓷靶材的研究;4)特種陶瓷的薄膜化或非晶化方法的研究;5)纖維化增強陶瓷技術及利用該技術制備超高溫隔熱材料、超高強材料的研究;6)多孔陶瓷、蜂窩陶瓷的研究;7)非氮化物基陶瓷發動機,高壓熱交換器、陶瓷刀具等的研究;8)生物陶瓷研究;9)固體氧化物燃料電池研究;10)3D打印技術陶瓷研究。
中國是陶瓷的故鄉,這從china(瓷器)、China(中國)專有名詞的演變和古代絲綢之路以及考古發現的瓷器或瓷器碎片上可以得到佐證。近二三十年來掀起了世界范圍的陶瓷研發熱,曾經有人將陶瓷材料稱為“萬能材料”和“面向21世紀的新材料”,陶瓷技術從其配方體系的復雜多變性、功能的設計呈現性與材料改性技術、新的成型、燒成技術的協同作用,現在人們還只是認識到陶瓷技術的冰山一角,隨著增材制造技術3D打印陶瓷的發展,陶瓷粉體制備技術的進步,對陶瓷燒結機理、功能機理的進一步探索和掌握,未來的陶瓷世界仍將充滿著無限的可能性。
[1]王零森.特種陶[M].中南工業大學出版社,1994,6.
[2]黃勵知.普通陶瓷[M].華南理工大學出版社,1992,7.
[3]邱偉志.廣東日用陶瓷產業現狀分析[J].佛山陶瓷,2010,7.
[4]陳耿之.從史志上看潮州窯制作陶瓷的輝煌歷程[J].陶瓷科學與藝術,2005,2.
[5]胡賡祥.材料科學基礎[M].上海交大出版社,2010,5.
[6]俞前.特種陶瓷國內市場現狀與展望[J].新材料產業,2005, 3.