淄博市先進陶瓷產業現狀分析研究

宋 濤,于宏林,張曉麗,楚 瑋,汪 霞

(山東工業陶瓷研究設計院有限公司,山東 淄博 255000)

先進陶瓷,又稱為高性能陶瓷、精細陶瓷、高技術陶瓷等,是指采用高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料,具有精確的化學組成、精密的制造加工技術和結構設計,并具有優異的力學、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷。先進陶瓷在航空航天、核能、電子信息等高精尖應用領域有著不可替代的作用,已逐步成為新材料的重要組成部分,有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰略意義。

先進陶瓷按化學成分,可分為氧化物陶瓷、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、硫化物陶瓷等。按性能和用途,可分為功能陶瓷和結構陶瓷兩大類(見表1)[1]。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能,具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點,主要包括絕緣和介質陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體及其敏感陶瓷等;結構陶瓷主要基于材料的力學和結構用途,具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點[2],主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。

表1 先進陶瓷應用性能分類

一、國內外先進陶瓷產業發展現狀

目前,全球范圍內先進陶瓷技術快速進步、應用領域拓寬及市場穩定增長的發展趨勢明顯。根據市場研究機構Research and Markets的預測,到2024年全球先進陶瓷市場規模將達1 346億美元,年復合增長率超過8%。美國、日本、德國、法國等在先進陶瓷研制開發及應用領域居領先地位。其中,美國已在航空航天用高溫結構陶瓷、納米陶瓷、生物醫學陶瓷和光電陶瓷等確立了領先地位;日本利用其先進的制造設備,優良的產品穩定性逐步成為國際市場的引導者,特別是功能陶瓷領域、高精度結構陶瓷領域等逐步壟斷國際市場。此外,歐盟各國,特別是德國、法國對發電裝備、新能源材料和發動機用陶瓷部件進行重點研發并實現突破,壟斷著國際市場的主要份額[3]。

我國從上世紀50年代初以研究氧化鋁陶瓷刀具為切入點,開始從事先進陶瓷材料的研究。歷經60余年的發展,我國先進陶瓷產業從曾經蹣跚學步到如今羽翼漸豐,核心技術不斷突破,并取得了跨越式發展,對關鍵應用領域的支撐作用和綠色發展日益凸顯,產業規模逐年擴大,以每年不低于10%的速度增長。2019年國內先進陶瓷行業產值約600億元。

目前我國先進陶瓷產業主要集中在山東、廣東、江蘇以及湖南、浙江、江西、河南、遼寧等地,其中山東、廣東、江蘇、江西、湖南五省的產業集中度較高,在技術和產品方面具有較強的競爭力[4]。

二、淄博市先進陶瓷發展現狀

淄博市作為國內先進陶瓷主要集聚區,近年來堅持內生增長和高端引進相結合、產學研用相結合,立足于高端產品和高端應用,走上了產業鏈延伸的發展路線。其創新成果不斷涌現,一批龍頭企業和領軍人才不斷成長,產業集群正在孕育形成(見圖1)。2020 年淄博市陶瓷產業產值近800億元,其中先進陶瓷產業產值100億元左右,產業技術水平和規模位居國內前列。

圖1 淄博先進陶瓷產業產品門類及骨干企業

(一)產業基礎雄厚。作為國家火炬計劃先進陶瓷特色產業基地,目前淄博市先進陶瓷門類齊全,擁有耐磨氧化物陶瓷、氮化硅陶瓷、陶瓷膜、造紙機用陶瓷部件、脫硝環保陶瓷、石油工業用陶瓷缸套和球閥、熔融石英陶瓷等結構陶瓷產品和壓電陶瓷、亞敏陶瓷、散熱基板等功能陶瓷產品。某些產品在技術水平上處于國內先進或領先水平。中材高新材料股份有限公司研發生產的超、特高壓瓷支柱絕緣子綜合技術性能達到了國際領先水平,特高壓瓷支柱絕緣子市場占有率達80%;山東工陶院建有國內唯一的氮化硼纖維中試生產線,同時已建成國內最大的透波材料科研生產基地,為我國的武器研制解決了關鍵材料的配套問題;中材高新氮化物公司研制的氮化硅陶瓷軸承球主要性能達到了日本東芝、美國酷斯泰克同等水平,通過了世界最大軸承生產商SKF公司的認證;硅元新材料的造紙機脫水部件獲山東省科技進步獎,打破國外技術壟斷,是國內第一品牌;鵬程陶瓷是國內唯一能夠生產大規格氮化硼陶瓷蒸發舟的企業,徹底打破了國外壟斷,已發展為世界三大陶瓷蒸發舟生產商之一,占據國內近40%的市場份額;魯陽節能具備年產各類陶瓷纖維制品40萬噸、玄武巖纖維制品20萬噸的生產能力,躋身世界陶瓷纖維業三強。多晶硅用石英陶瓷坩堝、陶瓷膜及裝備、氮化硅軸承球、耐高溫陶瓷天線罩、熱防護材料等新產品已成功應用于我國戰略性新興產業及國防軍工等領域。

(二)產業鏈條基本完善。淄博市先進陶瓷產業基本形成了較為完善的產業鏈上下游配套體系,擁有基礎原材料(特種陶瓷纖維、粉體)、陶瓷機械裝備、先進陶瓷制品及應用的完整產業鏈,形成了以高性能基礎原輔材料為基礎,以耐磨陶瓷、電子陶瓷、高溫陶瓷、環保陶瓷、生物陶瓷等細分領域的產業集群。在原料制備方面,中鋁山東新材料有限公司是目前國內規模最大、品種最全、研發實力最強的專業氧化鋁系列產品研發生產企業;新阜康是國內六方氮化硼粉體規模最大的生產企業;山東工陶院是國內唯一能夠批量生產連續氮化硼纖維的單位;淄博市陶瓷機械裝備制造能力強,原料處理設備、成型設備、燒成設備、深加工設備可為先進陶瓷生產企業進行專業配套;電子陶瓷領域,宇海電子陶瓷有限公司是全國最早生產敏感元件與傳感器的專業廠商之一,同時擁有中材高新、硅苑新材料、中領電子等重點企業;高溫陶瓷領域,擁有熔融石英陶瓷托輥、鎂鐵鋁尖晶石磚、致密鋯英石溢流磚等主導產品,以及淄博工陶、圣川陶瓷等一批龍頭企業;節能環保工程陶瓷領域,以多孔蜂窩陶瓷、高性能陶瓷纖維的制備為主導,廣泛應用于高溫過濾材料、催化劑載體等,工陶院研發生產的高溫氣體凈化用陶瓷膜、水處理用平板膜等多個產品打破國外技術壟斷,走在了世界前列。

(三)創新體系較為完備,科研支撐能力不斷增強。淄博市擁有我省首家國家級工程技術研究中心,也是全國工業陶瓷領域唯一的國家級工程技術研究中心——國家工業陶瓷工程技術研究中心。同時,還擁有國家地方聯合工程研究中心2家、國家工程研究中心2家、省級以上各類研發平臺近40 家。通過人才培訓、交流、合作,與清華大學、哈爾濱工業大學、武漢理工大學、中科院過程所、中科院化學所等國內一流專業院所等建立密切聯系。由武漢理工大學、山東工業陶瓷研究設計院三方共同組建了淄博高新技術產業開發區先進陶瓷研究院,為整合校企優勢創新資源,探索科技成果轉移轉化新模式提供了有益經驗。成立以來,研究院累計孵化企業11家,轉化項目30余項,為行業300余家企業提供科技服務500余次,培養碩士及以上專業人才20余人,帶動行業企業產生經濟效益近600 萬元。擁有工程技術研究中心、院士工作站、“千人計劃”專家工作站等一大批省級企業研發平臺。同時與日本、德國、奧地利、澳大利亞、丹麥、新加坡等國家先進陶瓷領域知名高校、科研院所、企業建立了實質性合作關系。

(四)創新創業孵化體系較為完備,創新創業環境不斷優化。按照“孵化器＋加速器”模式,建設了先進陶瓷產業創新園,創新園被評為國家級科技企業孵化器;投資近億元建設了無機非金屬材料公共技術服務平臺,可為先進陶瓷、功能玻璃、高性能耐火材料等材料項目和企業提供研發、實驗、檢測、中試、標準及信息等公共技術服務。截至目前,平臺共為1 000余家企業提供了3萬余項檢驗檢測及質量評價服務;為行業80余家企業提供標準化咨詢及業務指導服務;為20余家企業提供工程設計、咨詢及總承包業務50余項。截至2020 年,先進陶瓷產業創新園入駐企業98家,員工2 056人,入駐企業營業收入11億元,稅收3 798萬元,累計授權專利317件,培育高新技術企業12家。

(五)創新創業共同體、產業聯盟建設成效初顯,協同創新能力不斷提升。為發揮淄博市產業基礎優勢,促進企業間技術交流合作,提升協同創新能力,淄博市持續推動產業技術創新聯盟建設,以產業聯盟帶動產業發展,帶動產業鏈協同創新。2013年,以打造高新技術產業創新鏈及創新集群、提升產業技術創新能力和核心競爭力為目標,以企業為主體,構建產業技術創新戰略聯盟。在先進陶瓷領域,由中材高新材料股份有限公司牽頭,發起成立先進陶瓷產業技術創新戰略聯盟,聯合國家工業陶瓷工程技術研究中心、淄博高新技術產業開發區先進陶瓷研究院等技術支撐單位和20余家業內骨干企業,共同打造先進陶瓷產業創新鏈。近年來,省市對先進陶瓷創新型產業集群進行連續扶持,聯盟全體成員在創新交流活動開展、創新項目實施等方面取得顯著成績。以此為基礎,2020年1月獲批山東省先進陶瓷創新創業共同體。

三、淄博市先進陶瓷產業存在的問題

盡管近年來淄博市先進陶瓷產業取得了顯著成績,在國內已具有一定影響力,但其產業整體實力與國際先進水平相比還有明顯差距,存在產品低水平同質化競爭、創新資源小而散、科技服務與金融對科技支撐能力不足等問題。具體表現在:

(一)先進陶瓷產業結構亟待優化升級

中低端產品為主的供給結構尚未得到根本改善,低水平同質化競爭現象嚴重。整體產業仍處于先進陶瓷產業全球價值鏈的中低端(見圖2)。

圖2 先進陶瓷產業全球價值鏈

高性能先進陶瓷基礎原材料以及具有高競爭技術壁壘的高端陶瓷制品仍被國外壟斷,如高性能陶瓷粉體/纖維、大功率器件IGBT 用高導熱氮化物陶瓷基板、半導體產業用大尺寸高純陶瓷部件、高端裝備用氮化硅陶瓷軸承、耐高溫陶瓷天線罩、高性能微波介質陶瓷及高頻微波介質板等基礎原材料和產品的受制于人,成為我國電子信息、高端裝備制造、生物醫療、航空航天等領域落后于國外先進水平的關鍵因素之一。

(二)科研創新平臺小而散

雖然淄博市先進陶瓷行業研發平臺眾多,但是小而散,且大多集中于高校、科研院所和行業領軍科技型企業。小而散的科研創新平臺一定程度上分散了創新資源,一方面導致了創新能力不強,尤其是原始創新能力較弱;另一方面不能很好地進行創新協同,難以發揮協同創新的合力;三是各方面難以吸引高層次創新創業人才,而人才是原始創新的關鍵,高層次創新創業人才的缺乏直接影響了重大原創標志性成果的培育和產出。

(三)科技服務與金融對科技支撐能力不足

面向科技的金融服務產品相對不足,企業融資難、融資貴問題依然存在,直接融資占比較低。創投資金一般集中投入企業成熟期,缺少天使投資和種子資金。金融對科技的服務作用沒有充分發揮,科技保險、科技擔保、專利質押等科技金融服務能力有待提升。

四、淄博市先進陶瓷材料產業發展建議

(一)打造國內一流、具有國際影響力的先進陶瓷創新中心

充分集聚國家工業陶瓷工程技術研究中心、工程陶瓷制備技術國家地方聯合工程研究中心、山東省陶瓷基復合材料工程技術研究中心、山東省透波功能陶瓷材料重點實驗室等近40個省部級研發平臺科研資源,優化資源配置,組建先進陶瓷技術創新中心,克服分散、低效、重復的弊端,發揮團隊優勢,吸引和培育領軍人才,產出一流成果,形成引領先進陶瓷材料產業應用創新發展的策源地。

(二)強化產學研深度融合一體化發展

政府發揮“牽引機”的作用。應完善產學研合作發展規劃,與淄博市四強產業發展規劃相銜接,明確產學研合作發展中長期目標,確立產學研各方在財政扶持和稅收方面所應享有的優惠政策。圍繞淄博市四強產業,根據企業的項目和技術需求,組織科研力量聯合攻關,實現人才與項目緊密對接,產學研高度融合。

企業發揮“主力軍”的作用。突出企業在產學研深度融合中的主體地位和主導作用,讓企業既當好科研項目的“出題人”,又成為合作項目的管理者,負責決定研究方向和參與成員,獨立自主地組織開展創新活動。

高校、科研院所發揮“技術員”的作用。支持企業積極對接高校和科研院所,為產學研合作提供人才技術保障。鼓勵高校專家學者以企業的需求和市場為導向,使科研成果更接近生產一線需求實際,為企業發展提供先進的技術支持。

各類金融機構發揮“催化劑”的作用。發揮金融在創新發展中的作用,形成“政產學研金”融通發展生態,促進“政產學研金”創新要素有效集聚、優化配置,全面提升科技創新供給能力,為經濟高質量發展提供源頭活水。

科技服務中介發揮“加速器”的作用。建立科技信息網絡平臺和科技中介服務機構,在科技成果交易、信息咨詢、知識產權等方面為企業和高校院所提供中介服務。鼓勵科技中介機構協調好產學研各方利益,將高校的先進技術及時推薦給企業,同時把企業所急需的技術及時反映給高校院所,以企業和市場的需求作為高校院所的研究導向,發揮科技中介機構在產學研一體化發展中的重要作用。

(三)加強企業整體管理水平

企業管理水平的提高是先進陶瓷產業發展的有力保證,要踐行“組織精健化、管理精細化和經營精益化”三精管理思想,進一步在創新管理理念、創新管理內容、創新管理方法三個“創新”上下功夫。突出抓好企業戰略管理、企業節能管理、企業研發管理、質量管理和品牌建設、企業管理信息化、企業基礎管理等6項重點工作[5]。

(四)加強跨領域的技術協同,推動融合創新

現代技術中的各個領域間都有很多可相互借鑒或互相滲透的東西,一個領域的發展也受其它領域的影響和制約。通過跨領域的交流與滲透,打破本領域的界限,拓展視野,有利于技術發展和成果轉化以及新產品市場的開拓。先進陶瓷與其他諸多領域的跨界融合正成為趨勢,其必將成為推進各個領域邁向高端的內生動力。

(五)提高先進陶瓷粉體批次穩定性

目前,國內諸多單位開展了先進陶瓷粉體的研制和生產,解決了粉體的設計、合成等關鍵技術問題,但仍存在純度不夠、粒度不均勻等技術問題,尤其是工程化、產業化能力不足,粉體的批次穩定性和一致性較差,高端粉體絕大部分依賴于進口。高性能先進陶瓷的制備離不開高性能的陶瓷粉料,因此急需突破高端陶瓷粉體的批量化穩定制備技術,以滿足先進陶瓷及其復合材料的應用需求。