科技創新對陶瓷行業發展的重要作用

袁 勇，饒宗旺，朱 俊

科技創新對陶瓷行業發展的重要作用

袁 勇，饒宗旺，朱 俊

（中國輕工業陶瓷研究所，江西 景德鎮 333000）

文章綜述了我國現代陶瓷產業發展的歷程和景德鎮現代陶瓷產業科技創新取得的成果，分析了科技創新對陶瓷行業發展的必要性和重要作用，得出結論：陶瓷企業要大力推進科技創新，不斷加大技術投入，提高科技含量，提高產品的檔次和附加值，這是企業提高核心競爭力，振興陶瓷行業的必由之路。

科技創新；陶瓷行業；作用

1 陶瓷行業加強科技創新的必要性

我國陶瓷的生產已有幾千年的歷史，現已發展成為全世界的陶瓷制造中心，生產的陶瓷出口至世界近200個國家和地區，年產量與出口金額均居世界首位。據相關部門統計，截止2010年中國陶瓷的產量約占全球總產量70%，總產值超過2100億元，全國規模以上陶瓷企業達1900多家。

我國陶瓷行業的發展在歷史上雖然取得了一些成績，但與起步較晚的意大利、日本、荷蘭相比，現階段我們在產品品質、新產品研發、管理等方面已落后了許多。造成這種結果的原因，除了一些客觀因素外，主要是我國陶瓷行業科技創新不夠、升級改造不夠。放眼世界，隨著經濟一體化和全球化的日益加深，企業間以科技創新為核心的競爭日趨激烈。我國的陶瓷企業要想在國內外激烈的市場競爭中脫穎而出，必須加強科技創新。只有科技創新走在行業的前列，才能掌握競爭的主動權；只有不斷的推陳出新，才能在競爭中占據主導地位；只有用好了科技創新這把鑰匙，才能在競爭中開啟通向勝利的大門。

2 我國現代陶瓷產業發展的歷程

從歷史上來講，中國陶瓷的地位和為人類歷史做出的貢獻都是毋庸置疑的。但從第一次鴉片戰爭到解放前，西方各國不懈努力發展科技，立于科技之巔峰，而我國則處于固步自封，工業已經開始逐漸落后于西方各國，陶瓷行業的發展已經進入停滯甚至倒退的狀態。解放后，我國陶瓷行業的發展依然令人扼腕嘆息。直到1978年鄧小平同志在全國科學大會上的開幕詞指出，四個現代化的關鍵是科學技術現代化以來，科技創新的重要作用才在陶瓷行業發展的過程中得到體現，把自主創新作為一項主要工作，廣大陶瓷企業采用新工藝、新材料、新技術，不斷改進產品設計，加快技術升級，開發新產品，重點抓好具有高附加值的產品的研究及創新。融合了精心設計、精細制作和科技創新的高品質陶瓷產品擺脫了以往傳統陶瓷低價低利潤的惡性競爭，提高利潤空間，搶占陶瓷產業的制高點，使我國陶瓷行業獲得了空前的發展。

現代陶瓷產業大致可分為四大塊—日用陶瓷、藝術陳設陶瓷、建筑衛生陶瓷、高技術陶瓷。從產量和出口額這兩項指標看，中國無疑是最大的陶瓷制造基地，尤其近三、四十年來，科技創新和新技術的運用促進了陶瓷行業的快速發展，日用陶瓷和建筑衛生陶瓷產量均穩居世界第一。

日用陶瓷生產領域，在20世紀80年代由歐洲引入了滾壓成型技術、等靜壓成型技術替代用了幾千年的拉坯、旋坯技術；提高了陶瓷產品的白度、光澤度、透明度、釉面硬度和熱穩定性，明焰二次燒成逐漸取代了傳統的一次燒成工藝；80年代末90年代初，在江西景德鎮、河北唐山、廣東石灣和四川重慶等地陸續引進國外全套先進陶瓷生產線，提高了我國高檔日用陶瓷生產機械化和自動化水平。

建筑衛生陶瓷領域，自80年代佛山從意大利引進了第一條90萬平方米的彩釉磚生產線，建筑衛生陶瓷企業陸續引進噴霧干燥塔、自動壓磚機、輥道窯、高中微壓注漿、行列式注漿等新設備、新工藝，不僅實現了連續化生產和自動化生產，還降低了生產成本，為產品更快的更新升級提供了有利條件。

高技術陶瓷領域，我國自20世紀50年代開始進行以氧化鋁陶瓷為主的高技術陶瓷研究，隨后對陶瓷材料服役環境提出更苛刻的要求，及其在光、聲、電、磁、熱或功能復合效應，使氧化鈹、氧化鈣及其它非氧化物高技術陶瓷的研究工作相繼展開。直至今日，我國幾乎對所有高技術陶瓷材料都有研究、開發和生產，并形成比較完整的研發體系，在個別尖端高技術陶瓷的理論研究和試驗領域已處于世界領先水平。

3 景德鎮現代陶瓷產業發展的概況

陶瓷是景德鎮立市之本，稱都之源。景德鎮的陶瓷產業歷史悠久、底蘊深厚、舉世聞名。在新時期，景德鎮非常注重高新技術的應用，全面改造和提升傳統產業，以加快項目建設培育高新技術陶瓷等八大戰略性新興產業，實現陶瓷產業在轉型中振興。景德鎮陶瓷工業呈現出持續快速增長的態勢，景德鎮目前涉瓷企業、作坊近5000家，其中骨干企業13家，規模以上企業75家，就業人員超過10萬人。已形成了以日用瓷為主體，陳設藝術瓷、建筑衛生瓷以及高技術陶瓷共同發展的大陶瓷格局，陶瓷工業在景德鎮國民經濟中繼續發揮獨特的作用。2013年全市陶瓷工業總產值超過240億元，同比增長12%左右。景德鎮的陶瓷市場占有率約15%，在各大產瓷區的排名從2007年的第9位上升到第5位。

在傳統陶瓷方面，景德鎮陶瓷企業充分發揮陶瓷制造技術和陶瓷藝術的優勢，不斷創新，加強新產品開發和造型、花面的設計，同時應用現代信息技術，不斷開發生產適應市場、滿足消費者要求的新品種，如雙層茶杯、奧運瓷、多彩玲瓏瓷、高溫顏色釉日用瓷、骨質瓷，以及耐熱煲、電飯煲陶瓷內膽、陶瓷炒鍋等新型陶瓷炊具。景德鎮陶瓷股份公司的“紅葉”陶瓷成為中南海、人民大會堂、釣魚臺國賓館等“國宴廳”特供產品，是2001中國上海APEC會議專用瓷，奧運(茶)杯成為奧運會期間貴賓席使用的產品。

在建筑衛生陶瓷方面，景德鎮充分抓住特地、金意陶、樂華等大型建筑陶瓷企業落戶景德鎮的有利時機，加快建筑陶瓷產業的發展；大力開發推廣節能降耗新技術，在壯大產業規模的同時，保護環境，降低能耗，大幅度提高陶瓷生產的經濟效益，實現又好又快的發展。

在高技術陶瓷方面，我市過去主要是電瓷生產企業及中央直管的軍工電子企業740廠、999廠、897廠等，生產的產品為本企業配套，產值規模不大。隨著市場經濟的發展，國有體制改革，民營及改制企業成為技術創新的主體，近十年承擔國家中小企業創新基金項目(高技術陶瓷及配套產品)30項。目前景德鎮從事高技術陶瓷及相關產品的企業有近百家，高技術陶瓷產業的品種分類越來越豐富，結構更趨合理，由原來以壓電陶瓷、電真空陶瓷為主，擴展到納米陶瓷、陶瓷粉體、防彈陶瓷、功能陶瓷、遠紅外陶瓷等品種齊全的產品架構。高技術陶瓷產業在我市發展格局已初具規模，且每個企業都形成了自己的特色，其中比較突出的有：神飛特陶與中科院熱物理研究所合作開發的“超大功率陶瓷電阻及復合相變取熱一體化裝置”，科宏特陶的“高純氧化鈮鉭陶瓷坩堝”，景光電子的“電真空陶瓷及陶瓷金屬化”，景華特瓷的“微晶氧化鋁陶瓷移相介質片”和“多晶硅制備用高抗熱震陶瓷絕緣環”，同惠的“剪切模高頻諧振器用壓電陶瓷及元件”，華訊特種陶瓷的“碳化硼防彈陶瓷”，景德半導體新材料和威富爾新能源的“多晶硅料”，佳奕的“陶瓷增強蜂窩活性炭”，新紀元的“氧化鋯納米陶瓷刀”、“氧化鋯基復相陶瓷螺旋軸套”和“透明氧化鋁陶瓷發光管”，百特威爾的“亞微米氧化鋁研磨球”，和川的“納米氧化鋯粉體”，隆基的“光纖氧化鋯陶瓷插芯”，晶格的“原位生成莫來石晶須增強高溫陶瓷輥棒”等等。

4 科技創新對陶瓷行業發展的作用

科技創新在陶瓷行業發展的作用涉及陶瓷材料的材質與功能、陶瓷原料的開發和加工、成型、干燥、燒成等生產工藝及使用功能等方方面面。

4.1 陶瓷材料的材質與功能

在科技高速發展的今天，傳統陶瓷材料已經無法滿足人們對生產和工作的普通需要。對陶瓷材料性能提出更高的要求，不僅僅局限在傳統硅酸鹽材料的強度、硬度、白度、透光度、耐磨、抗腐蝕等性能，而是要求性能更優異的新材料：Al2O3、MgO、ZrO2、SiO2、BeO等具有高強度、高硬度、高韌性、高導熱性和高耐磨性能的氧化物陶瓷；SiC、B4C、TiC、Si4N、BN、AlN、MoSi2、TiSi2、ZrB2、TiB2等具有耐高溫、超硬性、高抗熱震性、高抗氧化性能的非氧化物陶瓷；具有超塑性、高韌性的納米陶瓷；熱膨脹系數小于α ≤2×10-6/℃的低膨脹陶瓷；具有優良高溫力學性能的復合陶瓷材料。

陶瓷材料的功能性不斷得到發展，在各個領域得到廣泛應用且起到無可替代的作用：具有高絕緣性、介電性、鐵電性、壓電性、熱電性、傳感性、磁性、導電性和超導性等電學性能的電子陶瓷；具有耐熱性、隔熱性、導熱性、透光性、光傳輸、輻射性、光致發光和電致發光等性能的熱學、光學陶瓷材料；具有生物相容性、生物吸收性、診斷傳感性、抑制和殺菌、吸附載體性、催化載體性和過濾分離等性能的生物陶瓷、抗菌陶瓷和多孔陶瓷材料。

4.2 陶瓷原料的開發和加工工藝

4.2.1 原料標準化

陶瓷制品的生產工藝十分復雜，一件小小的產品需要經過十幾道甚至幾十道的工序才能最終完成，陶瓷生產用的原料，由于產地和成因的不同，礦物組成、粒度組成、化學組成及其它物理化學性能都有所差異，原料配方和工藝參數需要經常調整以滿足生產需要，因此需要儲備一定數量的原料來保證生產的穩定性，避免因原料的波動對產品質量的影響。

原料的標準化，為穩定陶瓷產品品質提供了基礎。提高原料加工的技術裝備水平和自動化水平，提高原料的質量，有利于實現陶瓷原料資源的綜合利用。優質低價的陶瓷原料為陶瓷行業的發展提供了更廣闊的空間。龍巖高嶺土公司就用長遠的戰略性眼光，抓住了原料標準化的技術創新思路，應用高梯度磁選，超微粉碎、離心分級、微機配料、渦流混合以及強化檢測監控等技術，使公司生產的高嶺土原礦、325目水洗高嶺土、超級高嶺土等產品在高檔日用瓷行業得到廣泛的應用，并被列入《中國主要及知名建材產品》向全國陶瓷企業推薦使用。

原料標準化發展的過程，首先是對天然原料進行加工和綜合利用，接著是研究、開發新型的原料生產工藝線，并不斷降低成本，提高質量；最后，在天然優質原料越來越少的現狀下，開發、合成各種高性能的新型陶瓷原料，把陶瓷行業帶入一個全新的時代，是陶瓷工作者接下來的又一重要課題。

4.2.2 粉體制備

高技術陶瓷材料的性能與粉體原料、成型和燒結等工藝有著密切聯系。粉料成型后形成具有一定外形的坯體，在高溫條件下，顆粒間接觸面積擴大，顆粒聚集，氣孔從連通的氣孔變成各自孤立的氣孔并逐漸縮小，晶界逐漸形成。高技術陶瓷材料性能的好壞是通過燒結體中晶粒大小、形狀、氣孔分布等一系列微觀結構表現出來。所以為獲得性能較好的高技術陶瓷材料就必須控制好粉體原料的平均粒徑和粒度分布。粉料的表面能大于多晶燒結體的晶界能，是燒結過程可以實現的前提，因此理論上粉體原料的平均粒徑越小越有利于獲得高性能的陶瓷材料。采用納米粉體制備的高技術陶瓷具有許多優良的室溫和高溫力學性能，如硬度、抗彎強度、斷裂韌性等，使其在切削刀具、軸承、高溫發動機部件等諸多方面都有廣泛的應用，并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應用前景。

1981年日本最早進行納米顆粒基礎研究與應用基礎研究，隨后美國和前西德也將納米粉體的發展提到重要位置。近30年來，納米材料的性能開發、制備技術和實際應用都得到了迅速的發展。我國對納米材料及產業化也高度重視。在20世紀80年代中期，我國科學家開始了跟蹤研究。制備高純度、高均勻性和化學組成精確的納米粉體是研制納米陶瓷材料的前提。利用納米技術開發的納米陶瓷材料，晶粒、晶界以及它們之間的結合都處在納米水平(1-100 nm)，使的材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，是解決傳統陶瓷材料脆性最有效的方法。目前我國主要在CaCO3、ZnO、Al2O3、SiO2、TiO2、Si3N4和SiC等納米粉體都實現了產業化。在21世紀，納米粉體、納米陶瓷、納米技術將飛速發展，在各領域將得到更廣泛的應用，并將產生一批新技術、新產品和新設備，為陶瓷行業的快速發展注入一股新力量。

4.3 成型工藝

當前，隨著陶瓷新材料應用領域的不斷拓展，對陶瓷材料性能的要求愈來愈苛刻。成型工藝的創新升級將是解決這一突出問題的有效手段。傳統的成型方法如注漿、可塑和干壓成型技術及已成熟并獲得應用的擠出成型、等靜壓成型、流延成型等技術在陶瓷材料的現代化生產中發揮了重要的作用。但上述方法已不能滿足高瘠性原料、高精度、復雜形狀和多層復相陶瓷材料的制造要求，極大地限制和阻礙了高技術陶瓷材料的應用和發展。

現代科學技術的快速發展為陶瓷材料成型技術的更新換代提供了條件，尤其是跨學科綜合研究方法的發展的應用，促進了高技術陶瓷制備技術的發展。陶瓷成型技術在傳統方法的基礎上不斷改進創新，離心沉積成型、電泳沉積成型、離心注漿成型、注射成型和膠態成型等新成型技術不斷涌現。采用離心沉積成型技術制備的Al2O3/Ni梯度復合材料，可以獲得最小氣孔率為0.4%，最大強度為320 MPa，并且試樣的硬度呈明顯的梯度分布。采用電泳沉積法在石墨基體上制備厚度可控的Si涂層，Si涂層通過燒結滲入基體內部與石墨集體發生在位反應形成SiC涂層。以氧化鋁粉末為原料，采用離心注漿工藝制備出晶粒大小均勻、微孔較小、體積密度為3.86 g/cm3、硬度為11.02 GPa、斷裂韌性為3.31 MPa·m1/2的高耐磨氧化鋁陶瓷。以高純SiC微粉為原料，利用注射成型技術生產出密度為3.08 g/cm3，致密度96%的碳化硅陶瓷復雜件。

凝膠注模是上世紀90年代由美國橡樹嶺國家重點實驗室發明的一種成型技術，它是將傳統注漿工藝和聚合物化學有機結合，采用由高分子網絡產生聚合作用使陶瓷顆粒聚集在一起而形成陶瓷坯體的一種成型方法。我們采用水溶性膠態原位成型工藝制備出了純度超過99%的高純氧化鈮鉭陶瓷坩堝。

激光快速成形是由激光束根據計算機提供的制品斷面形狀分析數據，將坯料一層一層地粘接成形。這種成形方法是1985年由美國首先研制成功，1991年投入實際應用，最初是用來制作模型，其后試用于高技術陶瓷零部件的成形。漢斯·j·蘭格博士開發了基于光刻的陶瓷制造技術(LCM技術)，它是基于一種均勻分散的陶瓷粒子的感光樹脂的選擇性固化，這項技術以光聚合物作為凝合劑，可以制造出高精確度，精致、高密度、高強度的陶瓷。

不同的成型技術有各自不同的優點，但同時也都存在一定的局限性。總體來說，低粘度高固含量粉體漿料的制備、實現快速和近凈尺寸成型技術仍是二十一世紀陶瓷成型工藝發展的主要方向。

4.4 干燥工藝

在陶瓷行業中，干燥過程中的能耗占工業燃料總消耗的20%左右，故干燥過程的節能是關系到企業節能的大事。

陶瓷生產中，最古老的干燥辦法是靠自然干燥，后來采用熱風干燥、蒸汽干燥。這些干燥方法均屬于利用溫度梯度進行傳導傳熱。由于傳導傳熱速率低，致使陶瓷坯體干燥速度慢，生產周期長，使干燥工序占去了大量的生產廠房和設備。更為不利的是：利用傳導傳熱干燥陶瓷坯體的最大弊病，就是坯體在干燥過程中產生開裂，導致產品報廢。

早在上世紀60年代，國外就對微波干燥技術的應用和理論進行了大量研究，在近幾十年又得到了進一步的發展。我國微波干燥技術研究起步較晚，與國外相比有一定的差距，但也取得了不錯的成績，也有許多研究與應用成果。

微波干燥技術使陶瓷坯體可能實現快速干燥而不產生開裂，這將大大縮短干燥時間、降低干燥能耗，提高了干燥效率。

在陶瓷行業高速發展的今天，坯體的干燥速度、節能、優質、無污染等仍是新世紀對干燥技術的基本要求。

4.5 燒成工藝

燒成是陶瓷制造工藝過程中最重要的工序之一。陶瓷燒成所需時間約占整個生產周期的20%，所需費用約占產品成本的1/3-1/4。

在50年代末和60年代初，山東研制成了第一條煤燒隧道窯，并在全國迅速推廣，使我國擺脫了間歇式倒焰窯的燒成方式，實現日用陶瓷燒成連續化生產。同時在一些產區還推廣使用重油做燃料，實現自動控制。這是我國陶瓷燒成工藝上的一個重大突破。

燒成是近幾年陶瓷行業變化和進步最快的工序：采用潔凈燃料(天然氣、液化石油氣、煤氣、輕柴油)、采用無缽明焰燒成工藝，降低能耗，同時提高釉面質量；使用碳化硅質、莫來石、堇青石質和重結晶碳化硅質的窯具、棚板和支架，提高使用次數，減少產品變形；使用各種快燒窯爐和輕質保溫材料、陶瓷纖維和節能輻射涂料；使用高速小流量噴嘴減少溫差，達到對窯爐溫度、壓力和氣氛的自動控制；扁平矮截面低蓄熱隧道窯、輥道窯、全纖維大型梭式窯的使用，減少窯爐上下溫差，大大地促進了產品質量的提高。

高技術陶瓷多屬于強共價鍵化合物，自擴散系數小，燒結非常困難，因此對高溫燒結新技術、新方法的研究就顯得尤為重要。自1826年索波列夫斯基首次利用常溫壓力燒結的方法得到了白金以來，高溫熱壓燒結技術在難熔化合物和高技術陶瓷方面得到了迅速發展：采用熱壓燒結技術得到的氧化硅材料的抗彎強度和斷裂韌性分別可達1100 MPa和9MPa·m1/2；熱壓氧化鋯增韌陶瓷的抗彎強度和斷裂韌性分別為1500 MPa和15 MPa·m1/2。1990年，美國佛吉尼亞州立大學的R.C.Dalton等首先提出微波加熱在自蔓延高溫合成中的應用，并用該技術合成了TiC等9種材料。接著，英、德、美的科學家相繼用此法合成了YBCuO，Si3C4，Al2O3-TiC等材料。

5 科技創新，實現可持續健康發展

習近平主席在今年8月18日主持召開了中央財經領導小組第七次會議，研究實施創新驅動發展戰略。習近平在會議上發表重要講話強調，當前，我國依靠要素成本優勢所驅動、大量投入資源和消耗環境的經濟發展方式已經難以為繼。只有不斷推進科技創新，不斷解放和發展社會生產力，不斷提高勞動生產率，才能實現經濟社會持續健康發展。

以建陶為例，意大利是當今世界陶瓷生產的一流強國，其建筑陶瓷工業設備在世界范圍內具有領先地位，他們的建陶行業在頂峰時期年產量達到六億平方米，現在只有兩億多平方米，產能萎縮近60%。我國現在陶瓷磚年產量接近九十億平方米，應該已經處于相對過剩的邊緣。如果一味以發展來解決遇到的一切問題，污染了環境，甚至不惜在高的能源消耗的基礎上簡單復制擴大規模，將最終導致幾乎全部行業產能過剩。

事實證明，唯一不過剩的就是高科技和創新產業，不僅不過剩，而且十分匱乏，而這種創新驅動和高科技驅動是需要投入大量的資金以及時間成本的。任何心態比較浮躁地想一蹴而就的想法，只能是在短期內看起來比較合適，但從長遠發展的角度看，都將被市場和社會所淘汰。

綜上所述，陶瓷企業要大力推進科技創新，不斷加大技術投入，提高科技含量，提高產品的檔次和附加值，這是企業提高核心競爭力，振興陶瓷行業的必由之路。

[1] 王人杰. 新形勢下陶瓷科技創新探討[J]. 科技創新導報, 2011.03.

[2] 劉學建, 黃莉萍等. 陶瓷成型方法研究進展[J]. 陶瓷學報, 1994.04.

[3] 周健兒. 高技術陶瓷產業發展前景與熱點技術[J]. 中國陶瓷工業, 2010.04.

[4] 宋桂明, 周玉等. 納米陶瓷粉體的制備技術及產業化[J]. 礦冶, 2001.02.

[5] 康永, 柴秀娟. 陶瓷成型加工技術新發展[J]. 現代技術陶瓷, 2010.04.

[6] 李懋強. 關于陶瓷成型工藝的討論[J]. 硅酸鹽學報, 2001.05.

[7] 許愛民. 日用陶瓷干燥發展現狀及展望[J]. 中國陶瓷, 2007.01.

The Vital Role of Technical Innovation in Ceramic Industrial Development

YUAN Yong, RAO Zongwang, ZHU Jun
(The Ceramic Research Institute of Light Industry of China, Jingdezhen, 333001, Jiangxi, China)

This paper summarizes the development of Chinese modern ceramic industry, describing the technical innovations in Jingdezhen modern ceramic industry and their vital role in its development. It indicates that ceramic enterprises should vigorously encourage technical innovation, expand technical investment and enhance technology content to raise product grade and added value. That is the only effective way to improve their essential competitiveness to rejuvenate the whole industry.

technological innovation; ceramic industry; role

TQ174.79

A

1006-2874(2015)01-0051-05

10.13958/j.cnki.ztcg.2015.01.012

2014-09-05。

2014-09-10。

袁 勇，男，高級工程師。

Received date: 2014-09-05. Revised date: 2014-09-10.

Correspondent author:YUAN Yong, male, Senior Engineer.

E-mail:13607981693@163.com